Оценка эффективности случайного множественного доступа к среде типа ALOHA при голосовых соединениях, передаче служебных команд, текстовых сообщений и мультимедийных файлов в условиях деструктивных воздействий
Ключевые слова:
сеть цифровой радиосвязи, деструктивное воздействие, аналитическая модель, случайный множественный доступ к среде, ALOHA, вероятность передачи, эффективность функционированияАннотация
Оценка защищенности сетей цифровой радиосвязи при деструктивных воздействиях злоумышленника является важной задачей. Однако для случайного множественного доступа к среде типа ALOHA в сетях цифровой радиосвязи такая оценка не проводилась. В работе представлена аналитическая модель случайного множественного доступа к среде типа ALOHA в условиях деструктивных воздействий. В этой модели в качестве результирующего показателя оценки эффективности случайного доступа выступает обобщенный показатель, включающий вероятность успешного голосового соединения, передачи служебной команды, тестового сообщения или мультимедийного файла, степень наполнения и степень переполнения пакетами данных сети цифровой радиосвязи. Новый комплексный показатель — вероятность успешного голосового соединения, передачи служебной команды, тестового сообщения или мультимедийного файла — учитывает известные вероятности успешной доставки пакета данных, создания коллизии и свободного канала, а также новые средние времена передачи последовательности пакетов данных и коллизии, образованной при такой передаче. Новые показатели – степень наполнения и степень переполнения пакетами данных в сети цифровой радиосвязи определяют, насколько близко (далеко) от максимума находится значение комплексного показателя. Модель учитывает потенциально возможные деструктивные воздействия со стороны злоумышленника путем уточнения аналитических выражений для известных вероятностных и новых временных характеристик. Установлено, во-первых, количественная взаимосвязь между вероятностью успешного голосового соединения, передачи служебной команды, тестового сообщения или мультимедийного файла и средней длительностью коллизии в канале передачи данных, а, во-вторых, для гарантированного вывода из строя сети цифровой радиосвязи со случайным множественным доступом к среде типа ALOHA злоумышленник должен постоянно осуществлять деструктивное воздействие. Результаты работы применимы в области проектирования сетей цифровой радиосвязи, функционирующих в условиях деструктивных воздействий, а также при разработке автоматических систем оптимизации работы сетей цифровой радиосвязи и их защиты от таких воздействий.
Литература
2. Перегудов М.А., Бойко А.А. Оценка защищенности сети пакетной радиосвязи от имитации абонентских терминалов на уровне процедуры случайного множественного доступа к среде типа S-ALOHA // Информационные технологии. 2015. № 7. С. 527–534.
3. Перегудов М.А., Бойко А.А. Модель процедуры зарезервированного доступа к среде сети пакетной радиосвязи // Телекоммуникации. 2015. № 6. С. 7–15.
4. Перегудов М.А., Бойко А.А. Модель процедуры управления питанием сети пакетной радиосвязи // Телекоммуникации. 2015. № 9. С. 13–18.
5. Перегудов М.А., Стешковой А.С., Бойко А.А. Вероятностная модель процедуры случайного множественного доступа к среде типа CSMA/CA // Труды СПИИРАН. 2018. Вып. 4(59). С. 92–114.
6. Макаренко С.И. Описательная модель системы спутниковой связи Iridium // Системы управления, связи и безопасности. 2018. № 4. С. 1–34.
7. ETSI TS 102 361-1 V2.4.1 (2016-02) Digital Mobile Radio (DMR) Systems; Part 1: DMR Air Interface (AI) protocol // European Telecommunications Standards Institute. 2016.
8. Abramson N. The ALOHA system: another alternative for computer communications // AFIPS Conference Proceedings. 1970. pp. 281–285
9. Carleial A.B., Hellman M.E. Bistable behavior of ALOHA- type systems // IEEE Transactions on Communications. 1975. vol. 23. pp. 401–410.
10. Kobayashi H., Onozato Y., Huynh D. An Approximate Method for Design and Analysis of an ALOHA System // IEEE Transactions Communications. 1977. vol. 25. pp. 148–158.
11. Захаров А.С. Метод случайного доступа. Часть 1 // Ярославский государственный университет. 2012. 36 с.
12. Цыбаков Б.С., Бакиров В.Л. Устойчивость несинхронной системы Алоха // Проблемы передачи информации. 1984. Т. 20. № 1. С. 82–94.
13. Choudhury G.L., Rappaport S. Diversity ALOHA-A random access scheme for satellite communications // IEEE Transactions Communications. 1983. vol. 31. no. 3. pp. 450–457.
14. Ferguson М.J. A Study of Unslotted ALOHA with Arbitrary Message Lengths // Proceedings of the Symposium on Data Communications. 1975. pp. 5.20–5.25.
15. Sant D. Throughput of Unslotted ALOHA Channels with Arbitrary Packet Interarrival Time Distributions // IEEE Transactions on Communications. 1980. vol. 28. no. 8. pp. 1422–1425.
16. Roberts L.G. ALOHA packet system with and without slots and capture // ACM SIGCOMM Computer Communication Review. 1975. vol. 5. no. 2. pp. 28–42.
17. Dziech A., Pach A.R. Bounds on the throughput of an unslotted aloha channel in the case of a heterogeneous users' population // Kybernetika. 1989. vol. 25(6). pp. 476–485.
18. Ferguson M.J. An approximate analysis of delay for fixed and variable length packets in an unslotted ALOHA channel // IEEE Transactions on Communications. 1977. vol. 25(7). pp. 644–654.
19. Bellini S., Borgonovo F. On the throughput of an ALOHA channel with variable length packets // IEEE Transactions on Communications. 1980. vol. 28(11). pp. 1932–1935.
20. Kissling C. Performance Enhancements for Asynchronous Random Access Protocols over Satellite // 2011 IEEE International Conference on Communications (ICC). 2011. pp. 1–6.
21. Collard F., De Gaudenzi R. On the Optimum Packet Power Distribution for Spread Aloha Packet Detectors with Iterative Successive Interference Cancelation // IEEE Transactions on Wireless Communications. 2014. vol. 13. no. 12. pp. 6783–6794.
22. De Gaudenzi R., del Rio Herrero O., Gallinaro G. Enhanced spread aloha physical layer design and performance // International Journal of Satellite Communications and Networking. 2014. vol. 32. no. 6. pp. 457–473.
23. Clazzer F., Marchese M. Layer 3 Throughput Analysis of Advanced ALOHA Protocols // 2014 IEEE International Conference on Communications Workshops (ICC). 2014. pp. 533–538.
24. Stefanovic C., Popovski P., Vukobratovic D. Frameless ALOHA Protocol for Wireless Networks // IEEE Communications Letters. 2012. vol. 16. no. 12. pp. 2087–2090.
25. Gallinaro G. et al. Enhanced spread spectrum ALOHA system level performance assessment // International Journal of Satellite Communications and Networking. 2014. vol. 32. no. 6. pp. 485–503.
26. Tong Z., Haenggi M. A Throughput-Optimum Adaptive ALOHA MAC Scheme for Full-Duplex Wireless Networks // 2015 IEEE Global Communications Conference (GLOBECOM). 2014. pp. 1–6.
27. Zheng L., Cai L. AFDA: Asynchronous flipped diversity ALOHA for emerging wireless networks with long and heterogeneous delay // IEEE Transactions on Emerging Topics in Computing. 2014. vol. 3. no. 1. pp. 64–73.
28. Wang L., Li H., Jiang Y. Adaptive-opportunistic Aloha: A media access control protocol for unmanned aerial vehicle-wireless sensor network systems // International Journal of Distributed Sensor Networks. 2016. vol. 12(8). pp. 1–11.
29. Sriwan A., Sittichivapak S. Performance Analysis of ALOHA Framework under Limited Access of Data Transmission for Active RFID System // Procedia Computer Science. 2016. vol. 86. pp. 19–22.
30. ETSI TS 102 361-2 V2.3.1 (2016-02) Digital Mobile Radio (DMR) Systems; Part 2: DMR voice and generic services and facilities // European Telecommunications Standards Institute. 2016.
31. Paolini E., Liva G., i Amat A.G. A structured irregular repetition slotted ALOHA scheme with low error floors // 2017 IEEE International Conference on Communications (ICC). 2017. pp. 1–6.
32. Ivanov M., Brännström F., i Amat A.G., Popovski P. Broadcast Coded Slotted ALOHA: A Finite Frame Length Analysis // IEEE Transactions on Communications. 2017. vol. 65(2). pp. 651–662.
33. Reis J. et al. Performance of a cognitive p-persistent slotted Aloha protocol // 2015 IEEE International Conference on Communication Workshop (ICCW). 2015. pp. 405–410.
34. Laufer R., Kleinrock L. On the Capacity of Wireless CSMA/CA Multihop Networks // 2013 Proceedings IEEEINFOCOM. 2013. pp. 1312–1320.
35. Doost-Mohammady R., Naderi M.Y., Chowdhury K.R. Performance Analysis of CSMA/CA based Medium Access in Full Duplex Wireless Communications // IEEE Transactions on Mobile Computing. 2015. vol. 15. no. 6. pp. 1457–1470.
36. Ganhão F. et al. Uplink Performance Evaluation of Packet Combining ARQ for MPR Prefix-Assisted DS-CDMA // IEEE Transactions on Communications. 2016. vol. 63(7). pp. 2685–2697.
37. Yang Y., Chen B., Srinivasan K., Shroff N. Characterizing the achievable throughput in wireless networks with two active RF chains // IEEE INFOKOM 2014-IEEE Conference on Computer Communications. 2014. pp. 262–270.
38. ETSI. (RES06.1). Scenarios for Comparison of Technical Proposals for DTRS. Working document (91)23 // European Telecommunications Standards Institute. 1991.
Опубликован
Как цитировать
Раздел
Copyright (c) 2019 Максим Анатольевич Перегудов, Иван Александрович Семченко
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).