ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ РАБОТОЙ ДЕКАМЕТРОВОЙ РАДИОСЕТЬЮ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 004.722

Децентрализованная система управления работой декаметровой радиосетью

Хвостунов Ю.С.

Аннотация: В статье рассматривается решение проблемы автоматизации управления работой декаметровой радиосетью, работающей в режиме псевдослучайной перестройки рабочей частоты. Одним из направлений повышения эксплуатационных характеристик радиосети часто предлагается применение ионосферно-волновой и частотно-диспетчерской службы, которая дополнительно усложняет систему радиосвязи, а также требует централизованного управления работой радиосети в целом. Целью работы является разработка алгоритмов установления соединения, обработки вызова и ведения сеанса связи, обеспечивающих возможность децентрализованного управления работой декаметровой радиосети без оперативного функционирования ионосферно-волновой и частотно-диспетчерской службы при одновременном достижении предельных характеристик по надёжности, пропускной способности, помехоустойчивости и помехозащищенности. Используемые методы: теоретический и практический заделы в области цифровой передачи данных по декаметровому каналу связи. Новизна: состоит в том, что предлагаются метод организации децентрализованного управления работой декаметровой радиосети. Результат: заключается в том, что предлагаются алгоритмы автоматического установления соединения, обработки вызова и ведения сеанса связи при децентрализованном управлении радиосетью в целом, обеспечивающих необходимые для автоматизированной системы Вооруженных Сил Российской Федерации вероятностно-временные характеристики в различных условиях эксплуатации. Практическая значимость: заключается в том, что предлагаемые алгоритмы позволяют поддерживать полностью автоматический режим ведения сеанса связи, децентрализованное управление работой декаметровой многоканальной радиосетью, исключить влияние человеческого фактора при одновременном обеспечении высоких вероятностно-временных характеристик.

Ключевые слова: декаметровая радиосвязь, псевдослучайная перестройка рабочей частоты, сигнальная конструкция, частотно-временная матрица, аппаратура передачи данных, автоматизированный стационарный радиоцентр, оконечное оборудование данных

Введение

Современный уровень развития Вооруженных Сил, коренные изменения в средствах и способах ведения войны выдвигают проблему адекватного совершенствования систем управления и связи. Анализ текущего состояния сетей декаметровой радиосвязи Вооруженных Сил Российской Федерации (ВС РФ) показывает, что в настоящее время данные системы не в полной мере обладают теми свойствами, которые требуются для автоматизированной системы управления (АСУ) ВС РФ:

- недостаточная надёжность установления и поддержания сеанса связи;

- сложный регламент назначения и распределения частотного ресурса между радиоцентрами организуемых радиосетей;

- в полной мере не решены проблемы: сокращения времени установления соединения, нехватки требуемой пропускной способности организованных сетей радиосвязи, обеспечения радиосетей требуемой помехоустойчивостью и помехозащищенностью;

- недостаточная автоматизация процессов управления радиоцентрами и радиосетью в целом, что с учётом человеческого фактора снижает эффективность боевого применения радиосредств;

- централизованное управление работой радиосети приводит к необходимости использования дополнительных технологических каналов связи.

В статье рассматривается решения, направленные на устранение данных недостатков на примере построения системы декаметровой радиосвязи, применяющей режим

псевдослучайной перестройки рабочей частоты (ППРЧ) и использующей её уже отработанные технические характеристики [1] - отсутствие потерь времени на синхронизацию модемных посылок, анализ качества приёма по рабочему сигналу, адаптацию по рабочей частоте и сигнально-кодовой конструкции и минимальное время работы на одной рабочей частоте (РЧ).

Топологическая структуры радиосети.

Свойства предложенной структуры радиосети

Рассматриваемая система декаметровой радиосвязи с ППРЧ строится на основе общего частотно-временного расписания сети. При организации радиосети устанавливается пакет переключения РЧ, состоящий из N основных РЧ и набор запасных РЧ. Количество рабочих частот N в пакете переключения может принимать значения от 2-х и выше. Период переключения РЧ - /пр.

Задача обеспечения синхронного переключения РЧ различных корреспондентов радиосети рассмотрена в [2]. В силу территориальной разнесенности корреспондентов особенностью радиосети является различное время распространения по радиоканалу (от 0 до 15 мс в пределах односкачковой трассы) между разными парами абонентов. Это обстоятельство накладывает следующие требования:

- либо необходимо вводить защитный интервал (величиной до 15 мс) при переключении РЧ (вариант 1);

- либо любая частота, использовавшаяся одним из корреспондентов, в течение следующего цикла времени никем не должен быть использована (вариант 2).

Каждый из вариантов имеет свои достоинства и недостатки. Вариант 1 позволяет организовать в радиосети больше в 2 раза количество независимых каналов связи, а вариант 2 обеспечивает большую пропускную способность для каждого организуемого радиоканала. Далее рассматривается второй вариант, где показан подход в организации группы независимых радиоканалов. Принцип организации многоканальной сети с использованием общего сетевого комплекта РЧ для варианта 1 аналогичен.

Для второго варианта N основных РЧ разделены на две равные части [3]. Первая половина частот используется в четные промежутки времени, а вторая - в нечетные. Последовательность переключения частот организуемого многочастотного канала формируется по значению генератора псевдослучайной последовательности (ПСП) поочередно из N/2 четных и N/2 условных нечетных номеров частот. Данное построение последовательности переключения РЧ позволяет организовать ^ч/2 независимых каналов связи. Последовательность переключения частот следующих каналов получается из первой последовательности при помощи фиксированного циклического смещения, соответствующего номеру канала. Возможный фрагмент частотно-временного расписания сети на примере N = 32 приведен на рис. 1 (/пр. = 50 мс).

Частотно-временное разделение в рассматриваемой радиосети строится с учетом алгоритмов адаптации радиочастот. Алгоритм адаптации по частотам действует только на протяжении сеанса связи. Исходными рабочими частотами всегда являются основные РЧ.

Решение о смене частоты принимается на приемной стороне и сообщается передающей в служебной части информационной кодограммы на «хороших» радиочастотах без прерывания обмена основной информацией. Если по какой-либо причине сообщение о смене частот до передающей стороне не дойдет, то при попытке работать на данной радиочастоте приемник ее бракует и дает команду перехода на следующую.

Рис. 1. Фрагмент частотно-временного расписания радиосети

Данное свойство организации группы независимых каналов связи, использующем один комплект РЧ, позволяет организовать полносвязанную одноранговую радиосеть с выделенным каналом управления [4, 1]. Топологическая структура радиосети с выделенным каналом управления показана на рис. 2.

Данная структура позволяет в радиосети организовать канал децентрализованного управления. Данный канал управления предназначен для:

- для установления соединения между любой парой автоматизированного стационарного радиоцентра (АСРЦ);

- передачи сообщений с высшим приоритетом;

- передачи циркулярных сообщений.

Рис. 2. Топологическая структура сети с каналом децентрализованного управления

Канал управления и остальные #/2-1 информационных каналов составляют общую канальную емкость организованной сети связи. Необходимо отметить, что для варианта 1 канальная емкость увеличивается до N радиоканалов (но каждый с меньшей предельной пропускной способностью).

Параметры организации радиосети с ППРЧ

Штатный режим работы рассматриваемой системы радиосвязи - режим радиомолчания. При организации радиосети всех АСРЦ централизованно устанавливается:

- штатно-адресная структура, включающая адреса всех абонентов сети;

- номера и номиналы начального пакета переключения (НПП) РЧ. Значения НПП РЧ организуемой радиосети является оригинальным, отличным от станций других сетей. Это позволяет обеспечить независимость работы отдельных радиосетей;

- ключ ПСП переключения РЧ;

- ключ организации имитовставки;

- номера и номиналы запасных РЧ радиосети (запасные РЧ могут для отдельных радиосетей частично совпадать);

- при необходимости взаимодействия с абонентами других радиосетей - их адреса, номера и номиналы РЧ начального набора в пакете переключения, номера и номиналы запасных РЧ.

Все станции находятся в режиме сетевой синхронизации, т. е. «внутренние часы» всех станций работают синхронно, и все радиоприемники станций синхронно переключают свои РЧ. Номера РЧ определяются генератором ПСП с установленным ключом, и соответствуют одной и той же строке частотно-временной матрицы (ЧВМ) (условно назовем её нулевой) для всех АСРЦ организованной радиосети. Данная строка ЧВМ отводится каналу управления. Режим сетевой синхронизации штатно устанавливается при вводе станции в эксплуатацию и поддерживается в течение всего времени эксплуатации [2].

Минимальное время работы на отдельной РЧ и псевдослучайный закон переключения РЧ не позволяют системам РЭП ставить помеху «вслед», а наличие имитовставки при установлении соединения исключает дезорганизацию работы сети.

Оперативная замена во время сеанса связи РЧ неудовлетворительного качества обеспечивает устойчивую работу отдельных направлений и сети радиосвязи в целом в условиях возмущённой ионосферы, диффузной многолучевости, станционных, атмосферных и индустриальных радиопомех.

Порядок назначения и распределения рабочих частот радиосети

Предполагается, что размеры района размещения радиосети не превышают величины односкачковой трассы КВ радиодиапазона (диаметр не более 3,0 ^ 3,5 тыс. км). Концепция назначения и распределения РЧ заключается в следующем:

- радиосеть обеспечивает полносвязанную структуру для всех АСРЦ (рис. 2);

- станции радиосети могут располагаться в любой точке района размещения;

- связь обеспечивается как для стационарных, так и для подвижных станций (используются АФУ с круговой диаграммой направленности);

- для обеспечения связи с более высокими характеристиками (высокая пропускная способность, высокая стойкость ко внешним помехам) наряду с всенаправленными АФУ допускается на выделенных направлениях использовать направленные АФУ.

Выделенные в соответствии с долгосрочным прогнозом и существующим регламентом назначения и распределения РЧ (основная, запасная и резервная) для отдельных направлений (радиосетей) формируемой подсети объединяются в общий пул РЧ. Формируется начальный пакет переключения РЧ, состоящий из суммы основных РЧ станций радиосети. Запасные и резервные РЧ составляют пул запасных РЧ.

Максимальное количество абонентов радиосети определяется из расчета возможной интенсивности взаимного обмена. Так при интенсивности обмена на одного абонента организуемой подсети 0,1 Эрл., максимальное количество корреспондентов подсети может составить до М = 10 Кн, где Кн - количество независимых каналов связи, одновременно организуемых в подсети. Рассматриваемая система КВ радиосвязи обеспечивает N/2 независимых каналов связи. Из этого следует, что М = 5 N. Так для варианта N = 32 возможна организация одновременно 16 независимых каналов связи в соответствии со строками частотно-временной матрицы при количестве обслуживаемых абонентов до 160. Общий требуемый частотный ресурс формируемой подсети составит до 128 РЧ по 32 РЧ каждого времени суток, что возможно обеспечить существующим регламентом. Для НПП отбираются основные дневные, ночные, переходные. Так для варианта N = 32, по 8 дневных, ночных, переходных, распределенных равномерно. Сумма остальных РЧ, выделяемых существующим регламентом (основных, запасных и резервных) для корреспондентов подсети составляют пул запасных РЧ в пакете переключения. Данный подход позволяет:

- упростить или отменить процедуру регулярной смены РЧ по времени суток (не исключено и года);

- обеспечить надежное установление и поддержание соединения абонентам организованных радиосетей, находящихся в разных условиях (день, ночь и т. д.) и на различных расстояниях (связь в «мертвой» зоне и вне её).

Выбор рабочих частот при установлении соединения и ведения сеанса связи

Необходимость увеличения пропускной способности передачи информации в КВ радиоканале приводит к необходимости использования РЧ более высокого качества. Так увеличение скорости с традиционной 75 бит/с до 2400 бит/с требует повышения соотношения сигнал/шум в канале связи в занимаемой сигналом полосе частот на 15 дБ. Повышение мощности радиопередатчика и использование более эффективных антенно-

фидерных устройств (АФУ) во многих применениях невозможно как по конструктивным ограничениям, так и по эксплуатационным и экономическим.

Таким образом, становится первоочередной задача выбора во время сеанса связи из разрешенных рабочие частоты требуемого качества. Долговременный прогноз данным требованиям удовлетворять не может, поэтому при организации связи вынуждены работать на наименьших скоростях, чтобы обеспечить приемлемую вероятность установления соединения. Но и в этом случае не удается, как правило, достичь требуемой вероятности соединения за заданное время. В данной ситуации для обеспечения заданных автоматизированными системами управления вероятностно-временными характеристиками (ВВХ) используют ионосферно-волновую и частотно-диспетчерскую службу (ИВ ЧДС). Анализ вариантов систем ионосферного зондирования показывает следующее.

Пост ИВ ЧДС, как правило, находится в удалении от приемного радиоцентра, использует свои антенные системы и свои оригинальные виды зондирующих радиосигналов. По этим причинам адекватно отследить помеховую обстановку и прохождение сигналов для конкретной радиолинии с необходимой точностью не представляется возможным. Поэтому данные обстоятельства не позволяют сделать вывод о возможности или невозможности работы на той или иной частоте. Кроме, того:

- для поддержания получаемых данных в актуальном состоянии требуется проводить зондирование выделенных РЧ с периодом 10 (для обеспечения высоких скоростей) ^ 30 (для обеспечения более низких скоростей) минут [5], на что требуется выделять дефицитное эфирное время;

- полученные результаты зондирования необходимо своевременно и надежно рассылать всем корреспондентам организуемых направлений и сетей, что является задачей не менее сложной, чем передача информационных сообщений. При отсутствии альтернативных каналов связи (в основном проводных) данная задача является трудноразрешимой;

- работа системы ионосферного зондирования является ценным материалом для систем радиоэлектронного подавления (РЭП) и существенно повышает оперативность и эффективность ее функционирования.

Таким образом, становится первоочередной задача выбора во время сеанса связи из разрешенных РЧ требуемого качества. Установление соединения и поддержания сеанса связи в режиме ППРЧ с адаптацией по РЧ и сигнально-кодовой конструкции позволяет обеспечить:

- в процессе установления и поддержания соединения оптимальный набор используемых для сеанса связи РЧ;

- высокую вероятность установления соединения (более 0,99);

- минимальное время установления соединения (менее 1 с);

- максимальную пропускную способность организованного канала связи (в канале тональной частоты до 7,2 - 9,6 Кбит/с);

- стойкость к системам РЭП.

Алгоритм установления соединения и ведения сеанса связи

Как указано в [2, 6] для достижения максимальной пропускной способности каждый канал приема комплектуется двухканальным радиоприемником. При ведении сеанса связи в случае необходимости данному корреспонденту передать срочное и более приоритетное сообщение каждый в каждом канале используется второй комплект двухканального радиоприемника. Данный вариант оснащения позволяет для каждого организуемого автоматизированного стационарного центра направления связи прервать текущий сеанс для

предоставления возможности получить срочное сообщение. Количество одновременно обслуживаемых направлений связи определяется составом АСРЦ.

Процедура установления соединения и поддержания сеанса связи начинается с получения адресной заявки от оконечного оборудования данных (ООД) на установление соединения. В заявке указывается информация о предлагаемых режимах работы (категория срочности, режим и скорость обмена, полоса и номер канала связи и др.). Количество одновременно обслуживаемых направлений связи определяется составом АСРЦ.

На рис. 3 показан алгоритм установления соединения и ведения сеанса связи. Для обслуживания одного направления связи АСРЦ оборудуется двумя двухканальными радиоприемниками. Данный вариант оснащения позволяет для каждого организуемого АСТЦ направления связи прервать текущий сеанс для предоставления возможности получить срочное сообщение. В режиме радиомолчания первый комплект радиоприемников переключает РЧ нулевой строки (канал управления, номер /т = 0), а второй комплект переключает РЧ первой строки (информационный канал, номер /т = 1) ЧВМ с набором из N РЧ.

При поступлении адресной заявки от ООД анализируется категория срочности сообщения. Для сообщения высшей категории срочности оценивается занятость нулевого канала, а случае его занятости занятость первого канала. Если занят и первый канал, то оператору сообщается об ожидании срочного сеанса. При освобождении любого из этих каналов происходит обмен приоритетным сообщением без установления соединения.

Для сообщений с более низким приоритетом проводится последовательный анализ занятости организованных сетью каналов связи (за исключением нулевого) начиная со случайного номера /т = ксл. При декодировании информации на части (например, более 15 %) РЧ этого канала канал считается занятым и осуществляется переход на прослушивание следующего канала (/т = ксл+1). Если декодируется менее 15 % РЧ текущего канала он считается свободным. Данное свойство позволяет обеспечить работоспособность радиосети при постановке системой РЭП имитопомехи.

Если свободный канал не находится, то после нескольких попыток (каждая попытка равна N/2-1 раз) пройти по всем каналам (количество попыток устанавливается при организации сети либо оператором заранее) формируется в ООД сигнал «сеть занята».

При наличии свободных информационного канала и канала управления АСРЦ формирует адресную кодограмму установления соединения с указанием вызываемому АСРЦ проведения сеанса на найденном свободном канале.

Отсутствие за установленное время ответа на кодограмму установления соединения возможно из-за столкновения кадров (информационного или вызова) различных АРСЦ сети на канале управления. Повторная попытка вызова (анализ занятости канала управления), а при необходимости и больше (до к раз - устанавливается оператором при организации сети) позволяет решить данную проблему ввиду случайности времени анализа занятости канала управления и, как следствие, повторного формирования кодограммы установления соединения.

Отсутствие ответа после к-го вызова свидетельствует:

- о занятости сеансом связи вызываемого АСРЦ (формируется сообщение «абонент занят или выключен»);

- о неисправности аппаратуры вызывающего АСРЦ (формируется сообщение «авария аппаратуры»);

- вызывающий или вызываемый АСРЦ потеряли сетевой синхронизм. Это состояние определяется по отсутствию приема кадров по служебному каналу в течение заданного времени.

Рис. 3. Алгоритм установления соединения и ведения сеанса связи

При получении ответа от АСРЦ осуществляется обмен сообщениями (оператору выдаётся сигнал «ведется сеанс, абонент №да, канал №хх»). В режиме симплекс сообщение передается необходимое число раз для обеспечения требуемой надежности. В режиме дуплекс и полудуплекс сообщение передается в адаптивном режиме (РЧ, ССК) до полного квитирования правильно полученного сообщения, после чего формируется кодограмма разрыва соединения и сообщении в ООД об успешном проведении сеанса, а сигнал «ведется сеанс, абонент №да, канал №хх» снимается. Если в течении установленного времени квитанции за переданное сообщение в нужном объеме не получены, то оператору формируется донесение «канал/авария» и снимается сигнал «ведется сеанс, абонент №да, канал №хх».

Алгоритм обработки вызова из канала и ведение сеанса связи

При получении на канале управления кодограммы установления соединения с предложением работать на определенном вызывающим абонентом информационном канале, вызываемый абонент переходит на выбранный канал, оператору выдаётся донесение «ведется сеанс, абонент №да, канал №хх» и осуществляется сеанс связи с использованием приемного канала Пр1 (второй комплект радиоприемников) до получения кодограммы разрыва соединения, о чем сообщается в ООД (рис. 4).

Рис. 4. Алгоритм обработки вызова из канала и ведение сеанса связи

Если во время сеанса связи по каналу управления Пр0 приходит кодограмма установления соединения, то проводится анализ срочности на установления соединения. При этом если:

- признак срочности ведущегося соединения равен или выше признака срочности принимаемой кодограммы, то сообщение игнорируется;

- признак срочности ведущегося соединения меньше признака срочности принимаемой кодограммы, то формируется кадр разрыва соединения текущего сеанса связи, а затем выдается кадр согласия на установление более приоритетного соединения и происходит обмен с другим АСРЦ с более срочным сообщением, оператору выдается донесение «разрыв соединения принудительно» и заменяется номер абонента, с которым ведется сеанс.

Циклограммы установления и поддержания сеанса связи

Отсутствие потерь времени на синхронизацию при приеме модемных посылок (слота) позволяет существенно эффективнее использовать как общий частотный ресурс радиосети, так и позволяет максимально быстро определить качество предоставленных РЧ и организованных каналов в целом.

На рис. 5 показана последовательность действий АСРЦ в полудуплексном режиме при поступлении вызова из канала связи. В режиме радиомолчания приемные каналы Пр0 и ПР1 принимают шум или сигналы, которые не соответствуют признакам организованной сети. При приеме каналом Пр0 кадра установления соединения и проверки на имитостойкость передатчик АСРЦ выдает в эфир кадр согласия на установление соединения и ведения сеанса связи на канале №да. Длительность передачи на начальном пакете переключения РЧ обеспечивает надежность установления соединения (назовем данное время передачи контрольным временем). Так для варианта количества РЧ N = 32 и времени работы на одной РЧ 50 мс (длительность слота) время передачи равно 1,6 с. По окончанию передачи кадра согласия на установление соединения (также в течении контрольного времени) взаимодействующие АСРЦ осуществляют обмен сообщениями. Оператору выдается донесение «ведется сеанс, абонент №да, канал №хх». После приема кадра разрыва соединения в течении контрольного времени АСРЦ выдает в эфир аналогичный ответный кадр и оба взаимодействовавших АСРЦ переходят в исходный режим радиомолчания.

1т=0 прием кадра

1т=0 установления 1т=0

шум соединения откл шум

Пр 0 | 1......1 1.....^ 1........................................................................1

Пр 1 I

1т=ш

1т=1 шум 1 1 1т=Ш об мен сообщениями Ill прием кадра разрыва соединения | | откл 1.....J 1т=1 шум 1

1 1 .......................... 1 1 1......1 1......1 1 1 1 Л-

выкл

ПРД

1т=0 передача кадра

согласия установления соединения

¡--а

11=Ш

обмен сообщениями

I......I

1т=ш передача кадра разрыва соединения

Рис. 5. Циклограмма проведения сеанса связи при приёме кадра установления соединения

На рис. 6 показана циклограмма организации и проведения сеанса связи с низким приоритетом. Перед установлением соединения определяется свободный канал. При его наличии на канале управления на пакете РЧ передается адресный кадр установления соединения, в котором указывается номер выбранного (свободного) канала для проведения сеанса связи. По получению данного кадра на РЧ канала управления, адресуемый АСРЦ передает кадр согласия установления соединения, после чего взаимодействующие АСРЦ проводят обмен сообщениями на канале №да. По окончанию сеанса связи на канале №да передаётся кадр разрыва соединения и АСРЦ переходят в исходный режим радиомолчания.

Длительность кадров установления и разрыва соединения также, как и в предыдущем случае выбирается из условий обеспечения надежности доведения кодограмм (контрольное время).

1т=0 прием кадра согласия

Пр 0

шум 1 1 ............................. 1 откл соединения I......i шум i............................. i i

1 1 ............................. 1 -- —L-^-1—

1т=1 шум

Пр 1 I

iT=var сигнал

i......i

iT=m шум

I......I

iT=m шум

1т=т обмен сообщениями

lid.

_hd_

1т=1 шум

прд

поиск свободного канала

1т=0 передача кадра установления соединения

1

iT=m обмен сообщениями

I......I

1т=т пер едача кадра разрыва соединения

оединен

Рис. 6. Циклограмма организации сеанса связи с низким приоритетом

На рис. 7 показана циклограмма организации и проведение сеанса связи высокого приоритета с АСРЦ, ведущим сеанс с более низким приоритетом. АСРЦ, имеющий сообщение высокого приоритета определяет свободность канала управления, после чего на этом канале выдает кадр установления соединения с указанием его приоритета. В случае если адресуемый АСРЦ ведет сеанс связи, то принимая данный кадр, прерывает текущий сеанс, передает на используемом канале №да кадр разрыва соединения и на канале управления передает кадр согласия установления соединения с указанием номера №да освободившегося канала. При этом оператору выдается сообщение «разрыв соединения принудительно» и заменяется номер абонента, с которым ведется сеанс. Затем взаимодействующие АСРЦ проводят штатный обмен сообщениями на канале №да.

Пр 0

iT=0

прием кадра

установления соединения

I......i

й=0

шум

Пр 1

ПРД

iT=m настоящий сеанс связи

I I I......I

1т=т прием кадра

обмен разрыв

сообщениями I соеданения

_ь±

I......I

J_L

1т=1 шум

J—L

iT=m настоящий сеанс связи

I I I......I

передача кадра разрыва соединения

1т=0 передача кадра

согласия установления соединения

1т=т обмен сообщениями .

I......I

-biL

анализ срочности

сигнал оператору «Разрыв соединения принудительно»

Рис. 7. Циклограмма организации сеанса связи с высоким приоритетом с АСРЦ, ведущим сеанс

связи с более низким приоритетом

Для проведения сеанса связи наивысшего приоритета используется канал управления без установления соединения.

На рис. 8 показана циклограмма процесса организации сеанса связи с АСРЦ находящимся в выключенном (неисправном) состоянии или обслуживающим срочный вызов. Вызывающий АСРЦ после определения номера свободного канала по каналу управления передает кадры запроса соединения на комплекте РЧ с предложением организации сеанса на выбранном канале связи. Поскольку вызываемый АСРЦ не имеет возможности ответить на запрос соединения, то вызывающий АСРЦ не получая в ответ в течении контрольного времени формирует донесение оператору «абонент занят или выключен»

iT=m

iT=m

шум откл шум

Пр 0 1 1 1 1 1 ...... 1 1 1 1 1 1 1 1 .

Пр 1

ПРД

iт=vaг, сигнал

отсутствие кодограммы согласия \ установления соединения

шум шум

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 |\ 1 [

свободный канал

п=0

передача кадра установления соединения

поиск свободного канала

сигнал оператору «Абонент занят или выключен»

Рис. 8. Циклограмма организации сеанса связи с высоким приоритетом с АСРЦ,

ведущим сеанс связи

iT=0

it=0

iT=1

iT=m

При дуплексной работе передача кадров установления и разрыва соединения прекращается сразу по получению ответных кадров согласия на установление и разрыва соединения. Приведенные алгоритмы и циклограммы показывают отсутствие необходимости централизованного управления в организации и проведения сеансов связи.

Оценка ВВХ установления соединения

При установлении соединения кодограмма запроса соединения и ответная кодограмма подтверждения соединения передаются на всех выделенных РЧ. Вероятность доведения кодограммы установления соединения зависит от качества используемого канала связи. Рабочие частоты НПП обеспечивают различное качество канала связи. Возьмём ранее рассмотренный вариант, состоящий из N = 32 РЧ НПП, из них по 8 дневных, 8 ночных и 16 переходных (утро и вечер). Этот набор устанавливается в соответствии с долгосрочным прогнозом и не требует оперативного участия ИВ ЧДС. Долгосрочный прогноз для каждой из РЧ соответствующего времени суток обеспечивает вероятность превышения требуемого для приема кодограммы отношения сигнал/шум не хуже Рк > 0,5 [5, 7, 8]. Даже если предположить, что на остальных РЧ Рк = 0, то вероятность доведения кодограммы установления соединения равна Рус = 1 - (1 - Рк)8.

Ниже в таблице приведена оценка вероятности доведения кодограмм для каналов разного качества - Рк > 0,6 (вероятность обеспечивается долговременным прогнозом), Рк > 0,8 (вероятность обеспечивается месячным прогнозом), Рк > 0,9 (вероятность обеспечивается полусуточным прогнозом) [5].

Таблица 1 - Вероятность Рк доведения кодограммы установления соединения на одной из

выделенных РЧ для каждого времени суток

Параметр Вероятность РК доведения кодограммы установления соединения на одной из выделенных РЧ для каждого времени суток

0,6 0,8 0,9

Количество слотов передачи кодограммы запроса соединения 32

Количество слотов передачи кодограммы подтверждения соединения 32

Время установления соединения в режиме дуплекс, с 0,6 - 4,0

Время установления соединения в режиме полудуплекс, с 4,0 - 8,0

Вероятность установления соединения Рус 0,9993 >0,9999 >0,9999

Из таблицы следует, что для обеспечения уверенного установления соединения достаточно долговременного прогноза прохождения радиоволн декаметрового диапазона без регулярной централизованной коррекции набора РЧ для всех абонентов сети (по результатам ИВ ЧДС), включая и суточную коррекцию.

Заключение

Рассмотренная децентрализованная система управления работой декаметровой радиосетью позволяет обеспечить требования, предъявляемые АСУ ВС РФ - необходимую надежность установления и поддержания соединения, значительно сократить время установления соединения, полностью обеспечить рассредоточенное автоматическое управление работой радиосети и исключить влияние человеческого фактора. Рассмотренные решения позволяют существенно упростить регламент назначения и распределения частотного ресурса между радиоцентрами организуемых радиосетей, исключить, процедуру оперативного ионосферного зондирования выделенных рабочих частот, а также делают ненужным использование дополнительных каналов связи для централизованного управления работой радиосети. Предлагаемый в работе режим псевдослучайной перестройки рабочих частот позволяет при его реализации повысить помехоустойчивость и помехозащищенность работы радиосети в условиях РЭП, а также возмущённой ионосферы, диффузной многолучевости, станционных, атмосферных и индустриальных радиопомех.

Литература

1. Хвостунов Ю.С., Турилов В.А. Система адаптивной радиосвязи с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты совмещенного метрового-декаметрового диапазонов // Труды IX Российской научно-технической конференции. Калуга, 2-3 июня 2010 года. С. 223-229.

2. Хвостунов Ю.С. Реализация сетевой синхронизации в автоматизированной сети радиосвязи декаметрового диапазона // Техника средств связи. 2020. № 2(150). С. 63-70.

3. Хвостунов Ю.С. Использование частотного ресурса при применении адаптивной системы декаметровой связи с полнодиапазонной ППРЧ АПС «Ладога» // Труды XII Российской научно-технической конференции. Калуга, 5 июня 2013 года. С. 348-354.

4. Путилин А.Н., Хвостунов Ю.С. Концепция телекоммуникационной технологии сети дальней радиосвязи // Материалы Х1 Санкт-Петербургской Международной конференции «Региональная информатика «РИ-2010». Санкт-Петербург. 20-22 октября 2010 года. С. 83.

5. Кизима С.В., Ладанов М.В. Прогнозирование распространения радиоволн декаметрового диапазона в интересах радиочастотной службы Российской федерации. Москва: НПФ «Радиан-М», http://www.radian-m.ru.

6. Панин Р.С., Путилин А.Н., Хвостунов Ю.С. Использование частотного ресурса системой декаметровой связи в режиме псевдослучайной перестройки рабочей частоты // Техника средств связи. 2020. № 3 (151). С. 2-13.

7. Смирнов В.М., Тынянкин С.И., Гузенко О.Б. Ионосферное обеспечение средств коротковолновой связи с использованием спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС/GPS // Т-Comm. Телекоммуникации и транспорт. 2014. Т. 4. № 4. С. 28-30.

8. Пашинцев В. П., Скорик А. Д., Коваль C. А., Киселев Д. П., Сенокосов М. А. Зависимость надежности связи в декаметровой радиолинии от выбора рабочей частоты учетом сигнально-помеховой обстановки и диффузности ионосферы // Системы управления, связи и безопасности. 2019. № 4. С. 300-322. DOI: 10.24411/2410-9916-2019-10412.

References

1. Khvostunov Yu.S., Turilov V.A. Adaptive radio communication system with pseudo-random adjustment of the working frequency of the combined VHF-HF ranges. Materials of the IX Russian Scientific and Technical Conference. Kaluga. June 2-3. 2010. Pp. 223-229 (in Russian).

2. Khvostunov Yu.S. Implementation of network synchronization in an automated radio network of the HF range. Means of communication equipment. 2020. No 2 (150). Pp. 63-70 (in Russian).

3. Khvostunov Yu.S. The use of the frequency resource in the application of an adaptive HF communication system with a full-range FHSS APS "Ladoga". Materials of the XII Russian Scientific and Technical Conference. Kaluga. June 5. 2013. Pp. 348-354 (in Russian).

4. Putilin A.N., Khvostunov Yu.S. The concept of telecommunications technology of the long-distance communication network. Materials of the XI St. Petersburg International Conference "Regional informatics" RI-2010". St. Petersburg. October 20-22. 2010. P. 83 (in Russian).

5. Kizima S.V., Ladanov M.V. Forecasting the propagation of HF radio waves in the interests of the radio frequency service of the Russian Federation. NPF "Radian-M". Moscow. http://www.radian-m.ru (in Russian).

6. Panin R.S., Putilin A.N., Khvostunov Yu.S. Use of the frequency resource by the decameter communication system in pseudorandom operation frequency tuning mode. Means of communication equipment. 2020. No 3 (151). Pp. 2-13 (in Russian).

7. Smirnov V.M., Tynyankin S.I., Guzenko O.B. Ionospheric support of short-wave communication facilities using GLONASS satellite navigation systems GLONASS/GPS. T-Comm. Telecommunications and transport. Volume 4. No 4-2014. Pp. 28-30 (in Russian).

8. Pashintsev V.P., Skorik A.D., Koval S.A., Kiselev D.P., Senokosov M.A. Dependence of communication reliability in a HF radio line on the choice of the operating frequency taking into account the signal-interference situation and the diffuseness of the ionosphere. 2019. No 4. Pp. 300-322. DOI: 10.24411/2410-9916-2019-10412 (in Russian).

Статья поступила 9 марта 2021 г.

Информация об авторе

Хвостунов Юрий Сергеевич - Кандидат технических наук. Заместитель директора научно-исследовательского центра ПАО «Интелтех». Тел.: +7(812)448-96-30. E-mail: Khvostunov@mail.ru. Адрес: 197342, г. Санкт-Петербург, ул. Кантемировская, д.8.

A decentralized system for managing the operation of the HF radio network

Yu.S. Khvostunov

Annotation. The article deals with the solution of the problem of automating the operation of a HF radio network operating in the mode of FHSS. One of the ways to improve the operational characteristics of the radio network is often proposed to use the ionospheric wave and frequency dispatch service (IW FDS), which further complicates the radio communication system, and also requires centralized management of the radio network generally. The purpose of this work is to develop algorithms for establishing a connection, processing a call and conducting a communication session that provide the possibility of decentralized control of the operation of a HF radio network without operational operation of the IW FDS, while simultaneously achieving the maximum characteristics by reliability, bandwidth, noise immunity and resistance to radio suppression systems. Methods used: theoretical and practical groundwork in the field of digital data transmission over a HF communication channel. Novelty: the method of organizing the decentralized management of the decameter radio network is proposed. The result: the algorithms for automatic connection establishment, call processing and communication session management in the decentralized management of the radio network as a whole, which provide the probabilistic and time characteristics necessary for the automated control system of the Armed Forces of the Russian Federation in various operating conditions. Practical significance: the proposed algorithms make it possible to maintain a fully automatic mode of conducting a communication session, decentralize the operation of a HF multi-channel radio network, eliminate the influence of the human factor while ensuring high probability-time characteristics

Keywords: HF radio communication, FHSS, signal structure, time-frequency matrix, data transmission equipment, automated stationary radio center, data terminal equipment

Information about the Author

Khvostunov Yuri Sergeevich - Candidate of Technical Sciences. Deputy Director of the Research Center of PJSC "Inteltech". Tel.: +7(812)448-96-30. E-mail: Khvostunov@mail.ru. Address: 197342, St. Petersburg, Kantemirovskaya str., 8.

Для цитирования: Хвостунов Ю.С. Децентрализованная система управления работой декаметровой радиосетью // Техника средств связи. 2021. № 1 (153). С. 35-48.

For citation: Khvostunov Yu.S. A decentralized system for managing the operation of the HF radio network. Means of communication equipment. 2021. No 1 (153). Pp. 35-48 (in Russian).