Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
РОЗРАХУНОК Й АНАЛІЗ ХАРАКТЕРИСТИК ЗАСОБІВ ПЕРЕДАЧІ ІНФОРМАЦІЇ В СИСТЕМАХ ТЗІ
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Захист інформації
Інформація про роботу
Рік:
2010
Тип роботи:
Курсова робота
Предмет:
Засоби передачі інформації в системах технічного захисту інформації
Група:
ЗІ-32
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА»
Кафедра «Захист інформації»
КУРСОВА РОБОТА
з дисципліни:
«Засоби передачі інформації в системах технічного захисту інформації»
на тему:
«РОЗРАХУНОК Й АНАЛІЗ ХАРАКТЕРИСТИК ЗАСОБІВ ПЕРЕДАЧІ ІНФОРМАЦІЇ В СИСТЕМАХ ТЗІ»
Львів 2010
ЗМІСТ
Завдання та вихідні дані до виконання курсової роботи………………………….3
Вступ………………………………………………………………………………….4
Основна частина……………………………………………………………………..5
1. Структурна схема системи передачі…………………………………………...5
2. Розрахунок параметрів АЦП та вихідного сигналу ЦАП……………………8
3. Кодування завадостійким кодом……………………………………………...11
4. Шифрування в системі передачі інформації…………………………………14
5. Модулятор системи передачі ………………………………………………...16
6. Аналіз роботи демодулятора………………………………………………….17
7. Декодування коректуючого коду……………………………………………..19
8. Порівняння завадостійкості систем зв’язку………………………………….20
9. Розрахунок інформаційних характеристик систем передачі………………..21
10. Аналіз аналогової системи передачі………………………………………...23
Висновок…………………………………………………………………………….25
Використана література……………………………………………………………26
ЗАВДАННЯ ТА ВИХІДНІ ДАНІ
ДО ВИКОНАННЯ КУРСОВОЇ РОБОТИ
ВАРІАНТ №72
Завдання:
У системі технічного захисту інформації повідомлення неперервного джерела передають каналом зв’язку методом імпульсно-кодової модуляції (ІКМ). У каналі зв’язку використовують модуляція і завадостійке кодування. Для передачі неперервним каналом по лінії зв’язку з постійними параметрами й адитивним білим гаусовим шумом використовують модуляцію гармонічного носія сигналу. Дати опис процесів в окремих блоках заданої системи передачі, розрахувати її основні параметри та зіставити цифрову і аналогову системи передачі інформації в нижчевказаній послідовності.
Дані до завдань на курсову роботу:
Максимальна частота сигналу: Fmax=18 кГц;
Коефіцієнт амплітуди: Ka=7;
Допустиме відношення сигнал/шум квантування: pкв доп=43дБ;
Амплітуда сигналу:А0=0,05В;
Спектральна густина потужності:N0=3E – 10 Вт/Гц
Рівні квантування: 77; 109 ; 93 ;
Метод модуляції: ФМ-2
Спосіб прийому: Когерентний.
ВСТУП
Метою курсової роботи є навчитися розраховувати й аналізувати характеристики системи зв’язку в системах технічного захисту інформації. Набуття знань для розуміння принципів побудови системи передачі інформації, а також усвідомлення того, що система передачі інформації є елементом мережі зв’язку.
У даному курсовому проекті розглядаються цифрові та аналогові системи передачі інформації, розрахунок характеристик систем передачі захищеного зв’язку. Розглянемо структурну схему системи передачі, ознайомимось з кожним блоком цієї системи, з основними параметрами джерела повідомлень і каналу зв’язку.
У курсі “ Засоби передачі інформації в системах технічного захисту інформації ” вивчають основні, загальні (єдині) методи розв’язання різноманітних проблем, що виникають при передачі повідомлень з одного пункту в інший, від джерела інформації до її отримувача. Передавання повідомлень відіграє все більшу роль у людському суспільстві. Життя сучасного суспільства немислиме без широко розвинених систем захисту інформації для передачі інформації .
Без захищених систем передачі інформації не можуть функціонувати промисловість, транспорт, автоматизовані системи управління (АСУ), важливою частиною яких є система захищеного зв’язку для обміну інформацією та пристрої зберігання і обробки інформації. Питання, пов’язані з передачею інформації у природі й суспільстві, охоплює статистична теорія зв’язку або теорія передачі сигналів. Без знання основ сигналів неможливі створення нових систем технічного захисту інформації для передачі інформації та їх експлуатації. Тому вивчення засобів передачі інформації в системах технічного захисту інформації є невід’єм ною частиною теоретичної підготовки інженерів зв’язку, телекомунікацій, систем автоматики й управління та захисту інформації.
ОСНОВНА ЧАСТИНА
Структурна схема системи передачі
Завади
Призначення кожного блоку:
Джерело повідомлення призначено для подачі в систему цифрової передачі аналогового сигналу.
АЦП призначений для перетворення неперервного (аналогового) сигналу в цифровий.
Кодер простого коду призначений для підвищення завадостійкості цифрової системи передачі, шляхом внесення в коди надлишковості.
Кодер коректуючого коду призначений для виявлення та виправлення помилок, що виникають через завади в каналі.
Шифратор призначений для забезпечення таємності передачі інформації.
Модулятор призначений для узгодження сигналу із каналом зв’язку та для ущільнення каналу.
Канал зв’язку призначений для передачі повідомлень будь-якого виду від джерела до одержувача за допомогою електрозв’язку. Канал зв’язку – середовище розповсюдження електричного сигналу.
Демодулятор призначений для знаходження потрібного сигналу в каналі зв’язку, та вилучення його (первинного сигналу ) з отриманого.
Дешифратор призначений для дешифрування кодових комбінацій.
Декодер простого завадостійкого коду виправляє неправильні рішення демодулятора, використовуючи надлишковість прийнятих кодів і відновлює первинний код.
Декодер корекуючого коду призначений для виявлення помилок шляхом порівняння кодової комбінації з усіма дозволеними кодовими комбінаціями.
ЦАП призначений для перетворення кодів комбінації в аналоговий сигнал.
Одержувач повідомлень приймає аналоговий сигнал із системи цифрової передачі неперервних повідомлень.
Основні параметри які характеризують блоки
Джерело повідомлень:.
Ентропія джерела HE(B) – мінімальна кількість інформації, що знаходиться в повідомленні В(t) ( прийнятому повідомленні ) відносно B(t) (переданому повідомленню) , при якому вони ще еквівалентні.
Коефіцієнт залишку джерела ǽ - це відношення , визначаюче яка доля максимально можливої при даному алфавіті ентропії не використовується джерелом.
Продуктивність джерела, Rg – це сумарна ентропія повідомлень, переданих джерелом за одиницю часу.
Щільність ймовірності миттєвих значень сигналу P(b).
Параметри АЦП та ЦАП:
Частота дискретизації fд – мінімальна частота взяття відліків, по якій можна відновити аналоговий сигнал з задовільною щільністю.
Інтервал дискретизації Т – максимальний інтервал часу між відліками, при якому можна відновити сигнал по ним із заданою точністю.
Число рівнів квантування L . До цих дискретних рівнів АЦП прирівнюються неперервні по амплітуді відліки первинного сигналу.
Відношення сигнал/шум квантування при вибраному числі рівнів квантування.
Крок квантування Δb – різниця між двома ближніми рівнями квантування.
Допустиму ймовірність помилки символу на вході ЦАП.
Значимість двійкового коду АЦП – число розрядів кодової комбінації на виході АЦП, якою кодуються рівні квантування.
Параметри кодера завадостійкого коду:
Значимість коректуючого коду – розрядність кодової комбінації коректуючого коду.
Довжина коду n.
Тривалісь двійкового символу Tб.
Час передачі одного знаку Тзн.
Кратність помилок, що виправляються g – максимальне число помилково прийнятих розрядів кодової комбінації коректуючого коду, які можуть бути виправленими.
Розрахунок параметрів АЦП та вихідного сигналу ЦАП
Аналого-цифрові перетворювачі (АЦП) призначені для перетворення аналогової величини в цифровий код. Іншими словами, АЦП - це пристрої, які приймають аналогові сигнали і генерують відповідні їм цифрові.
У принципі, цілком реально здійснити перетворення різних фізичних величин безпосередньо в цифрову форму. Проте, процес цей досить складний і подекуди непридатний. Тому найбільш раціональним є спочатку перетворення чогось там у функціонально пов'язані з ними електричні сигнали, а потім за допомогою перетворювача напруга-код в цифрові. Саме останні і розуміються, як АЦП. Сама суть перетворення аналогових величин полягає в поданні якоїсь безперервної функції (наприклад, напруги) від часу в послідовність чисел, віднесених до якихось фіксованим моментів часу. Якщо говорити простою мовою, то нехай, наприклад, є якийсь сигнал (безперервний) і для перетворення його в цифровий необхідно цей самий сигнал представити у вигляді послідовності певних чисел, кожне з яких відноситься до певного моменту часу. Для перетворення аналогового (безперервного) сигналу в цифровий необхідно виконати три операції: дискретизація, квантування і кодування.
bx Вих.
Структурна схема АЦП
ФНЧ пропускає нижню частину сигналу, достатню для заданої точності відновлення цього сигналу. Потім дискретизатор визначає миттєві значення повідомлень через відрізок часу ΔTд, визначений згідно з теоремою Котельникова та потрібною точністю передачі інформації. Квантувач встановлює рівні, дозволені для передачі. Якщо значення відліку попадає в інтервал між дозволеними рівнями, то він округляється до найближчого дозволеного рівня. Кодер перетворює квантовані відліки в двійкові кодові комбінації, які відповідають рівням квантування.
Структурна схема ЦАП
Кодові комбінації, що надійшли на декодер перетворюються в квантовані послідовності відліків, тобто в АІМ- сигнал, який детектується ФНЧ.
- Визначити мінімально допустиму кількість рівнів квантування Lдоп. і вибрати L> Lдоп, яке дорівнює цілій степені числа 2.
Допустима кількість рівнів квантування визначається з умови:
Задане відношення сигнал/шум перетворюєм у кількісне відношення:
Довжина кодової комбінації АЦП:
Кількість рівнів кодування:
Інтервал дискретизації:
Для того, щоб в неперервний сигнал не вносилися лінійні спотворення, граничні частоти смуг пропускання ФНЧ повинні відповідати умові :
Для того, щоб ФНЧ не були надто складними, відношення граничних частот вибирають із умови:
Це відношення є сталим і його значення коливається від 1.3 до 1.4, тобто : , для зручності обчислень виберемо значення відношення граничних частот : .
Частота дискретизаці :
Визначення тривалості символу та швидкості модуляції на виході АЦП:
Відношення сигнал-шум квантування при :
3. Кодування коректуючим (завадостійким) кодом
Дозволені кодові комбінації:
– дозволена кодова комбінація,
- комбінація ненадлишкового коду,
- остача від ,
– твірний поліном.
Рівні квантування: 77, 109, 93
1. Запишемо число 72 в двійкові формі і утворимо поліном:
1.1 ;
1.2 ni=6;
1.3 ;
1.4 ;
1.5 ;
1.6 ;
Остача ;
1.7 ; 2. Запишемо число 109 в двійкові формі і утворимо поліном:
2.1 ;
2.2 ni=7;
2.3 ;
2.4 ;
2.5 ;
2.6 ;
Остача ;
2.7 ;
3. Запишемо число 93 в двійкові формі і утворимо поліном:
3.1 ;
3.2 ni=6 ;
3.3 ;
3.4 ;
3.5 ;
3.6 ;
Остача ;
3.7 ;
Кодові віддалі між кодовими комбінаціями на вході кодера:
Віддаль між: і ;
, де - кодова віддаль
Віддаль між: і ;
Віддаль між: і ;
Кодові віддалі між кодовими комбінаціями на виході кодера:
Віддаль між: і ;
Віддаль між: і ;
Віддаль між: і ;
4. Шифрування в системі передачі інформації
Для шифрування використовується алфавіт:
А Б В Г Ґ Д Е Є Ж З И І Ї Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ь Ю Я “-”, “пробіл”.
Під час шифрування кодом Цезаря кожна літера замінюється іншою, що знаходиться на деякій фіксованій віддалі. Шифр Цезаря можна класифікувати як шифр підстановки, при більш вузькій класифікації – шифр простої заміни.
Удосконаленням шифру Цезаря є кодування по методом Віженера, яке дозволяє уникнути статистичних залежностей в закодованих повідомленнях. Під час кодування символи вихідного алфавіту нумеруються починаючи з 0. Наступним кроком є запис відповідної цифри-порядкового номера алфавіту під кожним символом повідомлення, яке треба закодувати. Аналогічно встановлюється відповідність між символами ключа і відповідними буквами алфавіту. Далі отримані номери-позиції ключа і повідомлення додаються за модулем вихідного алфавіту. Формується закодовано комбінація.
Недоліком шифрування по методу Віженера є невелика надійність шифрування при виборі ключа малої довжини. Формування довгого ключа з повторами букв не веде до збільшення стійкості закодованої комбінації. Для підвищення надійності шифрування в якості ключа доцільно використовувати псевдовипадкові числа, а букви в рядках таблиці розташовувати у довільному порядку.
Шифрування кодом Цезаря з заміщенням 9:
А
В
Т
Е
Н
Т
И
Ч
Н
І
С
Т
Ь
Д
А
Н
И
Х
І
С
И
С
Т
Е
М
З
І
Я
Л
Ц
Я
П
Б
Ц
Р
Ю
Я
Є
З
К
З
Ц
П
З
Р
З
Ю
П
Ю
Я
Л
Х
У першому рядку рядку фраза для шифрування “Автентичність даних і систем”, а у другому рядку зашифрована фраза кодом “Цезаря”.
Здійснимо кодування фрази “Автентичність даних і систем” кодом “Віженера” з ключом “Обмеження”, з допомогою таблиці “Віженера”
Таблиця “Віженера”
А
В
Т
Е
Н
Т
И
Ч
Н
І
С
Т
Ь
Д
А
Н
И
Х
І
С
И
С
Т
Е
М
О
Б
М
Е
Ж
Е
Н
Н
Я
О
Б
М
Е
Ж
Е
Н
Н
Я
О
Б
М
Е
Ж
Е
Н
О
Ґ
Д
Ї
Ф
Ш
Ч
І
М
Щ
Т
Д
Г
Й
Е
Б
Ч
Ф
Щ
Т
Ц
Ч
Ь
Ї
А
У першому рядку рядку фраза для шифрування “Автентичність даних і систем”, у другому рядку ключ для шифрування методом “Віженера”, у третьому рядку шифрована фраза.
Модулятор системи передачі
Структурна схема ФМ-2 модулятора.
Зобразимо часову діаграму сигналу на виході модулятора для рівня квантування , сформовану кодову комбінацію запишемо як : ;
1 0 1 0 0 1 0 0 0 1
а) Схематичне зображення часової діаграми
б) Графічне зображення часової діаграми
Часова діаграма сигналу на виході модулятора: а) , б)
Обчислимо ширину спектра модульованого сигналу та порівняємо його з шириною спектра первинного сигналу:
Аналіз роботи демодулятора
Структурна схема демодулятора ФМ-2.
При ФМ-демодуляторі використовується когерентний прийом, адже необхідною умовою є інформація про фазу прийнятого сигналу. Фазовий детектор працює як перемножувач. Опорний генератор G з системою фазового автопідстроювання частоти налаштовується так, щоб частота і фаза його коливань збігались із частотою і фазою одного із сигналів, наприклад s1(t). У залежності від полярності напруги на виході ФНЧ вирішуючий пристрій ВП формує вихідні сигнали A(t) чи B(t). Застосування в схемі смугового фільтра необхідно для обмеження потужності завади на вході ФД, який має обмежений динамічний діапазон. Подана схема демодулятора ФМ-2 забезпечує завадостійкість, що незначно менша за потенційну, але має істотний недолік. Для нормальної роботи демодулятора фаза коливань опорного генератора повинна збігатись із фазою одного із сигналів. Цього можна досягти тільки у разі передавання спеціального допоміжного сигналу для фазової синхронізації. Проте на передавання такого допоміжного сигналу необхідні затрати потужності, і ФМ- 2 втрачає свої енергетичні переваги. Використання для фазової синхронізації прийнятого сигналу S(t) призводить до помилкового прийому повідомлення.
Обчислимо ймовірність помилки символу на виході ФМ-2 демодулятора і з когерентним способом прийому:
;
; ; ;
Е- енергія сигналу;
N0-спектральна густина потужності завади;
B-швидкість модуляції;
A0-амплітуда сигналу;
;
;
;
;
Використовуючи таблицю функцій Крампа визначимо ймовірність помилки:
Декодування коректуючого коду.
Для вибраних довжин кодіві породжуючи поліномів розрахуємо таблицю синдромів:
Помилковий символ
Синдром при
-
10100
01010
00101
11001
10111
10000
01000
00100
00010
00001
Синдром при
111111
101111
100101
100011
100001
100000
010000
001000
000111
000010
000001
Синдром при
-
11101
11010
01101
10010
01001
10000
01000
00100
00010
00001
Для однієї з комбінацій завадостійкого коду, яку отримали при виконання п.3, розрахуємо синдром:
- синдром
Введемо в кодову комбінацію довільну однократну помилку і знову розрахуємо синдром; впевнемось, що таблиця синдромів показує номер помилкового символу.
Кодова комбінація без помилки має вигляд:
.
Нехай прийнята кодова комбінація має наступний вигляд: . Визначимо та виправимо помилку:
Розрахувавши синдром ми впевнелись, що таблиця синдромів правильно показує номер помилкового символу.
Порівняння завадостійкості систем зв’язку.
Розрахуємо ймовірність однократних і двократних помилок на вході декодера коректуючого коду при ймовірності помилки символу, яка знайдена у 6 пункті:
Розрахунок однократних і двократних помилок обчислюється за формулою:
де n- довжина коду, k - кількість помилок q=1-p, значення p беремо з пункту (6), p - ймовірність помилки символа на виході демодулятора.
При довжині кодової комбінації ;
Ймовірність однократної помилки становить:
;
Ймовірність двократної помилки:
;
При довжині кодової комбінації ;
Ймовірність однократної помилки становить:
;
Ймовірність двократної помилки:
;
Розрахуємо ймовірність помилки символу на виході демодулятора в системі передачі без завадостійкого кодування:
При ;
При ;
Ймовірність помилки символу у системі передачі інформації з використанням завадостійкого кодування є мешношою , це дає нам більшу надійність прийому повідомлення. Отож, слід використовувати завадостійке кодування.
Розрахунок інформаційних характеристик системи передачі
Розрахуємо продуктивність джерела повідомлень як швидкість надходження інформації з виходу АЦП, вважаючи що символи 1 і 0 рівноймовірні;
Продуктивність джерела повідомлення:
;
;
Де - максимальна частота в спектрі сигналу, - ентропія джерела, що дорівнює різниц диференціальної ентропії і умовної ентропії.
Диференціальна ентропія визначається за формулою:
Умовна ентропія:
Визначимо ентропію джерела повідомлень:
(Вважаємо, що ,)
;
Визначимо продуктивність джерела:
Обчислимо пропускну здатність неперервного каналу зв’язку, яким передається модульований сигнал, вважаючи що смуга пропускання каналу зв’язку дорівнює ширині спектра сигналу:
, (де - ширина спектра модульованого сигналу)
Порівняємо продуктивність джерела і пропускну здатність каналу зв’язку; зробимо висновок за теоремою Шеннона для каналу із завадами при такому їх співвідношенні;
;
;
Оскільки продуктивність джерела менша за пропускну здатність каналу , то існують способи кодування (перетворення сигналу в повідомлення на вході каналу) та декодування (перетворення сигналу в повідомлення на виході каналу), при яких імовірність помилки декодування може бути безмежно малою.
Розрахуємо коефіцієнти інформаційної ефективності - η, енергетичної ефективності β, частотної ефективності – γ, які характеризують ефективність системи передачі, вважаючи, що втратами інформації в каналі можна нехтувати і швидкість передачі дорівнює продуктивності джерела повідомлень:
Коефіцієнт інформаційної ефективності:
;
Коефіцієнт енергетичної ефективності:
Коефіцієнт частотної ефективності:
;
де -ширина спектру сигналів, що визначається формулою:
де - індекс фазової модуляції, - максимальна частота спектрa.
Тоді коефіцієнт частотної ефективності:
;
10. Аналіз аналогової системи передачі
Нехай неперервне повідомлення від джерела із заданими параметрами передається (без перетворення в цифровий сигнал) за допомогою аналогової частотної модуляції (ЧМ).
Структурна схема аналогової системи передачі методом ЧМ
Розрахунки аналогової системи передачі
Визначаємо індекс модуляції
за умови обмеженої смуги пропускання каналу зв’язку ,
за умови роботи демодулятора вище порогового рівня
Розраховуємо виграш демодулятора і відношення сигнал/шум на виході демодулятора:
,
де -індекс частотної модуляції, - коефіцієнт розширення смуги частот при ЧМ.
Виграш демодулятора:
Відношення сигнал/шум на виході демодулятора визначається за формулою:
Підставивши значення отримаємо:
Порівняємо завадостійкість систем передачі.
<
Висновок:
При порівнянні цифрової і аналогової систем передачі, можна однозначно сказати, що цифрова система технічного захисту інформації є кращою при використанні її у засобах передачі інформації, за рахунок великої завадостійкості.
Оскільки завади – це сигнали або дії, що спотворюють корисний сигнал, який несе основну інформацію, то завадостійкість – основний параметр захищеної системи передачі і лінії зв’язку.
Особливо важливим завданням засобів передачі інформації в системах технічного захисту інформації є підвищення надійності та якості передачі інформації, в більшості випадків використовують цифрову систему передачі інформації, яка забезпечує кращу завадостійкість.
Також для цифрових систем технічного захисту інформації важливою характеристикою є ефективність систем зв’язку.
Узагальнюючими характеристиками системи захищеного зв’язку є : коефіцієнт використання пропускної здатності зв’язку (інформаційна ефективність) , коефіцієнт використання ширини смуги частот каналу (частотна ефектвність) , коефіцієнт використання потужності сигналу (енергетична ефективність) .
Проаналізувавши характеристики для системи захищеного зв’язку з ФМ-2 методом модуляції, можна сказати, що : інформаційна і частотна ефективність низькі, але енергетична ефективність є досить високою.
Тому для захищених систем передачі інформації доцільно використовувати імпульсно кодову комбінацію (ІКМ) типу ФМ-2 або інші широкосмугові види модуляції.
Одержати одночасно кращі показники за усіма коефіцієнтами ефективності можливо лише складними сигнально-кодовими конструкціями.
Список використаної літератури:
Зюко А. Г. Теория передачи сигналов: Учебник для вузов / А. Г. Зюко, Д. Д. Кловский, М. В. Назаров, Л. М. Финк. – 2-е изд., перераб. и доп. – М. : Радио и связь, 1986. – 304 с.
Панфилов И. П. Теория электрической связи: Учебник для техникумов / И. П. Панфилов, В. Е. Дырда. – М. : Радио и связь, 1991.
Хорошко В. А. Методы и средства защиты информации / В. А. Хорошко, А. А. Чекатков. – К. : Издательство Юниор, 2003. – 503 с.
Хемминг Р.В. Теория кодирования и теория информации : Издательство Радио и связь, 1985.
12.03.2013 15:03-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора