CC BY
34
Радиотехника и связь
DOI 10.25987^Ти.2020.16.1.006 УДК 621.396
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЙ РЕСУРС ИНФОТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОЙ СЕТИ МЕТЕОРНОЙ СВЯЗИ АРКТИКИ РОССИИ
В.И. Дорошенко1, Ю.Г. Ксенофонтов1, И.Л. Скрипник2
Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова,
г. Санкт-Петербург, Россия 2Санкт-Петербургский университет государственной противопожарной службы МЧС России, г. Санкт-Петербург, Россия
Аннотация: рассмотрены вопросы использования в арктической зоне России инфотелекоммуникационной сети (ИТКС) метеорной связи (МС) с ограниченным ресурсом, функционирующей в сложных климатических условиях, с учетом специфики распространения УКВ-радиосигналов и больших расстояний между объектами инфраструктуры Северного морского пути. Представлен вариант топологии ИТКС МС, предназначенной для решения задачи обеспечения мониторинга технических средств системы управления движением судов (СУДС) в северных регионах России с учетом имеющихся потребностей осуществления обмена информационными данными между удаленными объектами. Обоснована целесообразность осуществления энергетического контакта между удаленными ведущими и ведомыми станциями с помощью насыщенных метеорных следов, способных обеспечить требуемую устойчивость и качество связи. Приведены рекомендации по рациональному использованию времени существования насыщенного метеорного следа исходя из условий распределения длительностей символов, приходящихся на передачу служебных и информационных сообщений. Предложен один из способов расширения телекоммуникационного ресурса за счет повышения мощности сети по пропускной способности, что может быть достигнуто применением метода адаптации многоуровневой фазовой манипуляции по отношению к уровню мощности отраженных УКВ-радиосигналов при сохранении заданной вероятности ошибки на приеме
Ключевые слова: мониторинг, инфотелекоммуникационная сеть метеорной связи, топология, мощность сети по пропускной способности, энергетический контакт, радиолиния метеорной связи, метеорный след
Введение
В просторах Арктики России находится большое количество залежей ценнейших минералов, нефти и газа. Их добыча и транспортировка сопряжены с большими трудностями и рядом опасностей, в особенности, что касается Северного морского пути (СМП). Исходя из этого ясно, что в будущем для повышения эффективности морского транспортно-технологического процесса (МТТП) планируется на СМП использовать достаточно большое количество судов, в результате чего потребуется огромное количество технических средств, обеспечивающих безопасность морского судоходства по СМП. В свою очередь, большие расстояния и сложные метеорологические условия, в которых находятся технические средства, обеспечивающие МТТП, требуют постоянного мониторинга работоспособности технических средств и безопасности транспортируемых людей и грузов [1].
© Дорошенко В.И., Ксенофонтов Ю.Г., Скрипник И.Л.,
2020
Эффективность МТТП СМП во многом зависит от оперативности управления этим процессом. Оно осуществляется с использованием ИТКС, которые в условиях бездорожья и малонаселенности Крайнего севера России обладают рядом особенностей. К ним следует отнести следующие:
1. Базовой основой ИТКС могут стать волоконно-оптические линии связи, которые составляют тем самым фундамент транспортной сети, но их разработка и создание в Арктике России возможны только лишь в будущем и далекой перспективе.
2. Более реально в ближайшее время использовать в ИТКС линии связи, построенные на основе высокоэллиптических спутников типа «Ямал» и тропосферных линий связи сети «Север».
3. Если еще дополнительно добавить сети пакетной коммутации декаметровой радиосвязи, то в совокупности они смогут войти в состав фундамента ИТКС.
Поскольку на сегодняшний день ИТКС СМП находится в стадии разработки, то для решения такой важной задачи для СМП, как
обеспечение мониторинга МТТП, авторами предлагается реализовать в арктической зоне РФ сеть с ограниченным, но в то же время устойчивым телекоммуникационным ресурсом на основе радиолиний метеорной связи (РМС) (рис. 1) [2-61.
С целью автоматизации процессов управления движением судов СМП созданы системы управления движением судов (СУДС). Инфраструктура СУДС содержит большое количество вспомогательных технических средств типа береговых радиолокационных станций (БРЛС), автоматизированных радиотехнических постов (АРТП), светящихся знаков и бакенов, разбросанных на большом расстоянии. Их обслуживание и поддержание в работоспособном состоянии является сложной и довольно затратной задачей [7]. Мониторинг работоспособности технических средств (ТС) СУДС может осуществляться с использованием более экономичных для условий Арктики России сетей. Одним из наиболее экономичных и надежных видов связи в Арктике является сеть на основе РМС, обеспечивающих дальность передачи данных на расстояниях до 2000 км. Сеть мониторинга по существу является компьютерной сетью, в которой процесс мониторинга осуществляется путем обмена формализованными данными, предназначенными для автоматизированной обработки их в ЭВМ [8].
Системы связи с РМС занимают определенную нишу в области инфокоммуникацион-ных технологий. Они могут поддерживать надежную связь, которая имеет такие преимущества, как живучесть, малая подверженность помехам, низкая вероятность перехвата и более быстрое восстановление при отключении электроэнергии по сравнению с коротковолновыми или спутниковыми системами, применяющимися на гражданских и военных объектах.
Топология ИТКС МС
Топология современных ИТКС МС в общем случае описывается довольно сложной структурой, в которой можно выделить несколько вложенных уровней, выполняющих различные функции доступа сетевых элементов друг к другу и передачи информации. Все вопросы согласования протоколов взаимодей-
ствия отдельных сетевых элементов и подсетей ИТКС МС решаются на каждом уровне стандартными аппаратно-программными способами, соответствующими используемым технологиям, и в данной статье не рассматриваются.
Основное же внимание в статье уделено возможности физической реализуемости ИТКС МС по метеорным радиоканалам с ограниченной пропускной способностью, зависящей от оптимизируемого пространственного расположения данных элементов, а также от общих частотно-энергетических ресурсов, распределяемых в соответствии с оптимизируемыми технологиями каналообразо-вания с учетом потребностей информационного обмена между объектами ИКТС МС. Так как инфраструктура Арктики России охватывает не только районы СМП, но и Кольский полуостров, при построении архитектуры ИКС МС необходимо учитывать и этот регион. При таком подходе к построению архитектуры топологическая модель ИКТС МС Арктики России будет представлять собой ряд взаимосвязанных звездообразных региональных сетей на базе РМС.
В акватории СМП в настоящее время функционируют:
1. Морской спасательно-координационный центр в г. Диксон, который обеспечивает координацию поиска и спасения людей, терпящих бедствия на море, и работы по ликвидации и локализации разливов нефти и нефтепродуктов начиная от пролива Карские ворота и заканчивая Беринговым проливом.
2. Морские спасательные подцентры (г. Мурманск, г. Тикси, г. Певек), на которые возложены те же функции, но только в конкретной зоне ответственности.
Анализ результатов исследования потребностей осуществления обмена информационными данными между удаленными объектами СМП показал, что для указанных регионов достаточно построить четыре таких взаимосвязанных региональных сети с центрами в морских портах Мурманск, Диксон, Тикси и Певек, причем каждая из отдельных РМС сможет обслуживать до 200 корреспондентов (рис. 1).
Рис. 1. Топология ИТКС МС для обеспечения мониторинга технических средств СУДС СМП: МСКЦ - морской спасательно-координационный центр (г. Дикси), МСПЦ - морской спасательный подцентр
Примечание. В МСПЦ 4 (г. Мурманск) звездообразная подсеть на основе РМС не требуется ввиду имеющихся в данном регионе функционирующих разветвленных инфотеле-коммуникационных сетей с относительно высокими скоростями передачи данных.
Вся сеть состоит из некоторого множества сетевых элементов
М = Щк }, г = 1,4,у = 1, N, к = 1, К,
где М - сетевой элемент, г - номер магистрального сетевого элемента,у - номер ведущей станции РМС соответствующего г-го магистрального элемента, к - номер ведомой соответствующей у-й ведущей станции, N - количество ведущих станций РМС, К - количество ведомых станций РМС. Каждый сетевой элемент взаимодействует с конкретным другим элементом по иерархическому принципу: с одной стороны, это корреспондент радиосети, с другой - абонент региональной подсети ИКТС МС.
Зона покрытия всей ИТКС МС для обеспечения мониторинга ТС СУДС СМП представлена на рис. 2.
Для обеспечения связи между объектами ИТКС МС должны выполняться условия энергетической доступности (между теми сетевыми элементами, где должен быть обеспечен информационный обмен) и энергетической недоступности (между теми сетевыми элементами, которые не должны мешать друг другу и между которыми не должно быть информационного обмена). Можно полагать, что каждой технологии взаимодействия сетевых эле-
ментов соответствует свой уровень физической архитектуры двухуровневой ИТКС МС.
Соответственно, региональные звездообразные сети на базе РМС, реализованные вокруг МСКЦ 1 могут быть использованы для решения таких задач, которые допускают задержку при передаче сообщений, обеспечивая при этом высокую достоверность принимаемых сообщений, например, при осуществлении мониторинга работоспособности технических средств СУДС СМП, а также в гидрометеорологической службе для связи с необслуживаемыми автоматическими радиотехническими метеорологическими станциями (АРМС), размещенными на берегу, на островах и на льдинах. Следует отметить, что циклы мониторинга и сбора метеоданных могут составить от единиц до десятков часов в зависимости от задач, решаемых конкретными системами.
Каждая такая сеть радиолиний на спасательно-координационных центрах и подцен-трах в морских портах Диксон, Тикси, Певек и Мурманск может охватить территорию в радиусе до 2000 км от них. Эти центры целесообразно соединить между собой межцентровыми линиями метеорной связи. В этом случае двухуровневая топологическая модель ИТКС МС решит первостепенные задачи СУДС СМП. При этом использование метеорных каналов связи для решения данной проблемы должно учитывать территориальное распределение центральной и периферийных станций.
Рис. 2. Зона покрытия ИТКС МС СМП: а - межцентровая связь, б - региональные зоны покрытия
Энергетические контакты на УКВ через метеорный след
Специалистов в области радиосвязи и телекоммуникаций интересует, прежде всего, длительность и качество энергетического контакта через этот след. Особый интерес к этому возник с конца 1950-х и начала 1960-х годов. РМС первого поколения, такие как канадская JANET и НАТО COMET, были реализованы именно в тот период. Тем не менее, из-за отсутствия необходимых технологий, интерес к РМС в течение нескольких десятков лет стал заметно снижаться. В связи с большими до-
стижениями в области электроники и необходимостью безопасной связи без использования спутников, возрождение РМС начало происходить в конце 1970-х и 1980-х годов. Были построены многие крупномасштабные системы второго поколения, такие как AMBCS, эксплуатируемые штатом Аляска, SNOTEL, британская BLOSSOM и TRANSTRACK для мобильной связи между некоторыми базовыми станциями и десятками тысяч грузовиков, перемещающихся по всей территории Соединенных Штатов. Системы третьего поколения, такие как AMBTB (разработаны ARPA, США, 1993 г.) и HPTL (разработаны США, 1992 г.), де-
монстрируют многообещающие возможности РМС в таких областях, как мультимедиа и отслеживание перемещения транспортных средств [9].
Метеорная радиосвязь между удаленными корреспондентами осуществляется на ультракоротких волнах (УКВ), отраженных от следов, оставляемых метеорами в ионосфере при их сгорании в результате вспышки во время встречи метеоров с атмосферой земли. Кинетическая энергия движения метеора относительно земли и ее атмосферы при столкновении его с атмосферой земли переходит в тепловую энергию, которая разогревает метеор, он вспыхивает и его вещество превращается из атомов и молекул в электроны, а вещество атмосферы в ионы. Происходит возбуждение и ионизация ионосферы. В результате этих процессов на высоте от 90 до 115 километров образуются плотные следы от сгоревших метеоров, которые видны даже с земли. Плотность электронов в этих следах достигает от 1010 до 1018 электронов на метр длины. Они способны отражать радиосигналы УКВ и это явление используется для осуществления радиосвязи на УКВ на расстояния до 2000 км. Случайный характер появления спорадических метеоров и длительностей образованных им следов приводит к тому, что энергетические контакты между корреспондентами на УКВ носят случайный характер не только по моментам их появления, но и по продолжительности этих контактов. Случайный характер метеорных следов характеризуется случайными моментами появления вспышек от сгорания метеоров, случайной величиной массы метеора, направлением его движения, химическим составом вещества метеора. Такая многопараметрическая зависимость отражающей способности метеорного следа усложняет математическое описание процесса отражения УКВ и, как следствие, процесса передачи данных по РМС. После вспышки и образования электронного облака начинается постепенная деградация отражающей способности этого следа, интенсивность и длительность которой зависит от множества различных случайных процессов, происходящих в ионосфере [10]. После того, как электроны и ионы восстановятся в виде молекул, отражение УКВ-радиосигналов прекратится.
Поскольку метеоры с относительно большой массой (более 100 мг) появляются в ионосфере очень редко, то обоснование возможности использования следов от них с це-
лью передачи данных весьма проблематично. Поэтому основной интерес при передаче данных по РМС представляют метеоры массой от 50 до 100 мг, оставляющие в ионосфере насыщенные следы (с линейной электронной плотностью более 2,41014 эл/м). Именно они способны обеспечить устойчивую с высокой степенью конфиденциальности связь.
Для радиосигнала, отраженного от насыщенного метеорного следа, под длительностью энергетического контакта понимается время от возникновения сигнала до его прекращения вследствие равенства диэлектрической проницаемости нулю. Определить время существования насыщенного следа (Т ) можно используя формулу [10]:
Т = 1,124-10
-12
аЯ2
16л2 ^
(1)
где Я — длина волны, м, D - относительный коэффициент диффузии (принят равным 6), м2/с, а — линейная электронная плотность в следе от метеора (концентрация электронов на единицу длины следа), эл/м:
а = 4,03 -101
т
(у-8,15)3 Н
(2)
где т и V - масса и скорость метеора при входе в метеорную область соответственно, Н - приведенная высота метеорной области.
Максимальное значение мощности отраженного УКВ-радиосигнала на входе приемника Рг определяется как [9]:
р = Я I а
64л4R3 V1012
(3)
где Р( - мощность передатчика, - коэффициент усиления передающей антенны, Ог - коэффициент усиления приемной антенны, Я -расстояние от приемника до трассы метеорного следа.
Следует отметить, что при изменении в сторону увеличения коэффициента усиления антенны (Ог), расположенной на приемной стороне, например, при использовании адаптивных фазированных антенных решеток, длительность энергетического контакта между корреспондентами будет также увеличиваться, повышая тем самым пропускную способность РМС [9].
Временная диаграмма использования насыщенного метеорного следа для передачи служебных и информационных данных представлен на рис. 3.
Рис. 3. Временная диаграмма, характеризующая использование насыщенного метеорного следа для установления связи и передачи служебных и информационных данных
Минимальная длительность существования метеорного следа (Ттт), необходимого для устойчивой передачи данных, определяется как:
Гт1П = N - п - г,, 1 = 1п , (4) где N- количество кодовых блоков; п - число символов в кодовом блоке; и - длительность 1-го символа, с. Длительность символа иг в РМС определяется скоростью манипуляции, которая ограничивается методом манипуляции, шириной полосы частот радиоканала и физическими особенностями РМС.
Длительность УКВ-радиосигналов, рассеянных насыщенными следами, изменяется от единиц секунд до десятков и даже сотен секунд. В течение одного такого энергетического контакта необходимо передать служебные сигналы (гсс) и, если позволяет длительность существования следа, то и информационные данные ^экпд):
гЭК1 = гсс + гЭКПД , (5)
где гЭК - длительность 1-го энергетического контакта РМС;
гЭквд - часть энергетического контакта, используемого для передачи информационных данных по РМС;
гсс - часть энергетического контакта, приходящегося на служебную связь.
В действительности длительность отраженных от метеорного следа УКВ-радиосигналов, как правило, не превышает 200-300 с.
Несмотря на то, что метеорные следы большей массы встречаются реже, именно они являются пригодными для обеспечения устойчивой и конфиденциальной связи.
Так как для установления связи между абонентами необходимо выполнение таких операций, как тактовая синхронизация, цикловая синхронизация, передача непосрественно цифрового пароля, фрагментация-
дефрагментация потока передаваемых данных, «сшивка» потока передаваемых данных с учетом задержки в канале связи, то большая доля всего энергетического контакта приходится на служебную связь. Ненасыщенные следы способны обеспечить частые, но короткие энергетические контакты. В них доля энергетического контакта на служебную связь может достигать 50% и более (в случае использования РМС, предложенного в [9]). Поэтому обеспечить качественную и статистически устойчивую связь с применением РМС возможно только лишь с использованием насыщенных метеорных следов, исключая при этом возможность приема искаженных байтов или лишних знаков. К тому же ввиду достаточной длительности существования таких следов предоставляется возможность передачи информационных данных с высокой степенью конфиденциальности.
Мощность ИТКС МС по пропускной способности
Телекоммуникационный ресурс ИТКС МС Арктики России наилучшим образом может быть охарактеризован таким показателем, как мощность ИТКС МС по пропускной способности. В качестве единицы измерения данного показателя принимается скорость передачи данных, байт/с, то есть количество переданной информации в единицу времени по всем элементам сети . В этом случае в качестве единицы измерения применяется средняя скорость передачи информационных данных в единицу времени, то есть количество переданных байт (знаков) в течение одной секунды (байт/с). При этом пропускная способность межцентровой РМС является составной частью мощности СМС по пропускной способности Арктики России.
Среднее значение мощности сети по пропускной способности РМС (В) может быть определено по формуле:
4 N К
В = Рк, байтЛ^
I=1 ,=1 к =1 (6)
где Р - скорость передачи информации (байт/с), I - номер магистрального элемента сети, , - номер ведущей станции РМС, к - номер ведомой станции РМС, N - количество ведущих станций РМС, К - количество ведомых станций РМС.
Пропускная способность одного метеорного канала связи (С) определяется возможностью передачи максимального объема информации за время сеанса связи:
( м \
ТУ,
С > тах
,=1
АТ.
I=1, R,
(7)
здесь V, - объем информации ,-го энергетического контакта между корреспондентами для передачи данных на 1-й элемент сети; АТ1 - интервал времени сеанса связи с 1-м элементом сети; Я - количество элементов сети; М - число энергетических контактов между корреспондентами, имеющих место на интервале времени сеанса связи АТ1 с 1-м элементом сети.
Повышение мощности по пропускной способности позволит увеличить телекоммуникационный ресурс и осуществить расширение функциональных возможностей ИКТС МС не только для мониторинга технических стационарных средств навигационного оборудования СУДС СМП, но и для передачи данных
о перемещении персонала и ценных грузов по СМП. В ряде ранее выполненных работ уже рассматривались вопросы увеличения телекоммуникационного ресурса путем адаптации скорости передачи данных по РМС применительно к уровню энергии принимаемых сигналов [12-15]. В данном случае по мере повышения уровня принимаемого отраженного метеорным следом сигнала УКВ пропорционально увеличивается и скорость передачи данных. Используя известную формулу К. Шеннона можно определить требуемую длительность символа, необходимую для достижения заданной вероятности правильного приема при соблюдении необходимого с оотношения уровня мощности и спектральной мощности шума [16] .
Если в течение времени существования энергетического контакта между корреспондентами осуществлять передачу данных не с постоянной скоростью, а скорость манипуляции изменять пропорционально энергии отраженного сигнала, то такой метод адаптации позволит повысить степень использования мощности отраженного сигнала при соответствующем соотношении сигнал/помеха (рис. 4 (а)). Эффективность применения метода адаптации вида и скорости манипуляции оценивается коэффициентом, характеризующимся отношением скорости передачи с адаптацией к скорости передачи без адаптации.
11с
и
пор
и
пом
а)
5 10 101ц(£УЛ'о). дБ
кривая 1 ВРЯК: кривая 2 дРЙК; кривая 3 - 8РБК; кривая 4- 16Р8К
б)
Рис. 4. Передача данных с применением адаптивной манипуляции (а) и зависимость вероятности ошибки передаваемых данных от соотношения сигнал/помеха при разных видах манипуляции (б)
Примечание. На рис. 4 (а): ис - уровень напряжения отраженного УКВ-радиосигнала, ипор - пороговое значение напряжения, определяющее длительность энергетического контакта между корреспондентами, ипом - уровень напряжения помех.
На рис. 4 (б): BPSK - двоичная фазовая манипуляция, QPSK - четырехпозиционная фазовая манипуляция, 8PSK - восьмипозици-онная фазовая манипуляция, 16PSK - шестна-дцатипозиционная фазовая манипуляция,
- соотношение сигнал/помеха, Рош - вероятность появления ошибочного бита информации на приеме.
Из рис. 4(б) видно, что при снижении уровня соотношения сигнал/помеха, например с 15 до 5 дБ, вероятность ошибки передачи данных остается практически неизменной на уровне 10-2. Следовательно, применив данный подход к реализации ИТКС МС на основе РМС, можно значительно увеличить их пропускную способность, что, в свою очередь, позволит повысить мощность ИКТС МС по пропускной способности.
Выводы
1. Разработана топология инфотелеком-муникационной сети метеорной связи, которая способна охватить объекты инфраструктуры Арктики России.
2. Показана возможность сети метеорной связи по осуществлению мониторинга работоспособности технических средств СУДС СМП.
3. Предложено пропускную способность инфотелекоммуникационной сети метеорной связи оценивать показателем мощность по пропускной способности.
4. Показано, что для повышения мощности инфотелекоммуникационной сети метеорной связи по пропускной способности, целесообразно применить адаптацию вида и скорости манипуляции к уровню мощности принимаемого сигнала.
Литература
1. Neural Network of safety system for construction equipment in permafrost zone / J.I. Idrisova, T.T. Kaverzne-va, N.V. Rumyantseva, I.L. Skripnik // 4 th International Scientific Conference "Arctic: History and Modernity" IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 302 (2019) 012128.
2. Дорошенко В.И., Стратонова О.Н., Пивоварова А.К. Метеорная связь в районах Крайнего Севера России // Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России: материалы IV межвуз. науч.-практ. конф. аспирантов, студентов и курсантов. СПб.: ГУМРФ, 2015. С. 31-33.
3. Титков С.Б. Технические предложения по использованию метеорной связи // Защита информации. Инсайд. 2006. № 3(9). С. 74-80.
4. Рябов И.В., Толмачев С.В., Лебедева А.А. Принципы программно-определяемых радиосистем и их применение в рамках задачи исследования метеорной
Поступила 17.12.2019; п
радиосвязи // Современные наукоемкие технологии. 2016. № 7-1. С. 59-66.
5. Качнов А.И., Пенкин А.А., Рыбаков А.В. Разработка мобильной системы информационного обеспечения с использованием каналов метеорной связи // Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании: V Междунар. науч.-техн. и науч.-метод. конф.: сб. науч. ст. СПб.: СПбГУТ, 2016. С. 177-181.
6. Внедрение стационарных анкерных устройств для безопасной эксплуатации на высоте опор воздушных линий связи и линий электропередач / В.А. Сенченко, Т.Т. Каверзнева, Н.В. Румянцева, И.Л. Скрипник, Г.Д. Леликов // Пожаровзрывобезопасность. 2018. Т. 27. № 1. С. 58-67.
7. Воронин С.В., Скрипник И.Л., Каверзнева Т.Т. Подходы к определению новой стоимости образца пожарной техники // Вестник Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России. 2018. № 2. С. 128-134.
8. Maymud K., Mukumoto K., Fukuda A. Development of MBC System Using Software Modem // IEICE TRANS. COMMUN. Vol. E83-B, No. 6. June 2000, 12691281.
9. Дорошенко В.И., Ксенофонтов Ю.Г. Применение метеорной связи в системах обеспечения безопасности объектов инфраструктуры Северного морского пути // Вопросы оборонной техники. Серия 16: Технические средства противодействия терроризму. 2019. № 1-2(127-128). С. 3-11.
10. Капралов Д.Д., Кирик Д.И. Стохастическая модель метеорного радиоканала // Труды учебных заведений связи. 2018. Т. 4. № 3. С. 54-64.
11. Сидоров А.В., Орехов А.О. Рассеяние радиоволн на насыщенных метеорных следах // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. М.: Изд-во «Научно-информационный издательский центр и редакция журнала «Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук». 2013. № 12-1. С. 129-133.
12. Ксенофонтов Ю.Г., Скрипник И.Л., Воронин С.В. Радиолинии метеорной связи в информационно-телекоммуникационной инфраструктуре МЧС России Арктического региона // Проблемы управления рисками в техносфере. СПб. 2019. № 3 (51). С. 6-12.
13. A semi-blind joint data and channel estimation based receiver for meteor burst communication / L. Zan, Ch. Yilin, J. Lijun, C. Jueping // Science in China Ser. F Information Sciences. 2005. Vol. 48. No. 2. Р. 137-150.
14. Благов Д.С., Волвенко С.В. Повышение скорости передачи информации в метеорных системах связи путем использования сигналов переменной длительности // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Информатика. Телекоммуникации. Управление. 2010. № 5(108). С. 7-13.
15. Белокопытов А.Е. Выбор эффективного вида цифровой модуляции в системах радиосвязи по критериям эффективности // Научный альманах. 2015. № 11-3(13). С. 35-38.
16. Патшин А.В., Кубанов В.П., Сподобаев Ю.М. Способ увеличения пропускной способности узкополосной нестационарной радиолинии автоматизированной системы радиосвязи ВЧ диапазона // Телекоммуникации и транспорт. 2012. № 3. С. 53-55.
к публикации 14.02.2020
Информация об авторах
Дорошенко Виктор Иванович - д-р техн. наук, профессор, профессор кафедры радиосвязи на морском флоте, Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова (198035, Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Двинская, 5/7), e-mail: doroshenko1937@yandex.ru
Ксенофонтов Юрий Геннадьевич - канд. техн. наук, доцент кафедры радиосвязи на морском флоте, Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова (198035, Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Двинская, 5/7), e-mail: ksenofontov.ura@mail.ru
Скрипник Игорь Леонидович - канд. техн. наук, профессор, профессор кафедры пожарной безопасности технологических процессов и производств, Санкт-Петербургский университет государственной противопожарной службы МЧС России (196105, Россия, г. Санкт-Петербург, Московский проспект, 149), e-mail: ig.skripnick2011@yandex.ru
TELECOMMUNICATION RESOURCE OF THE INFORMATION-TELECOMMUNICATION NETWORK OF THE ARCTIC METEOR COMMUNICATION OF RUSSIA
V.I. Doroshenko1, Yu.G. Ksenofontov1, I.L. Skripnik2
'Admiral Makarov State University of Maritime and Inland Shipping, St. Petersburg, Russia 2Saint-Petersburg University of State Fire Service of Emercom of Russia, St. Petersburg, Russia
Abstract: the article discusses the use of the information-telecommunication network (ITN) of meteor communication (MC) in the Arctic zone of Russia with a limited resource operating in difficult climatic conditions. The specifics of UTV Radio Signals propagation and large distances between the infrastructure objects of the Northern Sea Route are taken into account. A version of the ITN MC topology is presented in the work. It was designed to meet the task of monitoring the technical means of the ship traffic control system (STCS) in the northern regions of Russia considering the existing requirements of exchange information between remote objects. The article gives substantiation for energy contact feasibility between remote leading and led stations with saturated meteor tracks which are capable to provide the required stability and quality of communication. Recommendations are given on the rational time usage of the saturated meteor trail existence proceeding from the terms of character durations distribution that are based on the transmission of official notifications and informational messages. One of the ways to expand the telecommunication resource by increasing the capacity of the bandwidth network is proposed. This can be achieved by adapting the multi-level phase manipulation in relation to the power level of the reflected UTV Radio Signals while maintaining the error probability at the detection
Key words: monitoring, information-telecommunication network of meteor communication, topology, bandwidth network power, energy contact, meteor radio link, meteor trail
References
1. Idrisova J.I., Kaverzneva T.T., Rumyantseva N.V., Skripnik I.L. "Neural Network of safety system for construction equipment in permafrost zone", 4 th International Scientific Conference «Arctic: History and Modernity» IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 302 (2019) 012128.
2. Doroshenko V.I., Stratonova O.N., Pivovarova A.K. "Meteor communication in the Far North of Russia", Proc. of the IV In-teruniversity Scientific and Practical Conference of graduate students, students and cadets (St. Petersburg, Russia, May 14, 2015). Current trends and prospects for the development of water transport in Russia (Sovremennye tendentsii i perspektivy razvitiya vod-nogo transporta Rossii: materialy IV mezhvuz. nauch.-prakt. konf aspirantov, studentov i kursantov), St. Petersburg: Corporate site of Admiral Makarov SUMIS, 2015, pp. 31-33.
3. Titkov S.B. "Technical proposals for the use of meteor communication", Information Security. Inside (Zashchita informatsii. Insayd), 2006, no 3 (9), pp. 74-80.
4. Ryabov I.V., Tolmachev S.V., Lebedeva A.A. "The principles of software-defined radio systems and their application as part of the task of researching meteor radio communications", Modern High Technology (Sovremennye naukoyemkie tekhnologii), 2016, no. 7-1, pp. 59-66.
5. Kachnov A.I., Penkin A.A., Rybakov A.V. "Development of a mobile information support system using meteor communication channels", V International Scientific, Technical and Scientific-Methodological Conference (St. Petersburg, Russia, March 1011, 2016). Actual problems of information and telecommunications in science and education: a collection of scientific articles (Ak-tual'nye problemy infotelekommunikatsiy v nauke i obrazovanii: VMezhdunar. nauch.-tekhn. i nauch.-metod. konf.: sb. nauch. st.), St. Petersburg, SPbSUT, 2016, pp. 177-181.
6. Senchenko V.A., Kaverzneva T.T., Rumyantseva N.V., Skripnik I.L., Lelikov G.D. "The introduction of stationary anchor devices for safe operation at the height of the supports of overhead communication lines and power lines", Fire and Explosion Safety (Pozharovzryvobezopasnost), 2018, vol. 27, no. 1, pp. 58-67.
7. Voronin S.V., Skripnik I.L., Kaverzneva T.T. "Approaches to determining the new cost of a sample of fire equipment", Bulletin of the St. Petersburg University of the State Fire Service of the Ministry of Emergencies of Russia (Vestnik Sankt-Peterburgskogo universiteta GPSMCHS Rossii), 2018, no. 2, pp. 128-134.
8. Maymud K., Mukumoto K., Fukuda A. "Development of MBC system using software modem", IEICE TRANS. COMMUN. June 2000, vol. e83-b, no. 6, pp. 1269-1281.
9. Doroshenko V.I., Ksenofontov Yu.G. "The use of meteor communication in the safety systems of infrastructure of the Northern Sea Route", Issues of Defense Technology. Series 16: Counter Terrorism Techniques (Voprosy oboronnoy tekhniki. Seriya 16: Tekhnicheskie sredstvaprotivodeystviya terrorizmu), 2019, no. 1-2 (127-128), pp. 3-11.
10. Kapralov D.D., Kirik D.I. "Stochastic model of meteor radio channel", Transactions of Communication Educational Institutions (Trudy uchebnykh zavedeniy svyazi), 2018, vol. 4, no. 3, pp. 54-64.
11. Sidorov A.V., Orekhov A.O. "Radio wave scattering on saturated meteor tracks", Actual problems of the humanities and natural sciences (Aktual'nye problemy gumanitarnykh i estestvennykh nauk), 2013, no. 12-1, pp. 129-133.
12. Ksenofontov Yu.G., Skripnik I.L., Voronin S.V. "Radio lines of meteor communication in the information and telecommunications infrastructure of the Ministry of Emergencies of the Arctic Region", Problems of Risk Management in the Technosphere: Scientific and Analytical Journal (Problemy upravleniya riskami v tekhnosfere), St. Petersburg, 2019, no. 3 (51), pp. 6-12.
13. Zan L., Yilin Ch., Lijun J., Jueping C. "A semi-blind joint data and channel estimation based receiver for meteor burst communication", Science in China Ser. F Information Sciences, 2005, vol. 48, no. 2, pp. 137-150.
14. Blagov D.S., Volvenko S.V. "Increasing the speed of information transfer in meteor communication systems by using signals of variable duration", Scientific and Technical Sheets of St. Petersburg State Polytechnic University. Informatics. Telecommunications. Control (Nauchno-tekhnicheskie vedomosti Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo politekhnicheskogo universiteta. In-formatika. Telekommunikatsii. Upravlenie), 2010, no. 5 (108), pp. 7-13.
15. Belokopytov A.E. "The choice of an effective form of digital modulation in radio communication systems according to efficiency criteria", Scientific Almanac (Nauchnyy al'manakh), 2015, no. 11-3 (13), pp. 35-38.
16. Patshin A.V., Kubanov V.P., Spodobaev Yu.M. "A way to increase the bandwidth of a narrow-band non-stationary radio link of an automated radio communication system of the HF range", Telecommunications and transport (Telekommunikatsii i transport), 2012, no. 3, pp. 53-55.
Submitted 17.12.2019; revised 14.02.2020 Information about the authors
Viktor I. Doroshenko, Dr. Sc. (Technical), Professor, Admiral Makarov State University of Maritime and Inland Shipping (5/7 Dvinskaya str., St. Petersburg 198035, Russia), e-mail: doroshenko1937@yandex.ru
Yuriy G. Ksenofontov, Cand. Sc. (Technical), Associate Professor, Admiral Makarov State University of Maritime and Inland Shipping (5/7 Dvinskaya str., St. Petersburg 198035, Russia), ksenofontov.ura@mail.ru
Igor' L. Skripnik, Cand. Sc. (Technical), Professor, Saint-Petersburg University of State Fire Service of Emercom of Russia (149 Moskovskiy prospect, St. Petersburg 196105, Russia), e-mail: ig.skripnick2011@yandex.ru
