CC BY
380
Управление ресурсами информационных систем специального назначения при построении сетецентрической системы управления на основе радиосетей нового поколения
В настоящее время всеми ведущими ИТ-компаниями проводятся исследования и разработки по внедрению новых моделей управления сложными информационными системами. Данные разработки реализовывают техническое и информационное обеспечение сетецентрических операций, во время которых все объекты операции совместно используют информацию с помощью единых интерфейсов, стандартов и протоколов. Соответственно в российских силах специального назначения наиболее актуальной является задача внедрения сетецентрических моделей управления в информационные системы для управления ИТ-инфраструктурой и ресурсами информационных систем. Одним из важных ключевых вопросов является вопрос выбора наиболее надежной и качественной сети специального назначения с повышенной производительностью для обеспечения надежного управления совместно с имеющимися компьютерными сетями. Наиболее высоконадежной сетью, работающей в государственныхмасштабах в настоящий период, является спутниковая система связи. Однако ее содержание в актуальном состоянии требует больших финансовых вложений, а ее недорогой альтернативой может стать новая радиосеть на основе программно определяемых радиосредств, способная обеспечить высоконадежную передачу информации, что актуально для сил специального назначения. Рассмотрены принципы сетецентрического построения информационной системы специального назначения и характеристики новых систем управления ее ресурсами, принципы построения программно-определяемых систем радиосвязи на основе нового поколения сигнально-кодовых конструкций. Приведено описание структуры радиосети государственного масштаба и рассмотрены возможности обеспечения управлением ресурсами информационных систем специального назначения с использованием данной сети и имеющихся компьютерных сетей.
Ключевые слова: система управления, информационные системы, протокол, программно-определяемое радиосредство, SDR радиостанция.
Лепсов К.Е.,
Научный сотрудник Северо-Кавказского филиала
Московского технического университета связи и информатики, к.т.н.,
consll@mail.ru
В настоящий период развития современных телекоммуникационных технологий и инфокоммуникаций практически все ведущие компании мира в области ИТ-индустрии проводят исследования и разработки по внедрению новых моделей управления сложными информационными системами. Современные модели управления стали внедряться в области систем наземного и космического базирования, предназначенных для совершенствования, как военной связи, так и связи крупных корпораций, укрепления национальной безопасности государств.
Уже такие крупнейшие корпорации как Boeing и IBM объявили о заключении стратегического альянса по созданию новых цифровых коммуникационных и информационных технологий для сегодняшних и будущих систем Министерства обороны США. Данные разработки прежде всего будут реализовывать техническое и информационное обеспечение сетецентрических операций, во время которых все вооруженные объекты, участвующие в операции: от космических спутниковых станций, авиационной и морской составляющей до танков, а также полевые радиостанции и даже портативные компьютеры — будут совместно использовать информацию с помощью единых интерфейсов, стандартов и протоколов.
Кроме того, проводятся работы в направлении усовершенствования самой глобальной сети Интернет. Тим Бернерс-Ли, создатель модели World Wide Web (WWW) предложил проект следующего этапа развития глобальной сетевой структуры, которую он назвал GGG — Giant Global Graph (Гигантский Глобальный Граф). Идея данного проекта состоит в том, чтобы с помощью современных технологий можно составить глобальную базу данных всех людей на пла-
нете и их взаимосвязей друг с другом. В практическом смысле это означает объединение всех существующих социальных сетей по единой технологии. [1]. В этом же направлении уже работает компания Google (проект — Google Social Stream). Этот проект должен стать мега-социальной сетью, в которой будут сведены разные социальные сети, где пользователи с помощью данной платформы получат доступ к управлению своей активностью в разных социальных сетях через единый интерфейс, в том числе и для интернет-сетей с мобильной связью (операционная мобильная система Android).
В связи с такими тенденциями в силах специального назначения также назрела необходимость перехода от распределенной схемы построения информационной системы к сетецентрической. Распределенная информационная система включает в себя иерархию территориально-распределенных узлов, включающих все вычислительное и сетевое оборудование, информационные ресурсы, базы данных, прикладные подсистемы и т.п. Взаимодействие абонентов с узлами осуществляется с помощью автоматизированных рабочих мест (АРМ), работающих в архитектуре "клиент-сервер", и обращающихся к одному из узлов системы [2]
Принцип сетецентрического построения информационной системы основан на создании равноправных территориально-распределенных узлов, выполняющих различные функции и предоставляющий пользователям возможность работы с приложениями и базами данных с помощью браузера из любого места и с любого устройства, подключенного к компьютерным сетям общего пользования (сети ведомственной связи, Интернет и т.д.) с использованием сетей спутниковой связи, сетей ДКМВ с программно-определяемыми радиосредствами и т.д.
П реимуществом принципа сетецентрического построения информационной системы является применение Web-технологий и использование компьютерных сетей общего пользования в сети специального назначения. Исключение АРМ позволяет повысить мобильность, уменьшить нагрузку на рабочие места абонентов, сократить
затраты на построение и администрирование информационной системы специального назначения в целом. На данном уровне развития технологий все специальное программное обеспечение, включая простые редакторы текстов и графики, может быть доступно без установки на рабочее место.
Построенная таким образом сетецентрическая информационная система позволяет связать в единый интерфейс управления, мониторинга и выработки управляющих решений всех абонентов (должностных лиц), входящие в ее состав структурные подразделения, программные продукты, М'еЬ-страницы, мультимедиа-данные, а также необходимые персональные данные для их использования различными программными приложениями независимо от местоположения абонентов сети специального назначения.
Несмотря на явные преимущества, использование сетецентрического принципа предъявляет к системе повышенные требования по надежности и безопасности связи, а также гарантированную работу серверного оборудования системы. Для выполнения этих требований необходимо создание более совершенных систем управления, обладающих следующими характеристиками:
1. Возможность управления сложными системами. Современные информационные системы состоят из большого числа разнородных элементов и взаимосвязей и относятся к сложным системам, которые характеризуются неполнотой управляющей информации.
2. Гарантированное сохранение конфиденциальности передаваемой в информационной системе информации.
3. Возможность учета изменений характеристик информационной системы. Существующие информационные системы, как правило, нестабильны и часто изменяют свои структурные и функциональные характеристики.
4. Обеспечение управления слабо детерминированными воздействиями. Основные элементы информационной системы могут по-разному реагировать на одинаковое воздействие.
5. Технологическая открытость. Системы управления должны строиться на открытых технологиях для их скорейшей модернизации при изменении самой информационной системы.
6. Адаптивность. Системы управления должны использовать алгоритмы и методы интеллектуального управления сложными системами на основе нечеткой логики, нейронных сетей, генетических алгоритмов и т.д.
7. Учет связности подсистем. Взаимосвязь подсистем постоянно увеличивается из-за их глобализации и растущей степени интеграции.
Использование сетецентрических информационных систем уже сегодня показало ощутимые преимущества нового подхода в информатизации деятельности крупных корпораций, оно создает единое пространство коллективного управления и доступа, мониторинга рисков и принятия взвешенных решений.
На данный момент актуальной является задача внедрения сетецентрических моделей управления в информационные системы для управления ИТ-инфраструктурой и ресурсами информационных систем специального назначения. Важный ключевой вопрос выбора наиболее надежной и качественной альтернативной сети специального назначения с повышенной производительностью для обеспечения надежного управления совместно с имеющимися компьютерными сетями.
Наиболее высоконадежной сетью, работающей в государственных масштабах, является спутниковая система связи. Однако ее содержание в актуальном состоянии требует больших финансовых вложений. Ее недорогой альтернативой в настоящее время выступает сеть ДКМВ на основе программно определяемых радиосредств, способная обеспечить высоконадежную передачу небольших объе-
мов информации, что актуально для сил специального назначения.
Такая развернутая радиосеть может предоставлять телекоммуникационные услуги всем силовым ведомствам, при этом должно обеспечиваться как создание ведомственных подсетей в рамках единой сети, так и сетей (шлюзов) для организации взаимодействия потребителей телекоммуникационных услуг, имеющим различную ведомственную принадлежность. Рассмотрим характеристики и возможности данной сети.
Сигналы, применяемые в современных системах радиосвязи, являются сочетанием трех основных составляющих: элемент сигнала, канальный код, образующий из совокупности элементов сигнальнокодовую конструкцию (функциональное пространство L2) и согласованный с сигнально-кодовой конструкцией код для обнаружения и исправления ошибок (функциональное пространство L1). Для получения наилучших результатов при синтезе сигнально-кодовой конструкции (СКК) необходимо проводить согласование свойств этих трех составляющих, исходя из модели канала распространения и модели помеховой обстановки [3].
Все возможные СКК диапазона ДКМВ в соответствии с набором свойств разделены на четыре основные группы:
1. Для автоматического установления и ведения соединения. Диапазон скоростей передачи информации 50...250 бит/c. Характеризуются высокой устойчивостью к шумовым, структурным, импульсным и узкополосным помехам, многолучевому распространению, допплеровскому размытию и сдвигу частот в канале. Эта группа основана на шумоподобном ДЧ сигнале, формируемом как разделимый код с максимальным расстоянием.
2. Для среднескоростной (300...2400 бит/c) передачи данных В ходе ряда работ нам удалось решить задачу синтеза сигналов с перестановочной модуляцией с низким пикфактором. Практически на выходе радиостанции удается получить пикфактор передаваемого сигнала 4,5 дБ и менее без искажения сигнала ограничителем. Благодаря сверхбольшому канальному алфавиту сигнально-кодовой конструкции, 224 и более различаемых канальных символов, скорость передачи 2400 бит/ с обеспечивается при длительности канального символа 20 мс, что позволяет работать в условиях сильной многолучевости. Разработанные модификации также обеспечивают работу в условиях узкополосных и импульсных помех в полосе сигнала.
3. Для высокоскоростной (более 2400 бит/с) передачи данных В настоящее время проводятся работы по новому поколению этих сигналов, обладающему более низким пикфактором по сравнению с сигналами параллельных (OFDM) модемов. Также перспективные сигналы не будут нуждаться в затратных процедурах коррекции импульсной характеристики канала, занимающих в модемах последовательного типа по стандарту MIL-STD-188-110B до 25% пропускной способности канала.
4. Типа CHESS (Correlated Hopping Enhanced Spread Spectrum) использующие расширение спектра сигнала коррелированными скачками по частоте. Эта группа сигналов предназначена для передачи небольших объемов информации при скорости 1...5 бит/с в любых условиях. При скорости псевдослучайной перестройки по частоте до 200 скачков в секунду в полосе до десятков мегагерц сигналы, сигналы этого типа обладают высокой скрытностью и устойчивостью как к обнаружению, перехвату, так и к любым видам естественных и искусственных помех [3].
Для реализации всех преимуществ новых СКК и с учетом их особенностей были синтезированы следующие ключевые компоненты системы радиосвязи [4]:
система помехозащищеного кодирования с обнаружением и исправлением ошибок, согласованная с канальными сигнально-ко-
Рис 1. Фрагмент сети ДКМВ на основе программно-определяемых радиосредств (вариант)
довыми конструкциями и позволяющая реализовать высокие (0,68...0,75 в зависимости от помеховой обстановки) кодовые скорости;
процедуры помехоустойчивого автоматического установления соединения с выбором наилучшего из доступных частотных каналов для приема и передачи;
протоколы передачи данных с гарантированной достоверностью переданной информации для пакетов и потоков данных, обеспечивающие вероятность ошибки менее 2*10-12 на бит при передаче файлов и телеграмм;
процедуры ведения соединения, реализующие изменение скорости передачи информации, мощности используемого кода, вида используемого канального сигнала и мощности передатчика в антенно-фидерном устройстве;
процедуры частотной адаптации, реализующие быструю смену рабочей частоты при принятии решения о необходимости смены частоты процедурой ведения соединения.
Сочетание СКК, малочувствительных к многолучевому распространению (до 10 мс), быстрой частотной адаптации и элементов параллельного приема с разнесением позволило при связи в переходной зоне, на границе поверхностной и ионосферной волны, реализовать связь без мертвых зон, решив тем самым одну из основных проблем КВ радиосвязи (зарубежный аналог — технология NVIS (Near Vertical Incidence Skywave propagation).
Для решения задачи обеспечения встречной работы с аппаратурой старого парка, уже имеющейся в эксплуатирующих организациях проводится реализация радиосредств на базе программноопределяемой аппаратной платформы по технологии SDR: введение различных новых режимов и интерфейсов осуществляется путем обновления программного обеспечения серийно выпускаемых изделий без остановки производства аппаратной части. В дальнейшем при наличии средств предполагается программная модернизация изделий выпущенных ранее и находящихся на складах или в эксплуатации без возвращения на предприятие-изготовитель.
В качестве подтверждения полученных результатов в ОАО "Концерн "Созвездие" была разработана абонентская SDR радиостанция ДКМВ диапазона 'Терминал-10К", в которой были реализованы все перечисленные выше достижения в области ДКМВ радиосвязи. Проведенные в 20092011 гг. многочисленные трассовые испытания на дистанциях от 0 до 7000 км полностью подтвердили правильность выбранного подхода к построению современных пакетных систем радиосвязи [5]: при мощности передатчика 10 Вт на расстоянии между однотипными изделиями от 0 до 600 км, числе Вольфа обеспечивается круглосуточный обмен телеграфной и файловой информацией сигналами типа CHESS;
при мощности 500 Вт обеспечивается круглосуточный обмен файловой информацией со скоростями до 2400 бит/c. Более 12 часов в сутки обеспечивается обмен цифровой речевой информацией со скоростями 600 и 1200 бит/c, а также предоставляется сервис внешней оконечной аппаратуры по передаче непрерывного цифрового потока со скоростью до 1200 бит/c.
Структура новой сети представляет собой двухуровневую аппаратную архитектуру радиосредств — абонентский радиотерминал и масштабируемый стационарный комплект для построения многоканальных разнесенных радиоцентров.
На рис 1. показан вариант структуры фрагмента сети ДКМВ на основе программно-определяемых радиосредств.
Основу такой сети составляют радиосредства двух основных типов:
1. Портативный абонентский радиотерминал, включающий в себя многоканальные приемники, передатчики, усилитель мощности, согласующее антенное устройство с неограниченным ресурсом перестроек по частоте, модемы оконечной аппаратуры, аппаратуру установления и ведения соединения, аппаратуру наклонного ионосферного зондирования, программно определяемые интерфейсы с внешней оконечной аппаратурой, алфавитно-цифровую клавиатуру и флуоресцентный дисплей, а также другие функциональные узлы. Такой радиотерминал не требует дополнительного внешнего оборудования для предоставления абонентам сети необходимых сервисных услуг и легко интегрируется в контуры управления подвижных и переносных узлов связи. Абонентский радиотерминал должен обеспечивать обмен короткими сообщениями и цифробуквенными кодами и файлами между двумя любыми мобильными абонентами сети.
2. Стационарный комплект аппаратуры с выходной мощностью используемого усилителя 500-5000 Вт в зависимости от требуемой зоны радиосвязи с круглосуточной доступностью. Комплект предназначен для построения многоканальных разнесенных приемных и передающих радиоцентров, реализует предоставление полного набора услуг для пользователей сети. Он имеет выход непосредственно или через цифровой узловой коммутатор в каналы ЕАСС, которые может использовать для маршрутизации принятых сообщений, если получатель находится на значительном удалении. Также каналы ЕАСС могут быть использованы, наряду с выделенными прямыми линиями связи, для организации телеуправления и телесигнализации (ТУ-ТС) между приемным радиоцентром и передающим радио-
центром. Дополнительно к возможностям абонентского комплекта реализует следующие дополнительные функции:
совместный с другими стационарными комплектами, в том числе и расположенными на значительном расстоянии, прием сигналов типа CHESS для повышения вероятности приема до уровня 0.99 и выше;
маршрутизация принятых сообщений в рамках подсети стационарных радиоцентров;
возможность наращивания канальной емкости радиоцентров путем введения дополнительных стационарных комплектов в рамках одного узла;
одновременная работа (дежурство) как в составе подсети стационарных радиоцентров, так и в составе подсети абонентских радиотерминалов.
Стационарные комплекты такой сети с учетом новых технологий должны быть способны обеспечивать создание сплошной зоны радиодоступа на всей территории до 1500 км от каждого СРЦ (рис. 2) при обеспечения круглосуточной надежности связи для стационарных абонентов в режиме передачи данных в условиях преднамеренных и непреднамеренных помех не хуже 0,99, мобильных абонентов не хуже 0.95, со средствами старого парка — не хуже 0,6.
Однако, обеспечение надежности доставки сообщений сигналами типа CHESS с вероятностью 0,99 и выше в ДКМВ радиосетях с многоскачковыми трассами невозможно без использования разнесенного приема, причем целесообразно использовать пространственное разнесение от 500 км. На рис. 3 показан пример использования нескольких совместно функционирующих приемных радиоцентров, обеспечивающих разнесенный прием сообщений от одного абонента.
Сеть ДКМВ, построенная на основе программно-определяемых радиосредств, в отличие от существующих, обладает уникальными
Resource management of information systems of a special purpose at construction network-centric control systems
on the basis of radio networks of new generation
Lsgkov Konstantin Evgenevich: research assistant of the North Caucasian branch of the Moscow technical universtty of communication and computer science, Cand.Tech.Sci., constl@mail.ru
Abstract
Now all leading IT-Companies conduct researches and workings out on introduction of new models of management by difficult information systems. The given workings out реализовывают technical and information support network-centric operations during which time all objects of operation share the information by means of uniform interfaces, standards and reports. Accordingly in the Russian forces of a special purpose of the most actual the introduction problem network-centric management models in information systems for management of the IT-Infrastructure and resources of information systems is. One of important key questions is the question of a choice of the most reliable and qualitative network of a special purpose with the raised productivity for positive control maintenance together with available computer networks. The most highly reliable network working in the state scales during the present period, the satellite communication system is. However its maintenance in an actual condition demands the big financial investments, and the new radio network on a basis программно the defined radio means, capable to provide highly reliable information transfer that is actual for forces of a special purpose can become its inexpensive alternative. In article principles network-centric constructions of information system of a special purpose and the characteristic of new control systems by its resources, principles of construction of program-defined systems of a radio communication on the basis of new generation of signal-code designs are considered. The description of structure of a radio network of the state scale is resulted and possibilities of maintenance by resource management of information systems of a special purpose with use of the given network and available computer networks are considered.
Keywords: a control system, information systems, the report, program-defined radio means, SDR radio station.
Рис. 3. Прием сообщений от абонента с использованием нескольких стационарных радиоцентров
возможностями по конфигурации и возможным топологиям реализуемых в ее рамках подсетей. Возможности подобного рода систем и способы реализации их потенциальных возможностей в настоящее время исследуются, однако уже полученные результаты подтверждают, что такие системы позволяют наиболее полно воспользоваться появившимися в SDR радиосредствах возможностями.
Таким образом, для решения задачи внедрения сетецентрических моделей управления в информационные системы для управления ИТ-инфраструктурой и ресурсами информационных систем специального назначения целесообразно рассматривать наиболее надежную и качественную альтернативную сеть ДКМВ государственного масштаба на основе программно определяемых радиосредств совместно с имеющимися компьютерными сетями.
В условиях сетецентрического конфликта наличие подобной децентрализованной системы передачи информации с высокой связностью ее опорных узлов между собой и ЕАСС позволяет обеспечить управление ресурсами информационных систем специального назначения в любой точке территории страны и в любое время суток.
Литература
1. http://dig.csail.mit.edu/breadcrumbs/blog/4 (Блог Тима Бернерса-Ли, 01.12.2011).
2. Прокис Дж. Цифровая связь. Пер с англ. / Под ред. Д. Д. Кловского. — М.: Радио и связь, 2000. — 241 с.
3. Гремяченский С.С., Николаев В.И Введение в теоретико-игровой анализ радиоэлектронного конфликта систем радиосвязи со средами радиоподавления и некоторой оценки результатов конфликта. — Воронеж: ВНИИС, 1995. —46 с.
4. Маковий ВА Построение современных систем радиосвязи КВ диапазона// Теория и техника радиосвязи, 2009. — №3. — С. 76-86.
5. http://www.sozvezdie.su/science (02.02.2012).
