Алгоритм вибору мінімальнонеобхідної довжини повідомлення для асимптотичнонадійних односторонніх радіоліній

Размещено на http://www.allbest.ru/

Алгоритм вибору мінімальнонеобхідної довжини повідомлення для асимптотичнонадійних односторонніх радіоліній

Залужний О.В.

Анотація

Запропоновано алгоритм пошуку довжини повідомлення для односторонніх високонадійних радіоліній. Він дозволяє здійснювати обчислення при заданих обмеженнях по ймовірності вірного і хибного спрацювання, в складній завадовій обстановці.

Ключові слова: передача команд, радіолінія управління, одностороння радіолінія, завадостійкість.

In this report, the choose algorithm of the messages length for high reliable one-way radio lines is proposed. It allows the calculating for a given probability of true and false operation, in a difficult noise conditions.

Keywords: commands transfer, one-way radio lines, control radio lines, noise immunity.

В умовах сьогодення все частіше виникає необхідність у використанні різних дистанційно керованих електромеханічних пристроїв, систем збору інформації, систем оповіщення та управління персоналом. При цьому невід'ємною складовою таких комплексних систем є використання високонадійних радіоліній управління, які з точки зору інформаційного призначення відносяться до класу радіотехнічних систем передачі інформації у вигляді дискретних повідомлень (команд). Існуючі рішення що забезпечують обмін інформацією з об'єктом управління в двосторонньому режимі не завжди задовольняють потребам при виникненні надзвичайних ситуацій. В таких випадках доцільним є застосування одностороннього режиму, що обґрунтовується наступними його перевагами:

- збільшення часу автономної роботи окремих пристроїв;

- зменшення масогабаритних показників;

- зменшення часу та затрат на розгортання;

- покращення електромагнітної сумісності;

- унеможливлення викриття місця знаходження приймача.

Основним недоліком є відсутність можливості отримання підтвердження про прийом повідомлення та передачі запиту на уточнення достовірності прийнятої інформації. Тому важливим завданням при односторонній передачі є максимізація ймовірності вірного прийому повідомлення. Відомо, що завадостійкість радіоліній управління оцінюється критерієм, що характеризує приймання команди не тільки при наявності корисного сигналу (вірний прийом), але і при його відсутності (хибний прийом). При цьому завадостійкість оцінюється двома основними критеріями - ймовірностями Р_к і Р_х. Останнє ускладнюється можливістю наявності навмисної завади, яка подібна до корисного сигналу. Одним із можливих шляхів вирішення поставленого завдання є визначення необхідної міри надлишковості повідомлення (довжина, кількість повторів, набір частот). Існуючі способи [1 - 5] хоч і дозволяють здійснити такі розрахунки, але вони не пристосовані до випадків, коли потрібно обчислювати імовірність хибного спрацювання на тривалих інтервалах часу (імітаційна команда повторюється довільно велику кількість разів).

Метою дослідження є розробка алгоритму вибору довжини кодової послідовності для односторонніх високонадійних радіоліній, який дозволить здійснювати розрахунок довжини повідомлення при заданих вимогах до імовірності вірного та хибного спрацювання.

Об'єктом дослідження є високонадійні односторонні радіолінії управління, оповіщення та збору інформації, що призначені для функціонування в умовах складної завадової обстановки.

Предметом дослідження є завадостійкість кодових послідовностей різної довжини що використовуються для односторонньої передачі команд і повідомлень в односторонньому режимі

Очевидно, що під час вибору мінімальнонеобхідної довжини кодової послідовності необхідно враховувати спільне виконання вимог до Р_к і Р_х.

Вихідними даними для розрахунку є: Р^*_к - мінімальнонеобхідне значення імовірності вірного прийому переданої команди; Р^*_х - максимальнодопустиме значення імовірності хибного прийому команди за час роботи радіолінії управління ДT (команда не передавалась); максимально можлива кількість повторів передачі команди - K^*; р_біт - імовірність помилкового прийому елементарного двійкового символу; V - швидкість передачі в каналі управління.

Підчас вибору довжини команди необхідно врахувати наступні обмеження:

імовірність вірного прийому переданої команди Р_к ? Р^*_к (далі - умова 1); імовірність прийому команди за час роботи радіолінії управління Р_х ? Р^*_х (далі - умова 2); кількість повторів передачі команди K ? K^* (далі - умова 3); довжина команди N ? 3; мінімальнонеобхідна кількість правильно прийнятих елементарних символів N_пор повинна знаходитись в межах:1 N_пор ? N (далі - умова 4).

Можливі наступні припущення: атакуючій стороні відомі неінформаційні параметри сигналу та час роботи радіолінії управління; максимальна довжина команди обмежується часовими вимогами до системи управління.

Для здійснення пошуку мінімальнонеобхідної довжини повідомлення та із урахуванням вище вказаних вимог та обмежень отримаємо розрахункові співвідношення для обчислення значень Р_к і Р_х, із використанням схеми Бернулі [6].

Імовірність вірного прийому команди з першої спроби:

, (1)

Відповідно, імовірність вірного прийому команди (хоча б один раз за K спроб):

(2).

Імовірність хибного прийому команди з першої спроби при постановці імітаційної завади:

, (3)

При цьому вважаємо, що двійкові стани елементів імітаційної команди є рівноймовірними (p_біт = 0,5) і взаємно незалежні.

Кількість спроб ініціалізації хибної команди впродовж роботи радіолінії управління S = L - N + 1, де L = ДTЧV - довжина імітаційної команди.

Тому справедливим є вираз для обчислення імовірності хибного спрацювання за час роботи радіолінії ДT (хоча б 1 раз), при швидкості передачі V:

односторонній радіолінія довжина повідомлення

(4)

Пошук мінімальнонеобхідної довжини повідомлення можна виконувати шляхом поступового зменшення N_пор при цьому перевіряючи виконання умови 1 та 2.

Послідовність пошуку.

1. Розрахунок максимального значення N_пор у відповідності до вихідної довжини командної послідовності;

2. Розрахунок Р_к1 за формулою (1);

3. Розрахунок Р_к за формулою (2);

3.1. Перевірка виконання умови 1. При виконанні - перехід до пункту 4. В іншому випадку - до пункту 3.2.

3.2. Збільшення кількості повторів передачі;

3.3. Перевірка виконання умови 3. У разі виконання - перехід до пункту 3. В іншому випадку - до пункту 3.4.

3.4. Зменшення N_пор та перевірка виконання умови 4. При виконанні - перехід до пункту 2. В іншому випадку збільшення N та перехід до пункту 1.

4. Розрахунок Р_х1 за формулою (3);

5. Розрахунок довжини L;

6. Розрахунок Р_х за формулою (4);

7. Перевірка виконання умови 2. При виконанні - завершення пошуку. В іншому випадку - збільшення N та повернення до пункту 1. Схема алгоритму зображена на рис. 1.

Таким чином, запропонований алгоритм, дозволяє обчислити мінімальнонеобхідну довжину повідомлення для доставки унікальної команди, а також кількість повторів передачі та необхідне значення N_пор, при заданих вимогах до надійності прийому вірної команди та імовірності хибного спрацювання. Він може бути застосований у випадках висування безпрецедентно надвисоких вимог до імовірнісних характеристик радіолінії управління систем і комплексів різного призначення, узагальнений для будь-якого радіоканалу і виду обробки (демодуляції) сигналу, що вплине лише на розрахунки р_біт.

Рис. 1. Схема алгоритму пошуку мінімально необхідної довжини повідомлення

ЛІТЕРАТУРА

1. Міщенко В.Г. Методика оцінки завадозахищеності алгоритмів входження в синхронізм радіолінії з псевдовипадковим переналаштуванням радіочастоти / В.Г. Міщенко, В.Ф. Єрохін // Захист інформації. - 2001. - №2. - С. 39 - 52.

2. Березин Л.В. Основы радиоуправления / Березин Л.В., Вейцель В.А., Волковский С.А. - М.: Советское радио, 1973. - 426 с.

3. Коржик В.И. Расчет помехоустойчивости систем передачи дискретных сообщений: справочник / Коржик В.И., Финк Л.Н., Щелкунов К.Н.; под ред. Л.М. Финка. - М.: Радио и связь, 1981. - 232 с.

4. Єрохін В.Ф. Методика вибору довжини цифрової послідовності, ідентифікації сигнально-завадової обстановки в радіоканалі / В.Ф. Єрохін, В.М. Раєвський // Захист інформації. - 2005. - № 25. - С. 24 - 29.

5. Сравнение алгоритмов цифрового кодирования в командных радиосистемах [Електронний ресурс] / Сердюков П.Н., Григорьев А.С., Аверин С.В., Дронов А.Е. // Специальная техника. - 2005. - № 4.

6. Большев Л. Н. Таблицы математической статистики / Л. Н. Большев,

7. И.В. Смирнов - М.: Наука, - 1983. - 416 с. - (Главная редакция физико-математической литературы).

Размещено на Allbest.ru