CC BY
40Ю. Л. Николашин
кандидат технических наук, генеральный директор ПАО «Интелтех»
П. А. Будко
доктор технических наук, профессор, ученый секретарь ПАО «Интелтех»
Г. А. Жуков
кандидат технических наук, доцент, советник генерального конструктора ПАО «Интелтех»
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ МОДЕРНИЗАЦИИ ДЕКАМЕТРОВОЙ СИСТЕМЫ СВЯЗИ
АННОТАЦИЯ. В статье представлена топология декаметровой радиосети, обеспечивающей оптимальный энергетический контакт между корреспондирующими центрами связи на территории страны, что позволяет организовать автономную декаметровую радиосеть, которая в свою очередь рассматривается как элемент гетерогенной сети связи. Дана оценка устойчивости декаметровой радиосвязи при террито-риально-разнесенном приеме. Рассмотрен вариант построения передающего и приемного радиоцентров, как элементов такой радиосети, а также вариант их модернизации и дооснащения.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: территориально-разнесенный прием, декаметровая радиосвязь, радиоцентр, радиолиния, фазированная антенная решетка.
Введение
Устойчивое управление силами воздушного, морского и наземного эшелонов является одним из основных условий успешного решения военных конфликтов.
Взаимодействие видовых пунктов управления (ПУ-В) с мобильными и стационарными исполнительными звеньями (ИЗ) осуществляется, как правило, путем использования радиоканалов различных диапазонов волн. Обмен данными ПУ-В с высшими звеньями управления (ВЗУ) реализуется путем «привязки» к узлам присоединения объединенной автоматизированной цифровой системы связи (ОАЦСС) ВС РФ с использованием выделенных проводных, радиорелейных или волоконно-оптических линий связи [1].
В последнее время значительно увеличивается объем информации, передаваемой в направлениях ПУ — ИЗ — ПУ с задействованием спутниковой связи, однако это не означает, что она должна в целом заменить декаметро-
вую (ДКМ) связь. Из анализа отечественных и зарубежных материалов следует, что, ДКМ радиосвязь в ряде случаев оказывается безальтернативной при доведении приказов от ПУ до глобально перемещающихся объектов (ГПО), а также сообщений от ИЗ до ПУ [2—5]. Так, например, в США функционирует и постоянно модернизируется резервная ДКМ радиосеть федерального агентства по действиям в чрезвычайной обстановке «FEMA», национальная резервная система ДКМ радиосвязи «SHERES», являющаяся составной частью National Communications System (NCS). В глобальной информационной четырехуровневой сети связи, создаваемой США с целью реализации концепции сетецентрической войны (Network-Centric Worfare — NCW) [6], резервным элементом является ДКМ радиосеть ориентированная на управление войсками в тактических и стратегических звеньях управления в условиях, когда основные системы связи не развернуты или их функционирование нарушено. Рассматривая развитие ДКМ связи в качестве важного
фактора обеспечения надежного и непрерывного управления войсками в условиях N0^, в США и в странах НАТО проводятся работы по модернизации существующих и разработке новых технических средств радиосвязи, ориентированных на повышение быстродействия и устойчивости обмена информацией в любых условиях радиоэлектронной обстановки. При этом обращается внимание на обеспечение высокого коэффициента унификации и стандартизации вновь создаваемых средств связи за счет широкого внедрения ЗОЯ-технологий.
Учитывая значительную протяженность границ РФ, атакже наличие национальных интересов в морской и океанской зонах, обеспечение устойчивого обмена данными с ГПО является важной задачей. Поэтому развитию декаме-тровой радиосвязи, позволяющей реализовать взаимодействие между объектами, удаленными на расстояния до 12 тыс. км традиционно уделяется внимание со стороны российских гражданских и военных ведомств. За последние годы предприятиями страны созданы технические средства (ТС) и комплексы технических средств (КТС) нового поколения (в том числе на базе 8ВЯ-технологий), позволяющие обеспечить глубокую модернизацию ДКМ радиоцентров (РЦ) с целью повышения вероятностно-временных характеристик (ВВХ) обмена данными между ГПО и ПУ с одновременным снижением энергопотребления и массо-габаритных пока-
зателей новых ТС и КТС для специализированных приемных радиоцентров (СПРЦ), передающих радиоцентров (ПДРЦ) и абонентов ДКМ сети радиосвязи.
В статье рассматриваются варианты построения радиоцентров и сетей ДКМ радиосвязи, обеспечивающих взаимодействие между видовыми пунктами управления и их исполнительными звеньями.
1. Модернизация радиоцентров
Обмен данными в декаметровом диапазоне волн видовых пунктов управления с подчиненными исполнительными звеньями осуществляется с задействованием стационарных и мобильных радиоцентров. При этом видовые пункты управления, находящиеся в одном регионе (взаимное удаление до 50 100 км), как правило, ориентированы на работу с собственными передающими и приемными радиоцентрами, а взаимодействие как региональных, так и терри-ториально-разнесенных ПУ-В может осуществляться только через ОАЦСС (см. рис. 1).
Очевидно, что при модернизации РЦ целесообразно обеспечить возможность их доступности для видовых пунктов управления, расположенных в одном регионе путем организации информационно-технического сопряжения между ними высокоскоростными каналами обмена данными.
На рис. 2 приведена структурная схема варианта дооснащения (модернизации) типового ПУ-В, ПДРЦ и СПРЦ. Команда, подлежащая доведению до соответствующих абонентов формируется согласно принятой организации связи в функциональном модуле обработки сообщений (ФМОС) и выдается через аппаратуру шифрования (АШ) в модуль информационно-технического сопряжения (МИТС). При этом учитывается техническая вооруженность абонентов, их координаты, время сеанса связи и т. п.
В модуле МИТС с учетом имеющихся исходных данных формируется канальная структура для штатных (унаследованных) радиолиний (РЛ) и исходная структура сообщения, подлежащего преобразованию для информационно-логического сопряжения с модемами новых радиолиний (см. рис. 2). Полученные таким образом сообщения адресно доводятся до конкретных ТС передающих радиоцентров. При этом в соответствии со схемой связи в передаче сообщения может быть задействовано от одного до пяти территориально-разнесенных ПДРЦ, а также несколько радиопередающих устройств на каждом ПДРЦ для реализации частотного разнесения, обеспечивая повышение вероятности доведения информации до абонентов [7].
Различные сигнально-кодовые конструкции (СКК), используемые для реализации ДКМ радиолиний, как правило, ориентированы на решение определенных задач, таких как, снижение времени доведения и вероятности трансформации знаков сообщения, обеспечения скрытности излучения, реализации мультимедийных услуг и т. п. Однако, для оценки возможности решения указанных задач для любой ДКМ РЛ при организации связи с удаленным абонентом необходимо учитывать основные характеристики радиотрассы, зависящие от сезона, времени суток и взаимного географического расположения пунктов приема и передачи информации.
Для примера на рис. 3 и 4 приведены графики прогнозируемого хода максимально применимых (МПЧ) и оптимальных рабочих частот (ОРЧ) для радиотрассы Москва-Гавана и Москва—Лондон, полученные по «Долгосрочному прогнозу...» [8] на 23.01.2018 г., а на рис. 5 соответствующие им соотношения мощности сигнала и мощности шума для случая Ризл ~ 10 кВт на ОРЧ трассы 1, полосы сигнала
А/~ 150 Гц при использовании приемных и передающих антенн с равными коэффициентами усиления КуС ~ 8 дБ во всем диапазоне рабочих частот.
Из сравнительного анализа графиков следует, что если при доведении сообщения до г. Гавана в 13.00 (иТ) будет обеспечен энергетический контакт с абонентом, то в это же время значение Рс/Рш наблюдаемого сигнала в районе г. Лондон будет в 100000 раз выше, т. е. для такого случая проблематично обеспечить скрытность излучения сигнала. Вместе с тем, используя режим быстрой ППРЧ, даже в таких условиях может быть реализована информационная скрытность и возможность доведения информации в условиях воздействия случайных и преднамеренных помех [7].
Как показывают расчеты и результаты трассовых испытаний, для устойчивого обмена данными с ИЗ, находящимися на значительных удалениях от ПДРЦ, целесообразно, без увеличения мощности РПДУ свыше 5 кВт, обеспечить суммарный коэффициент усиления приемной и передающих антенн не менее 18 ^ 20 дБ, а в радиомодеме реализовать возможность работы не только на высоких, но и на пониженных скоростях V = 1 ^ 5 бит/с во всем ДКМ диапазоне частот [9]. При работе РЛ в адаптивном режиме необходимая скорость обмена данными будет установлена автоматически, а в случае передачи информации для объектов, находящихся в режиме радиомолчания, на последних следует установить многоканальный 8ВЯ-РПУ с демодуляторами, ориентированными на прием «сетки» скоростей [10].
Таким образом, для повышения характеристик доведения информации до глобально перемещающихся ИЗ целесообразно доосна-стить ПДРЦ адаптивными и симплексными ППРЧ радиолиниями с широкой «сеткой» рабочих скоростей передачи, радиопередающими устройствами типа РПДУ-М1(5) [11] и дополнительными КВ поворотными логопериоди-ческими антеннами типа «Сектор» [12]. Кроме того, радиоцентры должны быть оборудованы резервными защищенными антенно-фидерны-ми устройствами типа «Октава», обладающими сейсмоустойчивостью и обеспечивающими функционирование в адаптивных автоматизированных сетях ДКМВ радиосвязи, в том числе в радиолиниях с режимом ППРЧ [13].
к ОАЦСС ВС РФ
-JL-
I
сл
о ч
Рис. 2
МГц
16Ф-
О 1 2 3 4 5 б 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Время (иТ)
Рис. 3
О 1 2 3 4 5 б 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Время (иТ)
Рис. 4
Тра Москва сса 2: - Лонд И г он '>
. —. --- -- - """ ■ ~ - — — — _ и — -- Л __ _ „ ■ — - -
|
|
Мо Трасса :ква - 1: ав< |на
/
\
1 3 0 1 1 2 1? 1 4 /}5 б 7 1 8 1 9 20 2 2 Время
Рис. 5
Поскольку объекты, взаимодействующие с ПУ-В (надводные корабли — НК, подводные лодки — ПЛ, воздушные суда и т. д.) не всегда могут быть обеспечены мощными ДКМВ РПДУ и передающими АФУ с большим коэффициентом усиления, специализированные приемные радиоцентры должны быть оснащены эффективными антенно-фидерными подсистемами. В настоящее время на СПРЦ для «дальней» связи, как правило, используются антенны типа БС и РГ, основными недостатками которых являются высокая стоимость, сложность в эксплуатации, большая площадь антенного поля, а также низкая эксплуатационная надежность, что практически исключает возможность реализации 3 ^ 5-ти канального пространственно-разнесенного приема в каждом азимутальном секторе, а это в свою очередь резко снижает вероятность устойчивого приема в условиях «замираний» сигнала, характерных для ДКМ связи [14]. Одним из вариантов устранения указанного недостатка является оснащение СПРЦ «кольцевыми» фазированными антенными решетками (ФАР) типа КАРС-В2Г [13], с формированием «веера» диаграмм направленности (ДН) или ЦФАР с «цифровым» синтезом диаграмм направленности с использованием многоканальных КВ 8ВЯ-модулей [11].
Дополнительно необходимо отметить, что в силу ограниченности площади, занимаемой КФАР (по сравнению со стационарными антеннами типа 2БС-2) их применение позволяет реализовать 3 ^ 5-канальное ПРП с компенсацией помех на существующих антенных полях, обеспечивая тем самым высокую вероятность приема в условиях замирания сигнала и наличии преднамеренных помех.
Кроме того, поскольку при прохождении ионосферных слоев происходит изменяющийся во времени поворот плоскости поляризации радиоволн, оказывается эффективным совместный прием на антенну с вертикальной и горизонтальной поляризацией, что реализовано в КАРС-В2Г [13].
Применение трех таких антенных решеток с пространственным разнесением и сложением шести каналов (3-х с вертикальной поляризацией и 3-х с горизонтальной) позволит на «односкачковых» радиотрассах при использовании РПДУ с мощностью до 5 кВт и передающего АФУ с Кус > 12 дБ в диапазоне 2 ^ 25 МГц, обеспечить необходимое значение скорости
передачи V > 50 кБит/с при вероятности ошибки^ < 10_3 ^ Ю-4 на односкачковой ДКМ радиотрассе.
Современные технологии позволяют реализовать многофункциональный SDR приемный комплекс, полностью решающий задачи формирования заданного числа секторов приема, пространственно-разнесенный прием (ПРП), а также многоканальную обработку сообщений в структуре унаследованных и перспективных радиолиний. При этом управление SDR-комплексом и обновление его программного обеспечения может осуществляться с удаленного АРМ через Ethernet-интерфейс, например с АРМ дежурного оператора — ДО (см. рис. 2).
В работе [14] показана эффективность применения территориально-разнесенного приема сообщений от ГПО, который может быть реализован только в случае объединения пунктов управления общей сетью связи. Как было отмечено выше, в соответствии с идеологией построения объединенной автоматизированной цифровой сети связи (ОАЦСС) ВС РФ все видовые пункты управления имеют возможность выхода в указанную сеть по выделенным каналам. Однако с точки зрения повышения надежности доведения команд в чрезвычайных условиях и снижения «загрузки» ОАЦСС копиями сообщений, поступающих от разнесенных на значительные расстояния ПУ (см. рис. 1), целесообразно обеспечить дублирование ее каналов с помощью дополнительной сети связи.
Исходя из возможного варианта топологии размещения РЦ (рис. 6) на территории страны, а также учитывая значительную протяженность и труднодоступность ряда районов, их объединение новыми каналами проводной или волоконно-оптической связи с экономической точки зрения, а также с точки зрения надежности и безопасности связи нецелесообразно. Частично аналогичные недостатки имеются и у вариантов построения межцентрового взаимодействия с использованием радиорелейных, тропосферных и спутниковых каналов связи.
С учетом этого оценим возможность создания новой сети на базе декаметровых радиолиний.
Хотя представленный на рис. 6 вариант топологии размещения РЦ на территории страны с точки зрения распространения радиоволн (РРВ) является оптимальным, однако без
принятия дополнительных мер по повышению помехоустойчивости ДКМ радиосвязи (работа на ОРЧ, использование ТРП, ПРП, ФАР, эффективной СКК и др.) особенно в условиях воздействия помех, вероятность приема даже коротких сообщений («пакетов») может оказаться неприемлемо низкой. Вместе с тем, реализация указанных выше мер позволяет обеспечить вероятность приема Рпр > 0,95, даже в «плохих» условиях связи.
Для примера на рис. 7 приведены результаты теоретических расчетов вероятности безошибочного приема Рпр короткого пакета сообщения объемом 50 бит при совместном использования территориально-разнесенного приема (ТРП), ПРП, ФАР с формированием «веера» порциальных диаграмм направленности с реализацией автоматической компенсации помех [15]. Цифрами 1—5 на рис. 7 обозначены соответственно следующие варианты приема:
Рис. 7
1 — прием на всенаправленную (штыревую) антеннуРЦ-1;
2 — прием на фазированную антенную решет-кунаРЦ-1;
3 — пространственно-разнесенный прием на триФАРнаРЦ-1;
4 — прием с использованием ФАР на РЦ-1 ^ -РЦ-3;
5 — прием с использованием трех пространственно-разнесенных систем с ФАР на каждом из трехтерриториально-разнесенныхРЦ-1 ^ РЦ-3.
Расчеты велись с учетом релеевского закона замираний сигналов (помехи) и долгосрочного прогноза состояния ионосферы на 01.11.2017 г. (усредненные за сутки), с учетом следующих исходных данных: передача сообщений осуществляется в режиме ЧТ-100 с объекта, находящегося в Баренцевом море; мощность излучения Ризл= 1 кВт; мощность излучения помехи Ризл п=50 кВт из района Северного моря.
Сравнительный анализ численных значений вероятности безошибочного приема коротких сообщений (Рпр) для различных вариантов приема доказывает высокую эффективность совместного использования ТРП, мультидиаграммной ФАР с ПРП, особенно в условиях воздействия мощных помех. Необходимо отметить, что при использовании СКК с изменением рабочей частоты РЛ по псевдослучайному закону (ППРЧ) помехоустойчивость будет соответствовать верхней кривой, даже в условиях постановки преднамеренных помех, если длительность передачи на каждой частоте будет меньше реакции средств РЭБ.
Из приведенных примеров и расчетов следует, что для обеспечения устойчивого приема сообщений от удаленных ГПО необходимо использовать территориально-распределенную сеть СПРЦ. Исходя из значительной протяженности границ РФ и национальных интересов России в морских и океанских зонах на рис. 6 представлен оптимальный вариант размещения РЦ с точки зрения их взаимодействия, а также с точки зрения обеспечения возможности реализации одновременного энергетического контакта удаленных ГПО с двумя — пятью РЦ. Следует отметить, что приведенная на рис, 6 топология размещения радиоцентров позволяет обеспечить прием сообщений и от объектов (оснащенных соответствующими ТС и КТС), расположенных на территории страны, поскольку в представленной топологии для лю-
бого пункта на территории РФ всегда найдется РЦ, расположенный на оптимальном, с точки зрения РРВ, расстоянии 2000 ^ 2800 км [16].
Отмеченная выше необходимость работы РЛ на ОРЧ в реальном масштабе времени может быть достигнута путем реализации специальных постов зондирования ионосферы. Однако, создавать отдельную сеть зондирования со своими АФУ, РПДУ, РПУ, ТС сопряжения с РЦ (СПРЦ и ПДРЦ) в интересах работы межузловых радиотрактов экономически и технически нецелесообразно, поскольку современные достижения в области ЗОЯ-технологий позволяют реализовать магистральные адаптивные радиолинии (МАРЛ), не требующие дополнительного введения данных по ОРЧ для вхождения или восстановления связи, что достигается за счет использования многоканальных, широкополосных радиоприемных (РПУ) и многоканальных возбудительных устройств [17, 18], современных цифровых методов обработки сигналов и алгоритмов функционирования радиолиний. При необходимости, перспективная МАРЛ может быть запрограммирована для реализации заданных алгоритмов передачи сигнала зондирования с «зашитой» вставкой своего адреса и условного номера списка частот для осуществления вхождения или восстановления связи, в том числе в сети [19—21].
Данные по результатам зондирования ионосферы (или косвенного зондирования по результатам анализа «частотных» переходов в процессе функционирования МАРЛ) могут накапливаться, анализироваться и использоваться в процессе последующих сеансов вхождения и ведения радиосвязи непосредственно в комплексе ТС МАРЛ. Кроме того, для повышения эффективности первоначального вхождения в связь (или восстановления связи) в радиолинии могут автоматически использоваться имеющиеся пакеты программ долгосрочного прогнозирования прохождения ДКМ-радиоволн на различных трассах [8, 22].
Исходя из приведенного анализа методов повышения помехоустойчивости приема и новых технологий по созданию эффективных ТС и КТС на рис. 2 приведен вариант комплексиро-вания видового ПДРЦ и СПРЦ техническими средствами для формирования узлового радиоцентра ДКМ радиосети. При этом следует отметить, что по ряду технических причин, а также учитывая экономические оценки, разверты-
вание каждого из узловых радиоцентров ДКМ сети следует проводить на одном из региональных РЦ (СПРЦ и ПДРЦ), имеющего необходимые дополнительные площади для размещения элементов сетевого узла, а также достаточно развитую инфраструктуру технического и бытового обеспечения. Причем необходимая надежность сети должна реализовывагься за счет ее топологии и схемы связности узловых РЦ.
Исходя из максимального числа направлений связи (до четырех) для РЦ сетевого узла в варианте топологии сети, приведенного на рис. 6, представляется целесообразным доосна-щение ПДРЦ автоматической четырехтракто-вой КВ-радиопередающей системой (Ризл = 4 х х 5 кВт) с возможностью работы на защищенные [13] и на направленные передающие антенны [12], ориентированные на соответствующие РЦ.
Автоматическое адресное взаимодействие пунктов управления обеспечивается программно-аппаратным маршрутизатором, реализующим заданный сетевой протокол. Наряду с автоматической маршрутизацией в ДКМ радиосети должна быть предусмотрена возможность оперативного (неавтоматизированного) управления сетью в нештатных ситуациях в составе основного, 1-го запасного и 2-го запасного АРМ управления, располагающихся на территориальных ПУ-В, имеющих соответствующий приоритет в управлении сетью.
Как следует из рис. 2 абонентами сети с конкретным адресом являются видовые пункты управления (ПУ-ВЯ> п = 1, 2, ..., И) и ОАЦСС. При этом доведение сообщений принятых от ГПО до конечного получателя напрямую через маршрутизатор ДКМ радиосети нельзя реализовать, т к. адрес получателя может быть определен только после обработки сообщения в МИТС и ФМОС (из состава ПУ-В). Поэтому структура сообщения от ГПО сформированного в ПУ-В и подлежащего передаче по ДКМ радиосети о должна быть дополнена адресом (после АШ) в модуле формирования адреса получателя (МФАП) с последующим «закрытием» в криптомаршрутизаторе.
2. Оценка скорости обмена данными в ДКМ радиосети
Одним из важных параметров сети связи является межузловая скорость обмена данными («пакетами»). Учитывая это, проведем оценку
максимальных значении по скорости передачи данных на примере односкачковой радиотрассы РЦ2 — РЦЗ (отметим, что в варианте размещения РЦ, представленном на рис. 6, обеспечивается удаление между соседними центрами не более чем на 2800 км). Результаты расчетов соотношения сигнал/шум при работе на оптимальных частотах для этой наиболее «сложной» радиотрассы (зимний период с минимальной солнечной активностью) приведены на рис. 8 (кривая зеленого цвета). При этом предполагалось, что сигнал передается в полосе Afc ~ 150 Гц, Ризл ~ 1 кВт с использованием все-направленных приемной и передающей антенн («опорный» режим).
Исходя из известной формулы Шеннона-Хартли [24]:
(
V = log2
лА/c
1 + -
Afc N
(
= A/C log
o
л
1
где V— скорость передачи, И0 — спектральная плотность шума, на рис. 9 приведены расчетные данные максимально достижимой скорости передачи в зависимости от для фиксированных значений Рс/И0, пересчитанных относительной полосы сигнала = 150 Гц для шести значений Рс/Рш «опорного» режима работы (15 дБ, 20 дБ, 25 дБ, 30 дБ и 40 дБ характерных для рассматриваемых межцентровых «односкачковых» ДКМ радиотрасс).
Как следует из графика рис. 8 для «сложной» радиотрассы при указанной мощности излучения и антенн с малым коэффициентом усиления отношение сигнал/шум находится в диапазоне 8 ^ 17 дБ, т. е. в этом случае значительное расширение полосы сигнала не позволяет заметно увеличить потенциально возможную скорость передачи данных, см. рис. 8.
Для радиотрассы с рассмотренными характеристиками обеспечение эффективного прироста скорости при расширении полосы сигнала может быть достигнуто путем значительного повышения отношения Рс/Рш (на 18 дБ и более, см. пунктирную зеленую линию рис. 8).
В статье [21] представлены материалы по результатам испытаний адаптивной радиолинии АО «ОНИИП» на трассе Москва-Омск, проведенных в марте 2015 года, в ходе которых регистрировалась скорость передачи данных 124 кБит/с при использовании логопери-одических приемной и передающей антенн
Pe
p ш
ДБ
40 30
20
10
0
-10
-20
Рис. 8
V, ' кБитЛ:
240
230
220
210
200
190
180
170
160
150
140
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48Д^кГц
Рис. 9
Примечание. Необходимо отметить, что организация магистральных линий между РЦ, расположенными на взаимном удалении более 3 тыс. км («многоскачковые» радиотрассы) не позволит обеспечить устойчивый круглосуточный обмен данными ввиду малого соотношения PJPm, что иллюстрируется графиком на рис. 8 (кривая красного цвета) для радиотрассы протяженностью d « 4500 км (РЦ2 - РЦ4).
Рс/А/о~40дБ/
PJNq~ 30 дБ
Рс/Л/е~ 25 дБ
I высоко ороговое значен скоростного обме ie для на данными _ Рс//уо~20_дБ Рс/Л/0~ 15 дБ
с суммарным коэффициентом усиления Кус не менее 20 дБ. На рис. 10 приведены характерные данные по суточному изменению ОРЧ для трассы Москва — Омск, а на рис. 8 — график расчетных значений Рс/Ршпри «работе» на ОРЧ для указанной радиотрассы и периода испытаний (март 2015 г.) для «опорного» режима передачи Af= 150 Гц с использованием направленных ло-гопериодических передающей и приемной антенн и РПДУ с Ризл ~ 1 кВт (кривая синего цвета).
Как следует из анализа графиков, отношение сигнал/шум для рассматриваемых условий и времени проведения испытаний достигало Рс/Рш ~ 38 дБ, что потенциально (теоретически) позволяет достичь скорости передачи данных V~ 160 кБит/с при полосе сигнала Af. ~ 40 кГц (см. рис. 9), т. е. полученные АО «ОНИИП» результаты в ходе испытаний не противоречат теоретическим расчетам.
Таким образом, повышение минимального значения Рс/Рш до 25 дБ и выше относительно «опорного» режима передачи позволит обеспечить высокоскоростной обмен данными даже для сложной радиотрассы (пунктирная кривая зеленого цвета на рис. 8). Такой дополнительный энергетический ресурс может быть реализован за счет применения приемных КФАР и направленных передающих антенн, суммар-
ный коэффициент усиления которых превышает 20 дБ во всем ДКМ диапазоне частот, т. е. даже без использования РПДУ с повышенной мощностью излучения более 5 кВт на «сложной» односкачковой радиотрассе теоретически может быть обеспечена скорость обмена данными V> 60 кБит/с при f до 40 кГц.
3. Выбор сетевого протокола
Одной из важных задач при создании дека-метровой сети связи является разработка протоколов функционирования сети. Практика создания сетей связи показала, что при наличии трафика, не являющегося равномерным во времени (что характерно и для декаметровых систем связи видовых структур) наиболее эффективным методом использования физических каналов сети является их статистическое (логическое) уплотнение. Данный метод реализован в широко известной технологии Х.25, на которой построено значительное количество сетей передачи данных с коммутацией пакетов. Отметим, что в США технологией ДКМВ-радиосвязи HFDL (High Frequence Data Link) также предусматривается возможность межсетевого взаимодействия по протоколам коммутации пакетов в соответствии с рекомендациями Х.25 МСЭ-Т.
О 1 2 3 4 5 б 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Время(1Я)
Рис. 10
Примечание:
1) Из анализа суточных изменений ОРЧ для трассы Москва — Омск следует, что диапазон работы передающих и приемных антенн с необходимым коэффициентом усиления должен находиться в пределах 4^18 МГц;
2) Из анализа суточных изменений ОРЧ для «односкачковых» межузловых радиотрасс (см. рис. 6) следует, что диапазон работы передающих и приемных антенн с необходимым коэффициентом усиления должен находиться в пределах 2^25 МГц.
В терминах эталонной модели OSI протокол Х.25 относится к первым трем уровням (физическому, канальному и сетевому). В сети, реализующей протокол Х.25 обеспечивается: исправление ошибок в пакетах сообщений; управление потоком сообщений; управление сетью связи.
Первоначально протокол Х.25 был предназначен для использования в сетях с низкоскоростными каналами (до 9,6 кБит/с), соединяющими узлы сети (аналоговые, телефонные каналы) с высокой вероятностью ошибки (с точки зрения передачи данных)^ош > 0,5 • 10~3. Исходя из этого, при создании относительно низкоскоростной ДКМ сети связи целесообразно применение протокола Х.25 или его модификации, учитывающей специфику работы адаптивных декаметровых радиолиний, обеспечивающих межузловые соединения, учитывая при этом то, что рассматриваемый протокол может обеспечивать работу сети и при более высоких скоростях, чем 9,6 кБит/с в случае использования соответствующего каналообразующего и коммутационного оборудования.
Недостатками построения ДКМ сети в рамках протокола Х.25 являются возможные значительные задержки по доведению пакетов данных до удаленных узлов сети, а также ограничения по передаче голосовой и видеоинформации, следовательно при предъявлении к сети требований по оказанию перечисленных услуг необходимо ориентироваться на другие сетевые протоколы или разрабатывать новые.
Необходимо отметить, что современные адаптивные радиолинии за счет реализации процедуры взаимного обмена данных и помехоустойчивого кодирования могут обеспечить низкую вероятность ошибки при доведении пакетов сообщений (до^ош < 10 5) [19], что позволяет ограничить требования к проверке целостности кадров в узлах коммутации сети, тем самым уменьшить число межузловых запросов-ответов, и, как следствие, снизить время доставки пакета до адресата.
Таким образом, при реализации устойчивого межузлового ДКМ канала со скоростью обмена данными до 56 кБит/с и более возможно воспользоваться технологией Frame Relay (FR), также ориентированной на работу сети с неравномерным во времени трафиком и статистическим уплотнением информации, обеспечивая при этом возможность передачи речи и видеоданных [24, 25].
Недостатком сети с реализацией FR, является «потеря» кадров с пороговым значением ошибок (перезапрос кадра, в отличие от протокола Х.25, не производится). Этот факт является значительным ограничением для передачи по сети приоритетных приказов, т. е. для использования в устойчивой ДКМ сети связи возможно применение FR протокола, доработанного в части исключения возможности «потери» элементов передаваемого сообщения. Так для снижения вероятности появления недопустимых задержек пакетов при речевом обмене информацией в протоколе сети следует установить необходимую приоритетность прохождения таких пакетов.
Анализ возможности применения других сетевых протоколов (TCP/IP, ATM и др.) для ДКМ радиосети также показывает наличие в них функций, не полностью соответствующих параметрам и требованиям ДКМ сети связи. Следовательно, окончательное решение по выбору протокола функционирования разрабатываемой ДКМ радиосети должно быть принято по результатам имитационного моделирования с учетом характеристик магистральных ДКМ каналов связи, трафика сети, а также конкретных вариантов ее топологии и схемы взаимодействия РЦ.
Выводы:
1) Прогресс в части создания новых технических средств приемных и передающих радиоцентров обусловлен освоением методов цифровой обработки сигналов и высокопроизводительной вычислительной техники, внедрение которых позволяет резко снизить массогабаритные показатели ТС и КТС, их энергопотребление и улучшить вероятностно-временные характеристики трактов доведения информации вцелом.
2) Высоконадежный обмен данными между ГПО и ПУ может быть обеспечен даже на «сложных» декаметровых радиотрассах при совместном использовании различных методов повышения помехоустойчивости приема (ТРП, ПРП, ФАР, СКК) и современных технических средств российского производства.
3) Практически достигнутая скорость работы отечественных адаптивных модемов на «од-носкачковых» трассах позволяет реализовать декаметровую сеть связи с услугами по обмену данными и речевыми сообщениями.
ЛИТЕРАТУРА
1. Арсланов Х.А., Абрамович A.B., Лихачев A.M.
Концептуальные основы развития Объединенной цифровой автоматизированной системы связи Вооруженных Сил Российской Федерации // Связь в Вооруженных Силах Российской Федерации.— 2014.-С. 18-24.
2. Ннколашин Ю.Л., Будко П. А., Жолдасов Е. С., Жуков Г. А. Перспективные методы повышения помехоустойчивости декаметровых радиолиний // Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. -2014, № 1. - С. 30-37.
3. Лазаревне В. С., ВатафС.А., Панков Д. В. О развитии сетей ведомственной декам стропой радиосвязи с учетом се значимости при создании системы связи Арктической зоны / Материалы III Международной НТК «Радиотехника, электроника и связь» (РЭиС-2015). Омск. — С. 64-68.
4. Дшпчлюлов А. В., Богданов С. А. Эволюция форм и способов ведения вооруженной борьбы в сетецен-трических условиях // Военная мысль №2. 2011. — С. 49-58.
5. Ннколашин Ю.Л., Кулешов И. А., Будко П. А., Жолдасов Е.С., Жуков Г.А. SDR радиоустройства и когнитивная радиосвязь в декаметровом диапазоне частот // Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли.— 2015, № 1. — С. 20—31.
6. Анненков В. И., Баранов С. Н., Моисеев В. Ф., Хархалуп С.С. Сетецентризм: геополитические и военно-политические аспекты современности / Под общ. ред. проф. В. И. Анненкова. Учебник. — М.: РУ-САВИА, 2013.-496 с.
7. Ннколашин Ю.Л., Будко П.А., Жуков Г.А. Совместное использование методов повышения помехоустойчивости декаметровых радиолиний // Радиотехника электроника и связь. (Материалы IV Международ!юй НТК. Омск, 15—16.11. 2017).-С. 76-85.
8. Прогнозирование распространения радиоволн KB диапазона и доступности связи на заданных частотах. [Электронныйресурс] URL: hup:// WWW/ radian-ni.ru/prognoz.php,
9. Ннколашин Ю.Л., Будко П.А., Жуков Г.А. Эффективность использования когнитивной радиосвязи в декаметровом диапазоне частот // Техника средств связи. 2018. N° 2. С. 6-21.
10. Будко П.А., Жолдасова А. Е„ Жолдасов Е. С., Жуков Г.А. и др. Модель тракта доведения информации до объекта но симплексной радиопинии. Патент на полезную модель РФ № 155245 от 02.09.2015.
!!. Официальный сайт АО «ОНИИП»/ http:// www.oniip.ru/proclukcia.
12. Официальный сайг РИМР/ http://rimr.ru/ob-orudovanie.
13, Официальный сайт СОНИИР/http://soniir.ru.
14. Никаташин Ю.Л., Мпрошннков В.И., Будко П.А., Жуков Г.А. Терригориально-разнесенный прием информации от гаобально-перемещающихся обь-екгов морского базирования // Морская радиоэлектроника. № 4, 2017. - С. 18-23.
15 Ннколашин Ю. Л., Будко П. А., Жуков Г.А. Ней-робионический подход к решению задачи оптимизации приема информации в канале с переменными параметрами // Ней роком] ]ыогеры: разработка и применение. № 1,2016. — С. 49-58.
16. Коноплева E.H. О расчете надежности радиосвязи на коротких волнах. // Электросвязь. 1967, № 11.-С. 36-38.
17. Ннколашин Ю.Л., Будко П. А., Жолдасов Е. С., Жуков Г.А. Повышение эффективности декаметровых радиолиний // Телекоммуникации и транспорт (T-Comm). № 2, 2015. - С. 4-9.
18. Банников И.М., Березовский В.А., Вале-ев М.М., Хазан Г. К. Радиоприемные устройства и радиоприемные комплексы перспективных узлов коротковолновой связи / Международная НПК «Радиотехника, электроника и связь, РЭиС-2011», Омск.-С. 121-125.
19. Гук И. И., Путилин А. Н., Сиротинин И. В., Хвостунов Ю.С. Адаптивная система декаметровой радиосвязи с полнодиапазонной перестройкой рабочей частоты и предварительные результаты трассовых испытаний ее фрагмента / Материалы VII Межрегиональной конференции «Информационная безопасность регионов России» (ИБРР-2011). (Санкт-Петербург, 26-28.10.2011.) - СПб.: ФГУП «НПО «Импульс», 2011. — С. 32-35.
20. Принципы адаптивной радиосвязи, ее достоинства и недостатки, [электронный ресурс] http://vi-valaradio.ru/archives/330.
21. Пукса Д. О., Романов Ю. В. Результаты трассовых испытаний адаптивной пакетной KB-радиолинии высокоскоростной передачи данных файлового типа разработки ОАО «ОН ИИП» // Радиотехника электроника и связь. (Материалы 111 Международной НТК. Омск, 6-8. 10. 2015). - С. 186-192.].
22. БарабашовБ. Г., Анишлн М.М., Жбанков Г. А., Косогор A.A. Пакет программ прогнозирования характеристик ВЧ-радиоканалов // Радиотехника электроника и связь. (Материалы III Международной НТК. Омск, 6-8. 10. 2015). - С. 106-108.
23. Финк Л. М. Теория передачи дискретных сообщений. — М.: Сов. Радио. 1970,— 728 с.
24. Голынтейн Б. С., Соколов H.A., ЯновскийГ.Г. Сети связи: Учебник для ВУЗов. — СПб.: БХВ-Пе-тербург, 2010,- 400 с.
25. Пятибратов А. П.,1Лдыно Л. П., Кириченко А. А. Вычислительные машины, сети и телекоммуникационные системы. — М.: Издательский центр ЕАОИ. 2009,— 292 с.
