Вероятностная модель процедуры случайного множественного доступа к среде типа CSMA/CA

Today its very important to provide the safety functioning of digital radio networks in the conditions of destructive influences from the malefactor. Antijamming methods are applied to protection against destructive influences at the physical OSI level, and on network and the highest OSI levels enciphering is applied. Practice shows that the most dangerous vulnerabilities for destructive influences are concentrated on the data link level of digital radio networks in the procedures which are responsible for random multiple access for subscribers. In work the mathematical model of the procedure of random multiple access to the environment of a digital radio networks like CSMA/CA is presented. The model takes into account potentially possible destructive influences on the part of the malicious intent by clarifying its probabilistic and temporal characteristics and allows evaluating the effectiveness of random multiple access to the environment of digital radio networks like CSMA/CA under such conditions. As a result of the simulation, it was revealed that with practically identical values of the potentially destructive effects characteristics, the effectiveness of the existing algorithms for realizing random multiple access to the CSMA/CA type environment is tending to zero. The results of the work are applicable in the development of algorithms for automatic recovery of the operability of digital radio communication networks in conditions of destructive influences on the part of the attacker.Сегодня вопрос обеспечения безопасности функционирования сетей цифровой радиосвязи в условиях деструктивных воздействий со стороны злоумышленника имеет особое значение. Для предотвращения деструктивных воздействий на физическом уровне OSI применяются методы помехозащиты, а на сетевом и высших уровнях – шифрование. Практика показывает, что наиболее опасные уязвимости для деструктивных воздействий сосредоточены на канальном уровне сетей цифровой радиосвязи в процедурах, отвечающих за случайный множественный доступ абонентов к среде. И только для процедуры случайного множественного доступа к среде сетей цифровой радиосвязи типа S-ALOHA разработаны математические модели, позволяющие оценивать эффективность её функционирования в условиях потенциально возможных деструктивных воздействий. Даная процедура применяется в сетях цифровой радиосвязи стандартов GSM, TETRA, DMR, LTE. Однако в Wi-Fi и Bluetooth сетях, используемых в настоящее время в каждом доме, применяется процедура случайного множественного доступа к среде типа CSMA/CA. В работе представлена математическая модель процедуры случайного множественного доступа к среде сетей цифровой радиосвязи типа CSMA/CA. Модель учитывает потенциально возможные деструктивные воздействия со стороны злоумышленника путем уточнения аналитических выражений для вероятностных и временных характеристик в известных моделях, а также за счет использования нового показателя – вероятности занятости канала связи. В Wi-Fi и Bluetooth сетях в случае занятости канала связи по причине коллизии или успешной передачи таймер отсрочки передачи каждого абонентского терминала останавливается. В известных моделях данная особенность сетей цифровой радиосвязи со случайным множественным доступом к среде типа CSMA/CA не учитывается, а в настоящей работе учитывается с использованием вероятности занятости канала связи. Установлено, что при потенциально возможных деструктивных воздействиях эффективность существующих алгоритмов реализации случайного множественного доступа к среде типа CSMA/CA стремится к нулю. Результаты работы применимы в области разработки алгоритмов автоматического восстановления работоспособности сетей цифровой радиосвязи на канальном уровне OSI

Оценка эффективности случайного множественного доступа к среде типа ALOHA при голосовых соединениях, передаче служебных команд, текстовых сообщений и мультимедийных файлов в условиях деструктивных воздействий

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

Оценка эффективности случайного множественного доступа к среде типа ALOHA при голосовых соединениях, передаче служебных команд, текстовых сообщений и мультимедийных файлов в условиях деструктивных воздействий

Assessing the security of digital radio networks in destructive impact conditions is an important task. However, such an assessment for random multiple access to the ALOHA-type environment in digital radio networks was not carried out. The paper presents an analytical model of random multiple access for the environment of digital radio networks of the ALOHA type in destructive impact conditions. In this model, acomplex measure, including the probability of a successful voice connection, the transfer of a service command, a text message or a multimedia file, the degree of filling and the degree of overflow of digital radio network data packets, serves as the resultant indicator for evaluating the effectiveness of random multiple media access. The new complex indicator of the probability of a successful voice connection, the transfer of a service command, a text message or a multimedia file takes into account the known probabilities of successful delivery of data packets, creation of a collision and a free channel, as well as new average transmission times for a sequence of data packets and a collision formed during such transmission. New indicators are the degree of filling and the degree of overflow of digital radio communications network data packets. They determine in saturated and supersaturated data networks of such a network how close (far) to maximum is the probability value of a successful voice connection, transmission of a service command, test message or multimedia file. The model takes into account the potential destructive effects of the attacker by refining the analytical expressions for the known probabilistic and new temporal characteristics. First, a quantitative relationship between the probability of a successful voice connection, the transfer of a service command, a text message or a multimedia file and the average duration of a data channel collisions is established./ Secondly, for guaranteed disabling a digital radio network with random multiple access to the medium ALOHA type attacker must constantly carry out a destructive impact. The results are applied in design of digital radio communications networks operating under destructive impacts, as well as in development of automatic systems for optimizing the operation of digital radio communications networks and protecting them from such impacts.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