Диссертация (Метод оценки помехоустойчивости средств широкополосного радиодоступа к воздействию сверхкоротких электромагнитных импульсов), страница 2

Так на сегодняшний деньнесколькими научными школами, возглавляемыми российскими (Л.Н.Кечиевым, Н.В. Балюком, Ю.К. Сахаровым, Т.Р. Газизовым,) изарубежными (W. Radasky, M. Ianoz, C. Baum, F. Sabath,) [70-72, 7479] учеными, проведено значительное количество исследований,подтверждающих,чтоспомощьюгенераторовСКИЭМИ,инжектирующих тем или иным способом импульсы напряжения вфизическую среду передачи информации, можно воздействовать наобмен данными по сети между оконечными пользователями [24,25].При этом существующими средствами диагностики факт такоговоздействия может не определяться, так как сетевое соединение приэтом не разрушается. При этом важной особенностью данноговоздействия является не физическое разрушение элементной базырадиоприемных устройств как при воздействии узкополоснымсигналом высокой мощности, а искажение принимаемой информации.В то же время существующие системы защиты беспроводныхканалов связи в условиях воздействия в основном заключаются всмене типа модуляции [49, 52], снижения скорости передаваемойинформации.

Вопросы воздействия СКИ ЭМИ на средства ШРД малоисследованыинетдостовернойинформациипомеханизмувоздействия СКИ ЭМИ на широкополосные средства радиосвязи.Повсеместноеиспользованиеширокополосныхсистембеспроводной передачи данных, как бытового, так и специальногоназначения ставит актуальным вопрос об оценке воздействия 6 последовательности СКИ ЭМИ на такие системы связи, а такжевопрос об оценке такого воздействия.

Под реакцией на воздействие вданной работе будут рассмотрены такие влияния, при которых небудут наблюдаться необратимые изменения в аппаратной части засчет поражения элементной базы, а критерием отказа будем считатьвременныесбоииблокированиеработы.Вэтомслучаенапряженности воздействующих полей будут сравнительно малы иуправлениеэффективностьювоздействияСКИЭМИможноосуществлять путем изменения временных параметров следованияимпульсов.Анализ устойчивости систем ШРД к СКИ ЭМИ показал [44, 45,46], что эти системы более подвержены такому воздействию, чемсистемы узкополосной радиосвязи и будут рассмотрены в даннойработе, в качестве объекта исследования.

Для оценки эффективностивлияния СКИ ЭМИ на ШРД необходимо проведение комплексаисследований, в том исследование влияния временных характеристикСКИ ЭМИ на устойчивость функционированияисследуемыхустройств.Выбор СКИ ЭМИ как средства воздействия на средстваширокополосной радиосвязи имеет большой потенциал, так как СКИЭМИ формирует в пространстве помеху со спектром, перекрывающимспектр сигнала широкополосных средств радиосвязи. При учетеособенностейчастоиспользуемогометодамодуляцииOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) с несколькими рядомрасположеннымиподнесущимичастотами,СКИЭМИможетоказывать одновременное влияние на несколько несущих частотпромодулированных одним сигналом по специальному алгоритму.Анализ алгоритма модуляции исходной битовой последовательности сучетомнесущихчастотпозволяетсформулироватькритерииформирования последовательности импульсов СКИ ЭМИ для болееэффективного воздействия. 7 Внастоящеевремяотсутствуютданныепореакциямширокополосных средств беспроводной радиосвязи на воздействиеСКИ ЭМИ с амплитудами, не приводящими к наведению токов ваппаратной части атакуемых устройств, поражающих элементнуюбазу.

В связи с этим особенно актуальным является проведениеэкспериментальныхисследованийвоздействияСКИЭМИнаширокополосные средства беспроводной радиосвязи для выявлениявозможности повышения эффективности такого воздействия безувеличения амплитудных характеристик воздействующего поля путемвыявления зависимости снижения устойчивого функционированияисследуемыхустройствотизменениявременныхпараметроввоздействующего СКИ ЭМИ.Такимобразом,актуальностьпоставленнойзадачиопределяется:- недостаточнойизученностьютеоретическоймеханизмавлиянияиэкспериментальнойСКИЭМИсмалойнапряженностью электрического поля на средства широкополосногорадиодоступа;- отсутствием других способов повышения эффективностивоздействия СКИ ЭМИ, кроме увеличения амплитуды и изменениячастоты следования импульсов;- отсутствием данных по влиянию временных параметровпоследовательности СКИ ЭМИ на результаты воздействия, свыявлениемвзаимосвязиэтиххарактеристикспараметрамиисследуемых устройств;- отсутствием данных и методик по оценке минимальнойнапряженности электрического поля для потенциального влиянияСКИ ЭМИ на средства широкополосного радиодоступа;- отсутствием методов повышения эффективности воздействияСКИ ЭМИ за счет изменения параметров последовательностиимпульсов. 8 Это определило важность и практическую значимость решаемойв диссертации научно-технической задачи направленной на анализвлиянияпоследовательностисверхкороткихэлектромагнитныхимпульсов на широкополосные средства беспроводной передачиданных и определения критериев максимальной эффективностивоздействия СКИ ЭМИ.Объектами исследования в работе выбраны типовые средстваШРД.Цельюдиссертационнойработыявляетсяповышениеэффективности воздействия СКИ ЭМИ на средства ШРД путемразработкиметодаоценкипомехоустойчивостисредствширокополосного радиодоступа к воздействию СКИ ЭМИ на основеанализамеханизмавлияниявременныхпараметровпоследовательности СКИ ЭМИ на устойчивое функционированиеШРД.Для достижения поставленной цели в работе сформулированы ирешены следующие задачи:1.

Анализ состояния проблемы обеспечения устойчивогофункционированиясредствШРДвусловияхвоздействияпреднамеренных импульсных электромагнитных излучений.2. АнализсовременныхсредствШРД,какобъектовподверженных воздействию СКИ ЭМИ, и применяемых в них видовмодуляции сигнала.3. Анализ основных видов источников СКИ ЭМИ и параметровгенерируемого излучения.4.

Определение механизма влияния СКИ ЭМИ на средстваШРД.5. Разработкаисточникомалгоритмаизлучениядляуправленияформированиямногоканальнымпоследовательностиимпульсов СКИ ЭМИ, обеспечивающей эффективное воздействие насредства ШРД. 9 6. Разработкаметодаформированияпоследовательностиимпульсов СКИ ЭМИ обеспечивающей эффективное воздействие насредства ШРД.7. Разработка критериев эффективности воздействия СКИ ЭМИна средства ШРД.8.Разработкаметодикиэкспериментальныхисследованийвоздействия последовательности импульсов СКИ ЭМИ для анализаизменений потока обмена данными, происходящих между средствамиШРД при воздействии СКИ ЭМИ.9. Разработка рекомендаций для повышения эффективностивоздействия СКИ ЭМИ на средства ШРД.Реализация результатов данной работы позволит:- повысить показатели эффективности воздействия СКИ ЭМИна средства широкополосной радиосвязи;- развивать новейшие методы воздействия полем СКИ ЭМИпутем универсализации воздействующей последовательности;- производить оценку и управлять уязвимостью средствширокополосной радиосвязи СКИ ЭМИ при известных параметрахвоздействующего поля;- разрабатывать рекомендации для повышения устойчивостиперспективных средств ШРД к воздействию СКИ ЭМИ.Результатыисследованийпланируетсяиспользоватьприразработках новых эффективных средств воздействия СКИ ЭМИ насредства широкополосной радиосвязи, а также при созданииперспективных широкополосных средств радиодоступа устойчивых квоздействию СКИ ЭМИ.Методы исследованийРешение поставленных в диссертации задач выполнено наоснове теории системного анализа, теории электромагнетизма, теориицепей и методов экспериментальных исследований, информационногоикомпьютерногомоделирования сиспользованиемновых10 информационныхтехнологийполучениязнанийобобъектеисследования.Положения, выносимые на защиту:- МетодоценкипомехоустойчивостисредствШРДквоздействию СКИ ЭМИ, реализуется через отношение плотностейэнергий с учетом вида воздействующей последовательности, а так жемощностных, спектральных и временных характеристик СКИ ЭМИ.- Эффективность воздействия СКИ ЭМИ обеспечивается засчет формирования последовательности пакетовимпульсов счастотой следования не меньшей символьной скорости модуляции и синтервалом между импульсами в пакете соизмеримым с периодомнесущей частоты.- Алгоритм управления многоканальным источником СКИЭМИ должен обеспечивать формирование пакетов импульсов ирасширение диапазона частоты следования импульсов СКИ на основеадресного использования ресурсов комплекса с формированиемматрицы задержек.- Методика экспериментальных исследований воздействияпоследовательности импульсов СКИ ЭМИ на средства связипредусматривает исследования влияния пакетов импульсов СКИ ЭМИивлиянияимпульсовследующихсопределеннойчастотойповторения. 11 ГЛАВА1АНАЛИЗОБЕСПЕЧЕНИЯСРЕДСТВСОСТОЯНИЯУСТОЙЧИВОГОШРДВПРОБЛЕМЫФУНКЦИОНИРОВАНИЯУСЛОВИЯХВОЗДЕЙСТВИЯПРЕДНАМЕРЕННЫХ ИМПУЛЬСНЫХ ЭЛЕКТОМАГНИТНЫХИЗЛУЧЕНИЙ1.1Построениетелекоммуникационныхсистемсиспользованием широкополосных беспроводных технологийВ настоящее время имеют большое распространение средстваШРД, использующиеся во многих сферах, специальных, бытовыххозяйственных и прочее.

Могут быть организованы различныетопологии связи элементов, каждый элемент системы можетвыполнятьразличныефункцииотоконечногоустройства,генерирующего и/или обрабатывающего данные, до устройствобеспечивающих определенные алгоритмы маршрутизации.Архитектура построения телекоммуникационных систем сиспользованиембеспроводныхтехнологийрегламентируетсянесколькими ветвями семейства стандартов IEEE 802 [85]. Указанныестандарты подразумевает разделение на персональные, локальные, имобильные беспроводные сети и будут рассмотрены в разрезенизшего седьмого уровня модели OSI.Особаяактуальностьпоставленнойвработезадачивсовременных условиях развития телекоммуникационных систем сиспользованием беспроводных технологий на средства ШРД вызванаширокимприменениемразличныхсредстввоздействиядлянарушения их устойчивой работы, в частности в условиях воздействияСКИ ЭМИ [2, 9, 12].1.1.1 Беспроводные персональные сетиБеспроводные персональные сети WPAN (Wireless Personal AreaNetwork) регламентируются стандартом IEEE 802.15 и включают в 12 себя известные подстандарты Bluetooth, ZigBee, и прочие.

В Bluetoothприменяется модуляцияс псевдослучайной перестройкой рабочейчастоты (ППРЧ) (англ. - Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS).Модуляция FHSS проста в реализации, обеспечивает устойчивость кширокополосным помехам, а оборудование недорого. Согласноалгоритму FHSS, в Bluetooth несущая частота сигнала скачкообразноменяется1600развсекунду.Рабочихчастотнесколько.Последовательность переключения между этими частотами длякаждого соединения псевдо случайна и известна только приемнику ипередатчику, которые синхронно перестраиваются каждые 625 мкс.Bluetooth обеспечивает связь на расстояниях до 100 метров примощности передатчика 100 мВт и скоростях несколько Мбит/с.

Всети стандартов PAN так же входят низкоскоростные подстандартысвязи, наиболее известным из которых является ZigBee. Здесьмаксимальная дальность связи ограничивается расстоянием 10 м искоростью порядка 250 кбит/с при очень низком энергопотреблении,что дает возможность использования таких средств от автономныхисточников питания длительное время (несколько лет) без заменыэлементов питания.