А.М. Чуднов1, Б.И. Положинцев2, Я.В. Кичко3

1,3 Военная академия связи им. С.М. Буденного (Санкт-Петербург, Россия)

2 Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (Санкт-Петербург, Россия)

Постановка проблемы. Создание группы беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) и организация ее работы - приоритетные научно-технические направления, способствующие повышению эффективности систем, применяемых в различных отраслях народного хозяйства. Функционирование группы БПЛА осуществляется с помощью системы обмена данными (СОД), с помощью которой осуществляется взаимодействие объектов группы друг с другом и с внешними объектами. В связи с этим, учитывая специфику свойств БПЛА, условий их применения, а также воздействия на них радиопомех от других систем, на сегодняшний день актуальны задачи анализа и оптимизации помехозащищенности СОД с целью гарантированного обмена сообщениями между объектами группы БПЛА.

Цель. Разработать методику анализа помехозащищенности СОД группы БПЛА в классе возможных помех при ограничении на мощность источника помех и обоснования параметров СОД, обеспечивающих необходимую помехозащищенность.

Результаты. Дано формальное определение уровня помехозащищенности СОД как максимальной мощности помехи, при которой гарантируется заданная вероятность своевременной доставки сообщений. Отмечено, что под наихудшей (оптимизированной) понимается помеха, формируемая контрсистемой (источником) с ограниченной средней мощностью, при которой достигается минимум вероятности своевременной доставки сообщений. С учетом специфики исследования решаемая задача сформулирована в теоретико-игровой постановке. Для СОД с пакетной коммутацией, использующей псевдослучайные сигналы и помехоустойчивое кодирование, получены соотношения, определяющие наихудший вариант возможной помехи в виде композиции распределений мощности помехи: 1) по сигналам (субэлементам сигналов) в радиолиниях для воздействия на процессы передачи/приема канальных блоков; 2) между объектами СОД для нарушения процесса обмена пакетами данных на сетевом уровне. Определены условия, при которых гарантированно обеспечивается минимально допустимая вероятность своевременной доставки сообщений. Приведены примеры расчета показателей помехозащищенности СОД, а также параметров, определяющих алгоритм обмена данными и стратегию постановки оптимизированной помехи. Представлены графики зависимостей вероятности своевременной доставки пакетов от мощности помехи, иллюстрирующие методику расчета помехозащищенности СОД.

Практическая значимость. Предложенная методика позволяет рассчитать уровень помехозащищенности проектируемой СОД с пакетной передачей сообщений при использовании различных видов модуляции и кодирования. Результаты расчетов, проведенных согласно данной методики[u1] , могут быть использованы для обоснования технических решений по разработке и применению алгоритмов формирования и обработки данных, а также для маршрутизации пакетов в СОД БПЛА с гарантированным обеспечением требований по своевременности доставки сообщений.

Чуднов А.М., Положинцев Б.И., Кичко Я.В. Анализ помехозащищенности обмена данными группы беспилотных летательных аппаратов в условиях оптимизированных помех // Радиотехника. 2022. Т. 86. № 12. С. 33−46. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202212-03

1. Bujari A., Calafate C. T., Cano J. C., Manzoni P., Palazzi C. E., Ronzani D. Flying ad-hoc network application scenarios and mobility models // Int. J. Distrib. Sensor Netw. 2017. V. 13. № 10. P. 1–17. DOI: 10.1177/1550147717738192.
2. Довгаль В.А., Довгаль Д.В. Анализ систем коммуникационного взаимодействия дронов, выполняющих поисковую миссию в составе группы // Вестник АГУ. 2020. № 4(271). С. 87–94.
3. Ананьев А.В., Стафеев М.А., Филатов С.В. Оценка эффективности систем связи и боевого управления на базе беспилотных летательных аппаратов межвидовой группировки войск // Воздушно-космические силы. Теория и практика. 2017. № 3(3). С. 75–84.
4. Бородин В.В., Петраков А.М., Шевцов В.А. Анализ эффективности передачи данных в сети связи группировки беспилотных летательных аппаратов // Труды МАИ. 2015. №81.
5. Arafat M.Y., Moh S. Routing Protocols for Unmanned Aerial Vehicle Networks: A Survey // IEEE Access. 2019. V. 7. P. 99694–99720. DOI:10.1109/ACCESS.2019.2930813.
6. Arafat M.Y., Moh S. A survey on cluster-based routing protocols for unmanned aerial vehicle networks // IEEE Access. 2018. V. 7. P. 498–516. DOI: 10.1109/ACCESS.2018.2885539.
7. Hayat S., Yanmaz E., Muzaffar R. Survey on Unmanned Aerial Vehicle Networks for Civil Applications: A Communications Viewpoint // IEEE Communications Surveys & Tutorials. 2016. V. 18. № 4. P. 2624–2661.
8. Zhou Y., Cheng N., Lu N., Shen X.S. Multi-UAV-aided networks: Aerial-ground cooperative vehicular networking architecture // IEEE Veh. Technol. Mag. 2015. V. 10. № 4. P. 36–44.
9. Kae Won Choi, Wha Sook Jeon, Dong Geun Jeong. Efficient Load-Aware Routing Scheme for Wireless Mesh Networks // IEEE Transactions on Mobile Computing. 2010. V. 9. № 9. P. 1293–1307.
10. Vijayakumar K.P., Ganeshkumar P., Anandaraj M. Review on Routing Algorithms in Wireless Mesh Networks // International Journal of Computer Science and Telecommunications. 2012. V. 3. № 5. P. 87–92.
11. Чуднов А.М., Губская О.А., Кичко Я.В. Методика анализа вероятностно-временных характеристик обмена сообщениями в комплексе беспилотных летательных аппаратов // Известия ТулГу. Технические науки. 2021. № 11. С. 117–124.
12. Wen S., Huang C. Delay-constrained routing based on stochastic model for flying ad hoc networks // Mobile Inf. Syst. 2018.
    V. 2018. DOI: 10.1155/2018/6056419.
13. Akyildiz I.F., Wang X., Wang W. Wireless Mesh Networks: A survey // Computer Networks Journal (Elsevier). 2005. V. 47. № 4.
    P. 445–487.
14. Noubir G. On Connectivity in Ad Hoc Networks under Jamming Using Directional Antennas and Mobility // Lecture Notes in Computer Science. 2004. DOI: 10.1007/978-3-540-24643-5_17.
15. Bhattacharya S., Başar T. Game-theoretic analysis of an aerial jamming attack on a UAV communication network // Proc. 2010 American Control Conference (ACC 2010). Baltimore, Maryland. 2010. P. 818–823.
16. Иванов М.С., Понаморев А.В., Макаренко С.И. Моделирование трафика, передаваемого в канале управления летательным аппаратом при управлении им в процессе выполнения специальных задач. Ч. 1. Модель интенсивности нестационарного трафика на различных этапах полета // Системы управления, связи и безопасности. 2021. № 6. С. 120-147. DOI: 10.24412/2410-9916-2021-6-120-147.
17. Wang B., Wu Y., Liu K.J.R., Clancy T.C. An anti-jamming stochastic game for cognitive radio networks // IEEE Journal on Selected Areas in Communications. 2011. V. 29. № 4. P. 877–889. DOI: 10.1109/JSAC.2011.110418.
18. Wu Y., Wang B., Liu K.J.R., Clancy T.C. Anti-jamming games in multi-channel cognitive radio networks // IEEE J. Sel. Areas Commun. 2012. V. 30. № 1. P. 4–15.
19. Sagduyu Y.E., Berry R.A., Ephremides A. Jamming games in wireless networks with incomplete information // IEEE Commun. Mag. 2011. V. 49. № 8. P. 112–118.
20. Антипенский Р.В., Кузнецов В.А. Алгоритм формирования сигналоподобных помех радиолокационным станциям с син-тезированной апертурой антенны беспилотных летательных аппаратов // Радиотехника. 2021. Т. 85. № 5. С. 91−99.
    DOI: 10.18127/j00338486-202105-09.
21. Пантенков Д.Г., Ломакин А.А. Оценка устойчивости спутникового канала управления беспилотными летательными аппаратами при воздействии преднамеренных помех // Радиотехника. 2019. Т. 83. № 11 (17). С. 43−50. DOI: 10.18127/j00338486-201911(17)-04.
22. Чуднов А.М., Путилин А.Н., Попов А.И. Комплексное управление маршрутизацией пакетов и режимами работы радиосредств в неоднородной сети передачи данных // Радиотехнические и телекоммуникационные системы. 2019. № 1(33).
    С. 46–56.
23. Воробьев Н.Н. Основы теории игр. Бескоалиционные игры. М.: ФИЗМАТЛИТ. 1984. 496 с.
24. Чуднов А.М. Теоретико-игровые задачи синтеза алгоритмов формирования и приема сигналов // Проблемы передачи информации. 1991. Т. 27. № 3. С. 57‒65.
25. Чуднов А.М. Математические основы моделирования, анализа и синтеза систем. СПб: ВАС. 2021. 193 с.
26. Чуднов А.М., Кирик Д.И., Ермакова Е.М. Оптимизация параметров кода и режима обработки сигналов в условиях преднамеренных помех // Труды учебных заведений связи. 2019. Т. 5. № 4. С. 79–86. DOI:10.31854/1813-324X-2019-5-4-79-86.
27. Гладких А.А. Основы теории мягкого декодирования избыточных кодов в стирающем канале связи. Ульяновск: УлГТУ. 2010. 379 с.
28. Путилин А.Н., Чуднов А.M. Оптимизация приемника фазоманипулированных псевдослучайных сигналов при наихудшей помехе с ограниченной средней мощностью // Радиотехника и электроника. 1990. Т. 35. № 8. С. 1646–1650.
29. Чуднов А.М. Помехоустойчивость корреляционного приема псевдослучайных сигналов, модулированных по амплитуде и фазе // Радиотехника и электроника. 1987. Т. 32. № 1. С. 62–68.
30. Чуднов А.М. Об адаптивных алгоритмах псевдослучайного переключения рабочих частот радиолиний в условиях случайных и преднамеренных помех // Журнал радиоэлектроники ИРЭ. 2015. № 4. C. 1–14.