CC BY
27
А. Н. Бабкин,
кандидат технических наук, доцент
А. А. Зибров,
кандидат технических наук, доцент
ПРОТИВОДЕЙСТВИЕ УГРОЗАМ БЛОКИРОВАНИЯ В РАДИОКАНАЛЬНЫХ СИСТЕМАХ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ
COUNTERACTION TO THREATS OF BLOCKING IN THE RADIO CHANNEL SYSTEMS OF INFORMATION TRANSFER
В статье рассматриваются вопросы противодействия угрозам блокирования в радиоканальных системах передачи информации органов внутренних дел. Предложен способ противодействия угрозам блокирования, основанный на оценке времени доставки сообщений в условиях воздействия помех.Способ позволяет выявлять деструктивные воздействия, прогнозировать их и противодействовать им.
In article questions of counteraction to threats of blocking in the radio channel systems of information transfer of law-enforcement bodies are considered. The way of counteraction to blocking threats based on assessment of time of delivery of messages in the conditions of influence of hindrances is offered. The way allows to reveal destructive influences, to predict and counteract them.
Введение. Своевременность доставки сообщений в радиоканальных системах передачи информации ОВД (РСПИ ОВД) является одной из важнейших характеристик систем, обеспечивающих эффективность управления силами и средствами полиции. Одним из основных элементов РСПИ ОВД является канал связи (радиоканал), который в реальных условиях эксплуатации подвержен воздействию помех, как преднамеренных, так и непреднамеренных. Помехи могут привести к блокированию радиоканала. Блокирование радиоканала является одной из основных угроз информационной безопасности, которая в конечном итоге может привести к потере доступности. Оценка времени доставки сообщений в РСПИ ОВД в условиях сложной помеховой обстановки и противодействие угрозе блокирования является актуальной научно-практической задачей.
ОВД
OF DEPARTMENT OF INTERNAL AFFAIRS
Основная часть. Проведем оценку времени доставки сообщений в РСПИ ОВД в реальных условиях эксплуатации в условиях воздействия угроз информационной безопасности в зависимости от ширины полосы пропускания радиоканала.
Основной угрозой информационной безопасности РСПИ ОВД является угроза блокирования, которая может привести к потере доступности. В свою очередь, доступность определяется по уровню достоверности принятого сообщения.
Следует отметить, что в современных системах передачи информации, использующих радиоканал, заложена автоматическая поддержка заданного уровня достоверности принятого сообщения. Это достигается в РСПИ:
1) средствами анализа качества радиоканала и удержания заданного уровня отношения сигнал/помеха на входе приемного устройства за счет изменения мощности сигнала на выходе передающего устройства и перехода на резервный канал связи, если такое дальнейшее увеличение невозможно;
2) помехоустойчивым кодированием, приводящим к повторной передаче пакетов информации и увеличивающим общее время приема всего сообщения.
Можно принять, что время доставки сообщения Т^ в РСПИ является основным критерием работоспособности радиоканалов в условиях воздействия преднамеренных и непреднамеренных помех. Способность РСПИ ОВД обеспечить Т^ требуемому значению в условиях воздействия угроз информационной безопасности является необходимым условием функционирования системы.
При этом возможны две ситуации:
1) Т^ поддерживается на заданном уровне средствами самой РСПИ;
2) средства самой РСПИ не могут обеспечить заданное Т^ и необходимы дополнительные мероприятия (действия) для поддержания Т^.
Время доставки сообщений Т^ между абонентами РСПИ в отсутствии угроз информационной безопасности определяется выражением [1, 2]
Т^ = 2N/R + tp, (1)
где N — количество бит данных, необходимых для передачи одним из абонентов, R — скорость передачи данных в радиоканале, бит/с, tp — время распространения сигнала в радиоканале, с.
При этом скорость передачи определяется по известной формуле Шеннона [2]:
R=3,32xAFxlg(1+Pc/PnoM), (2)
где AF — ширина полосы пропускания радиоканала, Гц, Рс/Рпом— отношение мощности сигнала к мощности помехи (в абсолютных единицах).
Проведем оценку времени доставки сообщений в РСПИ ОВД для минимальной скорости передачи данных, определяемой модуляцией BPSK, и максимальной, определяемой 32-кратной PSK (32PSK).
В табл. 1 приведены значения отношений Рс/Рпом для различных видов модуляций [3, 4].
С учетом (1) и (2), а также данных таблицы 1 рассчитаем время доставки сообщений Т^ между абонентами РСПИ при следующих условиях:
1) AF = 25 кГц; 50 кГц; 75 кГц и 100 кГц;
2) расстояние между абонентами равно 10 км;
3) объем передаваемой информации N=10 Мбит.
Результаты вычислений представлены в табл. 2.
Таблица 1
Вид модуляции Отношение мощности сигнала к мощности помехи, дБ (Рс/Рпом)
БРБК 6
ОРБК 9
8-кратная РБК 12
16-кратная РБК 16
32-кратная РБК 19
При этом по мере увеличения количества информационных сигналов для сохранения достоверности полученного сообщения на заданном уровне необходимо не допускать увеличения коэффициента корреляции информационных сигналов путем увеличения их средней мощности.
Таблица 2
Параметр Вид модуляции
БРБК ОРБК 8РБК 16РБК 32РБК
(Рс/Рпом),дБ 6 12 18 24 30
ТЕ, с 1х102 0,5х102 0,33х102 0,25х102 0,2х102
(ДБ=100 кГц)
Те, с 1,33х102 0,66х102 0,44х102 0,33х102 0,25х102
(ДБ=75 кГц)
ТЕ, с 2х102 1х102 0,66х102 0,5х102 0,4х102
(ДБ=50 кГц)
Те, с 4х102 2х102 1,33х102 1х102 0,8х102
(ДБ=25 кГц)
На рис. 1 представлен график изменения времени доставки сообщений в зависимости от отношения сигнал/помеха и ширины полосы пропускания радиоканала.
Данный график даёт наглядное представление об изменении времени доставки сообщений при различных значениях полос пропускания радиоканала и отношениях сигнал/помеха. Например, при отношении сигнал/помеха, равном 20 дБ, время доставки сообщений в канале с полосой, равной 100 кГц, более чем в 5 раз превышает время доставки сообщений в радиоканале с полосой 25 кГц. Фактически это соответствует двукратному, трехкратному и четырехкратному разносу сообщения по частоте, что является одним из способов увеличения достоверности принятого сообщения в нелинейном канале связи.
4.5
о О
3.5
и
Н
«
К К
2.
ю о о о
к и « 1 12 1 о
о «
и л
т
0.5
График изменения времени доставки сообщений в зависимости от отношения сигнал/помеха и ширины полосы пропускания канала
Y1(ДF=100 кГц) Y2(ДF=75 кГц) Y3(ДF=50 кГц) Y4(ДF=25 кГц)
10
20
т
30
40
Отношение сигнал/помеха (Рс/Рпом, дБ)
4
3
0
0
Рис.1. График изменения времени доставки сообщений в РСПИ ОВД
На основании анализа данных табл. 2 и графика рис. 1 можно сделать следующий
вывод.
Совершенно очевидно, что максимальное время доставки сообщений будет в той РСПИ ОВД, радиоканал которой имеет максимальную полосу и отношение сигнал/помеха удовлетворяет требуемому значению при выбранном способе модуляции. Однако при воздействии угрозы блокирования время доставки сообщений будет зависеть от уровня помехи, воздействующей на радиоканал, её спектральной плотности, скорости нарастания помехи и быстродействия радиоканала по противодействию блокированию.
В связи с этим предлагается ввести две временные характеристики передачи достоверного сообщения:
1. Время доставки сообщения при наличии деструктивного воздействия на радиоканал (преднамеренного или не преднамеренного) Тгд.
2. Максимально допустимое время доставки сообщенияТ^шох, определяемое (1).
Критерием наличия помех, блокирующих радиоканал, и условием выполнения алгоритма анализа характера помех и выбора метода противодействия им является выполнение условия
ТТД > Т^шах. (3)
Общее время доставки конкретного достоверного сообщения при наличии деструктивного воздействия на радиоканал и мер противодействия ему будет
134
тЕД - тЕ+тП
где Тп — время, необходимое для алгоритма анализа характера помех и противодействия им.
Конечным результатом этого процесса будет выполнение условия
ТЕДП < ТЕтах,
где Тедп — время, необходимое для доставки сообщений в условиях воздействия угроз информационной безопасности и принятия решения по противодействию им (до следующего появления помех, блокирующих канал связи).
Изо всех приведенных временных характеристик априорно может быть определено значение только ТЕтах, которое, в свою очередь, определяется основными параметрами РСПИ: шириной канала связи ДБ и отношением сигнал/помеха на входе приёмного устройства. Остальные временные характеристики являются случайными величинами.
При этом, Тед может иметь:
1) равномерное распределение, если в радиоканале на момент начала передачи сообщения уже может присутствовать помеха (непреднамеренная или преднамеренная заградительная);
2) релеевское распределение, если появление преднамеренной заградительной помехи является результатом работы средств радиоразведки противника. В этом случае математическое ожидание М(Тед) и дисперсия Б(Тед) распределения зависят от характера средств радиоразведки и радиоподавления.
Рассмотрим более подробно выполнение условия (3) при появлении преднамеренной прицельной помехи, имеющей релеевское распределение. Определим математическое ожидание М(Тед) превышения времени доставки сообщения для радиоканала с модуляцией 8 РБК с наиболее вероятным значением Т^ = 0,44х102 с (табл. 2). Пусть заданный предел превышения составляет 0,66х102 с.
Запишем условную функцию распределения вероятностей [5]: Р[1| ТЕд>0,66х102] - Р(ТЕд< 1, Тед> 0,66х102}/Р(Т1д> 0,66х102}. (4)
Опустим множитель х102 и перепишем (4) в виде
( 0, t < 0,66
> 0,66] = {[[^) - F(0,66)]/[1 - F(0,66)]],t > 0,66, (5) где Б(1) — функция распределения вероятностей случайной величины Т^д.
Продифференцируем (5) и найдем условную плотность вероятностей /(Х):
( 0, £ < 0,66
/№д > °,66] = {[/(^/[1 - Г(0,66)]], Г > 0,66. (6)
Представим/(^ как плотность распределения Рэлея:
4-2
(-—Х0,442) . п
е^ 2 t > 0
{( £ ^ (——Х0,442) .
I 0, Г < 0
АО=^(0,442Г 2 . (7)
0Д < 0
Математическое ожидание М(Тед) будет определяться как
2
«С») = ^(о^К2"^Л. (8)
Решая уравнение (8), получим значение математического ожидания М(Тед) превышения времени доставки сообщения для радиоканала, что позволит, в свою очередь, определить быстродействие алгоритма анализа характера помех и противодействия им.
Вывод. Данный подход можно применить при оценке способности всех типов РСПИ ОВД обеспечивать заданное качество функционирования при всех возможных
комбинациях преднамеренных и непреднамеренных помех, способов выявления деструктивных воздействий, в том числе и их прогнозирования, и методов противодействия им. Для этого необходимо классифицировать с точки зрения возможных законов распределения все методы деструктивного воздействия на РСПИ, способы их выявления и противодействия им. При этом большое разнообразие возможных комбинаций перечисленных выше факторов неизбежно приведет к появлению дополнительных временных характеристик, описывающих качество функционирования РСПИ в условиях воздействия угроз информационной безопасности.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бабкин А. Н. Методические основы построения защищенных сетей подвижной и фиксированной радиосвязи : монография. — Воронеж : ВИ МВД России, 2016. — С. 187.
2. Бабкин А. Н., Солодуха Р. А., Бардаев Э. А. Исследование своевременности доведения сообщений в защищенной сети радиосвязи органов внутренних дел // Вестник Воронежского института МВД России. — 2016. — №1. — С.17—26.
3. Бабкин А. Н. Помехозащита сетей радиосвязи специального назначения // Информационная безопасность — 2015 : материалы 14 Международной научно-практической конференции. — Таганрог, 2015. — С. 142—148.
4. 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.
5. Купер Дж., Макгиллем К. Вероятностные методы анализа сигналов и систем : пер. с англ. — М. : Мир, 1989. — 376 с.
REFRENCES
1. Babkin A. N. Metodicheskie osnovyi postroeniya zaschischennyih setey podvizhnoy i fiksirovannoy radiosvyazi : monografiya. — Voronezh : VI MVD Rossii, 2016. — S. 187.
2. Babkin A. N., Soloduha R. A., Bardaev E. A. Issledovanie svoevremennosti dove-deniya soobscheniy v zaschischennoy seti radiosvyazi organov vnutrennih del // Vestnik Voro-nezhskogo instituta MVD Rossii. — 2016. — #1. — S.17— 26.
3. Babkin A. N. Pomehozaschita setey radiosvyazi spetsialnogo naznacheniya // Infor-matsionnaya bezopasnost — 2015 : materialyi 14 Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii. — Taganrog, 2015. — S. 142—148.
4. 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.
5. Kuper Dzh., Makgillem K. Veroyatnostnyie metodyi analiza signalov i sistem: per. s angl. — M. : Mir, 1989. — 376 s.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Бабкин Александр Николаевич. Доцент кафедры информационной безопасности. Кандидат технических наук, доцент.
Воронежский институт МВД России.
E-mail: [email protected]
Россия, 394065, г. Воронеж, проспект Патриотов, 53. Тел. (473) 200-52-44.
Зибров Александр Александрович. Доцент кафедры инфокоммуникационных систем и технологий. Кандидат технических наук, доцент.
Воронежский институт МВД России.
Россия, 394065, г. Воронеж, проспект Патриотов, 53. Тел. (473) 200-52-27.
Babkin Alexander Nicolayevich. Associate Professor of the chair of Information Security.
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor.
Voronezh Institute of the Ministry of the Interior of Russia.
Work address: Russia, 394065, Voronezh, Prospect Patriotov, 53. Tel. (473) 200-52-44.
Zibrov Alexander Aleksandrovich. Associate Professor of the chair of Infocommunication Systems and Technologies. Candidate of Technical Sciences, Associate Professor.
Voronezh Institute of the Ministry of the Interior of Russia.
Work address: Russia, 394065, Voronezh, Prospect Patriotov, 53. Tel. (473) 200-52-27.
Ключевые слова: радиоканальная система передачи информации; угрозы блокирования; помехи; своевременность; доступность; достоверность передачи сообщений; математическое ожидание; дисперсия.
Key words: radio channel system of information transfer; threat of blocking; hindrance, timeliness, availability, reliability of transmission of messages; population mean; dispersion.
УДК 621.396.62
