Организация качественной и безопасной передачи данных в системах связи и радиодоступа морских робототехнических комплексов

Сиражудинов Сиражудин Магомедович ORCID: 0000-0003-2964-8276 кандидат технических наук студент, кафедра Информационные технологии и безопасность компьютерных сетей, Дагестанский Государственный Университет 367000, Россия, республика Дагестан, г. Махачкала, ул. Улица Дзержинского, 12/1 Sirazhudinov Sirazhudin Magomedovich PhD in Technical Science Student, Department of Information Technology and Computer Network Security, Dagestan State University 367000, Russia, Republic of Dagestan, Makhachkala, Dzerzhinsky Street, 12/1 the.r0.onneee@gmail.com

Введение

В течение последних лет наблюдается резкое увеличение используемых сетей подвижной (мобильной) связи на территории нашей страны и за рубежом. При этом интеграция данных систем происходит не только с целью организации связи между подвижными объектами, где отсутствуют альтернативы таким сетям, но также и для организации связи между некоторыми стационарными объектами. Основной принцип работы подвижной связи заключается в преобразовании и передачи цифровых данных на основе стандарта GSM. Важно отметить, что общая концепция обеспечения безопасности связи GSM основывается на технических, организационных и правовых аспектах. Однако для более полной защиты необходимо обеспечить тесное взаимодействие каждого из этих элементов.

Особенную актуальность получило направление развития морских робототехнических комплексов (МРТК). Так, на сегодняшний день уже существуют серийные многофункциональные комплексы, выполняющие сложные океанографические задачи. Основной тенденцией развития данного направления является создание автономных подводных робототехнических комплексов для решения ряда научных и прикладных задач по освоению мирового океана. Однако в условиях обширности морских бассейнов и низкого уровня развития остается актуальным вопрос, связанный с разработкой систем связи и радиодоступа МРТК, позволяющих в режиме реального времени предоставлять информацию о вражеских территориях, актуальной информации о местности и иное ^[1].

Материалы и методы

Автором применяются теоретические методы исследования, а также используются результаты научных материалов отечественного и зарубежного производства. В ходе выполнения работы выполнено комплексное исследование вопроса и даны решения по организации качественной и безопасной передачи данных. Основой для проведенного исследования являлись структуры и принципы организации подвижной связи.

Так, цель представленной работы состоит в анализе ключевых вопросов и формировании решений по организации качественной и безопасной передачи данных. В рамках работы выделяются такие задачи, как: анализ систем связи и организации радиодоступа морских робототехнических комплексов; анализ технических средств и особенностей в обеспечении надежной и безопасной передачи данных; организация качественной и безопасной передачи данных в системах связи и радиодоступа морских робототехнических комплексов на основе использования AnCom RM/E.

Организация связи морских робототехнических комплексов

В современном мире управление МРТК производится на базе канала связи или же автономно по программе, заданной в бортовой системе для решения той или иной задачи. При этом для связи с морскими робототехническими комплексами в надводном положении используются радиосвязь или спутниковая связь. Однако данный подход не обеспечивает оптимальные условия применимости устойчивой двусторонней связи между базой и самим МРТК в положении под водой. Причина заключается в ослаблении электромагнитных волн стандартных каналов связи при прохождении через толщи воды ^[2].

Одной из недавних технологий, призванной решить указанную проблему, являлась концепция производства США, использующая сетецентрическую базу «ForceNet». Данная концепция предполагала объединение роботизированных комплексов в единую систему управления с целью обеспечения получения оперативной обстановки в режиме реального времени. На рис. 1 представлена схема данной концепции, представляющая организацию обмена данными между надводными и подводными группами морских робототехнических комплексов.

Рис. 1. Организация технологии «ForceNet» для МРТК

Другая принципиально-новая технология организации связи между МРТК «Artic Roadmap» предполагает использование мультиагентной системы по сбору информации на основе специальных технических объектов. На рис. 2 представлена схема из документа US NAVY «Arctic Roadmap», отображающая структуру мультиагентной системы по сбору информации и организации радиосвязи между выполняющими задачи морскими робототехническими комплексами ^[3].

Рис. 2. Структура мультиагентной системы «Artic Roadmap»

Создание каналов связи в диапазоне крайне низких частот

Одним из перспективных направлений развития систем связи и радиодоступа между морскими робототехническими комплексами является создание специальных каналов связи в диапазоне крайне низких частот. Такие радиолинии позволяют значительно повысить глубины возможности обеспечения связи. Однако интеграция данной аппаратуры предопределяется значительными экономическими издержками. Исходя из этого, на сегодняшний день производятся только исследовательские вопросы, связанные с изучением и рациональности использования каналов распространения крайне низких частот, их помех, а также проблем по передаче и обработке информации.

Другим актуальным направлением развития анализируемого вопроса является повышение помехоустойчивости гидроакустических систем (ГАС). Данная задача напрямую связана с проблемой снижения скорости передачи информации, что значительно затрудняет выполнение оперативных и иных критически-важных миссий МРТК под водой. Одним из решений данной проблемы, получивших свое активное развитие в недавнем времени, является использование частотной модуляции сигналов и каскадных кодов. Так, на сегодняшний день производится разработка специальной радиолинии коротковолнового диапазона, использование которой позволяет обеспечить устойчивую радиосвязь между робототехническими комплексами в надводном положении ^[4].

На рис. 3 (а) проиллюстрирована алгоритмическая структура приемника для МРТК, посредством которой производится многоканальный прием и пространственная обработка сигналов. При этом на рис. 3 (б) представлена схема работы блока принятия решений о переданном знаке на основе весовой мажоритарной обработки методом «среднего знака».

Рис. 3. Схемы: а – многоканального приема ГАС;

б – принятия решений о переданном знаке

По результатам последних исследований были доказаны существенные результаты при использовании данной системы. Так, к примеру, в результате использования частотной модуляции сигналов и каскадных кодов наблюдается значительное снижение вероятности потери пакетов информации, а также возможность восстановления информации. Последнее достигается в результате параллельного приема элементов сообщения на основе четырех диапазонных частот. При этом необходимо отметить, что разработка данной структуры построения гидроакустического приемника для морских робототехнических комплексов позволяет свести к единообразию использующиеся на них средства связи.

Одним из перспективных направлений развития систем связи и радиодоступа между морскими робототехническими комплексами является создание специальных каналов связи в диапазоне крайне низких частот. Такие радиолинии позволяют значительно повысить глубины возможности обеспечения связи. Однако интеграция данной аппаратуры предопределяется значительными экономическими издержками. Исходя из этого, на сегодняшний день производятся только исследовательские вопросы, связанные с изучением и рациональности использования каналов распространения крайне низких частот, их помех, а также проблем по передаче и обработке информации ^[5].

Обеспечение безопасности связи на основе резервирования каналов

Под понятием «безопасность» подвижной связи понимается комплекс средств, мер и действий, в результаты функционирования которого производится защита системы от несанкционированного доступа, а также обеспечивается секретность при передаче информации. Меры безопасности таких сетей используются с целью недопущения противоправных действий. При этом данного рода действия зачастую разделяются на два главных аспекта – действия, направленные с целью искажения или перехвата информации, а также действия, направленные для получения бесплатного доступа к сети связи.

На рынке подвижной связи присутствуют решения для различных областей жизнедеятельности человека. Так, выделяются профессиональные системы подвижной связи, персональные, беспроводные телефоны, а также сети подвижной связи общего пользования. Особенную актуальность приобретают вопросы обеспечения качества и безопасности передачи информации среди первого вида связи. Профессиональные сети подвижной связи активно используются в военной сфере, промышленности и ряде иных сфер, требующих быструю и безопасную передачу данных для решения важных задач.

Рис. 4. Терминалы с резервированием каналов передачи данных

Актуализация вопросов по обеспечению безопасности данного вида связи неизбежно привела к разработке решений, позволяющих обеспечить достаточный уровень защиты и качества передачи информации. Одним из инструментов для решения задач из данной области является использование резервирования каналов. Переход на резервный канал в данном случае производится без потери времени по результатам обнаружения отказа основного канала. При этом возврат после его восстановления выполняется только по результатам проверки надежности ^[6].

Необходимо отметить, что наиболее актуальными на сегодняшний день решениями в вопросах обеспечения безопасности сетей подвижной связи являются интеллектуальные терминалы с резервированием каналов передачи данных. На рис. 4 представлены некоторые из примеров решений данного вида оборудования.

Резервирование каналов МРТК с помощью модема AnComRM/E

Наиболее актуальным и эффективным решением в задачах обеспечения безопасности подвижной связи МРТК является использование модема AnCom RM/E. В зависимости от подключенного объекта данное решение позволяет решать следующие задачи: задачу резервирования каналов связи (по проводному – Ethernet и беспроводному каналу – GSM); задачу коммутации доступа к объекту автоматизации ^[7].

Задача резервирования каналов связи с использованием AnCom RM/E решается следующим образом. Удаленный доступ из диспетчерского пункта к объекту, который, в свою очередь, подключен к данному модему (по интерфейсу RS-232/RS-485), производится по Ethernet, то есть основному каналу. При этом переключение на GSM-канал производится при обрыве проводной связи. Коммутация выполняется в автоматическом режиме с помощью утилиты AnCom Switch RM_E, которая входит в комплект поставки данного технологического решения. На рис. 5 изображена схема работы алгоритма резервирования каналов.

В результате работы модема AnCom RM/E создается автоматическая система доступа к интернету. В ней существует не менее двух параллельных каналов связи, дублирующих друг друга. Так, при выходе из строя основного канала происходит автоматическое включение резервного, в результате чего обеспечивается непрерывный доступ в интернет. Это, в свою очередь, позволяет обеспечить наиболее качественную и безопасную передачу данных в сетях сотовой подвижной связи. Основными достоинствами использования данного решения является, непосредственно, сама возможность резервирования каналов, а также наличие интеллектуальной коммутации каналов доступа к объекту ^[8].

Одним из актуальных на сегодняшний день применений данного модема является использование в автоматических системах управления наружным освещением (АСУНО). Встроенный в данную систему модем AnCom RM/E позволяет обеспечить устойчивый и безопасный канал удлинения данных с диспетчерским пунктом. Модем выступает решением для повышения надежности передачи данных, требуя при этом подключение к интернету, которое производится на основе двух встроенных SIM-карт. Основной особенностью работы AnCom RM/E в АСУНО является возможность автоматического резервирования каналов для доступа к сети Интернет, при этом во время выхода из строя всех каналов связи модем позволяет перевести работу системы освещения в ручной режим, оповестив при этом оператора соответствующим сигналом через SMS.

Рис. 5. Алгоритм резервирования каналов с помощью модема

AnCom RM/E

Так, AnCom RM/E предоставляет возможность обеспечения централизованного оперативного управления АСУНО в ручном и автоматическом режиме. При этом во время сбоев на всех беспроводных каналах связи имеется возможность перехода модема в режим местного управления освещением обслуживающим персоналом с передачей сигналов посредством компьютера через COM порт. Также важно отметить, что ключевая особенность использования рассматриваемого модема состоит не только в возможности удлинения и обеспечения устойчивого (безопасного) соединения, но и в снижении затрат на электроэнергию, техническое обслуживания и ликвидацию аварий. Это достигается в результате формирования на основе собираемых модемом данных, формировании на их основе графиков, возможности производства централизованного учета расхода электроэнергии, проведении дистанционной диагностики оборудования, а также общего повышения надежности АСУНО ^[9].

Заключение

Таким образом, основной целью представленной статьи являлось выполнение анализа актуальных направлений и перспектив развития систем связи на морских робототехнических комплексах. В результате работы было выяснено, что основной проблемой организации связи и радиодоступа между несколькими МРТК является потеря сигналов и низкое качество передачи информации между надводными и подводными объектами. Одними из перспективных решений данной проблемы стоит выделить такие направления, как создание специальных каналов связи в диапазоне крайне низких частот, а также повышение помехоустойчивости гидроакустических систем на основе использования частотной модуляции и каскадных кодов. На сегодняшний день существует широкое множество способов организации связи с МРТК, при этом каждый из них включает в себя ряд особенностей, преимуществ и недостатков. Исходя из этого, выбор конкретного способа зависит от выполняемых задач и условий работы над ними. Анализ текущего уровня развития данного вопроса говорит о прогнозировании создания высоких характеристик линий связи, обеспечивающих необходимое качество передачи данных.

В качестве примера для анализа вопроса был выбран инструмент резервирования каналов. Необходимо отметить, что существующие технические решения не имеют полной гарантии безопасности от нападений. Исходя из этого, наиболее эффективное обеспечение безопасности в области подвижной связи может быть достигнуто только в результате комплексного решения вопроса, разработки инновационных технических решений, а также непрерывного аудита и анализа возникающих проблем. В результате работы были определены ключевые аспекты и актуальность обеспечения безопасности сетей подвижной связи. Выделен один из наиболее актуальных и эффективных инструментов обеспечения безопасности связи, заключающийся на основе резервирования каналов. Представлен алгоритм работы и выделены основные преимущества использования модема AnCom RM/E при решении данных задач. В заключение необходимо отметить, что реализация мер с использованием данного технического решения способна значительно повысить качество, надежность и безопасность функционирования систем подвижной связи ^[10].