نگه‌داری خودکار از لینک ارتباطی در شبکه های رادیویی فرکانس بالا با استفاده از روش پرشفرکانسی شناخت‌گر

مسعود خداوردی زاده ¹ (دانشکده مکانیک، برق و کامپیوتر- واحد علوم تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران)
افروز حق بین ² (دانشکده مکانیک، برق و کامپیوتر- واحد علوم تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران)
فربد رزازی ³ (دانشکده مکانیک، برق و کامپیوتر- واحد علوم تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران)

تاریخ ارسال : 1402/03/28 تاریخ تایید : 1402/07/29

کلید واژه: الگوی پرش‌فرکانسی, پرش فرکانسی شناخت‌گر, شبکه رادیویی فرکانس بالا, نگه‌داری خودکار لینک,

چکیده مقاله :

یکی از راه‌های افزایش قابلیت اطمینان در برقراری ارتباط در شبکه‌های رادیویی فرکانس بالا (HF)، استفاده از روش‌های برقراری و نگه‌داری خودکار از لینک با استفاده از تکنیک های پرش‌فرکانسی است. با توجه به شرایط تداخلی در باند HF، پس از برقراری لینک پرش‌فرکانسی، لازم است تا دائما وضعیت لینک برقرارشده را بررسی کرده و در صورت کاهش کارایی سیستم، نسبت به تغییر کانال‌های فرکانسی مورد استفاده برای ارسال داده اقدامات لازم انجام شود. در این مقاله از روش نگه‌داری خودکار از لینک پرش فرکانسی (FH-ALM) برای حل این مسئله استفاده می‌شود. با توجه به امکان ایجاد اختلال در الگوی پرش‌فرکانسی مورد استفاده برای ارسال داده توسط جمرهای هوشمند، در روش پیشنهادی برای مقابله با اثرات تداخلی کانال و این نوع جمرها از روش‌ پرش‌فرکانسی شناخت گر برای انتخاب الگوی جدید پرش‌فرکانسی استفاده می‌شود و با استفاده از یک الگوریتم هوشمند در حین ارسال داده، وضعیت کانال‌های فرکانسی دائما بررسی شده و دنباله‌ی پرش فرکانسی مورد نظر برای دوره آتی پرش‌فرکانسی انتخاب می‌شود. در نهایت با فرض وجود یک جمر هوشمند، عملکرد سیستم نگه‌داری خودکار از لینک پیشنهادی، در مقایسه با وضعیتی که الگوی پرش‌فرکانسی بصورت تصادفی از بین کانال‌های فرکانسی مناسب برای ارتباط انتخاب می‌شود، بررسی می‌گردد. با شبیه‌سازی روش‌ پرش‌فرکانسی شناخت‌گر پیشنهادی، مشخص می‌شود که استفاده از این روش بیش از 5 دی‌بی عملکرد سیستم نگه‌داری خودکار از لینک را در شرایط اختلال هوشمند نسبت به روش‌های موجود، بهبود می‌بخشد.

چکیده انگلیسی :

One of the ways to increase the reliability of communication in HF radio networks is to use automatic link establishment and maintenance methods using frequency hopping techniques. After the frequency hopping link establishment, it is necessary to constantly check the status of the established link, Due to the interference conditions in the HF frequency band. Then, if the efficiency of the system decreases, necessary measures are taken to change the frequency channels used for data transmission. In this paper, the frequency hopping based automatic link maintenance (FH-ALM) method is used to solve this problem. Due to the possibility of disrupting the frequency hopping pattern used for data transmission by smart jammers, in the proposed method to deal with the interference effects of the channel and mentioned type of jammers, the cognitive frequency hopping method is used to select a new frequency hopping pattern by using an intelligent algorithm. Moreover, during data transmission, the status of frequency channels is constantly checked and the desired frequency hopping sequence is selected for the next frequency hopping period. Finally, assuming the existence of a smart jammer, the performance of the proposed automatic link maintenance system is checked in comparison with the situation where the frequency hopping pattern is randomly selected among the suitable frequency channels for communication. By simulating the proposed cognitive frequency hopping method, it is found that the use of the proposed method improves the performance of the automatic link maintenance system by more than 5 dB compared to the existing methods.

منابع و مأخذ:

[1] R. Buckley, W.N. Furman, "Application of machine learning techniques to HF propagation prediction", Proceeding of the IEEE/MILCOM, pp. 623-628, San Diego, CA, USA, Nov./Dec. 2021 (doi: 10.1109/MIL­C­OM5­2596.2021.9653108).

[2] STANAG 4538, "Technical standards for an automatic radio control system (ARCS) for HF communication links", North Atlantic Treaty Organization, Ratification Request, Edition 1, 2000.

[3] M. Khodaverdizadeh, A. Haghbin, F. Razzazi, "Improving the performance of HF radio networks in the presence of interference through automatic link establishment with frequency hopping technique", Wireless Personal Communication Journal, no.127, pp. 2647–2666, Jul. 2022 (doi: 10.1007/s11277-022-09889-3).

[4] MIL-STD-188-141B, "Interoperability and performance standards for medium and high frequency radio systems", U.S. Deptement Defense, 1999.

[5] A. Bilal, G. Sun, "Automatic link establishment for HF radios", Proceeding of the IEEE/ICSESS, pp. 640-643, Beijing, China, Nov. 2017 (doi: 10.1109/ICSESS.2017.8342996).

[6] B. Baynat, H. Khalife V. Conan, C. Lamy-Bergot, R. Pouvez, "On the design of automatic link establish­ment in high frequency network", International Journal of Networking and Computing, vol. 7, no. 2, pp. 419–446, July 2017 (doi: 10.15803/ijnc.7.2_419).

[7] M. Dansarie, "Cryptoanalysis of the sodark cipher for HF radio automatic link establishment", IACR Transaction on Symmetric Cryptology, vol. 2021, no. 3, pp. 36-53, Sept. 2021 (doi: 10.46586/tosc.v20­21.i3.36-53).

[8] MIL-STD-188-141C, "Interoperability and performance standards for medium and high frequency radio systems", U.S. Department Defense, 2011.

[9] MIL-STD-188-141D, "Interoperability and performance standards for medium and high frequency radio systems", U.S. Department Defense, 2017.

[10] E.E. Johnson, "Staring link establishment for high-frequency radio", Proceeding of the IEEE/MILCOM, pp. 1433-1438, Tampa. FL, USA, Oct. 2015 (doi:10.1109/MILCOM.2015.7357646).

[11] E.E. Johnson, "Wideband ALE the next generation of HF", Proceeding of the NHFR.C, vol. 16, pp. 9.1.1-9.1.18, Aug. 2016.

[12] W. Peipei, Z. Min and S. Yingchun, "A multichannel detection method for HF 3G-ALE signal based on duffing  chaaotic oscillator", Journal of University of Chinese Academy of Sciences, vol. 36, pp. 832-838, Dec. 2019 (doi:10.7523/j.issn.2095-6134.2019.06.015).

[13] Z. Qin, J. Wang, J. Chen, G. Ding, Y. Yao, X. Ji, X. Chen, "Link quality analysis based channel selection in high-frequency asynchronous automatic link establishment: A matrix completion approach", IEEE System Journal, vol. 12, no. 2, pp 1957–1968, June 2018 (doi: 10.1109/JSYST.2017.2717702).

[14] Z. Wu, H. Chen, Y. Lei, H. Xiong, "Recognizing automatic link establishment behaviors of a short-wave radio station by an improved unidimensional DenseNet", IEEE Access, No. 8, pp 96055–96064, May 2020 (doi:10.1109/ACCESS.2020.2997380).

[15] M.D. Street; M. Darnell, "Results of new automatic link establishment and maintenance techniques for HF radio systems", Proceeding of the IEEE/MILCOM, vol. 2, pp. 1067-1071, Monterey, CA, USA, Nov. 1997 (doi: 10.1109/MI­LCOM.1997.646780).

[16] A. Shahid, S. Ahmad, A. Akram, S.A. Khan, "Cognitive ALE for HF radios", Proceeding of the IEEE/ICCEA, pp. 28-33, Bali, Indonesia, March 2010 (doi: 10.1109/ICCEA.2010.162)

[17] Z. Wu, H. Chen, Y. Lei, "Application of convlutional neural network in radio station link establishment behaviors recognition", Journal of Physics: Conference Series, vol. 1757, no. 1, Article Number: 012063, Jan. 2021 (doi: 10.1088/1742-6596/1757/1/012063).

[18] R. Zhi, L. Zhang, Z. Zhou, "Cognitive frequency hopping", Proceeding of the IEEE/CrownCom, Singapore, pp. 1-4, May 2008 (doi: 10.1109/CROWNCOM.2008.4562466).

[19] C. Li, P. Qi, D. Wang, Z. Li, "On the anti-interference tolerance of cognitive frequency hopping communi­cat­ion systems", IEEE Trasactions on Relibility, vol. 69, no. 4, pp. 1453–1464, July 2020 (doi: 10.1109/TR.2020.3002105).

[20] E.S. Hennessey, K.M. Hopkinson, M.D. Silvius, "Opportunistic access in frequency hopping cognitive radio networks", Proceeding of the IEEE/WTS, pp. 1-6, Washington, DC, USA, April 2014 (doi: 10.110­9/W­TS.2014.6835011).

[21] S.J. Yoo, J.M. Won, M. Seo, H.W. Cho, "Dynamic frequency hopping channel management in cognitive radio Ad-hoc networks", Proceeding of the IEEE/APCC, Kyoto, Japan, Oct. 2015 (doi: 10.1109/APC­C.20­15.7412550).

[22] W. Lifeng, Z. Zhigang, "The calculation of HF ground wave propagation over complex terrain based on FEKO/PE hybrid algorithm", Proceeding of the IEEE/ICAICA, pp. 356-359, Dalian, China, March 2019 (doi: 10.1109/ICAICA.2019.8873521).

[23] H. Ahmadian, M.A. Pourmina, A. Haghbin, "The stable and anti jamming algorithm for synchronization of Hybrid Spread Spectrum system", Journal of intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 12, no. 48, pp.61-80, March 2022 (in persian) (dor: 20.1001.1.23223871.1400.12.48.3.3).