125 Кібербезпека / 4 Курс / 4.2_Управління інформаційною безпекою / Лiтература / Гончарова Основи захисту iнф. в - мер

мережних адаптерів. Для підключення таких пристроїв до бездротової мережі можна використовувати точку доступу «клієнт» (рис. 3.17). За допомогою точки доступу, що функціонує в режимі клієнта, до бездротової мережі підключається лише один пристрій. Цей режим не включений в стандарт 802.11 і підтримується не всіма виробниками.

Рис. 3.17. Режим клієнта

Топологія бездротової мережі – «шина». Топологія типу «шина» безпосередньо своєю структурою передбачає ідентичність мережного устаткування комп’ютерів, а також рівні можливості та права всіх абонентів (рис. 3.18).

Рис. 3.18. Топологія типу «шина»

В даній інформаційній системі відсутній центральний абонент, через якого передається вся інформація. Зазначений метод підключення збільшує надійність всієї системи, адже при відмові будь-якого центру перестає функціонувати вся керована цим центром система. Розширення самої мережі з умов додавання нових абонентів при визначеній топології досить просте: введення параметрів нової точки доступу приводить до короткочасного перезавантаження параметрів системи.

Відмова у роботі окремих точок, учасниць топології типу «шина», не впливає на роботу абонентів, що залишилися, оскільки вся структура має рівні і незалежні права для кожного користувача.

Топологія побудови мережі «кільце». «Кільце» – це топологія, в якій кожна точка доступу сполучена лише з двома іншими (рис. 3.19) елементами. Виділеного центру у даному випадку немає, всі точки можуть бути рівноправними.

131

Розширення топології та підключення нових абонентів в «кільце» здійснюється за умови обов’язкової зупинки роботи двох крайніх точок, що знаходяться на безпосередній відстані від підключеної нової станції.

У той же час основна перевага кільця полягає у тому, що ретрансляція сигналів кожним абонентом дозволяє істотно збільшити розміри всієї мережі в цілому (до десятків кілометрів). Кільце у цьому відношенні істотно перевищує ефективність процесу організації роботи будь-якої іншої топології.

Топологія зв’язків між точками в цьому режимі відповідає ациклічному графу – типу «дерево» (рис. 3.19).

Рис. 3.19. Топологія типу «кільце»

Для усунення зайвих зв’язків, здатних приводити до появи надлишкових циклів в графі, реалізується алгоритм Spanning tree. Впровадження цього алгоритму дозволяє виявити і блокувати зайві зв’язки. При зміні топології мережі – наприклад, через відключення деяких точок або неможливості роботи каналів – алгоритм Spanning tree запускається знову, і раніше заблоковані зайві зв’язки можуть використовуватися замість тих, що вийшли з процесу обміну даними.

Топологія побудови мережі «зірка». «Зірка» – це топологія з явно виділеним центром, до якого підключаються всі абоненти бездротової мережі (рис. 3.20). Обмін інформацією йде виключно через центральну точку доступу, на яку в результаті лягає дуже велике навантаження з урахування кількості запитів, кількості інформаційних потоків та їх обсягів.

Функціонування зазначеної топології достатньо стійке до відмов роботи різних точок мережі: вихід з роботи звичайної точки доступу ніяк не відбивається на функціонуванні частини мережі. Однак, будь-яка відмова центральної точки робить мережу повністю непрацездатною.

132

Рис. 3.20. Топологія типу «зірка»

Недоліки топології «зірка» полягають в жорсткому обмеженні кількості абонентів. Оскільки всі точки використовують один і той же канал, зазвичай центральний абонент не може обслуговувати більше 10 периферійних абонентів через велике падіння швидкості та появу колізій. У більшості випадків, наприклад, для об’єднання декількох районів в місті використовують комбіновані топології.

3.4. Супутникові інформаційні системи

Системи супутникового зв’язку (ССЗ) використовуються для передачі різного типу інформаційних потоків та даних на значні відстані. З моменту своєї появи супутниковий зв’язок стрімко розвивався, і з нагромадженням досвіду, удосконаленням апаратури, розвитком методів передачі сигналів відбувався перехід від окремих ліній супутникового зв’язку до локальних і глобальних систем [39].

Такі темпи розвитку супутникових систем зв’язку пояснюються низкою переваг, якими вони характеризуються. До них, зокрема, належать більша пропускна здатність каналів, необмежене перекриття простору, висока якість і надійність каналів. Завдяки перевагам, які визначають широкі можливості супутникового зв’язку, він стає унікальним та ефективним засобом інформаційного обміну даними. Супутниковий зв’язок у цей час є основним видом міжнародної та національної системи передачі даних на великі та середні відстані.

Усі системи можна поділити на системи двох видів: супутники, що працюють на негеостаціонарних і на геостаціонарних орбітах. Негеостаціонарні супутники використовуються в основному для військових, наукових і метеорологічних досліджень. Їхня головна особливість – неможливість підтримки цілодобового зв’язку між супутником та базовими станціями. Однак, переміщуючись по заданій орбіті відносно поверхні Землі, вони можуть збирати дані з великої площі земної поверхні.

Геостаціонарні супутники виводяться на таку орбіту в площині екватору, при якій їхня кутова швидкість збігається зі швидкістю обертання Землі навколо своєї осі. Висота над поверхнею Землі, де

133

виконуються умови сталості швидкостей і рівності відцентрової та гравітаційної сил, становить 36 тис. км. Теоретично один розташований у такий спосіб супутник може забезпечити високоякісний зв’язок для третини земної поверхні. Насправді обслуговуються істотно менші території. Особливістю супутників на геостаціонарних орбітах є значна часова затримка (близько 240 мс) у супутниковому каналі, викликана необхідністю двічі долати відстань у 36 тис. км від наземної станції до супутника.

Далі розглянемо системи, де застосовуються супутники зв’язку, що обертаються на орбітах синхронно з обертанням Землі. Це дає змогу істотно спростити систему зв’язку. У такому разі кожна земна станція працює безперервно з одним і тим самим супутником. Раніше при використанні несинхронних супутників існувала необхідність періодичного перемикання антеною системи кожної земної станції з одного супутника на інший, що викликало перерви при передачі інформаційних потоків. До того ж значну частину вартості супутникових систем зв’язку становила не дуже надійна апаратура спостереження. Використання стаціонарних супутників забезпечує безперебійний зв’язок, але потребує додаткового запасу робочого ресурсу часу для проведення багаторазових корекцій орбіти супутника. Вважається, що цей додатковий запас робочого ресурсу часу для корекції орбіти є порівняно невеликою платою за простоту експлуатації системи та відсутність перерв зв’язку. Земні станції при використанні стаціонарних супутників спрощуються за рахунок відмови від складної та дорогої системи спостереження.

Супутникові системи зв’язку можуть різнитися також і типом сигналу, який передається, і що може бути цифровим або аналоговим. Передача інформації в цифровій формі має низку переваг порівняно з іншими методами передачі.

134

Переваги систем цифрового супутникового зв’язку:

–простота й ефективність об’єднання багатьох незалежних сигналів і перетворення цифрових повідомлень у «пакети» для зручності комутації;

–менші енерговитрати порівняно з передачею аналогового сигналу;

–відносна несприятливість цифрових каналів до ефекту нагромадження спотворень при ретрансляціях, що звичайно становить серйозну проблему в аналогових системах зв’язку;

–потенційна можливість одержання дуже малих ймовірностей помилок передачі та досягнення високої точності відтворення переданих даних шляхом виявлення та виправлення помилок;

–конфіденційність зв’язку;

–гнучкість реалізації цифрової апаратури, що припускає використання мікропроцесорів, цифрову комутацію та застосування мікросхем із більшим ступенем інтеграції компонентів.

Сегменти систем супутникового зв’язку. Більшість систем супутникового зв’язку складається з кількох сегментів.

Космічний сегмент. Космічний сегмент систем супутникового зв’язку складається з геостаціонарних супутників, що перебувають на висоті до 35,600 км. Геостаціонарні супутники обертаються навколо Землі з тією самою швидкістю, що й сама Земля, тому здаються нам нерухомими. Зв’язок із такими супутниками набагато стійкіший, ніж із супутниками на інших орбітах, оскільки:

–протягом усього сеансу зв’язку між користувачем та геостаціонарним супутником встановлюється постійний канал обміну даними. Упродовж усього сеансу користувач не змінює джерела інформації;

–сеанс зв’язку між користувачем та геостаціонарним супутником може підтримуватись протягом необмеженого інтервалу часу;

–геостаціонарний супутник має стаціонарне місце на орбіті, що забезпечує достовірний та високоякісний зв’язок.

Система супутникового зв’язку може складатися з трьох чи більшої кількості основних та кількох запасних супутників, що перебувають на орбіті. Основні супутники отримують свої назви відповідно до територій, над якими вони розташовуються. Трьох геостаціонарних супутників, розташованих рівномірно по всій довжині екватора, достатньо для покриття 98 % поверхні Землі їхніми глобальними променями. Поза зоною обслуговування залишаються тільки приполярні області.

Антени супутників окрім глобальних променів діаграм спрямованості формують зональні (локальні) промені, у напрямі яких концентрується випромінювана потужність систем передачі інформації. На карті зони обслуговування глобальний промінь кожного супутника зображають у вигляді овалу, центр якого збігається з даним супутником, а зональні промені – у вигляді кіл (рис. 3.21).

135

Рис. 3.21. Зональні промені діаграм спрямованості при різних методах поляризації та типах антен

Технологія зональних променів дає змогу значно зменшити масу та габаритні розміри призначених для користувача супутникових терміналів, не погіршуючи при цьому якості їх роботи. Зональними променями покривається вся суша та основні морські шляхи. Супутник може перерозподіляти енергію між своїми зональними променями, збільшуючи пропускну здатність одного з них за рахунок її зменшення в іншому промені. У такий спосіб супутник динамічно змінює навантаження відповідно до інтенсивності супутникового трафіку, що надходить із певного регіону.

Наземний сегмент. Наземний сегмент систем супутникового зв’язку складається з таких компонентів:

–супутникового центру управління (SCC – Satellite Control Center);

–мережі берегових та наземних станцій (LES – Land Earth Station);

–мережних координуючих станцій (NCS – Network Coordination

Station);

– мережного операційного центру (NOC – Network Operation Center).

До завдань супутникового центру управління належать підтримка супутників у заданих позиціях над екватором і безперервне спостереження за справністю всіх бортових систем. Дані про стан супутників надходять із чотирьох станцій спостереження, телеметрії та контролю. Супутник приймає сигнали від призначених для користувача супутникових телефонів і передає їх на берегову станцію, яка слугує шлюзом між космічним сегментом і наземними мережами. Усі інформаційні канали контролюються мережним операційним центром, який, у свою чергу, спирається на мережні координуючі станції.

Призначений для користувача сегмент – це устаткування супутникового зв’язку, сервери, телефони й термінали, якими безпосередньо користується абонент. Сучасні супутникові телефони мають достатньо широкі можливості і водночас прості в експлуатації. До супутникового комутаційного обладнання користувача можна легко підключити комп’ютер, факсимільний апарат, відео-термінал або інші пристрої – залежно від завдань.

136

Станції супутникового зв’язку. Станція супутникового зв’язку використовується з метою обміну інформацією між наземними інформаційними об’єктами, а також у системах збору й розподілу даних. Супутникова станція із мережею земних станцій забезпечує систему телекомунікаційного зв’язку та передачі інформаційних потоків даних (зокрема, цифрової низькочастотної мовної інформації). При передачі телекомунікаційного трафіку супутникові системи утворюють групові тракти.

Групові тракти станції супутникового зв’язку – сукупність програмно-апаратних та технічних методів і засобів, що забезпечують проходження групового сигналу на фоні організації кількох телекомунікаційних підканалів, що поєднуються в один супутниковий канал передачі даних.

Групові канали передачі станцій супутникового зв’язку – сукупність програмно-апаратних та технічних методів і засобів, що забезпечують передачу інформаційних сигналів з однієї точки простору в іншу. Канали й групові тракти супутникових систем широко використовуються на ділянках магістральних і внутрішньозональних телекомунікаційних мереж. Зокрема, на місцевих лініях зв’язку супутникові системи дають змогу:

–організовувати прямі закріплені канали й тракти між будь-якими пунктами зв’язку в зоні обслуговування супутника;

–працювати в режимі незакріплених каналів, при якому супутникові канали й тракти можуть оперативно перемикатися з одних напрямів на інші при зміні потреб трафіку мережі;

–використання найбільш ефективних методів обробки інформаційних потоків (пакетна обробка).

Крім систем з постійно закріпленим за ними каналом, ефективних при постійній передачі інформації на високих швидкостях (10 кбіт/с і вищих), існують системи, що використовують часове, частотне, кодове або комбіноване розділення каналу між багатьма абонентськими станціями супутника.

Ще однією характеристикою, що дає змогу класифікувати супутникові системи, є використання протоколу. В перших супутникових системах протоколи не застосовувались, тобто, канал був прозорим для кожного користувача. Недоліком таких систем була, наприклад, передача інформації користувача, як правило, без підтвердження приймаючою стороною її доставляння. Інакше кажучи, у таких системах немає застережень щодо правила діалогу між учасниками обміну інформацією. У цьому разі якість переданої інформації визначається якістю супутникового

каналу. При типових значеннях імовірності помилки на символ у межах 10–6...10–7 передача більших обсягів інформації через супутникові системи, навіть із використанням різних завадостійких кодів, дуже ускладнюється, і навіть унеможливлюється. Сучасні супутникові системи використовують протокол, що підвищує надійність зв’язку зі збереженням високої швидкості обміну інформацією між абонентами.

137

Складові та технічні характеристики супутникових систем.

Супутникова станція за конструктивною ознакою складається з таких компонентів:

– високочастотного модуля (ODU);

– низькочастотного модуля (IDU).

Високочастотний модуль складається з антени та приймачапередавача, в якому встановлено низькочастотні модулі, які, у свою чергу, складаються з модему та мультиплексора (устаткування, яке створює канал).

Стандартний варіант комплектації передбачає наявність параболічної антени невеликого діаметра та приймача-передавача. Залежно від місця розташування супутникової станції відносно центра зони висвітлення супутника та швидкості передачі в каналі використовуються потужніші передавачі або антени більшого діаметра. На наземному сегменті встановлюється модем і мультиплексор.

Високочастотні та низькочастотні модулі з’єднані між собою радіочастотними (RF) кабелями комутації. По них надходить сигнал проміжної частоти (IF).

За функціональним призначенням наземний сегмент поділяється на базовий комплект, що забезпечує передачу самого каналу, та на додаткове устаткування, що забезпечує спрямовану передачу цього каналу.

Однодзеркальна антена звичайно виконується за схемою офсет (зі зміщеним центром). Схема офсет дає змогу знизити рівень бічних пелюсток, що йдуть паралельно, створюючи максимальні завади. Ця схема дає також змогу уникнути нагромадження атмосферних опадів на поверхні рефлектора.

Супутниковий модем – радіотехнічний засіб підсистеми модулятора, призначений для кодування переданого цифрового потоку, що надходить з мультиплексора.

Супутниковий мультиплексом – радіотехнічний засіб, призначений для забезпечення спрямованої передачі низькочастотної телекомунікаційної інформації та інших інформаційних потоків даних. Супутниковий мультиплексор дає змогу скомбінувати телекомунікаційні повідомлення із синхронною та асинхронною передачею даних по одному каналу локальної наземної або супутникової мережі зв’язку. Це дає змогу знизити телекомунікаційні витрати шляхом збільшення можливостей передачі важливої інформації та одночасного зменшення пропускної здатності каналу.

Супутниковий шлюз – радіотехнічний програмно-апаратний засіб, що забезпечує вихід на інформаційно-комунікаційні мережі наземних телекомунікацій. Шлюз може забезпечувати:

–вихід на телекомунікаційні мережі;

–послуги міжміського зв’язку з виходом на інформаційні мережі загального користування;

–послуги міжнародного телекомунікаційного зв’язку;

138

–вихід на спеціальні телекомунікаційні мережі;

–вихід на глобальні інформаційно-комунікаційні мережі передачі даних (РОСНЕТ, INTERNET, RELCOM і т. ін.).

Ресурс системи супутникового зв’язку. Ресурс зв’язку

(Сcommunications Resource – CR) – це час (тривалість сеансу зв’язку) і

ширина смуги частот, доступних для передачі корисного сигналу в певну інформаційно-комунікаційну систему.

Для створення ефективної системи зв’язку необхідно спланувати розподіл ресурсу між користувачами системи, щоб співвідношення час/частота було оптимальним. Результат такого планування – рівноправний доступ користувачів до ресурсу.

Із проблемою спільного використання ресурсу зв’язку пов’язані терміни «ущільнення» і «множинний доступ». При використанні терміна «ущільнення» вимоги користувача до спільного використання ресурсу зв’язку постійні або (найчастіше) зазнають незначних змін. Розподіл ресурсу виконується апріорно, а спільне використання ресурсу зазвичай прив’язане до локального пристрою.

Застосування множинного доступу, як правило, потребує віддаленого спільного використання ресурсу, як, скажімо, у разі супутникового зв’язку. За динамічної схеми множинного доступу контролер системи має враховувати потреби кожного користувача ресурсу зв’язку. Час, необхідний для передачі відповідної керуючої інформації, установлює верхню межу ефективного використання ресурсу зв’язку.

Існують три основні способи збільшення пропускної здатності (загальної швидкості передачі даних) ресурсу зв’язку:

–збільшення ефективної ізотропно-випромінюваної потужності

(effective isotropic radiated power – EIRP) передавача або зниження витрат системи, що в кожному разі приведе до збільшення відношення сигнал/шум (E/ N);

–збільшення ширини смуги каналу передачі даних;

–підвищення ефективності розподілу ресурсу зв’язку на базі множинного доступу.

Основні способи розділення ресурсу зв’язку такі:

1. Частотне розділення (frequency division – FD). Розділяються певні піддіапазони смуги частоти, що використовується у даному випадку.

2. Часове розділення (time division – TD). Користувачам виділяються періодичні часові інтервали. У деяких системах їм надається обмежений час для зв’язку. В інших випадках час доступу користувачів до ресурсу визначається динамічно.

3. Кодове розділення (code division – CD). Виділяються певні елементи набору ортогонально (або майже ортогонально) розділених спектральних кодів, кожний з яких використовує весь діапазон частот.

4. Просторове розділення (space division – SD), або багатопроменеве багаторазове використання частоти. За допомогою точкових променевих

139

антен радіосигнали розділяються й спрямовуються в різні боки. Цей метод припускає багаторазове використання одного частотного діапазону.

5. Поляризаційне розділення (polarization division – PD), або подвійне поляризаційне багаторазове використання частоти. Для розділення сигналів застосовується ортогональна поляризація, що дає змогу використовувати один частотний діапазон.

Методи та принципи, що використовуються при побудові інтегрованих інформаційно-комунікаційних систем супутникового зв’язку, наведено на рис. 3.22.

Ключовим моментом усіх схем ущільнення та множинного доступу є те, що при використанні ресурсу різними сигналами інтерференція не надає некерованих взаємних завад, які роблять неможливим процес детектування. Інтерференція припустима доти, доки сигнали одного каналу збільшують імовірність появи помилок в іншому каналі. Уникнути взаємних завад між різними користувачами дає змогу застосування в різних каналах ортогональних сигналів [99].

140