Сеть связи с подвижными объектами армейского корпуса в оборонительной операции начального периода войны на Юго-Западном стратегическом направлении

Сегодня известны девять основных стандартов аналоговых ССПО. Один из них - NMT-450 - принят в качестве федерального стандарта для России. На его основе созданы ССПС в Москве ("Московская сотовая связь") и С-Пб ("Дельта-Телеком"). Основные характеристики систем подвижной радиосвязи, использующих аналоговые стандарты передачи информации, приведены в таблице (1.7.1).

В 80-х годах в Европе, Северной Америке и Японии приступили к интенсивному изучению принципов построения перспективных цифровых ССПС и сегодня уже разработаны три стандарта таких систем с макросотовой топологией сетей и радиусом сот, соответствующим максимальной дальности связи в радиальных системах (около 35 км): общеевропейский стандарт GSM, принятый Европейским институтом стандартов в области связи (ETSI); американский стандарт ADC (D-AMPS), разработанный Промышленной ассоциацией в области связи (TIA); японский стандарт JDC, принятый министерством почт и связи Японии. В июне 1992 г. стандарт GSM принят в России в качестве федерального стандарта на цифровые ССПС.

Основные характеристики систем подвижной радиосвязи, использующих цифровые стандарты передачи информации, приведены в таблице 1.7.2.

С целью определения основных направлений и принципов создания сетей ССПО в реальных условиях, сложившихся в Российской Федерации, с учетом мирового опыта развития подобных сетей разработана и одобрена решением ГКЭС России от 23 февраля 1994 года N 71 "Концепция развития в России до 2010 года сетей сухопутной подвижной радиосвязи общего пользования ( в части сотовых, радиально-зоновых и радиальных сетей), в которой рассматриваются вопросы создания в стране сетей связи с ПО на различных уровнях.

Однако использование коммерческих ССПО в военных целях для управления войсками в условиях применения вероятным противником современных комплексов радиоразведки и подавления практически невозможна, поскольку данные системы обладают низкой развед- и помехозащищенностью и не обеспечивают безопасность связи.

В этой связи является целесообразным анализ существующих зарубежных систем военной связи, которые органически включают в себя и ССПО.

Наибольший интерес для рассмотрения представляют автоматизированные системы связи "RITA","PTARMIGAN", "SOTRIN", "MSE", "AUTOKO". Общесистемные характеристики данных СВС представлены в таблице 1.7.3.

Военные ССПО развитых государств имеют[19-21 ], как правило, 2 основных компонента: пункты радиодоступа к сети общего пользования и подвижные элементы.

Первый компонент - это базовые станции, используемые для соединения всех зарегистрированных (получивших право) абонентов с порайонной сетью связи. Уровень обслуживания достаточно высокий: обычно 24 подвижных абонента, при нагрузке 0,2 Эрланга имеют более 95% вероятности получить доступ к соответствующей базовой станции с первой попытки.

Второй компонент - это подвижные элементы - периферийные станции, с помощью которых подвижные абоненты могут осуществлять связь между собой или со стационарными абонентами сети. Подвижные или стационарные абоненты сети могут выйти на любой МУ и наоборот.

Такие ССПО работают, как правило, в диапазоне ультракоротких волн (УКВ) (30-3000 мГц), в котором работают и другие системы радиосвязи тактического и оперативного звеньев управления.

Мощность излучения составляет 4-100 Вт. Большинство радиостанций совместимы по частотам и режимам работы.

В последнее время наметилась тенденция к созданию многодиапазонных радиостанций УКВ-связи. Предусматривается совмещение УКВ Рст с Рст КВ и спутниковой связи. Так, большинство станций спутниковой связи диапазона 225-400 мГц оснащается дополнительными модемами для работы в УКВ сетях. Для обеспечения ЭМС на ограниченной территории (корабль, самолет) предусмотрено разнесение рабочих частот.

Сложной задачей в области УКВ радиосвязи, начиная с середины 70-х годов, оказалась защита военных радиостанций (ВРСт), используемых в ССПО, от преднамеренных помех и ЭМС. Для ее решения выполнен ряд исследований, направленных на создание унифицированной, помехозащищенной, одноканальной Рст. Защита достигается внедрением режима случайного изменения частоты (СИЧ). Унификация ВРСт всех видов вооруженных сил ориентирована на концепцию "Воздушно-наземной", "Воздушно-наземно-морской" операций.

Для перспективных ВРСт основными выбраны диапазоны 30-80 и 225-400 мГц. Широко используются адаптеры для ПД, повышается помехозащита, создаются специальные сети ПД с МДВР. Большинство из них выполнено по модульному принципу и изготовляется в двух вариантах: носимые и мобильные с усилением мощности. Они обеспечивают одноканальную, симплексную связь в режиме фиксированной настройки или СИЧ. Обмен информацией осуществляется в сетях с одной управляющей станцией. Дополнительно в перспективных ВРСт предусмотрены: ретрансляция, поиск и обнаружение неисправностей, установка исходных данных, определение направления на помеху.

Принципиальное отличие перспективных ВРС от существующих состоит в обеспечении закрытой связи и возможности связи в режиме СИЧ, обеспечивающем защиту от преднамеренных помех, уменьшение электромагнитной доступности (ЭМД) средствам радиоперехвата и пеленгации.

Таким образом, общей тенденцией развития зарубежных СВС является переход от направленческого принципа организации связи к сетевому и повышение помехозащиты путем внедрения СИЧ. Единая цифровая распределенная сеть связи, по мнению специалистов, позволит передавать две трети всего объема информации.

Анализ общесистемных и технических характеристик СВС и их элементов, принципов их организации позволяют сделать следующие выводы:

1. Перспективные СВС вероятного противника - это единые цифровые системы, в которых объединены функции коммутации, радиодоступа, каналообразования, засекречивания, передачи информации и управления системой, основу которых составляют мобильные УС, соединенные между собой радиорелейными линиями связи и имеющими решетчатую структуру.

2. Составной частью всех СВС является подсистема радиодоступа, которая в совокупности со средствами каналообразования, коммутации и управления образует ССПО.

3. Количества мобильных (подвижных) пользователей достаточно велико и составляет 25 ...50% от общего числа абонентов систем.

4. Подсистема радиодоступа идентична во всех рассматриваемых СВС и состоит из узлов радиодоступа, сопряженных с узловыми коммутаторами, оборудования ПО и средств управления, обеспечивающих идентификацию абонентов, поиск их в сети, маршрутизацию потоков сообщений и проключение каналов связи.

5. Зоны обслуживания ССПО СВС развитых государств взаимно перекрываются таким образом, что ПО имеет привязку к двум узлам радиодоступа.

6. Диапазон используемых частот в ССПО данных СВС достаточно широкий. Для носимых радиостанций выделен низкочастотный участок диапазона М 69 ... 72 мГц и 79 ... 82 мГц. Мобильные радиосредства (устанавливаемые на автомобилях и бронебазе) работают в диапазоне 225 ...900 мГц. Для связи с воздушными объектами используется диапазон 1350 ... 2700 мГц. Метод многостанционного доступа - МДЧР. Разделение диапазонов на 2 ствола позволяет облегчить решение вопросов частотной развязки приемопередающих устройств. Применение автоматической регулировки мощности радиостанций ПО обеспечивает снижение уровня взаимных помех в сети.

7. Количество равнодоступных частотных каналов в зоне обслуживания обеспечивает заданные вероятностно-временные характеристики (ВВХ) для 25 абонентов. Для борьбы с перегрузками в сети введена система из 3 ... 4 приоритетов. Привязка ПО может быть произведена к двум узлам радиодоступа, что снижает неравномерность внутризонового трафика и повышает надежность связи.

1.8 Цель, место, задачи и структура ССПО АК

На основании анализа рассмотренных выше задач управления, состояния существующих и перспективных систем связи, созданных сетей подвижной связи и направлений их развития, а также требований, предъявляемым к ним, можно более точно определить цель, место, задачи и структуру ССПО АК.

Основной целью создания такой сети связи является обеспечение управления войсками АК должностным лицам его органов управления со своих рабочих мест в КШМ как в движении, так и на месте. Для осуществления этой цели ССПО АК должна решать следующие задачи:

1. Обеспечение передачи заданного объема сообщений как между ПО и соответствующими ПУ, так и только между ПО, с заданным качеством.

2. Обеспечение связи ДЛ по ССПО в соответствии с их приоритетом.

3. Обеспечение требуемого качества обслуживания в соответствии с установленными нормами для телефонных сетей и сетей передачи данных.

4. Автоматизированный или автоматический поиск и соединение абонентов.

5. Сохранение работоспособности при частичном выходе из строя базовых станций ССПО и элементов опорной сети связи АК, а также линий связи между ними.

Отсюда вытекает место которое должна занимать в системе связи АК его сеть связи с ПО. Она будет входить в систему связи как элемент сети связи общего пользования (рисунок 1.8.1).

Определив цель, задачи и место ССПО в СС АК возникает необходимость определить ее структуру.

Под структурой ССПО АК будем понимать совокупность составляющих данную сеть элементов и связей между ними.

В отличии от сетей связи с ПО по принципу прямых радиосвязей, которые обладают рядом вышеперечисленных недостатков, в перспективной ССПО АК ПО будут получать доступ к канальному ресурсу ССОП АК через базовые станции радиодоступа . Таким образом, структура данной сеть связи будет состоять из следующих основных элементов:

- подвижных объектов, определение которых дано в пункте 1.2. первой главы, оснащенных абонентскими станциями (АС) радиодоступа и оконечным оборудованием (аппаратурой ЗАС);

- базовых станций (БС) радиодоступа, развертываемых при существующей СС АК вблизи его ОУС (ВУС), УС ПУ, а также на элементах ТСС ВО и МУС ВСС РФ.

- используемых ею (либо выделенных ей) каналов опорной сети связи АК (в перспективе базовой сети коммутации каналов и пакетов

- сети связи общего пользования).

Не менее важным, с технической точки зрения, элементом структуры ССПО будет радиоканал - линия связи, образованная соответствующими средствами радиосвязи абонентских и базовых станций, и используемая для обеспечения физической связи между ними.

Таким образом под сетью связи с ПО (ССПО) АК будем понимать организационно-техническое объединение средств связи подвижных объектов (ПО), станций радиодоступа и линий радиосвязи между ними, объединенных сетью связи общего пользования, предназначенных для обеспечения связи должностным лицам АК как в движении, так и на стоянке [28,29]. Под термином радиодоступ будем понимать предоставление подвижным абонентам каналов опорной сети связи АК с использованием радиосредств данного комплекса.

Совокупность базовых станций (БС) будет обеспечивать формирование в полосе обороны АК зону энергетической доступности сети, в пределах которой может осуществляться радиосвязь между подвижными абонентами (объектами) (ПО) и БС.

Вариант топологической структуры системы связи АК с использованием зоновой ССПО представлен на рисунке 1.8.2.

Такая сеть по принципу своего построения будет является зоновой. Общая зона обслуживания такой сети будет складываться из единичных зон обслуживания каждой БС радиодоступа. На рис.1.8.2. отмечены участки пересечения единичных зон обслуживания, на которых возможно использование ПО канального ресурса двух и более БС, что повышает устойчивость доступа ПО к ССОП.

В свою очередь размеры единичных зон обслуживания БС, а с ними размер общей зоны обслуживания всей сети будут зависеть от тактико-технических характеристик используемых средств связи, высот подъема антенно-фидерных устройств, выбранных рабочих частот, влияния ФГУ в районе развертывания сети и помеховой обстановки [26,29].

Соответственно, единичные зоны обслуживания будут подразделяться, в зависимости от их радиуса, на малые, средние и большие зоны [29]. Использование единичных зон различных размеров, образуемых как станциями радиодоступа наземного базирования, так и зон, увеличиваемых посредством применения высокоподнятых антенн, в том числе и на летно-подъемных средствах, позволит создать эшелонированную по высоте структуру предлагаемой ССПО [28]. Такая структура позволит повысить устойчивость сети связи. Это обусловлено тем, что при нахождении ПО в зонах пересечения у них появляется возможность доступа к канальному ресурсу любой из образующих данную зону пересечения БС.

Таким образом, можно сделать следующий вывод, что построение сети связи с ПО в АК, наиболее полно удовлетворяющей предъявляемым к ней требованиям, возможно только на основе тщательного анализа обобщенных в первой главе исходные данные, а определение структуры и способов применения ССПО АК необходимо рассматривать в целях эффективного ее использования в различных условиях проведения его операций. Оценка эффективности различных возможных вариантов структур ССПО может быть произведена лишь на основании методики, отражающей все рассмотренные выше свойства сети связи с ПО, как сложной системы.

2. МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ И ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ СТРУКТУРЫ ССПО АК

2.1 Выбор и обоснование показателей оценки эффективности и метода исследования ССПО АК

Сеть связи с ПО АК, как это следует из ее определения и состава, обладает характерными признаками, позволяющими отнести ее к классу сложных систем.

Характерными признаками ССПО АК как сложной системы являются: наличие большого числа разнородных элементов, многообразие форм передаваемой информации.

Исходя из этого, исследование эффективности ССПО АК в методологическом плане базируется на основных положениях теории сложных систем, теории эффективности и теории исследования операций.

Для оценки качества связи с ПО прежде всего необходимо выбрать показатели.

Выбор показателей оценки и формального аппарата их расчета определяется свойствами сети связи с ПО как объекта исследования, которые в свою очередь определяются условиями боевого применения ПО и внутренними свойствами самой сети.

ССПО АК в условиях решаемой задачи выступает в двух аспектах:

- во-первых, как система, входы и выходы которой замыкаются на систему управления, и которая предназначена для обеспечения связи в движении (на стоянке) командиру АК, командирам соединений и частей и другим ДЛ, находящимся в ПО, с требуемым качеством;

- во-вторых, как источник разведданных о войсках и ПУ, добывание которых противник осуществляет путем ведения РР группировкой РР и РЭБ.

Рассматривая ССПО АК в первом аспекте, необходимо уделить основное внимание качеству связи.

В соответствии с [14] под качеством связи понимается свойство военной связи, характеризующее ее способность выполнять задачи по своевременной, достоверной и скрытой передачи информации в процессе управления войсками, воздушными и морскими силами и оружием.

Основным целевым предназначением ССПО АК можно считать обеспечение своевременной передачи требуемых объемов информации от ПО по каналам, образованным средствами связи КШМ и бортовыми средствами связи ВзПУ, с требуемой достоверностью и скрытностью.

Поэтому для оценки эффективности ССПО необходимо иметь такой показатель, который отражал бы ее целевое предназначение.

В качестве его необходимо принять пропускную способность ССПО АК, под которой понимается нагрузка, исполняемая в сети в единицу времени с заданной вероятностью.

Обоснование применения формального аппарата для оценки эффективности ССПО зависит от ситуаций обеспечения связи ее абонентам, меняющим свое местонахождение. В связи с этим предлагается следующая концептуальная модель оценки ее эффективности.

В процессе установления связи абонентам ПО возможны следующие ситуации соединения абонентов (рис.2.1.1):

- абонент ПО- абонент УС ПУ (вариант а);

- абонент ПО-абонент ПО ( одной и той же единичной зоны связи ) (вариант б);

- абонент ПО - абонент ПО ( различных единичных зон связи) (вариант в).

Для установления связи в этих ситуациях необходимо выполнить определенные операции, которые носят стохастический характер. В процессе установления связи абоненту ПО могут возникнуть отказы:

- вследствие занятости всех информационных каналов на станции радиодоступа, в зоне которой находится вызываемый абонент;

- из - за отсутствия свободных каналов от БС до УС ПУ или между двумя БС.

Анализируя эти процессы можно сделать выводы о том, что ССПО представляет собой систему массового обслуживания (СМО), которая обладает рядом присущий ей элементов:

- количество источников информации (ПО) (S);

- приборы обслуживания (каналы связи) (V);

- входящий поток требований (заявок) (lвх);

- выходящий поток заявок (требований) (lисх);

- нагрузка от одного источника (zи).

Рассматриваемая СМО должна быть приоритетной. Приборы обслуживания на БС полнодоступны. Дисциплина обслуживания - с отказами. Входящий и исходящий потоки - с последействием. Из этого вытекает, что ССПО АК - СМО с примитивным потоком заявок (вызовов). Основные свойства примитивного потока вызовов зависят как от состояния системы, на которую они поступают, так и от числа уже занятых источников вызовов. Считается, что примитивный поток учитывает невозможность посылки занятым источником новых вызовов.

Следовательно, пропускную способность в ССПО АК как СМО с отказами можно рассчитать, используя известные аналитические соотношения Энгсета (либо его номограммы или таблицы) в зависимости от требуемой вероятности передачи информации, количества источников вызовов и обслуживающих приборов, как в единичных зонах, так и в сети в целом [14, 15, 16].

Однако следует заметить, что выбранный основной показатель является необходимым, но недостаточным условием при анализе эффективности решения задач, возлагаемых на сеть связи с ПО АК [6,17].

Недостаточность оценки сети связи с помощью одного показателя обосновывается тем, что он не охватывает всех свойств сети и не позволяет получить достаточно полную и объективную оценку, в результате чего можно прийти к ошибочным выводам. Следовательно, для получения объективной оценки необходимо использовать дополнительные показатели.

Поскольку при различных вариантах построения ССПО доступ АС к БС может осуществляться одновременно к нескольким разным БС (т.е. по нескольким путям), от чего напрямую будет зависеть устойчивость доступа ПО к сети связи общего пользования, то для правильного выбора рационального варианта структуры сети в процессе оценки необходимо учитывать одновременно возможное количество линий радиодоступа от ПО к элементам СОП (БС).

Для этого предлагается ввести такой дополнительный показатель как доступность. Показатель доступности[29] отражает пространственный аспект получения абонентом CСПО требуемого канального ресурса. Здесь подразумевается такое объективное топологическое положение абонента относительно элементов ССПО, что он либо в состоянии воспользоваться созданным в полосе действия объединения канальным ресурсом ССОП, либо не в состоянии. Оценка же кратности доступа абонента ССПО одновременно к нескольким элементам сети позволяет говорить о более высокой вероятности получить доступ к канальному ресурсу ССОП с первой попытки и, соответственно, судить о возможности маневра канальным ресурсом сети связи общего пользования в интересах обеспечения устойчивого функционирования ССПО на необходимых информационных направлениях. Ввиду того, что показатель доступности отражает принцип "площадной" направленности ССПО, предлагается оценивать его вектором D=dl, элементами которого являются некоторые скалярные значения dl. Физический смысл скаляра dl=0...1 заключается в том, что с dl -той площади полосы объединения любой абонент имеет потенциальную возможность использования требуемой часть канального ресурса, образованного не менее, чем l элементами ССПО.

D= d1, d2, d3,...,dl,...,dL ,l=1,L ( )

Для определения значения элементов вектора D введем показатель площади, с которой абонент сети способен получить доступ не менее чем к l элементам ССПО - Sl.Тогда

Sl= Sl / Sобщ ( )

где Sобщ - общая площадь полосы боевых действий объединения;

Sl - площадь зоны пересечения не менее чем l элементов ССПО.

Таким образом, вводимый показатель доступности позволит правильно оценивать различные структуры ССПО по возможной устойчивости обеспечиваемого от них управления с учетом воздействия противника.

Для более полной оценки устойчивости ССПО, безусловно, необходимо также учитывать влияние конечных показателей устойчивости как линий (каналов) связи соединяющих ПО и БС, так и БС по СОП между собой. Однако, рассмотрение подобной методики поведет за собой увеличение количества расчетов в виду ее сложности и выйдет за рамки одной дипломной работы.

Так как ССПО АК представляет собой сеть военной связи, предназначенную функционировать в условиях воздействия противника, то при сравнительной оценке эффективности различных вариантов ее возможных структур необходимо учитывать и это. Поэтому возникает необходимость рассматривать данную сеть и в этом аспекте, т.е. как источник разведданных для противника, стремящегося по ней вскрыть систему управления войсками, замысел проводимой операции, и в результате этого подавить СУ АК и дезорганизовать управление его войсками. Выбранный основной показатель этого не учитывает.

Следовательно, для учета воздействия противника необходимо выбрать еще один дополнительный показатель. С этой точки зрения представляется логичным рассмотреть реализацию в ССПО АК такого ее свойства как разведзащищенность, которая определяется ее способностью противостоять всем видам разведки противника [5,6,8].

Наиболее результативным из всех видов разведки, с точки зрения получения информации в процессе функционирования ССПО АК, является радиоразведка. Поэтому ССПО АК, в первую очередь, должна характеризоваться степенью ее защищенности от радиоразведки противника.

В качестве показателя разведзашищенности ССПО АК, более наглядно позволяющего судить о способности сети противостоять радиоразведке противника, выбрано среднее время ее вскрытия (tвскр) системой его радиоразведки с определенной степенью вероятности. Эта численная характеристика имеет вполне определенное смысловое содержание, а также позволяет наглядно сравнивать полученные значения с требуемыми.

Таким образом, в качестве основного показателя эффективности ССПО АК принята нагрузка, исполняемая в сети с заданной вероятностью (Yисп), а в качестве дополнительных - коэффициент доступности (Кд) и среднее время вскрытия (tвскр) сети радиоразведкой противника.

Оценить результат достижения целевого предназначения ССПО по выбранным показателям и в дальнейшем вести разговор о целесообразности исследуемых вариантов возможно только с помощью критериев.

Учитывая это обстоятельство, в качестве критерия оценки основного показателя - пропускной способности ССПО АК, принимается неравенство:

Yисп.Zтреб(Р.Ртреб), (2.1)

где

- Yисп - исполняемая сетью (единичной зоной) нагрузка;

- Zтреб- величина нагрузки, которую требуется исполнить сетью (единичной зоной);

- Рпер.треб- требуемая вероятность передачи необходимых потоков информации от ПО в ССПО АК (Рпер.треб) , для ССПО АК с учетом категории абонентов и важности решаемых ими задач Ртреб= 0,9 [6].

В качестве критерия оценки первого дополнительного показателя - вектора доступности, исходя из требований по устойчивости обеспечения связи, а также для сужения множества возможных вариантов построения ее структур введем ограничение, кратность доступа одного ПО к ССОП должен удовлетворять следующему условию:

Кd 2 (2.2)

В качестве критерия оценки второго дополнительного показателя - разведзащищенности ССПО АК, принимается неравенство:

tвскр.tвскр.треб., (2.3)

где tвскр.треб.- заданное допустимое время вскрытия ССПО АК системой радиоразведки противостоящего противника.

Успех решения задачи построения ССПО АК и оценки ее эффективности также будет зависеть от правильного выбора метода исследования. В настоящее время разработан целый ряд методов исследования систем военной связи: аналитический, логический, логико-аналитический, метод статистических испытаний, метод экспертных оценок и др.[17].

Каждому из указанных методов присущи свои определенные достоинства и недостатки.

В силу определенных трудностей математического описания отдельных процессов функционирования ССПО АК в следствии неопределенности степени влияния на нее отдельных факторов представляется целесообразным в работе использовать для формирования структуры ССПО АК и оценки ее эффективности логико-аналитический метод. В обобщенном виде методика проведения исследования вариантов ССПО и выбора из них рационального представлена на рис.2.1.2.

В работе для определения рациональной структуры ССПО АК (т.е. решения задачи ее синтеза) будут применяться неформальные приемы синтеза сложных систем [8 ]. По своему содержанию они сводятся к так называемому перебору вариантов или "синтезу через анализ". Суть этого метода состоит в том, что приступая к разработке ССПО АК, намечается ее первоначальный вариант. Этот вариант подвергается всестороннему анализу. Результаты анализа первоначального варианта построения ССПО АК сравниваются с требуемыми значениями выбранных показателей. Если окажется, что первоначальный вариант не удовлетворяет предъявляемым требованиям, то формируется другой вариант построения ССПО с учетом выбора первоначального и устранения выявленных в ходе его анализа недостатков. Этот новый вариант также подвергается всестороннему анализу. Если и его показатели не соответствуют требуемым, то намечаются и другие варианты построения ССПО АК до получения необходимого результата.

2.2 Mетодика формирования и оценки эффективности ССПО АК

После осуществления сбора и анализа исходных данных, уточнения задач ССПО в предстоящей операции по этапам ее проведения формируется множество возможных вариантов построения структур этой сети.

I. Формирование множества вариантов структур ССПО АК.

Ввиду того, что ССПО АК рассматривается в работе как зоновая сеть связи, состоящая из совокупности единичных зон радиодоступа, образованных БС, то в качестве первоначального показателя для формирования множества вариантов структур ССПО АК можно предложить выполнение требований по вероятности обеспечения связи от ПО по месту их нахождения (т.е. вероятности их доступа к СОП), с учетом степени покрытия зонами обслуживания предлагаемых ССПО площади районов в полосе обороны АК, где планируется управление от ПО. В качестве такой вероятности можно рассматривать коэффициент покрытия (Сs) площади районов полосы обороны АК, где необходимо осуществление управления от ПО, обслуживаемой территорией ССПО.

Учитывая категории абонентов ПО и важность решаемых ими задач по управлению войсками численные значения вероятности должны быть не хуже 0,9 [6].

Исходя из анализа рассмотренных в 1-й главе исходных данных предлагается следующий алгоритм формирования множества вариантов структур ССПО АК, с учетом введенных ограничений.

I.I. Определение общей площади районов в полосе обороны АК на которых планируется проведение отдельных этапов его операции, где потребуется обеспечение управления от ПО (Sn).

Исходя из показателей операции или ее отдельных этапов определяется общая площадь районов в полосе обороны АК на которых планируется проведение отдельных этапов его операции, где потребуется обеспечение управления от ПО (Sn), будет вычисляться по формуле:

Sn= mSk или Sn= S1+S2+S3+...+Sk, (2.4)

где n - количество районов в полосе обороны АК на которых планируется проведение отдельных этапов его операции, где потребуется обеспечение управления от ПО.

Sk- их площадь, которая будет рассчитываться по карте исходя из их линейных размеров.

I.II. Определение площади единичной зоны обслуживания БС (Si).

Учитывая, что на ПО и БС в настоящее время используются не направленные антенны, условно каждую единичную зону можно представить в виде площади круга, в центре которого размещается БС, а радиусом (R) круга будет являться дальность связи. В этом случае для расчета целесообразно брать обеспечиваемую дальность связи для наихудших условий, т.е. при нахождении ПО в движении. Отсюда площадь единичной зоны связи (Si), может быть определена по методике изложенной в [29]. Из-за отсутствия соответствующего программного продукта (ГБД), а также сложности проводимых при этом расчетов, в работе площадь единичной зоны рассчитывается по известной формуле:

Si=pR2, (2.5)

Если дальность связи не задана с учетом тактико-технических возможностей применяемых в ССПО АК средств радиосвязи, то при расчете можно использовать выражения, полученные в результате проведенного экспериментальных исследований по определению зависимости уровня сигнала в точке приема БС или ПО от расстояния между ними в различных условиях ведения подвижной радиосвязи, результаты этих исследований были опубликованы в [30,31,32,33,34].

Расчет радиуса зон покрытия БС для системы подвижной радиосвязи NMT-450i проводится с использованием выражения:

2 -Рr0 - Рr - 307log(f/900) + a0 2

где f - рабочая частота передачи [МГц];

Рr = h20 + Pш [дБм] (2.5.2)

где Рш принимается равной -120 [дБм].

Для обеспечения удовлетворительного качества связи, в исходных условиях задана величина отношения сигнал/шум на входе приемника h0=18 дБ (h02=36 дБм) относительно 1 мкВ. Тогда минимальная величина уровня сигнала для его уверенного приема на БС или ПО относительно собственных шумов приемника будет найдена из следующего выражения. Подставляя значения величин h20 и Рш в выражение (2.5.2), получим:

Рr = 36 - 120 = - 84 [дБм] (2.5.3)

где

Значения Рr0 и g определены в результате исследований [27], проведенных в различных регионах Европейской части, были получены

следующие среднестатистические значения:

- в условиях сильнопересеченной местности Рr0=-70 [дБм] и g=36.81[дБ/дек];

- среднепересеченной Рr0=-61.7[дБм] и g=38.4[дБ/дек].

- слабопересеченной Рr0=-53.4[дБм] и g=39.8[дБ/дек].

a0 - поправочный коэффициент, учитывающий влияние внешних условий при ведении подвижной радиосвязи в [дБм].

Значение поправочного коэффициента учитывающий влияние внешних условий при ведении подвижной радиосвязи a0 получены из следующего выражения:

a0= 207log(h1/0.3)+107logPt + g1+ g2+107log(h2/0.3)-64 [дБм] (2.6)

где h1 - высота антенны БС [м];

Pt - мощность передатчика [Вт]; h2 - высота антенны на ПО [м];

g1 - коэффициент усиления антенны БС [дБм];

g2 - коэффициент усиления антенны на ПО [дБм].

Однако решение данной задачи является трудоемким процессом, так как при формировании структуры ССПО приходится проводить расчеты практически для каждой БС в отдельности. Для облегчения расчетов данная методика представлена в программном продукте. Предлагаемая программа позволяет рассчитать радиус и площадь зоны уверенной связи в зависимости от требуемого качества.

I.III. Определение общей площади обслуживаемой ССПО АК территории и определение коэффициента покрытия ею районов полосы обороны АК, где планируется применение ПО.

Зная количество единичных зон связи и их размещение на местности, можно определить общую площадь обслуживаемой территории ССПО:

Sсспо= nSi или Sсспо= S1+S2+S3+...+Si+...+Sn, (2.7)

где n - количество единичных зон связи,

Si- площадь единичной зоны.

Тогда степень соответствия обслуживаемой территории ССПО предъявляемым требованиям будет определяться как

0.9 Sсспо

Cs= ----- ; Cs . Cs треб , где (2.8)

0 Sn

Cs - коэффициент покрытия.

При сравнении рассчитанного значения с требуемым принимается окончательное решение по размещению БС.

Так как ССПО осуществляет сопряжение с каналами других сетей, а также в соответствии с ранее рассмотренной принятой структурой системы связи АК, целесообразно БС размещать вблизи опорных, вспомогательных УС и УС ПУ АК, соединений и частей входящих в его состав.

В этом случае УС ПУ таких соединений должны иметь более мощные линии привязки (с точки зрения пропускной способности) к ОУС (ВУС) или УС ПУ АК.

Если по коэффициенту покрытия обслуживаемой территории ССПО не отвечает предъявляемым требованиям, то принимается решение на развертывание ретрансляторов или другой вариант размещения БС.

Важно отметить, что в ССПО должен предусматриваться автономный режим ее функционирования, при выходе из строя части или всей ОСС. Для этого БС должны быть связаны между собой.

Таким образом будет создана первоначальная структура ССПО АК (т.е. решается задача синтеза сети).

II. Оценка сформированных вариантов структур ССПО АК по выбранным показателям эффективности.

II.I. Оценка пропускной способности (качества связи) предлагаемого варианта построения ССПО.

Для этого предлагается следующий алгоритм проведения расчетов:

1. Исходя из анализа общего количества ПО в районах их применения, в которых планируется развертывание ССПО АК, определяется их плотность нахождения в этих районах на 1 кв км (NПО1км).

NПО1км = NПО / Sn , (2.9)

где NПО- количество ПО в районах их функционирования по этапам операции,

Sn - общая площадь этих районов.

2. Определение вероятного количества ПО в одной зоне радиодоступа (NПОзоне).

Данный показатель может быть определено как:

NПОзоне= NПО1км* Si , (2.10)

где Si- площадь единичной зоны радиодоступа.

Поскольку станции радиодоступа будут располагаться в разных местах полосы обороны АК, то данный показатель будет отличаться в зависимости от изменения величины градиента плотности количества ПО на 1 кв. км. в следствии их неравномерного функционирования в полосе обороны АК на разных этапах корпусной операции.

В связи с этим возможное количество ПО в одной зоне радиодоступа может быть разным, что необходимо учитывать в дальнейшем в процессе оценки эффективности ССПО АК.

3. Обоснование величины информационных потоков (количества нагрузки, которую требуется исполнить в единичной зоне обслуживания) от одного ПО (YПО).

Для простоты проведения расчетов примем за ограничение, что в ПО будет работать только одно должностное лицо (ДЛ) выполняющее обязанности по управлению войсками на своем рабочем месте.

Исходя из принятого условия величина нагрузки, определяющая продолжительность времени в течении которого данное ДЛ будет передавать или принимать сообщения, не может быть больше 1 Эрланга.

В следствии того, что ДЛ в течении одного часа не только будет передавать информацию по каналу связи, но и принимать ее от других ДЛ, то исходящая и входящая нагрузка будут приблизительно равны и составят 0,5 Эрл. Но ДЛ помимо того, что будет передавать или принимать информацию, также должно иметь достаточное количество времени на процесс оценки складывающейся обстановки и принятия соответствующего решения. Исходя из этого, величина исходящей нагрузки от данного ДЛ сокращается, и может составлять в среднем 0,1 - 0,2 Эрланга ( максимально - 0,25 Эрланга - это будет справедливо лишь для отдельных ДЛ, например командира АК или соединений и частей 1-го эшелона).

Исходя из вышесказанного среднюю величину нагрузки принято считать равной 0,16 Эрланга в час наибольшей нагрузки, что будет составлять 2-3 трех минутных переговора в ЧНН.

4. Определение пропускной способности в единичной зоне обслуживания ССПО АК.

Зная средние количества ПО в единичной зоне и какое количество нагрузки необходимо от них исполнить, а также определив характеристики БС, через которую она в этой зоне будет исполняться, можно с учетом требуемой вероятности ее своевременной передачи по величине потерь нагрузки в данной зоне определить какое ее количество сможет быть исполнено в этой зоне, тем самым определив ее пропускную способность.

Под характеристиками БС будем понимать рассмотренные выше элементы СМО.

Приведенные рассуждения позволяют более корректно выбрать математическую модель ССПО.

При ее выборе принято, что поступившая на обслуживание заявка получит отказ при определенном соотношении количества источников вызовов (ПО) и каналов. И поскольку для проведения расчетов ССПО АК заменяется на ее математическую модель, являющейся полнодоступной системой с потерями при обслуживании примитивного потока заявок, то задача установления потерь в зависимости от параметров системы V, S и zи, как уже было сказано выше, была решена Энгсетом [15]. Он нашел, что потери по времени равны вероятности занятости всех V приборов.

В результате для их расчета была получена следующая формула, которую называют формулой Энгсета.

0.9

(SV) zиV (1-zи)S-V

pi= --------------------- (2.11)

V

S (Si) zиi (1-zи)S-i i=o

0

zи- нагрузка от одного источника, которая, как показывает практика составляет примерно 0,16 Эрл.;

V - число обслуживающих приборов;

S - количество подвижных объектов.

Данное выражение табулировано для различных значений S (S=1_100), Z= zи*S, V и pi.

Таким образом, в единичной зоне обслуживания любой абонент (без учета приоритетности) получит отказ в установлении связи, если все информационные каналы заняты. Эта вероятность рассчитывается по приведенной выше формуле. Для простоты проведения расчетов можно воспользоваться таблицами или номограммами Энгсета [16].

Для простоты оценки пропускной способности рассматриваемой ССПО АК в виду очевидной сложности и неоднозначности дальнейших расчетов наложим следующее ограничение: нагрузка от сети связи с ПО АК будет без потерь (либо с незначительными потерями) исполняться сетью общего пользования АК, на которую ССПО замыкается.

Тогда для оценки эффективности ССПО АК можно полагать справедливым условие, что качество обслуживания ПО в ССПО в целом будет с достаточной точностью равно качеству обслуживания в ее единичных зонах.

В противном случае необходимо будет задаваться определенным количеством каналов на ветвях соединяющих УС, к которым будут привязываться БС, учитывать суммарные количества входящих и исходящих нагрузок от ПО во всех единичных зонах и после этого рассчитывать исполняемую нагрузку сетью связи с ПО АК в зависимости от данного реального количества связывающих БС каналов СОП АК. Методика таких расчетов сложности не вызывает, но их проведение вышло бы за рамки объема содержания одной дипломной работы.

5. Полученное значение исполняемой в единичной зоне нагрузки (т.е. качество связи) сравнивается с требуемым. На основании этого делается вывод о пригодности данной зоны ССПО к обеспечению связи в операции либо о ее дальнейшем совершенствовании, а на основании анализа качества связи во всех развертываемых зонах радиодоступа, и о пригодности по основному показателю ССПО в целом.

II.II. Оценка разведзащищенности предлагаемого варианта построения ССПО.

В настоящее время существуют методики оценки разведзащищенности линий и направлений связи, различных элементов системы связи и систем связи в целом, однако методика оценки разведзащищенности сети связи с ПО, как зоновой сети связи, адекватно учитывающая ее более слабую связь со структурой системы управления, поскольку в каждой единичной зоне будут существовать лишь направления связи между абонентскими и базовыми станциями, а следовательно и большую трудность для противника по вскрытии ССПО АК вскрыть и вывести из строя его систему управления, отсутствует.

Исходя из этого, можно сделать вывод о том, что сравнивать по показателю разведзащищенности между собой сети прямых радиосвязей от ПО и сети связи с ПО через опорную сеть связи (ОСС) нецелесообразно. Поскольку в результате более слабой связи ССПО АК через ОСС АК со структурой системы управления (СУ) АК, ее коэффициент информативности, используемый при расчете времени ее вскрытия на 30-40% меньше, по сравнению с сетью прямых радиосвязей от ПО. Следовательно и разведзащищенность СУ АК при обеспечении связи от ПО с использованием БС и каналов ОСС будет на столько же выше [12].

Поэтому при анализе ССПО АК по показателю разведзащищенности предлагается сравнивать между собой лишь различные варианты ССПО зоновой структуры для оценки их эффективности по данному показателю. А для выработки основных положений методики оценки разведзащищенности такой ССПО представляется целесообразным рассмотреть ниже некоторые теоретические положения по оценке ее разведзащищенности.

Для ее проведения примем за ограничение, что БС радиодоступа в единичной зоне связи будем рассматривать как элемент узла связи с определенным количеством ИРИ определенной мощности и интенсивностью работы, определяемой количеством ПО (при их работе без ограничений) в данной зоне радиодоступа. И соответственно, использовать существующую для этого случая методику, подробно изложенную в [10, 12].

Тогда исходя из известного нам процесса ведения противником радиоразведки, который заключается в обнаружении ИРИ, определение его местоположения и опознования оперативно-тактической принадлежности, того, что под средним временем вскрытия элемента системы связи понимается время обнаружения не менее 80% его ИРИ и его опознования и ранее принятого ограничения, под средним временем вскрытия ССПО АК будем понимать время обнаружения и опознование не менее 80% БС.

Здесь необходимо отметить второе ограничение, что обнаружение АС, находящихся на ПО, и их оперативно-тактическое опознование, вследствии малой мощности излучения их передатчиков, а следовательно и их низкой электромагнитной доступности радиоразведывательному комплексу противника, на общем "сером" фоне работающих однотипных РЭС представляется маловероятным, а рассмотрение их разведзащищенности нецелесообразным для сравнительной оценки эффективности ССПО АК.

Таким образом, исходя из вышеизложенных рассуждений и допущенных ограничений для оценки разведзащищенности ССПО АК предлагается следующий алгоритм проведения расчетов:

1. Определение среднего времени обнаружения одного источника радиоизлучения в отдельной единичной зоне радиодоступа.

где tи - среднее время работы ИРИ на излучение;

tп - среднее время паузы между излучениями;

tвыд - среднее время выделения демаскирующих признаков;

tпел - среднее время пеленгования;

PЭМДо- вероятность электромагнитной доступности ИРИ для поста обнаружения;

РЭМДп- вероятность электромагнитной доступности ИРИ для пеленгаторной сети;

Рпел - вероятность пеленгования ИРИ;

tпр - среднее время прохода постом обнаружения выделенного диапазона частот;

PЭМДо, РЭМДп, Рпел, tпр - определяются по методикам изложенным в [10].

2. Определение среднего времени обнаружения БС радиодоступа.

_ _ _

_(1) 1 1 (tпр tвыд ) tпел

tобн= --- 2----- 2--- + ---- 2+ -------- 2 , где (2.12)

rи [PЭМДо 9aиbи bи 0 РпелРЭМДп]

_ _ _

tи tи tи

rи= -----; aи= -------; bи= -------;

_ _ _ _ _ _

tи+tп tи+tвыд tи+tпел

_

3. Определение вероятности опознования БС радиодоступа.

Кинфln(1-Pвскр.тр)

Роп=Рпер[1 - e ], (2.13)

где Pвскр.тр- требуемая вероятность вскрытия БС радиодоступа. (Исходя из вышеизложенного принимаем

Pвскр.тр= 0,8).

Для этого определяем:

- Кинф- коэффициент информативности демаскирующих признаков, выявленных за время обнаружения 80% ИРИ.

(Определяется по графику на рисунке 2.15.2 [12])

- Рпер- вероятность перехвата.

Определяется исходя из соотношения:

0.8

( Nпер

2 ---- , при Nпер<NИРИ,

Рпер=* NИРИ (2.14)

2 1, при Nпер.NИРИ,

9

0

где NИРИ - количество ИРИ;

Nпер - количество постов перехвата;

4. Определение среднего времени вскрытия БС радиодоступа. 1 _

_ (1) tобн

tвскр= ---- , (2.15)

Роп

5. Определение среднего времени вскрытия ССПО АК, как совокупности БС радиодоступа.

1

_сспо ( N 1 )-1

tвскр= 2 0.8S --- 2 (2.16)

9 i=1 tобнi0

0

6. Полученные значения среднего времени вскрытия различных вариантов предлагаемых зоновых структур ССПО АК сравниваются между собой. На основании этого по данному показателю можно выбрать лучший ее вариант.

При сравнении между собой вариантов построения ССПО зоновой структуры и на основе использования сетей радиосвязи от ППУ (ВзПУ), для количественного обоснования лучшей разведзащищенности первого, можно оценивать их разведзащищенность используя известную методику их оценки для радиосетей [10,12], принимая работу абонентских станций ПО и БС в единичной зоне за работу одной радиосети. А по количеству используемых единичных зон БС и разведзащищенности радиосети доступа к ним определять общую разведзащиощенность зоновой ССПО.

III. Формирование множества вариантов, удовлетворяющих предъявляемым требованиям.

На этом этапе из всех сформированных вариантов построения структур ССПО АК после оценки их по рассмотренным выше показателям формируется множество решений (вариантов построения ССПО), удовлетворяющих предъявляемым к ним требованиям.

IV. Выбор рационального варианта по критерию "эффект - затраты".

На этом этапе производится количественная оценка предлагаемых вариантов структуры ССПО АК по показателю эффективности и производится выбор рационального варианта. Эффективность предлагается рассчитывать как соотношение эффекта (по основному показателю ПС) к затратам (используемому ресурсу):

С = Э / W , (2.17)

где С = max.

Под затратами здесь можно понимать - как финансовые затраты разработку, производство, эксплуатацию и обеспечение рассматриваемых ССПО, так и количество задействованных сил и средств войск связи для их развертывания, эксплуатационного обслуживания и прочее. В работе для простоты оценки под W будем понимать количество развертываемых базовых станций.

Выводы:

1. Данный подход по формированию возможных вариантов структур сети и оценке их эффективности позволяет качественно, с учетом всех основных ее свойств, решать задачи как их синтеза, так и анализа и выбрать рациональный вариант по критерию "эффективность-стоимость". Это особенно актуально, по мнению начальника войск связи ВС РФ, при современном экономическом положении РФ [25].

2. Предложенные для оценки вариантов структур ССПО АК показатели позволяют оценить не только качество, обеспечиваемой от данных ССПО связи, но и учесть возможное воздействие на них противника.

3. При разработке вариантов ССПО можно варьировать применением различных БС ( а для БС на ЛПС и высотой их подъема), изменением приоритетности абонентов (если имеется возможность в ССПО ее обеспечить) по этапам операции и канальной емкостью БС.

4. По результатам оценки затрат на создание эффективной ССПО АК принимается окончательное решение по выбору ее рационального варианта и формированию ее структуры.

5. Предложенная методика выбора рационального варианта структуры ССПО основана на сравнительной оценке эффективности ее различных вариантов. Разработанный алгоритм выбора рационального варианта ССПО, представленный на рисунке 2.1.2, заключается в поэтапном расчете выбранных основного и дополнительного показателей эффективности сформированных вариантов при наложенных ограничениях и выборе из них рационального по максимальному соотношению основного показателя к затратам на создание ССПО.

3. ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ПОСТРОЕНИЮ ССПО АК НА СУЩЕСТВУЮЩИХ И ПЕРСПЕКТИВНЫХ СРЕДСТВАХ СВЯЗИ

Для того, чтобы наиболее правильно выработать предложения по построению современной сети связи с ПО АК, необходимо достаточно подробно проанализировать существующие способы организации таких сетей.

3.1 Анализ существующих способов организации связи с ПО

Достоинства и недостатки.

Как отмечалось в первой главе на современном этапе развития в мировой теории и практике организации связи наряду с традиционными (способ прямых связей), получили развитие новые способы организации связи с ПО. Системы связи нового поколения, такие как "сотовые", "транкинговые" и их различные модификации позволили значительно расширить возможности по предоставлению услуг пользователям этих сетей.

Особенностями данных систем является, не только их топология размещения на местности, например по принципу "сот", но и ряд других существенных отличий.

"Сотовые" системы являются единой и обособленной системой подвижной (мобильной) радиосвязи, имеющие в своем составе в среднем более 120 взаимоувязанных между собой базовых станций. Обособленность данных систем обусловлена их независимостью от структуры и состоянии других элементов систем связи (ВСС РФ).

Управление такими системами осуществляется от одной центральной БС, что позволяет обеспечить поиск и соединение любых абонентов данной сети (по персональному номеру) за достаточно короткий промежуток времени (до 3 сек.). Большая канальная емкость системы позволяет практически в любое время обеспечить соединение абонентов. Наличие в центральной БС мощного процессора позволяет не только обеспечить соединение абонентов, но и контролировать (управлять) переключением активного абонента при перемещении его из одной зоны в другую. Используемые методы маршрутизации позволяют обеспечить поиск абонентов независимо от его местоположения, при условии нахождении абонента в пределах обслуживания системы.

Несмотря на большие возможности данной системы подвижной связи, использование сотовых технологий для организации связи с ПО в интересах военного ведомства неприемлем из-за низкой, разведзащищенности обусловленной наличием ОКС, устойчивости функционирования (централизованное управление), а также большим расходом частотного ресурса и большими затратами на построение таких систем (причем здесь учитываются как финансовые, так и ресурсные затраты).

Наряду с "сотовыми" системами несомненный интерес представляют специализированные сети подвижной радиосвязи регионально - ведомственного, военного назначения. Специализированные сети подвижной радиосвязи построены на основе "транкинкговых" технологий.

В данных системах кроме перечисленных услуг, обеспечиваемых сотовыми системами, имеется возможность: защиты информации, предотвращение несанкционированного доступа или противодействия, радионавигационное сопровождение и т.п.

Основными отличительными особенностями "транкинговых" систем, по сравнению с "сотовыми" системами являются: пониженная канальная емкость, меньший пространственный размах, определенные ограничения на предоставление услуг пользователям сети, способов адресcования абонентов, как правило в транкинкговых системах используются открытая нумерация абонентов. В дополнение к этому следует отметить, что они позволяют динамично структурно изменяться, в зависимости от необходимости, вплоть до использования подвижных быстро развертываемых базовых станций радиодоступа с широкими возможностями адаптивного управления их частотным, пространственным и энергетическим ресурсом. Технология построения "транкинговых" систем предусматривает:

- замену операции непрерывного автоматического сопровождения по всей территории сети движущегося абонента, реализованной в классических сотовых системах, операцией повторного вхождения в сеть при ухудшении качества связи, обусловленного переходом пользователя из одной зоны в другую. Это позволяет существенно упростить системы маршрутизации, исключить необходимость проключения через центральную БС всех разговорных трактов;

- наделение базовых станций функциями локального управления зонами связи путем соединения пользователей, находящихся в зоне ее обеспечения между собой, а также подключение их к АТС, непосредственно или через диспетчерский пункт;

- использование метода "транкинг" - свободного выбора незанятого канала радиодоступа из выделенного в каждой зоне обслуживания пучка каналов. Это достигается образованием общего для всех пользователей в каждой зоне служебного (сигнального) канала, по которому в соответствующую базовую станцию радиодоступа поступают сигналы о вызовах, включая идентификацию (номер) вызываемого абонента или вызываемой группы, а также номер вызывающего абонента.