CC BY
46
А. Н. Бабкин,
кандидат технических наук, доцент
ЗАЩИТА СЕТЕЙ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ ОВД ОТ УГРОЗ БЛОКИРОВАНИЯ
PROTECTION OF NETWORKS OF THE MOBILE RADIO COMMUNICATION OF DEPARTMENT OF INTERNAL AFFAIRS
FROM BLOCKING THREATS
В статье рассматриваются вопросы обеспечения достоверности передачи данных в условиях воздействия помех. Предложен комбинированный способ противодействия угрозам блокирования, предусматривающий формирование альтернативных направлений связи между абонентами с возможностью идентификации мобильныхра-диостанций в зонах обслуживания сети.
In article questions of ensuring reliability of data transmission in the conditions of influence of noises are considered. The combined method of counteraction to blocking threats providing forming of the alternative directions of communication between subscribers with a possibility of identification of mobile radio stations in service areas of network is offered.
Введение. Сети подвижной радиосвязи органов внутренних дел (СПР ОВД) предназначены для управления мобильными абонентами полиции. Основные требования, предъявляемые к таким сетям, — обеспечение своевременности доставки сообщений, доступности и безопасности. Основной угрозой информационной безопасности СПР ОВД является угроза блокирования (потеря доступности) [1]. Для предотвращения данной угрозы необходимо обеспечить защиту СПР ОВД от непреднамеренных и преднамеренных помех. Защита сетей от непреднамеренных помех осуществляется в рамках обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) радиоэлектронных средств (РЭС) и сетей радиосвязи (СРС). Вопросы обеспечения ЭМС РЭС и СРС достаточно подробно рассмотрены в литературе [2, 3]. Защита СРС ОВД от преднамеренных помех (обеспечение помехозащищенности) по-прежнему остается актуальной для специалистов в области радиосвязи.
Основная часть. Угрозы блокирования СПР ОВД могут привести к потере управления силами и средствами полиции. При построении СПР ОВД необходимо обеспечить необходимые условия функционирования сетей радиосвязи в условиях воздействия помех.
На рис. 1 представлены возможные варианты расположения источников помех (ИП), блокирующих работу приемных устройств как базовых радиостанций СПР ОВД (БС) или ретрансляторов (РТР), так и мобильных радиостанций (МС); Sус и Sпом — соответственно площадь уверенной связи абонентов СПР ОВД и площадь помехи, создаваемой ИП.
На рис. 1, а ИП расположен вне зоны уверенной связи абонентов СПР ОВД, при этом ИП формирует направленную помеху, блокирующую работу БС или РТР. На рис. 1, б ИП расположен внутри зоны уверенной связи абонентов СПР ОВД и помеха, формирующаяся ИП, блокирует работу БС или РТР. На рис. 1, в ИП расположен вне зоны уверенной связи СПР ОВД и формирует зону помех, при попадании в которую блокируется работа МС. На рис. 1, г представлен вариант формирования ИП помехи, блокирующей как работу БС или РТР, так и МС по всей зоне связи СПР ОВД.
Можно ввести параметр, характеризующий степень блокирования СПР ОВД: коэффициент блокирования Кбл, равный отношению площади уверенной связи абонентов СПР ОВД Sус к площади помехи, создаваемой ИП Sпом [1, 4]:
Кбл _ Sпом / Sус .
0 < Кбл < 1
При отсутствии помех ^пом = 0) Кбл = 0.
Однако применительно к вариантам рис. 1, а, 1, б такое определение коэффициента блокирования не совсем корректно, так как даже при минимальном значении площади помехи нарушается работа БС или РТР, что приводит к блокированию всей СПР ОВД.
Совершенно очевидно, что минимальным условием предотвращения угрозы блокирования СПР ОВД является отсутствие возможности блокирования БС или РТР.
Существуют различные способы противодействия угрозам блокирования, основанные на селекции сигналов и помех: пространственная, амплитудная, временная, частотная, поляризационная, структурная, многоканальный прием [5].
Наиболее приемлемым способом предотвращения угроз блокирования для СПР ОВД является комбинированный прием, включающий в себя перечисленные выше способы защиты от помех. На рис. 2 представлена структурная схема СПР ОВД, реализующая комбинированный способ защиты: ПРМ — приемное устройство; й, f2, ..., f6 — частоты работ радиоэлектронных средств; I, II, Ш и IV — секторы обслуживания МС СПР ОВД.
Комбинированный способ противодействия угрозам блокирования заключается в следующем. В зоне обслуживания СПР ОВД, определяемой передающим устройством БС или РТР, устанавливаются несколько приемных устройств ПРМ. На рис. 2 таких ПРМ четыре (ПРМ1, ПРМ2, ПРМз и ПРМ4), работающих на различных частотах (соответственно f з, f 4, £5 и f б) и разбивающих зону обслуживания на секторы: I, II, III и IV. Приемные устройства соединяются линиями связи с БС или РТР. Мобильная станция, находясь территориально в одном из секторов, имеет возможность организации связи с другими МС как через ближайшие приемные устройства сектора, так и через приемные устройства других секторов в случае блокирования работы приемных устройств сектора, в котором находится МС.
Главной особенностью представленной на рис. 2 структурной схемы СПР ОВД является возможность идентификации мобильными станциями своего сектора нахождения и, как результат, определения ближайших к МС приемных устройств. Например, для МСп — это ПРМ1, ПРМ2 и ПРМ(бс, ртр). Идентификация мобильными станциями своего сектора нахождения происходит при передаче передающими устройствами БС или РТР с помощью направленных антенн последовательно сигналов управления в секторах на частотах £2, £з, £б (I сектор), £2, £з, £4 (II сектор), £2, £4, £5 (III сектор), £2, £5, £б (IV сектор). Таким образом, образуются направления связи МС, представленные на рис. 3.
ИП
в) г)
Рис. 1. Варианты расположения источников помех, блокирующих работу СПР ОВД
ПРМз
(Г)
МСш
е. Г е6)
ПРМ2 --
III
_БС (РТР) II
МСп
(fl,f2,fз,
оЧ\ МС1У
IV ° № ЛДз,
г»^ г* г* \ I
-----------------^ прм
I о
ПРМ1
MCI
(f1,f2,f3,
Рис. 2. Структурная схема СПР ОВД, реализующая комбинированный способ
защиты от помех
MCi ПРМ1
Рис. 3. Направления связи мобильных станций СПР ОВД
Например, для связи MCi с МСш существуют следующие направления связи:
1. MCi ^ ПРМ1 ^ БС (РТР) ^ МСш.
2. MCi ^ ПРМ4 ^ БС (РТР) ^ МСш.
3. MCi ^ БС (РТР) ^ МСш.
В свою очередь, для связи MCiii с MCi существуют следующие направления связи:
1. МСш ^ ПРМ2 ^ БС (РТР) ^ MCi.
2. МСш ^ ПРМз ^ БС (РТР) ^ MCi.
3. МСш ^ БС (РТР) ^ MCi.
Выбор направления связи происходит по алгоритму, подробно рассмотренному в [6]. При этом в соответствии с [7, 8] для приемных устройств установлены обязательные требования к параметрам для значения достоверности передачи данных (BER, интенсивность битовых ошибок), равной 10-2.
Проведем анализ защиты направлений связи от помех, используя метод графов. На рис. 4 представлен граф направлений связи для МС, находящихся в разных секторах СПР ОВД.
Vi1 Vi2
Представленный на рис. 4 граф можно изобразить в виде
О = V, Е,
V = (\11,^,\41, VI2,...,У42, и}, Е = {в1.11-2,.,в4-41-2, в1-и2'и,...,в4-и2'и} . (1)
Под элементами множества V понимаются вершины графа (приемные устройства), под элементом и понимается базовая станция (или ретранслятор). Под элементами множества Е понимаются дуги, характеризующие различные параметры сети радиосвязи: вероятность безотказной работы, пропускную способность (ширину канала связи), помехоустойчивость (интенсивность битовых ошибок) и др.
Используя теорию графов, можно смоделировать работу СПР ОВД в условиях сложной помеховой обстановки, предотвратить угрозы блокирования, обеспечить своевременность, безопасность и достоверность доставки сообщений.
Представим весовую матрицу смежности графа G (1). Под весовой матрицей смежности графа G понимается матрица 9 = Матрица 0 имеет размерность т*т, где т определяют количество вершин. qiJ может принимать только два значения: а^ — если вершины являются смежными, 0 — если вершины являются несмежными.
С учетом этого весовую матрицу смежности графа G можно представить следующим образом:
11 11 2222 V ^2 V V и
в = V
1 1 1 0 0 0 0 а1, 0 0 а' а) .
0 0 0 0 а2_1 а2_20 0 а2_„ 0 0 0 0 0 а1 2 а2 30 а1
2-2 2-3 3-й
0 0 0 0 0 0 а4-3 а4-4 а4-н
а1 а1 0 0 0 0 0 0 а2
0 а1
а1 0 0 0 0 0 а2
0 0 а\
а1 0 0 0 0 а2
а11 4 0 0
4-3 1
3-й
2
а4-4 0 0 0 0 а2-и
а'1-иа2-иаЪ-иа4-иа1иа1-иа1и<-и 0
22 аа
(2)
Взвешенный связный граф с весами дуг, соответствующий (2), представлен на рис. 5. В качестве примера проанализируем помехоустойчивость направлений связи (достоверность передачи сообщений) между МС и МСш. Пусть веса дуг определяют вероятность правильного приема сообщений (интенсивность битовых ошибок). Существуют три направления связи между абонентами:
1. V!1 ^ V!2 ^ и ^ Vз1.
2. Vl1 ^ и ^ Vз1.
3. Vl1 ^ V42 ^ и ^ Vз1.
Достоверность передачи сообщений Р для выбранных направлений связи будет определяться выражениями
Р^ = х а^-у х а\-и
Р7 = а
2 = и1-и Х а3-и
рч = а
3 = и1-4 Х а2-и Х а3-и
v
v
v
v
2
v
v
У12
У2
и
Уз
Рис. 5. Взвешенный связный граф направлений связи СПР ОВД
Наиболее оптимальным направлением связи будет являться маршрут с наибольшим значением Рь Исходя из требований [8], достоверность передачи сообщений (3) будет соответствовать требованиям, если Pi > 0,99.
Вывод. Для предотвращения угроз блокирования в СПР ОВД необходимо реализовать комбинированный способ противодействия, предусматривающий формирование альтернативных направлений связи между абонентами с возможностью идентификации мобильных радиостанций в зонах обслуживания сети, осуществлять контроль достоверности передачи данных по радиоканалу в режиме реального времени, проводить анализ функционирования СПР ОВД, обеспечения своевременности, безопасности и доступности передачи данных, что возможно при применении теории графов.
1. Бабкин А. Н. Методические основы построения защищенных сетей подвижной и фиксированной радиосвязи : монография. — Воронеж : ВИ МВД России. — 2016. — С. 187.
2. Основы управления использованием радиочастотного спектра. Т. 2 : Обеспечение электромагнитной совместимости радиосистем / под ред. М. А. Быховского. — М. : Красанд, 2012. — 552 с.
3. Основы управления использованием радиочастотного спектра. Т. 3 : Частотное планирование сетей телерадиовещания и подвижной связи. Автоматизация управления использованием радиочастотного спектра / под ред. М. А. Быховского. — М. : Красанд, 2012. — 368 с.
4. Бабкин А. Н., Леньшин А. В. ЧТП сетей подвижной радиосвязи специального назначения // Теория и техника радиосвязи. — 2013. — № 3. — С. 17—22.
5. Цветнов В. В., Демин В. П., Куприянов А. И. Радиоэлектронная борьба: радиомаскировка и помехозащита : учебное пособие. — М. : Изд-во МАИ, 1999. — 240 с.
6. Бабкин А. Н., Степанов Г. В., Эсауленко А. В. Способ контроля радиоканала в сети подвижной радиосвязи в заданной зоне обслуживания группы абонентских радиостанций // Патент на изобретение № 2556866. Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 19 июня 2015 г.
ЛИТЕРАТУРА
7. Radio Equipment and Systems Land mobile service. Technical characteristics and test conditions for radio equipment intended for the transmission of data and speech and having an antenna connector // ETS 300 113. European telecommunication Standard. —1996. — June.
8. Правила применения базовых станций и ретрансляторов сетей подвижной радиосвязи : приказ Министерства связи и массовых коммуникаций Российской Федерации от 5 февраля 2010 г. № 26 // СПС «КонсультантПлюс».
REFERENCES
1. Babkin A.N. Metodicheskie osnovyi postroeniya zaschischennyih setey podvizhnoy i fiksirovannoy radiosvyazi : monografiya. — Voronezh : VI MVD Rossii. — 2016. — S. 187.
2. Osnovyi upravleniya ispolzovaniem radiochastotnogo spektra. T. 2 : Obespechenie elektro-magnitnoy sovmestimosti radiosistem / pod red. M.A. Byihovskogo. — M. : Krasand, 2012. — 552 s.
3. Osnovyi upravleniya ispolzovaniem radiochastotnogo spektra. T. 3 : Chastotnoe plani-rovanie setey teleradioveschaniya i podvizhnoy svyazi. Avtomatizatsiya upravleniya ispolzovaniem radiochastotnogo spektra / pod red. M. A. Byihovskogo. — M. : Krasand, 2012. — 368 s.
4. Babkin A. N., Lenshin A. V. ChTP setey podvizhnoy radiosvyazi spetsialnogo naznacheniya // Teoriya i tehnika radiosvyazi. — 2013. — # 3. — S.17—22.
5. Tsvetnov V. V., Demin V. P., Kupriyanov A. I. Radioelektronnaya borba: radio-maskirovka i pomehozaschita : uchebnoe posobie. — M. : Izd-vo MAI, 1999. — 240 s.
6. Babkin A. N., Stepanov G. V., Esaulenko A. V. Sposob kontrolya radiokanala v seti podvizhnoy radiosvyazi v zadannoy zone obsluzhivaniya gruppyi abonentskih radiostantsiy // Patent na izobretenie # 2556866. Zaregistrirovano v Gosudarstvennom reestre izobreteniy Ros-siyskoy Federatsii 19 iyunya 2015 g.
7. Radio Equipment and Systems Land mobile service. Technical characteristics and test conditions for radio equipment intended for the transmission of data and speech and having an antenna connector // ETS 300 113. European telecommunication Standard. —1996. — June.
8. Pravila primeneniya bazovyih stantsiy i retranslyatorov setey podvizhnoy radiosvyazi : prikaz Ministerstva svyazi i massovyih kommunikatsiy Rossiyskoy Federatsii ot 5 fevralya 2010 g. # 26 // SPS «KonsultantPlyus».
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРЕ
Бабкин Александр Николаевич. Доцент кафедры информационной безопасности. Кандидат технических наук, доцент.
Воронежский институт МВД России.
E-mail: alex_babk@mail.ru
Россия, 394065, г. Воронеж, проспект Патриотов, 53. Тел. (473) 200-52-44.
Babkin Alexander Nicolayevich. Associate Professor of the chair of Information Security.
Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor
Voronezh Institute of the Ministry of the Interior of Russia.
E-mail: alex_babk@mail.ru
Work address: Russia, 394065, Voronezh, Prospect Patriotov, 53. Tel. (473) 200-52-44.
Ключевые слова: сеть подвижной радиосвязи; угрозы блокирования; доступность; направления связи; комбинированный прием; идентификация; контроль радиоканала; достоверность передачи сообщений.
Key words: network of a mobile radio communication; blocking threat; availability; the directions of communication; the combined reception; identification, control of a radio channel; reliability of transmission of messages.
УДК 621.396.62
