Модель централизованно-зарезервированного доступа к среде в сетях цифровой радиосвязи
Ключевые слова:
централизованно-зарезервированный доступ к среде, синхронизация, случайный множественный доступ к среде, средство коммутации и управления, абонентский терминал, IEEE 802.11Аннотация
Централизованно-зарезервированный доступ к среде в сетях цифровой радиосвязи семейства стандартов IEEE 802.11 является альтернативой случайному множественному доступу к среде типа CSMA/CA и в основном используется при передаче голосовых и видеосообщений в режиме реального времени. Область применения централизованно-зарезервированного доступа к среде определяет интерес к нему со стороны злоумышленников. Однако оценка эффективности централизованно-зарезервированного доступа к среде в условиях потенциально возможных деструктивных воздействий не проводилась, а потому сложно определить вклад этих воздействий в снижение эффективности такого доступа. Представлена аналитическая модель централизованно-зарезервированного доступа к среде, учитывающая не только этап его функционирования, но и этап установления в условиях деструктивных воздействий со стороны злоумышленника. Причем в модели этап установления централизованно-зарезервированного доступа к среде отображает последовательную взаимосвязь такого доступа, синхронизации элементов сетей цифровой радиосвязи и случайного множественного доступа к среде типа CSMA/CA. Установлено, что коллизии в канале передачи данных, вызванные деструктивными воздействиями, способны исключить централизованно-зарезервированный доступ к среде еще на этапе его установления. Модель применима при проектировании сетей цифровой радиосвязи семейства стандартов IEEE 802.11, оптимизации работы таких сетей и обнаружении потенциально возможных деструктивных воздействий со стороны злоумышленника.
Литература
1. Макеренко С.И. Подавление пакетных радиосетей со случайным множествен-ным доступом за счет дестабилизации их состояния // Журнал радиоэлектрони-ки. 2011. № 9. С. 2. URL: www.jre.cplire.ru/jre/sep11/4/text.pdf (дата обращения: 03.06.2020).
2. Титов К.Д., Завалишина О.Н. Оценка помехоустойчивости системы связи стан-дарта IEEE 802.11ac при воздействии помех // Успехи современной радиоэлек-троники. 2019. № 12. С. 191–196.
3. Deniau V et al. IEEE 802.11n Communications in the Presence of FrequencySweep-ing Interference Signals // IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. 2017. vol. 59. no. 5. pp. 1625–1633.
4. Scalia L., Tinnirello I., Giustiniano D. Side effects of ambient noise immunity tech-niques on outdoor IEEE 802.11 deployments // GLOBECOM. Proceedings of the Global Telecommunications Conference. 2008. pp. 1–6.
5. Титов К.Д., Липатов А.О., Завалишина О.Н. Оценка помехоустойчивости системы связи стандарта IEEE 802.11n при воздействии помех с учётом структуры пакета передаваемых данных // Теория и техника радиосвязи. 2019. № 4. С. 95–107.
6. Макаренко С.И. Динамическая модель системы связи в условиях функциональ-но-разноуровневого информационного конфликта наблюдения и подавления // Системы управления, связи и безопасность. 2015. № 3. С. 122–185.
7. Аганесов А.В., Макаренко С.И. Модель воздушно-космической сети связи с иерархическим принципом ретрансляции информационных потоков // Радио-технические и телекоммуникационные системы. 2015. № 4. С. 43–51.
8. Бойко А.А. Способ аналитического моделирования процесса распространения вирусов в компьютерных сетях различной структуры // Труды СПИИРАН. 2015. Вып. 5. С. 196–211.
9. Бойко А.А., Обущенко Е.Ю., Щеглов А.В. Особенности синтеза полного множества тестовых способов удаленного информационно-технического воздействия на пространственно распределенные системы информационно-технических средств // Вестник Воронежского государственного университета. 2017. № 2. С. 33–45.
10. Перегудов М.А., Бойко А.А. Модель процедуры случайного множественного доступа к среде типа S-ALOHA // Информационно-управляющие системы. 2014. № 6. С. 75–81.
11. Перегудов М.А., Бойко А.А. Оценка защищенности сети пакетной радиосвязи от имитации абонентских терминалов на уровне процедуры случайного множе-ственного доступа к среде типа S-ALOHA // Информационные технологии. 2015. № 7. С. 527–534.
12. Перегудов М.А., Семченко И.А. Оценка эффективности случайного множествен-ного доступа к среде типа ALOHA при голосовых соединениях, передаче слу-жебных команд, текстовых сообщений и мультимедийных файлов в условиях деструктивных воздействий // Труды СПИИРАН. 2019. Т. 18. № 4. С. 887–911.
13. Перегудов М.А., Стешковой А.С., Бойко А.А. Вероятностная модель процедуры случайного множественного доступа к среде типа CSMA/CA // Труды СПИ-ИРАН. 2018. Вып. 4(59). С. 92–114.
14. Перегудов М.А., Бойко А.А. Модель процедуры зарезервированного доступа к среде сети пакетной радиосвязи // Телекоммуникации. 2015. № 6. С. 7–15.
15. Перегудов М.А., Бойко А.А. Модель процедуры управления питанием сети па-кетной радиосвязи // Телекоммуникации. 2015. № 9. С. 13–18.
16. Перегудов М.А., Стешковой А.С. Модель централизованной синхронизации элементов сетей цифровой радиосвязи со случайным множественным доступом к среде типа CSMA/CA // Труды СПИИРАН. 2020. Т. 19. № 1. С. 128–154.
17. Liu C., Qiu J. Performance study of 802.11w for preventing DoS attacks on wireless local area networks // Wireless personal communications. 2017. no. 95. pp. 1031–1053.
18. Kaur J. Mac Layer Management Frame Denial of Service Attacks // International Conference on Micro-Electronics and Telecommunication Engineering. 2016. pp. 155–160.
19. Filipek J., Hudec L. Securing mobile ad hoc networks using distributed firewall with PKI // IEEE 14th International Symposium on Applied Machine Intelligence and In-formatics. 2016. pp. 321–325.
20. Yacchirena A. et al. Analysis of attack and protection systems in Wi-Fi wireless net-works under the Linux operating system // IEEE International Conference on Auto-matica. 2016. pp. 1–7.
21. Liu C., Qiu J. Performance study of 802.11w for preventing DoS attacks on wireless local area networks // Wireless personal communications. 2017. no. 95. pp. 1031–1053.
22. Noman H.A., Abdullah S.M., Mohammed H.I. An Automated Approach to Detect Deauthentication and Disassociation Dos Attacks on Wireless 802.11 Networks // In-ternational Journal of Computer Science Issues. 2015. vol. 12. pp. 1694–1784.
23. Перегудов М. А., Стешковой А. С., Щеглов А. В. Описательная модель канально-го уровня сетей цифровой радиосвязи семейства стандартов IEEE 802.11 // Си-стемы управления, связи и безопасности. 2020. № 3. С. 203–221.
24. Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifica-tions // IEEE Computer Society LAN MAN Standards Committee. 1997.
25. IEEE standard for information technology–telecommunications and information exchange between systems local and metropolitan area networks–specific requirements PART 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications // IEEE Std. 802.11–2012. 2012. pp. 1–2793.
26. IEEE Standards Association/IEEE Computer Society. Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications; Amendment 4: En-hancements for Very High Throughput for Operation in Bands Below 6 GHz // IEEE Std. 802.11–2013. pp. 1–425.
27. Kanjanavapastit A., Landfeldt B. An Analysis of a Modified Point Coordination Function in IEEE 802.11 // Proceedings of IEEE 14th Personal, Indoor and Mobile Radio Communications. 2003. vol. 2. pp. 1732–1736.
28. Sikdar B. An analytic model for the delay in IEEE 802.11 PCF MAC based wireless networks // IEEE Transactions on Wireless Communications. 2007. vol. 4. no. 6. pp. 1542–1560.
29. Qiao D., Choi S., Soomro A., Shin G. Energy-Efficient PCF Operation of IEEE 802.11a Wireless LAN // Proc. IEEE INFOCOM. 2002. vol. 2. pp. 580–589.
30. Guan Z., Yang Z. J., He M. Energy-efficient analysis of an IEEE 802.11 PCF MAC protocol based on WLAN // Journal of Ambient Intelligence & Humanized Compu-ting. 2018. pp. 1–11.
31. Zheng G., Zhi-Jun Y., Min H. Energy-efficient analysis of an IEEE 802.11 PCF MAC protocol based on WLAN // Journal of Ambient Intelligence and Humanized Compu-ting. 2018. pp. 1–11.
32. Eyadeh, A., Jarrah, M., Aljumaili, A. Modeling and simulation of performance limits in IEEE 802.11 point-coordination function // International Journal of Recent Tech-nology and Engineering. 2019. vol. 8(4). pp 5575–5580.
33. Noman H.M. PCF and DCF Performances Evaluation for a Non Transition 802.11 Wireless Network using OPNET Modular // International Journal of Soft Computing and Engineering. 2017. vol. 7. pp. 2231–2307.
34. Sarmah S., Sharma S.K. Performance Analysis of IEEE 802.11 WLANs by varying PCF, DCF and EDCF to Enhance Quality of service // International Journal of Com-puter Applications. 2016. pp. 138.
35. Dhaliwal A.S. Analyzing the Impact of DCF and PCF on WLAN Network Standards 802.11a, 802.11b and 802.11g // Engineering and Technology, International Journal of Electrical, Computer, Energetic, Electronic and Communication Engineering. 2013. no. 7. pp. 1594–1598.
36. Chen D., Garg S., Kappes M., Trivedi K. Supporting VBR VoIP traffic in IEEE 802.11 WLAN in PCF mode // Avaya Laboratories. 2002. vol. 26. 538 p.
37. Vishnevsky V., Lyakhov A. Analytical Study of IEEE 802.11 PCF for egional and Metropolitan Area Networks // Cybernetics and nformation Techbologies. 2005. vol. 5. no. 2. pp. 117–136.
38. Liu Q., Zhao D., Zhou D. An analytic model for enhancing IEEE 802.11 point coordi-nation function media access control protocol // European transactions on telecommunications. 2011. vol. 22. pp. 332–338.
39. Kaur I., Bala M., Bajaj H. Performance evaluation of wlan by varying PCF, DCF and enhanced DCF slots to improve quality of service // IOSR Journal of Computer Engi-neering. 2012. vol. 2. pp. 29–33.
40. Shigeo S., Daiki T. Bistable Behavior of IEEE 802.11 Distributed Coordination Func-tion // 22nd International Symposium on Wireless Personal Multimedia Communica-tions. 2019. pp. 1–6.
41. Burton M. 802.11 Arbitration // Certified Wireless Network Professional Inc. Durham. 2009. 24 p.
42. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ 2018614894 Российская Федерация. Программный комплекс оптимизации работы сетей радиосвязи; правообладатели и авторы А.А. Бойко, М.А. Перегудов, И.А. Семченко, А.С. Стешковой. – № 2018612052; заявл. 05.03.2018; опубл. 19.04.2018.
43. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ 2019665751 Российская Федерация. Программный комплекс диагностирования сетей цифровой радиосвязи; правообладатели и авторы М.А. Перегудов, И.С. Дегтярев, А.Я. Уманский, И.А. Семченко, А.С. Стешковой, А.В. Щеглов. – № 2019664891; заявл. 21.11.2019; опубл. 28.11.2019.
2. Титов К.Д., Завалишина О.Н. Оценка помехоустойчивости системы связи стан-дарта IEEE 802.11ac при воздействии помех // Успехи современной радиоэлек-троники. 2019. № 12. С. 191–196.
3. Deniau V et al. IEEE 802.11n Communications in the Presence of FrequencySweep-ing Interference Signals // IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. 2017. vol. 59. no. 5. pp. 1625–1633.
4. Scalia L., Tinnirello I., Giustiniano D. Side effects of ambient noise immunity tech-niques on outdoor IEEE 802.11 deployments // GLOBECOM. Proceedings of the Global Telecommunications Conference. 2008. pp. 1–6.
5. Титов К.Д., Липатов А.О., Завалишина О.Н. Оценка помехоустойчивости системы связи стандарта IEEE 802.11n при воздействии помех с учётом структуры пакета передаваемых данных // Теория и техника радиосвязи. 2019. № 4. С. 95–107.
6. Макаренко С.И. Динамическая модель системы связи в условиях функциональ-но-разноуровневого информационного конфликта наблюдения и подавления // Системы управления, связи и безопасность. 2015. № 3. С. 122–185.
7. Аганесов А.В., Макаренко С.И. Модель воздушно-космической сети связи с иерархическим принципом ретрансляции информационных потоков // Радио-технические и телекоммуникационные системы. 2015. № 4. С. 43–51.
8. Бойко А.А. Способ аналитического моделирования процесса распространения вирусов в компьютерных сетях различной структуры // Труды СПИИРАН. 2015. Вып. 5. С. 196–211.
9. Бойко А.А., Обущенко Е.Ю., Щеглов А.В. Особенности синтеза полного множества тестовых способов удаленного информационно-технического воздействия на пространственно распределенные системы информационно-технических средств // Вестник Воронежского государственного университета. 2017. № 2. С. 33–45.
10. Перегудов М.А., Бойко А.А. Модель процедуры случайного множественного доступа к среде типа S-ALOHA // Информационно-управляющие системы. 2014. № 6. С. 75–81.
11. Перегудов М.А., Бойко А.А. Оценка защищенности сети пакетной радиосвязи от имитации абонентских терминалов на уровне процедуры случайного множе-ственного доступа к среде типа S-ALOHA // Информационные технологии. 2015. № 7. С. 527–534.
12. Перегудов М.А., Семченко И.А. Оценка эффективности случайного множествен-ного доступа к среде типа ALOHA при голосовых соединениях, передаче слу-жебных команд, текстовых сообщений и мультимедийных файлов в условиях деструктивных воздействий // Труды СПИИРАН. 2019. Т. 18. № 4. С. 887–911.
13. Перегудов М.А., Стешковой А.С., Бойко А.А. Вероятностная модель процедуры случайного множественного доступа к среде типа CSMA/CA // Труды СПИ-ИРАН. 2018. Вып. 4(59). С. 92–114.
14. Перегудов М.А., Бойко А.А. Модель процедуры зарезервированного доступа к среде сети пакетной радиосвязи // Телекоммуникации. 2015. № 6. С. 7–15.
15. Перегудов М.А., Бойко А.А. Модель процедуры управления питанием сети па-кетной радиосвязи // Телекоммуникации. 2015. № 9. С. 13–18.
16. Перегудов М.А., Стешковой А.С. Модель централизованной синхронизации элементов сетей цифровой радиосвязи со случайным множественным доступом к среде типа CSMA/CA // Труды СПИИРАН. 2020. Т. 19. № 1. С. 128–154.
17. Liu C., Qiu J. Performance study of 802.11w for preventing DoS attacks on wireless local area networks // Wireless personal communications. 2017. no. 95. pp. 1031–1053.
18. Kaur J. Mac Layer Management Frame Denial of Service Attacks // International Conference on Micro-Electronics and Telecommunication Engineering. 2016. pp. 155–160.
19. Filipek J., Hudec L. Securing mobile ad hoc networks using distributed firewall with PKI // IEEE 14th International Symposium on Applied Machine Intelligence and In-formatics. 2016. pp. 321–325.
20. Yacchirena A. et al. Analysis of attack and protection systems in Wi-Fi wireless net-works under the Linux operating system // IEEE International Conference on Auto-matica. 2016. pp. 1–7.
21. Liu C., Qiu J. Performance study of 802.11w for preventing DoS attacks on wireless local area networks // Wireless personal communications. 2017. no. 95. pp. 1031–1053.
22. Noman H.A., Abdullah S.M., Mohammed H.I. An Automated Approach to Detect Deauthentication and Disassociation Dos Attacks on Wireless 802.11 Networks // In-ternational Journal of Computer Science Issues. 2015. vol. 12. pp. 1694–1784.
23. Перегудов М. А., Стешковой А. С., Щеглов А. В. Описательная модель канально-го уровня сетей цифровой радиосвязи семейства стандартов IEEE 802.11 // Си-стемы управления, связи и безопасности. 2020. № 3. С. 203–221.
24. Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifica-tions // IEEE Computer Society LAN MAN Standards Committee. 1997.
25. IEEE standard for information technology–telecommunications and information exchange between systems local and metropolitan area networks–specific requirements PART 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications // IEEE Std. 802.11–2012. 2012. pp. 1–2793.
26. IEEE Standards Association/IEEE Computer Society. Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications; Amendment 4: En-hancements for Very High Throughput for Operation in Bands Below 6 GHz // IEEE Std. 802.11–2013. pp. 1–425.
27. Kanjanavapastit A., Landfeldt B. An Analysis of a Modified Point Coordination Function in IEEE 802.11 // Proceedings of IEEE 14th Personal, Indoor and Mobile Radio Communications. 2003. vol. 2. pp. 1732–1736.
28. Sikdar B. An analytic model for the delay in IEEE 802.11 PCF MAC based wireless networks // IEEE Transactions on Wireless Communications. 2007. vol. 4. no. 6. pp. 1542–1560.
29. Qiao D., Choi S., Soomro A., Shin G. Energy-Efficient PCF Operation of IEEE 802.11a Wireless LAN // Proc. IEEE INFOCOM. 2002. vol. 2. pp. 580–589.
30. Guan Z., Yang Z. J., He M. Energy-efficient analysis of an IEEE 802.11 PCF MAC protocol based on WLAN // Journal of Ambient Intelligence & Humanized Compu-ting. 2018. pp. 1–11.
31. Zheng G., Zhi-Jun Y., Min H. Energy-efficient analysis of an IEEE 802.11 PCF MAC protocol based on WLAN // Journal of Ambient Intelligence and Humanized Compu-ting. 2018. pp. 1–11.
32. Eyadeh, A., Jarrah, M., Aljumaili, A. Modeling and simulation of performance limits in IEEE 802.11 point-coordination function // International Journal of Recent Tech-nology and Engineering. 2019. vol. 8(4). pp 5575–5580.
33. Noman H.M. PCF and DCF Performances Evaluation for a Non Transition 802.11 Wireless Network using OPNET Modular // International Journal of Soft Computing and Engineering. 2017. vol. 7. pp. 2231–2307.
34. Sarmah S., Sharma S.K. Performance Analysis of IEEE 802.11 WLANs by varying PCF, DCF and EDCF to Enhance Quality of service // International Journal of Com-puter Applications. 2016. pp. 138.
35. Dhaliwal A.S. Analyzing the Impact of DCF and PCF on WLAN Network Standards 802.11a, 802.11b and 802.11g // Engineering and Technology, International Journal of Electrical, Computer, Energetic, Electronic and Communication Engineering. 2013. no. 7. pp. 1594–1598.
36. Chen D., Garg S., Kappes M., Trivedi K. Supporting VBR VoIP traffic in IEEE 802.11 WLAN in PCF mode // Avaya Laboratories. 2002. vol. 26. 538 p.
37. Vishnevsky V., Lyakhov A. Analytical Study of IEEE 802.11 PCF for egional and Metropolitan Area Networks // Cybernetics and nformation Techbologies. 2005. vol. 5. no. 2. pp. 117–136.
38. Liu Q., Zhao D., Zhou D. An analytic model for enhancing IEEE 802.11 point coordi-nation function media access control protocol // European transactions on telecommunications. 2011. vol. 22. pp. 332–338.
39. Kaur I., Bala M., Bajaj H. Performance evaluation of wlan by varying PCF, DCF and enhanced DCF slots to improve quality of service // IOSR Journal of Computer Engi-neering. 2012. vol. 2. pp. 29–33.
40. Shigeo S., Daiki T. Bistable Behavior of IEEE 802.11 Distributed Coordination Func-tion // 22nd International Symposium on Wireless Personal Multimedia Communica-tions. 2019. pp. 1–6.
41. Burton M. 802.11 Arbitration // Certified Wireless Network Professional Inc. Durham. 2009. 24 p.
42. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ 2018614894 Российская Федерация. Программный комплекс оптимизации работы сетей радиосвязи; правообладатели и авторы А.А. Бойко, М.А. Перегудов, И.А. Семченко, А.С. Стешковой. – № 2018612052; заявл. 05.03.2018; опубл. 19.04.2018.
43. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ 2019665751 Российская Федерация. Программный комплекс диагностирования сетей цифровой радиосвязи; правообладатели и авторы М.А. Перегудов, И.С. Дегтярев, А.Я. Уманский, И.А. Семченко, А.С. Стешковой, А.В. Щеглов. – № 2019664891; заявл. 21.11.2019; опубл. 28.11.2019.
Опубликован
2020-12-04
Как цитировать
Перегудов, М. А., & Стешковой, А. С. (2020). Модель централизованно-зарезервированного доступа к среде в сетях цифровой радиосвязи. Информатика и автоматизация, 19(6), 1332-1356. https://doi.org/10.15622/ia.2020.19.6.8
Раздел
Цифровые информационно-телекоммуникационные технологии
Copyright (c) Анатолий Сергеевич Стешковой, Максим Анатольевич Перегудов
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Авторы, которые публикуются в данном журнале, соглашаются со следующими условиями: Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и передают журналу право первой публикации вместе с работой, одновременно лицензируя ее на условиях Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным указанием авторства данной работы и ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале. Авторы сохраняют право заключать отдельные, дополнительные контрактные соглашения на неэксклюзивное распространение версии работы, опубликованной этим журналом (например, разместить ее в университетском хранилище или опубликовать ее в книге), со ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале. Авторам разрешается размещать их работу в сети Интернет (например, в университетском хранилище или на их персональном веб-сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению, а также к большему количеству ссылок на данную опубликованную работу (Смотри The Effect of Open Access).