Обобщенная модель спектрально-избирательных деструктивных воздействий в оптических транспортных сетях специального назначения
Бойко Алексей Павлович1, Одоевский Сергей Михайлович1, Стародубцев Юрий Иванович1
1Военная академия связи им. Маршала Советского Союза С.М. Буденного.
DOI 10.24412/2410-9916-2026-4-001-052
Полный текст статьи
XML JATSАннотация
Постановка задачи: развитие концепции совместного использования спектральных ресурсов волоконно-оптических линий связи, в том числе «спектр как услуга», актуализирует вопросы обеспечения безопасности и устойчивости оптических транспортных сетей связи при предоставлении независимым пользователям доступа к отдельным диапазонам оптического спектра. Ограничение спектра и мощности пользовательских сигналов не исключает возможность воздействия на каналы других пользователей вследствие формирования продуктов четырехволнового смешения. Поэтому возникает необходимость оценки потенциального ущерба и определения наиболее опасных конфигураций атакующих оптических сигналов. Целью работы является разработка обобщенной математической модели спектрально-избирательных деструктивных воздействий, позволяющей определить максимальный ущерб целевым оптическим каналам при ограниченных спектральных и энергетических ресурсах противника. Используемые методы: математическое моделирование четырех-волнового смешения, смешанное целочисленное нелинейное программирование и пространственный метод ветвей и границ. В качестве показателя ущерба используется суммарная скорость передачи данных в заблокированных оптических каналах. Новизна: разработана обобщенная модель спектрально-избирательных деструктивных воздействий, представленная взаимно вложенным семейством частных моделей, соответствующих последовательному расширению возможностей противника по управлению средней мощностью, центральной частотой и шириной спектра атакующих оптических сигналов. Модель позволяет учитывать внеполосное воздействие продуктов четырехволнового смешения на целевые оптические каналы. Результат: вычислительный эксперимент показал, что расширение возможностей противника по управлению спектрально-энергетическими параметрами атакующих оптических сигналов в общем случае приводит к увеличению максимально достижимого ущерба целевым оптическим каналам. Практическая значимость: разработанная обобщенная модель может использоваться для оценки уязвимости оптических транспортных сетей и обоснования требований к контролю параметров пользовательских оптических сигналов при совместном использовании спектральных ресурсов ВОЛС.
Ключевые слова
оптическая транспортная сеть, спектральный ресурс, деструктивное воздействие, четырехволновое смешение, нелинейные эффекты, OSNR, математическое моделирование, пространственный метод ветвей и границ.
Ссылка на статью
Бойко А. П., Одоевский С. М., Стародубцев Ю. И. Обобщенная модель спектрально-избирательных деструктивных воздействий в оптических транспортных сетях специального назначения // Системы управления, связи и безопасности. 2026. № 4. С. 1-52. DOI: 10.24412/2410-9916-2026-4-001-052
Литература
1. Бойко А. П., Одоевский С. М., Стародубцев Ю. И. Повышение пропускной способности оптических транспортных сетей специального назначения за счёт эффективного использования арендуемых спектральных ресурсов // Вопросы оборонной техники. Серия 16: Технические средства противодействия терроризму. 2025. № 3–4 (201–202). С. 85–92.
2. Макаренко С. И. Модели системы связи в условиях преднамеренных дестабилизирующих воздействий и ведения разведки. – СПб.: Наукоемкие технологии, 2020. – 337 с.
3. Resilience, civil preparedness and Article 3 // North Atlantic Treaty Organization (NATO) [Электронный ресурс]. 2024. – URL: https://www.nato.int/en/what-we-do/deterrence-and-defence/resilience-civil-preparedness-and-article-3 (дата обращения 23.08.2026).
4. The Telecom Sector’s Contribution to Europe’s Security and Resilience // Copenhagen Economics; commissioned by Connect Europe [Электронный ресурс]. 2025. 42 p. – URL: https://connecteurope.org/sites/default/files/2025-10/Resilience%20and%20security%20study_CopenhagenEconomics%20for%20Connect%20Europe_Oct2025.pdf (дата обращения 23.08.2026).
5. Kaeval K., Grobe K., Elbers J. P. Operation of optical spectrum as a service in disaggregated and multi-operator environments [Invited] // Journal of Optical Communications and Networking. 2025. Vol. 17. No. 1. P. A46–A58. DOI: 10.1364/JOCN.534118.
6. Kaeval K., Grobe K., Elbers J.-P., Griesser H., Eiselt M., Autenrieth A. Characterization of the optical spectrum as a service // Journal of Optical Communications and Networking. 2022. Vol. 14. No. 5. P. 398–410. DOI: 10.1364/JOCN.454158.
7. Бойко А. П., Одоевский С. М., Ясинский С. А. Модель деструктивных воздействий на основе нелинейных эффектов в волоконно-оптических линиях связи с гибкой сеткой частот // Электросвязь. 2026. № 4. С. 15–24. DOI: 10.34832/ELSV.2026.78.4.002.
8. Dahan D., Mahlab U. Security threats and protection procedures for optical networks // IET Optoelectronics. 2017. Vol. 11. P. 186–200. DOI: 10.1049/iet-opt.2016.0150.
9. Skorin-Kapov N., Furdek M., Zsigmond S., Wosinska L. Physical-layer security in evolving optical networks // IEEE Communications Magazine. 2016. Vol. 54. No. 8. P. 110–117. DOI: 10.1109/MCOM.2016.7537185.
10. Zhu J., Zhao B., Lu W., Zhu Z. Attack-aware service provisioning to enhance physical-layer security in multi-domain EONs // Journal of Lightwave Technology. 2016. Vol. 34. No. 11. P. 2645–2655. DOI: 10.1109/JLT.2016.2541779.
11. Bensalem M., Brasileiro I., Drummond A., Jukan A. Embedding jamming attacks into physical layer models in optical networks // Proceedings of the International Conference on Optical Network Design and Modeling (ONDM 2020). Barcelona, Spain, 2020. P. 1–6. DOI: 10.23919/ONDM48393.2020.9132999.
12. Ren S., Zhang Y., Wang J., Zhang J., Rao X. Research on high power intra-channel crosstalk attack in optical networks // Proceedings of SPIE. Fourth International Conference on Optical and Photonics Engineering. 2017. Vol. 10250. Art. 102502G. DOI: 10.1117/12.2266850.
13. Kanaev A. K., Ivanin A. N. On approaches to modeling the functioning of transport communication networks in the context of network and computer attacks based on Markov process theory // Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems (WECONF 2020). Saint Petersburg, Russia, 2020. Art. 9131431. DOI: 10.1109/WECONF48837.2020.9131431.
14. Канаев А. К., Привалов А. А., Иванин А. Н. Имитационная модель функционирования транспортной сети связи в условиях реализации сетевых и компьютерных атак // Информация и космос. 2020. № 1. С. 18–26.
15. Канаев А. К., Иванин А. Н., Соколов А. С., Щербак К. П. Нейросетевой анализ спектральных загрязнений в интересах обеспечения устойчивости оптических сетей связи // Информация и космос. 2025. № 4. С. 6–11.
16. Российский рынок DWDM: «лямбда за сервис» // ИКС-Медиа [Электронный ресурс]. 05.02.2020. – URL: https://www.iksmedia.ru/articles/5643321-Rossijskij-rynok-DWDM-lyambda-za.html (дата обращения 23.08.2026).
17. Recommendation ITU-T G.694.1. Spectral grids for WDM applications: DWDM frequency grid. Geneva: International Telecommunication Union, 2020.
18. Agrawal G. P. Fiber-Optic Communication Systems. 5th ed. – Hoboken: John Wiley & Sons, 2021. – 544 p.
19. Agrawal G. P. Nonlinear Fiber Optics. – 6th ed. – Amsterdam: Academic Press, 2019. – 728 p.
20. Meyer C. A., Floudas C. A. Trilinear monomials with positive or negative domains: facets of the convex and concave envelopes. In: Floudas C. A., Pardalos P. M. (eds.) Frontiers in Global Optimization. Boston, MA: Springer, 2003. P. 327–352. DOI: 10.1007/978-1-4613-0251-3_18.
21. Floudas C. A., Akrotirianakis I. G., Caratzoulas S. et al. Global optimization in the 21st century: advances and challenges // Computers & Chemical Engineering. 2005. Vol. 29. Iss. 6. P. 1185–1202. DOI: 10.1016/j.compchemeng.2005.02.006.
22. Tawarmalani M., Sahinidis N. V. Global optimization of mixed-integer nonlinear programs: a theoretical and computational study // Mathematical Programming. 2004. Vol. 99. No. 3. P. 563–591. DOI: 10.1007/s10107-003-0467-6.
23. Golumbic M. C. Algorithmic Graph Theory and Perfect Graphs. – 2nd ed. – Amsterdam: Elsevier, 2004. – Vol. 57.
24. Gavril F. Algorithms for minimum coloring, maximum clique, minimum covering by cliques, and maximum independent set of a chordal graph // SIAM Journal on Computing. 1972. Vol. 1. No. 2. P. 180–187. DOI: 10.1137/0201013.
Статья распространяется по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 License.
Метаданные статьи распространяются по лицензии CC0 1.0 Universal