125 Кібербезпека / 4 Курс / 4.2_Управління інформаційною безпекою / Лiтература / V_P_Babak_A_A_Kliuchnykov-Teoreticheskye_osnovy_zashchity_informat

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ

Сверточное кодирование. Применение сверточного кодирования дает возможность не только повысить вероятность переданной информации, но и получить энергетический выигрыш hе.в , что равняется уменьшению мощно-

сти передатчика. Платой за этот выигрыш является расширение полосы частот, которую занимает радиосигнал, учитывая необходимость передачи избыточных проверяющих символов. Величина выигрыша зависит от кодовой скорости R, способа кодировки и алгоритма декодирования. Для декодирования используют алгоритм, предложенный А. Витерби. При этом энергетический выигрыш достигает 5...6 дБ при R 1/ 2. Как первый (внешний) код используют блочный код (обычно код Рида - Соломона). Дальше символы образованных кодовых комбинаций по большей части перемешивают (переставляют в определенном порядке) и подают на второй (внутренний) кодер, конечно - сверточный. Декодирование осуществляется в обратном порядке: сначала декодируют внутренний код, а дальше символы декодированного сигнала поддают обратному перемешиванию (переставляют на исходящие позиции), в результате чего пакеты ошибок «разбивают» на одиночные ошибки (какие легче исправить) и потом декодируют внешний код.

6.5. Множественный доступ к информационным ресурсам

Множественный доступ с частотным распределением в спутнико-

вых системах. Большинство спутников связи находятся на геостационарной геосинхронной орбите. Это значит, что спутник находится на круговой орбите, которая лежит в плоскости земного экватора. При этом спутник находится на такой высоте над уровнем моря (приблизительно 35 830 км), на которой период его вращения вокруг Земли равняется периоду вращения самой Земли вокруг Солнца. Поскольку при наблюдении с Земли такие объекты кажутся неподвижными, то три спутника, расположенных через 120° один от другого, дают возможность охватить территорию всего земного шара (кроме полярных областей). Большинство спутниковых систем связи используют нерегенеративные ретрансляторы или транспондеры. Нерегенеративный значит, что сигналы «Земля-спутник» усиливаются, сдвигаются по частоте и ретранслируются на Землю без обработки сигнала, демодуляции или повторной модуляции.

Самым широко используемым диапазоном в коммерческих системах спутниковой связи есть так называемая полоса C (C-band). В этом диапазоне для передачи сигнала «Земля-спутник» применяются несущая частота 6 ГГц и частота 4 ГГц передачи сигнала «спутник-Земля». В соответствии с международными соглашениями для систем передачи в полосе разрешено использовать любой спутник, который работает в спектральном диапазоне шириной в 500 МГц. По большей части такой спутник имеет 12 транспондеров с шириной полосы 36 МГц каждый. Наиболее распространенные транспондеры

460

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ

ских мультиплексоров или концентраторов. Соответствующие системы дают возможность достичь результата, изображенного на рис. 6.40, в, где пропускная способность системы остается постоянной благодаря использованию всех доступных временных интервалов.

Рис. 6.40. TDM с фиксированным распределением и система с коммутацией пакетов: а - схема активности пользователей; б - TDM с фиксированным распределением; в - коммутация пакетов с временным распределением

Многоканальное деление ресурса связи. Общий способ управления ресурсом связи, который дает возможность разделять частотные диапазоны на предварительно определенный период времени. Такую систему множественного доступа называют комбинированными FDMA/TDMA.

Для определения деления частотных диапазонов рассмотрим случай равномерного пропорционального деления полосы шириной W между M группами (или классами) пользователей. Соответственно будем считать, что частотный диапазон разбит на полосы шириной W / M Гц, которые будут постоянно доступны соответствующим группам. Аналогично для назначения деления временных интервалов ось времени разбивается на интервалы длительностью T. В свою очередь каждый из кадров разбивается на N интервалов длительностью T /N каждый. Допустим, что активность пользователей синхронизирована по времени, а распределенные интервалы периодически расположены в кадрах. Каждый пользователь может передавать данные, когда начинается его интервал времени, причем на протяжении этого интервала пользователь может использовать выделенную полосу частот. Временной интервал однозначно задается как т-й интервал кадра n. Обратившись к рис. 6.41, можно описать интервал (n, m) таким способом: область сигнала явля-

ется пересечением временного интервала (n, m) и частотного диапазона j.

Допустим, что система модуляции / кодирования выбрана таким образом, что полная полоса W ресурса связи может поддерживать скорость передачи данных

464

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ

каналов. Таким образом, полную скорость передачи данных можно подать в таком виде:

Рис. 6.42. Сравнительное представление технологии FDMA/TDMA:

а- FDMA: частота делится на М ортогональных частотных диапазонов;

б- TDMA: время делится на М ортогональных временных интервалов

(один пакет на интервале времени)

При использовании TDMA каждым источником при T / M секундах передается b бит. Следовательно, необходимая скорость передачи данных

Следовательно, обе системы требуют одинаковой скорости передачи данных, а именно R бит/с.

Задержка сообщений в системах FDMA и TDMA. На основании толь-

ко что изложенного приходим к выводу, что, несмотря на некоторые разногласия, FDMA и TDMA не отличаются производительностью. Однако отличие между ними становится очевидным, если за единицу измерения производительности взять время средней задержки пакета. TDMA имеет значительное преимущество по сравнению с FDMA по этому параметру, поскольку среднее время задержки пакета при использовании первой схемы меньше, чем при использовании второй.

Как и раньше, допустим, что при FDMA диапазон частот системы разбит на М ортогональных полос. При использовании TDMA кадр разделен на М

466

Глава 6. Сети передачи информации

ортогональных временных интервалов. Для анализа времени задержки сообщения рассмотрим самый простой случай детерминированных источников данных. Допустим, что ресурс связи используется на 100 %. Тогда все частотные диапазоны при FDMA и все временные интервалы при TDMA будут заполнены пакетами данных. Для упрощения будем считать, что отсутствуют дополнительные расходы, связанные с защитными полосами или интервалами. Тогда время задержки сообщения

(6.6)

где w - среднее время ожидания пакета (до передачи); - время передачи

В случае использования TDMA каждый пакет пересылается на протяжении часового интервала T /M секунд. С помощью уравнения (6.7) время передачи пакета

Поскольку каналы FDMA доступны постоянно, а пакеты пересылаются непосредственно после создания, время ожидания

Рис. 6.43. Распределение по каналам: а - TDMA; б – FDMA

На рис. 6.43 сравниваются потоки данных для схем FDMA и TDMA. Как показано на рис. 6.43, а, при использовании TDMA временные интервалы

467

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ

пользователей начинаются в разных точках кадра длиной Т секунд. Пакет Smk начинает отправляться по окончании (m 1) T / M секунд (1 m M )

после создания пакета. Таким образом, для TDMA среднее время ожидания пакета перед отправлением

Максимальное время ожидания пакета перед отправлением составляет (M 1) T / M секунд, а среднее время задержки пакета:

Сравним среднее время задержки DFD и DTD при использовании FDMA

и TDMA:

С помощью уравнения (6.7) формулу (6.13) можно записать в виде

Результат показывает, что FDMA значительно уступает TDMA по времени задержки сообщения. Несмотря на то, что уравнение (6.3) выполняется для источника детерминированных данных, малые задержки передачи сообщений для TDMA сохраняются для любого независимого процесса получения данных.

Множественный доступ с кодовым разделением. В случае FDMA плос-

кость ресурса связи была разделена на горизонтальные отрезки, которые соответствуют частотным диапазонам. Ту же плоскость на рис. 6.38 было разбито по вертикалям на временные интервалы TDMA. Эти два подхода являются самыми распространенными в применении множественного доступа. Метод множественного доступа, который является результатом сочетания FDMA и TDMA, иллюстрирует рис. 6.44.

Этот метод называется множественным доступом с кодовым раз-

делением (code-division multiple access - CDMA).

Множественный доступом с кодовым разделением является практическим воплощением методов расширения спектра (spread-spectrum - SS), которые можно разделить на две основные категории:

расширение спектра методом прямой последовательности (direct sequence - DSSS);

расширение спектра методом скачкообразной перестройки частоты

(frequency hopping - FHSS).

468