Телекомунікаційні мережі спеціального призначення провідних країн світу: особливості й тенденції розвитку

Размещено на http://www.allbest.ru/

ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНІ МЕРЕЖІ СПЕЦІАЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ ПРОВІДНИХ КРАЇН СВІТУ: ОСОБЛИВОСТІ Й ТЕНДЕНЦІЇ РОЗВИТКУ

Івченко М.М., Скидан І.В.,Черниш Ю.О.,

Пономаренко Т.В. Побережець Т.В.

НЦЗІ ВІТІ ДУТ

В розвитку телекомунікаційних мереж спеціального призначення провідних країн світу можливо виділити наступні етапи:

1 етап - з моменту активного впровадження систем автоматизації опрацювання даних з 60-х до початку 90-х років минулого сторіччя. Характеризується спрямованістю на створення безлічі слабо інтегрованих систем, що автоматизують окремі процеси, функції, види постачання.

2 етап - з 90-х - до 2000-х років. Інтеграція роз'єднаних АСУ та автоматизованих інформаційних систем (АІС) на основі принципів систем відкритої і сервісорієнтованої архітектури. Інтегруючі компоненти створюються на базі WEB-технологій і стандартизації обміну даними.

3 етап - з початку нового століття до теперішнього часу. Особливістю є відмова від інтеграції спеціалізованих АІС і перехід на комерційні системи Спрямованість на створення єдиного інформаційного віртуального середовища різних видів бойового забезпечення.

Так, наприклад, Концепція розвитку системи управління Збройних Сил Російської Федерації до 2025 року однією з головних цілей визначає гарантоване управління військами і зброєю в єдиному інформаційному просторі [1].

Якщо уважно подивитися на світові великомасштабні телекомунікаційні мережі, можна побачити, що практично всі вони - результат комерціалізації й подальшого вдосконалювання розробок військових відомств розвинених закордонних країн (наприклад, мережа Internet і її розвиток у програмах NGI і Internet-2). З іншого боку, дуже багато перспективних досліджень в області інформаційних і мережних технологій проводилися й проводяться в інтересах військових або при їхній особистій участі. Так, більша частина великих замовлень таких фірм, як AT&T, Hewlett- Packard, Digital, виходить від МО США. Тому огляд стану й тенденцій розвитку спеціальних телекомунікаційних мереж США й країн НАТО є найбільш значимим в даній галузі дослідження.

Значною мірою телекомунікаційні системи спеціального призначення - якщо не майбутнє телекомунікації, то принаймні одна з моделей перспективного розвитку цього напрямку, що важливо для всіх, що працюють у даній галузі.

Розвитку й удосконалюванню систем зв'язку й керування ними військові керівництва США й країн НАТО приділяють найпильнішу увагу. По оцінці американських військових фахівців, проведення робіт у даному напрямку протягом двох-трьох років еквівалентно включенню до складу угруповань ВР США від 15 до 20 дивізій [3]. Основні цілі цих робіт (у сухопутних військах США й НАТО ) - оснащення штабів і пунктів керування засобами автоматизації й удосконалювання систем зв'язку для передачі більших обсягів інформації в АСУВ, а також підвищення стійкості, скритності й безперервності керування. Хоча і дотепер у військах США й НАТО застосовуються сотні незалежних телекомунікаційних систем і мереж, використовуваних різними військовими відомствами й базованих на військових і комерційних системах зв'язку але поряд з тим проводиться розбудова й удосконалення комерційної оборонної телекомунікаційної мережі DCTN (Defence Commercial Telecommunications Network) - мережі для передачі мовної інформації, проведення відеоконференцій, передачі даних по комутуємим та виділеним каналах зв'язку, що орендуються у фірми AT&T [2].

Система управління військами і зброєю в США розробляється відповідно до концепції «З'єднання та функціональної інтеграції систем керування, зв'язку, обчислювальної техніки та розвідки для учасників бойових дій» - C4I FTW (Command, Control, Communications, Computers and Intelligence For the Warrior). При цьому під системами С4І маються на увазі системи, необхідні для технічного забезпечення процесу управління.

На основі вимог концепції армія США отримає до 2020 р. нову систему управління Збройними Силами, яка забезпечить здійснення зв'язку на всіх рівнях управління і взаємодії, автоматичне оновлення баз даних всіх користувачів; відкриє можливість отримання необхідних даних з будь-якої точки земної кулі (у будь-який час); забезпечить автоматизацію процесу прийняття рішення командирами усіх рівнів (рис.1).

Сучасна ГСОУ буде однією зі складових концепції технологічного прориву США у військовій області, що отримала назву „революція у військовій області” (Revolution in Military Affairs). Створювана в ході реалізації цієї концепції так звана „система систем” включає в себе три складові частини: об'єднану систему спостереження і розвідки, автоматизовану систему бойового управління (АСБУ) силами та обміну інформацією C4I2 (Command, Control, Computers, Communications and Information / Intelligence); систему, що забезпечує застосування високоточної зброї.

Перша система забезпечує командування первинною інформацією, що надходить від джерел, що діють на всьому просторі поля бою. Вона узагальнює ці дані для того, щоб представити командуванню всіх рівнів єдину інформаційну картину про стан сил (як своїх, так і противника) і про навколишнє середовище (в тому числі метеоумови, стан поверхні ґрунту та гідрологічні умови моря, а також умови розповсюдження електромагнітних хвиль різних діапазонів у даному районі).

Друга система призначена для збору, обробки, об'єднання та аналізу первинних даних, а також для їх зберігання і передачі по запитам споживачів. На відміну від первинної ця інформація отримана в результаті класифікації цілей, розподілу за ними зброї та розробки даних наведення. Таким чином, ця система насичує тривимірний інформаційний простір поля бою даними планування бойових дій, управління та стрільби з метою досягнення панування над супротивником.

Третя система являє собою засоби, що забезпечують застосування зброї і поразки об'єктів високоточними боєприпасами, що дозволяє досягати цього панування. За допомогою високоточної зброї наноситься ряд точних ударів, дія яких доповнює застосування звичайних засобів ураження.

Таким чином, кінцева мета створюваної „системи систем” управління - це збір, обробка, аналіз і розподіл інформації, що забезпечує наведення та застосування зброї з таким ступенем надійності і швидкістю, які не дозволять противнику прийняти адекватні відповідні заходи. Завдяки її застосуванню максимально знижується ступінь участі людини за рахунок повної автоматизації всіх перерахованих вище процесів [4].

Досвід розвитку систем і засобів зв'язку в збройних силах зарубіжних держав показує - визначені єдині шляхи їх розвитку з перспективою забезпечення повної інтеграції військових і цивільних систем і засобів зв'язку. Так, наприклад, об'єднана система зв'язку NICS (NATO Integrated Communications System), що забезпечує процес функціонування органів і пунктів управління (ПУ) вищої ланки збройних сил блоку НАТО, включає каналоутворюючі системи супутникового, тропосферного, радіорелейного, проводового і радіозв'язку НАТО, а також лінії зв'язку, які орендовані у цивільних відомств країн-учасниць блоку. Система NICS сполучена з національними військовими системами зв'язку стратегічної та оперативно -тактичної ланок управління збройних сил країн НАТО. [5].

Важливою тенденцією розвитку телекомунікаційних мереж спеціального призначення країн НАТО є впровадження стандартів TACOMS POST- 2000, які розглядаються як методологія інтелектуальних телекомунікацій, покликаних забезпечити для НАТО можливість ведення коаліційних мережецентричних операцій. Відповідну групу стандартів в ініціативному порядку розробляють учені й промисловість 15 країн, зокрема Бельгії, Канади, Франції, Німеччини, Італії, Нідерландів, Норвегії, Португалії, Іспанії, Туреччини, Великобританії, США, Польщі. Стандарти TACOMS POST- 2000 засновані на підтримці протоколів тактичного Інтернету ( від Іpv4 до Іpv6) з використанням наземних, повітряних і космічних ретрансляторів.

Серед основних переваг TACOMS POST- 2000 є:

· можливість передачі файлів, відео- і інших мультимедійних даних; підтримку глобальної мобільності за рахунок абсолютної адресації всіх користувачів в адресному просторі Іpv6;

· більша ємність абонентських каналів, їх сумісність;

· захищеність каналів передачі даних при високій швидкості трафіка ( до 1 Гбит/с) [6].

Проект по впровадженню стандартів TACOMS POST- 2000 спрямований на реалізацію концепції приналежності бойових систем як інтеграції мереж сенсорних засобів, мереж вузлів керування й ефекторів (вогневих комплексів). Вони будуються на Sdr-системах, і в рамках індустріальної консультативної групи НАТО NІAG зараз вивчаються можливості створення відповідної технічної бази SDR силами 10 країн НАТО. Головна перевага технології SDR на даному етапі - можливість добитися сумісності різнотипних пристроїв. Однак для реалізації всього потенціалу SDR, необхідно, щоб розроблювачі чітко дотримувалися вимог стандартів НАТО щодо конвертації вихідних програмних кодів у формат Software Communіcatіons Archіtecture (SCA). Це стосується не тільки мови високого рівня, але й програмування архітектури ПЛИС (наприклад, мовою VHDL), а також Ip-Блоків для ПЛИС сторонніх розроблювачів. Sca-правила виконання проекту SDR вимагають модульної побудови програмного забезпечення (ПЗ), а також структуюють модульні інтерфейси.

Суттєво, що засіб радіозв'язку не зможе пройти сертифікацію по стандартах НАТО без надання відповідно оформлених відкритих текстових кодів ПЗ SDR і прошивання ПЛИС. Відкриті тексти опису архітектури ПЛИС не тільки дозволять забезпечити надійність функціонування пристрою, але й спростять проблеми сумісності на міжнаціональному рівні, особливо при багатонаціональних розробках. Крім того, ефективніше опікують права на інтелектуальну власність, оскільки простіше виявляти запозичення фрагментів чужих кодів. Звичайно, такий рівень відкритості повинен супроводжуватися попереднім патентуванням ПЗ згідно з національним законодавством. Хоча й уважається, що норми SCA досить складні для виконання, і ця архітектура не позбавлена певних недоліків, однак поки для розробки платформ SDR нічого кращого не придумане. На думку закордонних фахівців, істотних експлуатаційних переваг не досягтися, якщо використовувати Sdr-технологію лише для того, щоб один пристрій підтримував безліч старих стандартів і протоколів. Sdr-пристрої повинні мати ще й додаткові можливості по пропускній здатності, завадозахищеності, криптологічній стійкості та ін. Тому для успіху Sdr-технології потрібний пошук нових сигнально-кодових конструкцій і алгоритмів їх обробки. SDR і Sca-архітектура дозволяють реалізовувати нові методи обробки сигналів без заміни й переустаткування радіоапаратури, а використання бібліотек відкритих кодів заощаджує час і вартість розробок (незмінним, як правило, залишається до 70% програмного коду).

Один з найбільших європейських проектів у сфері SDR - European Secure Software Radіo (ESSOR). У ньому беруть участь шість країн: Фінляндія, Франція, Італія, Іспанія, Швеція й Польща. Бюджет проекту визначений Європейським оборонним агентством (EDA) у розмірі 100 млн. євро на 4 роки.

Відмінна риса проекту - використання Mems-Технологій і Smart-Антен (цифрових антенних ґрат), на які покладає завдання придушення активних перешкод. Застосування технології MІMO (multiple input - multiple output) комунікацій у тактичному зв'язку має значний потенціал для збільшення спектральної ефективності при розсіюванні сигналів у навколишньому середовищі, що відповідає міським тактичним сценаріям. Хоча виграш не настільки великий, як це передвіщали ранні, оптимістичні просторово-кореляційні моделі каналів передачі, спектральна ефективність збільшується майже лінійно з ростом числа елементів антен. Оскільки при певному розташуванні передавального й приймального сегментів більш виграшним може бути як метод STBC, так і V-BLAST. Використовується адаптивна обробка сигналів, що враховує реальний стан каналів зв'язку.

Також важливо відмітити використання захищеного протоколу SEMAN для тактичних мобільних мереж MANET (Mobile Ad hoc Network) - бездротові децентралізовані самоорганізовані мережі з мобільних пристроїв. Кожен такий пристрій може незалежно пересуватися в будь-яких напрямках, і, як наслідок, часто розривати і встановлювати з'єднання c сусідами. Концепція відрізняється ретельним проробленням питань багаторівневого ієрархічного захисту процесу злиття й поділу взаємодіючих мереж, а також протидії спробам несанкціонованого доступу в процесі бойових дій.

Загалом кажучи, тематика захищених протоколів є однією з тих деяких областей, у яких специфіка військових комунікацій провідних країн світу породжує унікальні розв'язки, що перевершують по своїх можливостях загальногромадянський сервіс.

Багаторівнева архітектура комунікаційної мережі додатків реального часу LARA (Layered Archіtecture for Real-Tіme Applіcatіons) в інтересах військово-морських сил країн НАТО. Проект LARA націлений на поліпшення організації радіомережі, він демонструє можливості сучасних мережних технологій і протоколів типу Іpv6 розподіляти заявки в реальному часі (із затримкою менш 50 мс) в об'єднаному військовому контексті, використовуючи розподілені датчики, мережі озброєння й MANET [6].

Важливо зазначити, що при розробці сценаріїв бойових дій необхідно орієнтуватися на інформаційні потреби й можливості нинішніх "цифрових дітей" і покоління "Net" як командирів і солдат майбутнього. Зокрема, для такого контингенту потрібні нові інтелектуальні системи тренувань і бойового навчання.

MIDS - це тактична система комунікацій, здатна поєднувати різні типи платформ у загальну тактичну мережу передачі даних. Згідно з угодою про стандартизацію STANAG 5516, протокол Lіnk-16 визначений як один із цифрових сервісів MІDS. Використання відповідних терміналів на літаках F-18, Tornado, ЗРК SAMP/T, фрегаті Horіson і інших бойових засобах. [6].

"Нова архітектура єдиного адаптивного інформаційно-функціонального простору управління в кризових ситуаціях". Розглядається в Російській Федерації. Необхідно сформувати єдиний адаптивний інформаційно-функціональний простір для керування військами й озброєнням, а також узгодженими діями Ради " Росія-Нато" у кризових ситуаціях, у тому числі військово-політичних, економічних, техногенних, гуманітарних, екологічних, під час антитерористичних операцій і ін.

Зараз у світі функціонують набори слабко інтегрованих різноманітних інформаційних систем як національного, так і наднаціонального рівня, які породжують проблеми ефективності керування. Існуючі архітектури інформаційних систем (ІС), у тому числі перспективна SOA, не вирішують поставлених перед ІС завдань. Впроваждення російських розробок нового інформаційного середовища Global Gnoseology Graph (GGG, Глобальний Гносеологічний Граф) у частині архітектурного компонента G3A (Global Gnoseology Graph Archіtecture)/

Була проголошена концепція переходу від всесвітньої мережі Інтернет до так званого Гігантського глобального графа (GGG).

Зокрема, мова йде про створення системи керування ФЦП "Електронна Росія", систем ситуаційного керування для Минатома РФ, компаній "Лукойл", "Транснефть", "Зарубіж-Нафта", "Мосрегионгаз", "Тулателеком", "Башинформсвязь", "Кольська ГМК" і ін. [8].

Потрібно сказати, що з боку фахівців НАТО й RTO запропонована теорія і її практичне втілення в архітектурі GGG викликають безпрецедентний інтерес. Про це свідчать і плани підготовки першого в історії RTO кроспанельного симпозіуму по відповідній до тематики із залученням панелей ІST, SET, SCІ, MSG і SAS. До цього вчених і фахівців країн НАТО спонукують проблемні питання в реалізації мережецентричних концепцій ведення бойових дій, втілення технології сенсорних мереж і ін. Винесений згідно з попередніми домовленостями на розгляд експертів НАТО проект російських вчених призначений для розробки математичної моделі нової архітектури єдиного адаптивного інформаційно-функціонального простору й відповідного програмного забезпечення для погодженого взаємодії в рамках Ради " Росія-НАТО" у кризових ситуаціях. Орієнтування в розвитку цифрових мереж на технології GGG, які дозволять розв'язати проблеми інформаційного хаосу й зменшити кількість "цифрових іммігрантів" (людей, що не володіють інформаційними технологіями).

Характерною рисою розвитку сучасних телекомунікаційних систем спеціального призначення є впровадження мереж нового покоління NGN (Next Generation Network), активне впровадження технологій мультисервісного абонентського доступу, пакетної комутації, які вимагають якісно нового технологічного розвитку транспортної мережі.

Розглянемо найпріоритетніший напрямок розвитку телекомунікаційних мереж спеціального призначення, а саме, з використанням технологій багатопротокольної комутації міток MPLS (Multiprotocol Label Switching). Використання на магістральному рівні технології MPLS дозволяє забезпечити ефективну передачу трафіка з підтримкою параметрів Qos (Quality of Service). телекомунікаційний мережа зв'язок комутація

Головна особливість технології MPLS - відділення процесу комутації пакета від аналізу Ip-адреси в його заголовку, що дозволяє здійснювати комутацію пакетів значно швидше. Будь-який переданий пакет асоціюється з тим або іншим класом переданої інформації, кожний з яких ідентифікується визначеною міткою. Значення мітки унікально лише для ділянки шляху між сусідніми вузлами мережі MPLS.

Мітка передається в складі будь-якого пакета, причому спосіб її прив'язки до пакета залежить від використовуваної технології канального рівня [11].

На сьогоднішній день можна виділити три основні області застосування протоколу MPLS. Це керування трафіком, підтримка класів і якості обслуговування й віртуальна приватні мережі.

1) керування трафіком (Traffic Engineering, TE) - це можливість керування напрямком проходження трафіка з метою виконання певних умов (резервування каналів, розподіл завантаження мережі, балансування й запобігання перевантажень). Керування потоком переданої інформації дозволяє направляти потоки даних не по найкоротшому шляхові, обчисленому за допомогою традиційного протоколу маршрутизації, а через менш завантажені вузли й канали зв'язки. При правильному моделюванні потоку навантаження на всі фізичні канали зв'язку, маршрутизатори й комутатори повинна бути збалансована таким чином, щоб жоден із цих компонентів не був недовантажений або перевантажений. У результаті мережа буде працювати більш ефективно, стабільно й передбачуване.

Основний механізм TE в MPLS - використання односпрямованих тунелів (MPLS TE tunnel) для завдання шляху проходження певного трафіка. Так, для різного виду трафіка можна прокласти різні шляхи проходження через мережу. Тому що тунелі - односпрямовані, те дорога назад може бути зовсім іншим.

Однієї з найцінніших функцій підсистеми ТІ є «Швидка ремаршрутизація» (Fastrerout, FRR). Вона дозволяє відновлювати перерваний зв'язок через аварію на ланці або вузлі й здійснювати передачу даних по LSP(Label Switched Path) у межах десятків мілісекунд, шляхом напрямку трафіка на тимчасовий обхідний маршрут[10,]. Додатково в рамках МPLS ТІ виробником можуть бути реалізовані такі функції, як автоматичне призначення смуги пропущення для Ті-Тунелів; вибір найбільш вигідного тунелю залежно від переданого трафіка; створення міжзональних тунелів; виключення ресурсу, що має певний Ip-Адреса, при розрахунках маршруту LSР і деякі інші.

2) одне з основних переваг надаваних MPLS криється в можливості керування Qos. Саме комутація на основі міток робить MPLS настільки корисним і унікальним. Frame relay і ATM забезпечують Qos за рахунок вибору маршруту, протягом якого мережа буде підтримувати вимоги трафіка до Qos завдяки виділенню ресурсів на кожному вузлі лінії з метою гарантії того, що трафік одержить необхідні для досягнення необхідного Qos ресурси. Фіксовані шляхи MPLS можуть бути явно маршрутизовані через мережу уздовж будь-якого бажаного шляху, а пристрою уздовж шляхи можуть задіяти різні засоби керування ресурсами, щоб кожний шлях MPLS одержав необхідні ресурси. Таким чином, MPLS здатний забезпечувати контроль Qos, еквівалентний надаваному frame relay або ATM. Технологія MPLS може надати допомогу при впровадженні диференційованих послуг (Diffserv). Сама модель Diffserv визначає цілий ряд механізмів для поділу всього трафіка на невелике число класів обслуговування. Як відомо, користувачі потребують Інтернет як у мережі загального користування для самих різних цілей і додатків - від невибагливої електронної пошти до передачі голосу й відео, досить чутливих до затримок. Щоб задовольнити їхньої вимоги, необхідно використовувати не тільки керування трафіком, але й засобу для його класифікації

3) віртуальна приватна мережа (Virtual Private Network, VPN) моделює роботу корпоративної територіально розподіленої мережі за допомогою інфраструктури пакетної мережі загального користування. Але передача корпоративних даних через публічну пакетну мережу, являє собою очевидну загрозу в рамках безпеки мережі будь-якого підприємства. Крім цього, у каналах публічного зв'язку досить складно добитися необхідного рівня продуктивності, надійності і якості обслуговування. Для вирішення цих проблем використовують технологію віртуальних приватних мереж VPN. У її основі лежить ідея використання мереж загального користування для захищеної передачі трафіка територіально вилучених філій замовника, з використанням ідеології побудови приватних мереж [10].

Технологія MPLS дозволяє реалізувати послуги віртуальних приватних мереж нового покоління. Вона здатна ефективно забезпечити якість передачі по Iр-Мережам, передачу чутливого до затримок трафіка й тим самим стати фундаментом для впровадження в корпоративній мережі нових послуг телекомунікацій - таких, як передача в реальному масштабі часу голосу й відеозображення. MPLS VPN забезпечує можливість використання таких сервісів, як відеотелефонія, відеоконференц-зв'язок, вилучене відеоспостереження й т.п. Завдяки тому, що VPN будуються на базі архітектури MPLS, додавання нових вузлів віртуальної мережі не привносить складностей з масштабуванням.

Аналізуючи тенденції розвитку телекомунікаційних мереж спеціального призначення провідних країн світу, хочеться відмітити необхідність сформування єдиного адаптивного інформаційно-функціонального простору для керування військами й озброєнням, а також узгодженими діями у кризових ситуаціях, у тому числі військово-політичних, економічних, техногенних, гуманітарних, екологічних, та під час антитерористичних операцій і інших з використанням нових технологій, наприклад MPLS, що забезпечить можливість раціонального поєднання централізованого і розподіленого використання інформації на всіх рівнях управління.

Література

1. Зотова І.Г. Стан та перспективи розвитку автоматизованих систем управління військами (зброєю) передових країн світу / [Зотова І. Г., Голобородько М. Ю., Поривай О. В.]. К.: ЦВСД НУОА, 2013. 36 с. (Збірник наукових праць Центру воєнно-стратегічних досліджень Національного університету оборони України).

2. Жигадло В. В. Телекоммуникационные сети военного назначения США и стран НАТО. Особенности и тенденции развития / Жигадло В. В. ЭЛЕКТРОНИКА: НТБ, 1999, № 4 и 5.

3. Defense Information Systems Network (DISN) ARCHITECTURE. - DISA, Center for Systems Engineering. Version 1.2c, April 1998.

4. Аналіз міжнародного досвіду з розвитку систем зв'язку збройних сил провідних країн/ [Бондаренко Л. О., Зінченко М. О., Скидан І. В., Мальцева І. Р.]. К.: Междисциплинарные исследования в науке и образовании. 2013. № 2Kg, 6 с.

5. Signal battalion recognized for outstanding support, The Maple Leaf, 28 September 2007, Vol. 10, No. 6.

6. Слюсар В. И. Военная связь стран НАТО: проблемы современных технологий / Слюсар В.И. М.: Электроника: Наука, Технология, Бизнес, 2008 - (elibrary.ru).

7. Кондратьев А.Е. Сетецентрический фронт. Боевые действия в едином информационном пространстве. Национальная оборона, 2011. №2.

8. Волович И.В., Хохлова М.Н. О теории моделирования и гиперграфе классов. Труды Математического института имени В.А.Стеклова, 2004, т. 245.

9. Мейчик Е.Р. Перспективы развития войск связи в условиях формирования нового облика Вооруженных Сил Российской Федерации. Связь в Вооруженных Силах Российской Федерации - 2009. М.: Компания «Информмост», 2009. С. 13-15.

10. Бубенцова Л. В. Технология MPLS. Одесса: ОНАС им. А. С. Попова, 2010. 44 с.

11. Олвейн В. Структура и реализация современной технологии MPLS / пер. с англ. М.: Издательский дом «Вильямс», 2004. 480 с.

Размещено на Allbest.ru