Разработка и исследование методов повышения скорости и помехозащищенности обмена данными в условиях деструктивных воздействий на низкоорбитальные системы спутникового интернета

Решить проблему всеобщего доступа к ресурсам сети Интернета в районах Крайнего Севера можно за счет использования низкоорбитальных систем спутникового интернета (НССИ). Примером реализации такой системы является проект StarLink, первая фаза которого уже завершена. Российским аналогом является «Глобальная многофункциональная инфокоммуникационная спутниковая система», имеющая группировку из 640 низкоорбитальных спутников. Ключевой характеристикой развертываемой НССИ является скорость передачи информации на участке «спутник-Земля». Одним из решений этой проблемы является использование систем CE-OFDM. Однако существующие методы повышения скорости передачи информации в системах OFDM, практически достигли предельных возможностей. Повысить скорость передачи информации возможно за счет замены БПФ на целочисленное дискретное вейвлет-преобразование (ЦДВП), реализуемое в избыточных модулярных кодах классов вычетов (ИМККВ). В ИМККВ многоразрядное целое число представляется в виде набора остатков, которые получаются при его делении на простые числа – основания кода. В результате операции сложения, вычитания и умножения, а именно они используются в ЦДВП, в ИМККВ выполняются параллельно по основаниям над остатками, что позволило повысить скорость обработки сигналов OFDM. Кроме того, ИМККВ способны корректировать ошибки, которые возникают как в процессе вычислений, так и при передаче по каналу связи. Таким образом, использование ИМККВ позволило устранить повторную передачу кадра сигнала OFDM, которая была вызвана ошибками, как из-за сбоев или отказов в системе связи, так и помех в канале связи. В результате этого была достигнута максимально возможная скорость обмена данными в НССИ. Рассматривая вопросы повышения эффективности работы спутникового интернета нельзя не отметить еще одно деструктивное воздействие на НССИ - навязывание со стороны спутник-нарушителя неавторизованного контента. Для предотвращения такой ситуации был разработан протокол аутентификации космического аппарата (КА). При этом использование в данном протоколе ИМККВ позволило перейти от вычислений с большими числами (140 и более разрядов) к малоразрядным вычислениям. Это позволило уменьшить время на опознавание КА при сохранении имитостойкости протокола, обеспечивая максимально возможную скорость обмена данными. Полученные в ходе исследований результаты находятся на стыке теории кодирования, теории дискретных вейвлет-преобразований сигналов, теории построения криптографических протоколов аутентификации. Для достижения главной цели проекта, которая связана с повышением скорости и помехозащищенности обмена данными в условиях деструктивных воздействий на НССИ за счет использования избыточных модулярных кодов, были разработаны: - методы выполнения ЦДВП в модулярных кодах, применение которых позволило повысить скорость передачи информации за счет уменьшения времени на обработку сигнала OFDM; - методы коррекции ошибок с использованием ИМККВ, устраняющие повторную передачу кадра сигнала OFDM из-за ошибок вызванных как сбоем или отказом оборудования, так и помехами; - протокол аутентификации спутника, реализованный в ИМККВ, обладающий минимальным временем на опознавание КА. Научная новизна проекта состояла в том, что, несмотря на разную физическую природу деструктивных воздействий на НССИ (сбои, отказы, помехи, навязывание контента), для устранения их последствий было предложено использование единой математической системы - избыточных модулярных кодах классов вычетов. Все ожидаемые результаты выполнения проекта были получены в полном объеме. К ним относятся разработанные: - методы выполнения ЦДВП в конечных полях и ИМККВ, реализация которых, позволила обеспечить более высокую скорость передачи данных в системах OFDM за счет распараллеливания вычислений при выполнении цифровой обработки сигналов; - методы коррекции ошибок с использованием ИМККВ, устраняющие повторную передачу кадра сигнала OFDM из-за ошибок вызванных как сбоем или отказом оборудования, так и помехами; - принципы построения модулярного турбокода; - помехоустойчивый протокол аутентификации спутника, обладающий минимальными временными затратами на определение его статуса.