Устойчивое и непрерывное функционирование системы управления войсками и ее автоматизированной системы управления (АСУ) обеспечивается рядом технических и организационных мероприятий. Как показал опыт ведения боевых действий, от функционирования АСУ зависит принятие управленческих решений, обеспечивающих управление войсками и оружием. Период с 2022 года по настоящее время характеризуется значительным ростом внимания командного состава Вооруженных сил Российской Федерации к повышению уровня автоматизации процесса управления войсками и вооружением. Впоследствии это повлияло на разработку и внедрение автоматизированной системы межвидового информационного обмена, которая представляет собой комплекс программно-технических средств, предназначенный для обеспечения возможности применения (комплексирования) средств разведки, огневого поражения и оперативного управления в первую очередь тактическими воинскими формированиями. При этом информационно-техническое взаимодействие между ними может осуществляться по выделенной сети передачи данных, а также с применением специальных беспроводных сетей, реализуемых с использованием средств доступа в открытый сегмент сети передачи данных Министерства обороны (полевых и стационарных).
Вместе с тем беспроводные сети передачи данных являются основным каналом связи для подразделений тактического звена управления, а их развертывание стало большой проблемой вследствие отсутствия необходимых средств связи и достаточного опыта в развертывании таких сетей. Решением проблемы стала технология LoRa [1].
Технология LoRa (Long Range) базируется на принципе передачи данных с низким энергопотреблением и высокой дальностью действия. Основой является модуляция частоты, что позволяет достичь эффективной связи на расстоянии до нескольких километров. Рассмотрим основные принципы работы технологии LoRa.
Модуляция частоты
LoRa использует расширенный спектр для передачи данных, что позволяет увеличить дальность связи при низкой потребляемой энергии, а варьирование линейно-частотной модуляции в сочетании с этим принципом гарантирует отличную проходимость сигнала.
Спектральная эффективность
LoRa обеспечивает высокую спектральную эффективность, что расширяет возможность использования радиочастот. Это важно для предотвращения интерференции и обеспечения стабильной связи.
Для развертывания сетей LoRa применяется сетевой протокол LoraWAN, обеспечивающий взаимодействие физических устройств LоRa и связывающий их с сетевым оборудованием в IP-сетях.
LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) представляет собой беспроводной протокол связи, разработанный для интернета вещей (IoT). Он обеспечивает большой радиус действия и низкое энергопотребление, что делает его идеальным выбором для передачи данных в удаленных и труднодоступных местах.
В случае использования LoRaWAN сеть состоит из следующих элементов: конечное устройство, шлюзы, сетевой сервер и сервер приложений (рис. 1).
Рис. 1. Архитектура сети LoRaWAN
Связь между шлюзами и сетевым сервером осуществляется через стандартные IP-соединения, а между шлюзами и конечными устройствами — через беспроводные соединения, применяющие широкополосную
модуляцию LoRа.
Типовая сеть LoRaWAN представляет собой совокупность шлюзов, пересылающих сообщения между оконечными устройствами и центральным сервером, и характеризуется топологией «звезда — звезда» (рис. 2).
Рис. 2. Типовая сеть LoRaWAN
LoRaWAN включает механизмы управления для эффективной работы сети [2]:
1 Процесс активации устройства (Device Activation). Существует два режима активации устройства: OTAA (Over-The-Air Activation) и ABP (Activation By Personalization). OTAA позволяет устройствам присоединяться к сети с динамическими ключами, в то время как ABP использует статические ключи.
2 Управление частотой (Channel Management). LoRaWAN работает на различных частотах, управление которыми важно для предотвращения интерференции. Сетевые серверы и шлюзы согласуют использование частот для оптимизации сети.
Безопасность играет критическую роль в LoRaWAN. Вот некоторые аспекты безопасности этого протокола:
1 Шифрование данных. LoRaWAN использует AES (Advanced Encryption Standard) для шифрования данных между устройствами и серверами. Это обеспечивает конфиденциальность передаваемой информации.
2 Ключи безопасности. Протокол использует ключи для аутентификации и шифрования. OTAA предоставляет динамические ключи, что повышает безопасность.
3 Аутентификация устройств. Процесс активации устройства включает аутентификацию для предотвращения несанкционированного доступа.
4 Сетевая безопасность. Сетевой сервер контролирует доступ к сети и с целью обеспечения безопасности принимает такие меры, как фильтрация пакетов и обнаружение атак.
Таким образом, наряду с множеством преимуществ сети LoRaWAN имеют и недостатки (рис. 3).
Рис. 3. Преимущества и недостатки сетей LoRaWAN
Технология LoRa не ограничивается только промышленным применением, охватывая широкий спектр повседневных сценариев. На рис. 4 приведены примеры успешного использования технологии LoRaWAN в различных сферах повседневной жизни [4].
Рис. 4. Примеры использования технологии LoRaWAN
Перспективы внедрения LoRaWAN в Вооруженные силы РФ
В настоящее время стремительное развитие технологии LoRaWAN открывает перед Вооруженными силами РФ новые горизонты в области коммуникации.
В первую очередь стоит подчеркнуть стремление к увеличению пропускной способности системы. Современные военные операции требуют передачи больших объемов данных в реальном времени, включая видеопотоки, геопространственные данные и другую важную информацию. Развитие LoRaWAN в этом направлении может стать ключевым фактором в обеспечении высокоскоростных коммуникаций на поле боя.
Другим важным аспектом является работа над повышением стойкости системы к внешним воздействиям. В условиях военных действий система связи должна быть устойчивой к электромагнитным помехам, блокировкам сигнала и другим видам воздействия противника. Постоянные исследования в этой области позволяют укрепить уровень защиты LoRaWAN, делая его более надежным в условиях воздействия противника.
Интеграция с передовыми технологиями, такими как искусственный интеллект, обещает революционное обеспечение связью в военных операциях. Внедрение искусственного интеллекта в LoRaWAN может предоставить возможности для автоматизации процессов, анализа больших объемов данных и принятия оперативных решений на основе интеллектуальных алгоритмов.
Расширение радиуса действия этой технологии также играет важную роль в ее перспективах. Это особенно актуально для военных операций в различных климатических и географических условиях. Развитие технологии в этом направлении позволит усилить связь на больших территориях в труднодоступных регионах.
Таким образом, технология LoRaWAN демонстрирует значительные перспективы для обеспечения связью в военных операциях. Стремительное развитие и постоянные исследования в этой области обещают создать более эффективные, устойчивые и высокотехнологичные средства связи для Вооруженных сил.
Представим себе сценарий военной операции, где ключевую роль в обеспечении связью играет технология LoRаWAN. Солдаты, оснащенные LоRаWAN-устройствами, обладают возможностью передачи геолокационных данных, обмена текстовыми сообщениями и видеопотоками в режиме реального времени. Их оборудование также способно анализировать окружающую обстановку и предоставлять солдатам важную тактическую информацию.
В реальности применение такого подхода информационного обмена уже апробируется в Вооруженных силах Российской Федерации с применением специального программного обеспечения поддержки принятия решения «Гроза» и изготавливаемых собственными силами модулей LoRа (рис. 5). Специальные устройства, размещенные непосредственно на солдатах, позволяют отправлять данные о состоянии их окружения, которые передаются по LoRаWAN-сети на командный пункт. Это обеспечивает командиру полную картину боевой обстановки и позволяет быстро принимать тактическое решение.
Рис. 5. Изделие LoRа от производителя СППР «Гроза»
Развернутая сеть позволяет подключать пункты управления посредством локально-вычислительных сетей, а вот уже мобильные абоненты ведут обмен с помощью модулей LoRа. Бесшовная связь мобильных абонентов, работающих в сетях LoRаWAN, и пунктов управления, подключенных в локально-вычислительные сети, обеспечивается с помощью шлюзового устройства на платформе Android.
В настоящее время многие перспективные компании, работающие в направлении развития АСМИО, активно ведут исследования и внедряют свои концепции в совершенствование технологии LoRа (рис. 6) и вариантов ее применения.
Рис. 6. Способы исполнения изделий технологии LoRа
Кроме того, ведутся разработки в области применения беспилотных аппаратов, которые широко внедряются в боевую работу Вооруженных сил с целью создания сетей между дронами, выполняющими разведывательные миссии, а также с целью реализации развертывания сенсорных сетей морского базирования для обеспечения постоянной осведомленности о морской обстановке.
Перспективой дальнейшего развития технологии LoRаWAN в военных операциях является создание «умных» сетей на поле боя. Военные системы, интегрированные с этой технологией, будут способны автоматически адаптироваться к изменяющейся обстановке, координировать действия между солдатом и дроном, а также предоставлять обратную связь для оперативного принятия решения.
Таким образом, активные работы по внедрению технологии LoRа очевидным образом делают ее основной перспективой в развитии беспроводных сетей передачи данных Вооруженных сил Российской Федерации.
Используемая литература:
- Шостак И.В. Применение технологии LoRа в беспроводных сетях специального назначения // Труды конференции молодых ученых и специалистов «Информационные технологии и нанотехника». 2019.
- Кобяков В.А., Мишанцев С.В. Применение технологии LoRа для обеспечения сетей малой протяженности // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2018. № 11. С. 170-175.
- Кравченко Г.А., Николаев С.С. Анализ возможностей и характеристик технологии LoRа для применения в беспроводных сетях связи // Сборник статей конференции «Инновационные технологии в машиностроении и металлообработке». 2020. С. 88-93.
- Иванов В.Г. Модель технической основы системы управления специального назначения в едином информационном пространстве на основе конвергентной инфраструктуры системы связи: Монография. СПб.: СПбПУ, 2018.
