ЗАЩИТА БОРТОВЫХ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ОТ ДЕСТРУКТИВНЫХ ФАКТОРОВ НА БАЗЕ СРЕДСТВ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОГО КОДИРОВАНИЯ

PROTECTION OF ON-BOARD OPTICAL SYSTEMS AGAINST DESTRUCTIVE FACTORS BASED ON NOISE-RESISTANT CODING

В связи с государственной программой «Безопасность в информационном обществе» от 29 сентября 2018 г, утвержденной Председателем Правительства Российской Федерации решаются следующие задачи:

– развитие и модернизация современной информационно-телекоммуникационной инфраструктуры; обеспечение высокой степени интеграции Российской Федерации в мировое информационное общество;

– предупреждение угроз в информационном обществе, обеспечение информационной безопасности на основе отечественных разработок при передаче, обработке и хранении данных, гарантирующей защиту интересов личности, бизнеса и государства.

Поэтому исследования по защите бортовых оптических систем от деструктивных факторов на базе средств помехоустойчивого кодирования актуальны.

Многие исследователи занимались разработками в данной сфере, но предлагаемое ими программное обеспечение не подходит для использования в бортовых системах. Мы предлагаем разработать программное обеспечение на языке C Sharp, функционал которого будет заключаться в кодировании информации кодом Хэмминга.

Большой вклад в систематизацию внесли: Дэниел Коллад, Норман Р. Френч, Матюшечкин Н.А. Дэниел Коллад является изобретателем оптоволокна. Норман Р. Френч получил патент на первую оптическую телефонную сеть. Матюшечкин Н.А. усовершенствовал конструкцию оптического коннектора, что позволило использовать данный тип кабеля в бортовых системах.

Анализ результатов исследований, выполненных различными авторами по реализации помехоустойчивого кодирования позволяет выделить основные направления совершенствования системы кодирования: слияние процессов модуляции и помехоустойчивого кодирования в единое целое – кодовую модуляцию.

В статье Дж. Камино [1] рассуждает об развитии многомодового оптоволоконного кабеля. Автором приводится краткая историческая справка об изменениях оптических кабелях. Кроме того, Дж. Камино сравнивает многомодовые и одномодовые кабели по пропускной способности. Одномодовый и многомодовый кабель производятся из сходного по составу сырья, но обладают существенными различиями в технических свойствах. Демпфер у обоих вариантов одинаковый – 125 мкм. А вот ядра у них разные: 9 мкм – у одномодовых, 50 либо 62,5 мкм – у многомодовых. Одномодовый кабель – всегда в приоритете, если речь идёт о передаче на скоростях более 10 Гбит/с. Многомодовый кабель дешевле при обслуживании, хотя сам по себе несколько дороже, обеспечивает высокое качество передачи на скоростях до 10 Гбит/с при условии, что линия не превышает 550 метров по длине. Автор сделал вывод о постоянном увеличении количества требований к пропускной способности каналов связи, и как следствие потребности в многомодовых линиях связи.

Гринченко Н.Н. [2] разработала алгоритм помехоустойчивого кодирования на основе МПД (многопорогового декодера), обеспечивающих высокую достоверность при большом уровне шума в высокоскоростных каналах передачи данных телекоммуникационных систем. Кроме того, в работе впервые предложено организовать каскадирование МПД с кодеком Хэмминга и кодеком Витерби. Достоинство кода Хэмминга в том, что реализация алгоритма требует небольших ресурсов и может быть выполнена аппаратно. Недостаток кода Хэмминга — некратность размера исходного блока кода и блока кода степени двойки. Это затрудняет обработку кодов Хэмминга на компьютерах, оперирующих блоками бит кратными степени двойки (8, 16, 32, 64 бит и т.д.). Другим важным недостатком является невозможность создать код для исправления двойных ошибок или ошибок большей кратности.

Рыбин А.В. [3] разработал и исследовал метод ортогонального кодирования для повышения помехоустойчивости системы передачи информации с относительной фазовой модуляцией. Кроме того, разработан алгоритм синтеза класса системных и обратных системных матриц, обеспечивающих реализацию ортогонального кодирования

Башкиров А.В. [4] выполнил разработку методики моделирования низко плотностных кодеков, ориентированной на массивно – параллельные вычисления, учитывающей особенности выбранной аппаратной платформы реализации и позволяющей обеспечить более высокую производительность вычислений в сравнении с известными аналогами.

Титовой Е.М. [5] исследуется обеспечение требуемого уровня конфиденциальности передачи данных и управляющих команд и разработка метода противодействия перехвату информации путем кодового зашумления на основе сверточного кодирования. А также, разработана система формирования сверточных кодов для организации кодового зашумления и противодействия перехвату, допускающих алгебраические алгоритмы исправления ошибок, основанные на принципах построения кодов Боуза-Чоудхури-Хоквингема и Рида – Соломона.

Алексеев М.О. [6] разработал и исследовал кодовый метод повышения помехоустойчивости на основе класса обобщённых систематических надёжных кодов, обнаруживающих алгебраические манипуляции. Кроме того, модифицирован известный кодовый метод повышения помехоустойчивости, основанного на операции умножения информационного и случайного компонентов, с целью уменьшения информационной избыточности. А также разработан алгоритм обнаружения и исправления ошибок малой кратности с помощью обобщённых систематических надёжных кодов.

Тугуж Уаэль Хериддин [7] разработал алгоритм формирования модели корректирующего кода, обнаруживающего и исправляющего в кодовых словах ошибки произвольной, наперед заданной кратности и исследование достоверности декодирования ошибок сформированным кодом путем моделирования его поведения при имитации в кодовых словах всех возможных комбинаций ошибок кратностей, подлежащих обнаружению и исправлению. Кроме того, разработана модель и метод обнаружения и коррекции многократных ошибок в каналах передачи и хранения данных, защищенных двумерным итеративным кодом и оптимизация параметров и характеристик модели

Нами предлагается совершенствовать систему кодирования, применяемую в оптоволоконном кабеле для увеличения производительности бортовых систем.

Целью работы является повышение скорости обработки данных в бортовых оптических системах путем применения помехоустойчивого кода Хэмминга.

Для достижения указанной цели решаются следующие задачи:

  1. Исследовать существующие способы помехоустойчивого кодирования и выявить характерные недостатки таких подходов применительно к применению в бортовых оптических системах.
  2. Осуществить анализ кода Хэмминга и обосновать применение данного типа кодирования.
  3. Разработать программное обеспечение, позволяющее использовать код Хэмминга для защиты бортовых оптических систем.

Научная новизна - впервые предложено использование кода Хэмминга для защиты бортовых оптических систем.

Практическая ценность работы - разработано программное обеспечение, позволяющее использовать код Хэмминга для защиты бортовых оптических систем.

Оптический кабель при использовании в бортовых системах должен быть работоспособен в условиях воздействия широкополосной вибрации с ускорением 2g, в диапазоне частот от 20 Гц до 2000 Гц, а также при воздействии механических ударов с ударным ускорением до 15 g. Кроме того, кабель должен работать в условиях сильной вибрации, при температурах -60 +85°C, в условиях 100% влажности воздуха и в средах, заражённых плесневыми грибами. Применение оптоволоконного кабеля в бортовых системах позволит избавиться от веса тяжелых электрических кабельных жгутов и обеспечить передачу данных с более высокой скоростью.

Как известно, управление правильностью передачи информации выполняется с помощью помехоустойчивого кодирования. Мною разработано программное обеспечение, позволяющее использовать код Хэмминга для защиты бортовых оптических систем.

http://meridian-journal.ru/uploads/2020/06/4326-1.PNG

Рисунок 1 – Пример функционирования программы

 

Список использованных источников

  1. Дж.Камино. Стандарты внутриобъектового многомодового волокна что нового? // Кабели и пассивное оборудование. - 2019. - № 3 C. 42-47.
  2. Гринченко Н.Н. Организация помехоустойчивого кодирования в высокоскоростных телекоммуникационных системах // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. – Рязань.
  3. Рабин А.В. Использование ортогонального кодирования для повышения помехоустойчивости систем передачи информации // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Санкт-Петербург
  4. Башкиров А.В.. Методы разработки архитектуры и ускоренного моделирования полностью программируемых низкоплотностных декодеров с использованием массивно-параллельных вычислений // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. – Воронеж
  5. Титова Е.М. Метод противодействия перехвату информации на основе зашумления канала передачи с использованием сверточных кодов // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Санкт-Петербург
  6. Алексеев М.О.. Методы нелинейного кодирования для повышения достоверности обработки информации // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Санкт-Петербург
  7. Тугуж Уаэль Хериддин . Разработка и исследование моделей и алгоритмов кодов коррекции многократных ошибок // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. – Ставрополь

 

List of sources used

1) J. Camino. Standards for in-object multimode fiber what's new? // Cables and passive equipment. - 2019. - no. 3 C. 42-47.

2) Grinchenko N. N. organization of noise-proof coding in high-speed telecommunication systems // Abstract of the dissertation for the degree of candidate of technical Sciences. – Ryazan.

3) Rabin A.V. The use of orthogonal coding to improve the noise immunity of information transmission systems / / abstract of the dissertation for the degree of candidate of technical Sciences. - Saint-Petersburg

4) Bashkirov A. V. Methods of architecture development and accelerated modeling of fully programmable low-density decoders using massively parallel computing / / abstract of the dissertation for the degree of candidate of technical Sciences. – Voronezh

5) Titova E. M. Method of counteraction to interception of information based on the noise of the transmission channel using convolutional codes // Abstract of the disser-tation for the degree of candidate of technical Sciences. - Saint-Petersburg

6) Alekseev M. O .. Methods of nonlinear coding for increasing the reliability of infor-mation processing / / abstract of the dissertation for the degree of candidate of tech-nical Sciences. - Saint-Petersburg

7)Tugui Well Heriden . Development and research of models and algorithms of multiple error correction codes / / abstract of the dissertation for the degree of candidate of technical Sciences – - Stavropol