Komunikace znamená mobilní samoorganizující se sítě pro taktické účely. Automobilové bezdrátové sítě (VANET). Bezpečnost v bezdrátových samoorganizujících se sítích

29.06.2013

V posledních letech se stále rostoucí teoretický zájem o samoorganizující se sítě postupně přesouvá do praxe. Dnes mnoho telekomunikačních operátorů a regulátorů považuje sítě relativně nové třídy VANET (Vehicular Ad Hoc Network) za cílové sítě pro komunikaci na vozidlech, HANET (Home Ad Hoc Network) za cílovou domácí síť atd. V celé zemi existuje mnoho pilotních oblastí a také příkladů úspěšné implementace.

Efektivita nových sítí

Jak odborníci očekávali, hlavní efekt na počátku implementace samoorganizujících se sítí přinesly nové služby, dosud v infrastrukturních sítích neznámé. Proto je dnes jednou z důležitých otázek určení místa samoorganizujících se sítí v celkové struktuře komunikačních sítí a podílu služeb, které poskytují. Uvažuje se o možnostech vytváření obecních samoorganizujících se sítí, které časem povedou k přesunu drátových technologií do jádra sítě. Samoorganizující se sítě zároveň poskytují uživatelům výrazně rozšířenou nabídku služeb. Na základě dosavadních představ o rozložení provozu v komunikačních sítích se předpokládá, že do roku 2020 by podíl samoorganizujících se síťových služeb na celkovém objemu služeb mohl dosáhnout až 90 % v závislosti na kapacitě sítě.

Samoorganizující se síť v bytě

Zpočátku jsou samoorganizující se sítě považovány za přístupové sítě. Nejzajímavější v tomto ohledu je však otázka, jaká území bude přístupová síť (samoorganizující se) pokrývat - byt, dům, mikrodistrikt, vesnice, město atd. Někteří developeři navrhují vybavení obytných budov potřebnou infrastrukturou již ve fázi výstavby. V důsledku toho by noví obyvatelé po nastěhování do svých nových bytů měli možnost téměř okamžitě využívat nové komunikační služby. Dnes víme o zavádění těchto a podobných nových infokomunikačních technologií při výstavbě řady obytných komplexů i celých mikrookresů v Moskvě a Petrohradu, Novosibirsku a Samaře. Odborníci v této souvislosti upozorňují na moderní eko-obytný komplex komfortní třídy v Petrohradské čtvrti Moskovskij, který se staví na křižovatce Dunajského prospektu a Pulkovské magistrály, za zmínku stojí také moskevský městský park, řada moderní křehké oblasti Voroněže a Soči.

Nový koncept domácí komunikace

Stojí za zmínku, že když mluvíme o samoorganizující se komunikační síti na úrovni celého mikrodistriktu, máme přirozeně na mysli bezdrátové komunikace. Možnost hlasové komunikace, videokonference. vysokorychlostní přístup k internetu a další služby v takové síti jsou poskytovány obyvatelům mikrodistriktu v jediném komplexu a u jednoho operátora. To je v souladu se současným názorem, že drátové technologie se postupně posouvají směrem k jádru sítě. V mikrodistriktu je tedy organizován jakýsi bezdrátový prostor, dostatečně autonomní, aby vyřešil mnoho problémů svých obyvatel.

Samoorganizující se síť je síť, která nemá specifickou strukturu, mění a rozděluje funkce mezi uzly, když je připojeno nové zařízení, mění se charakter provozu atd.

2. Historie vzniku a vývoje

Historie moderních samoorganizujících se sítí začíná v 70. letech 20. století vytvořením sítě PRNET (Packet Radio Networks), financované ministerstvem obrany USA. Cílem vytvoření samoorganizujících se sítí bylo umět pracovat online, přistupovat k internetu kdekoli, dokonce i na cestách, aniž by se spoléhalo na pevnou síťovou infrastrukturu.

S rozvojem všudypřítomných sítí vyvstala potřeba používat nový typ sítě, bez stabilní struktury a schopný přizpůsobit se měnícím se charakteristikám komunikačních kanálů. Těm se začalo říkat samoorganizující se. První komerční samoorganizující se mobilní sítě byly nasazeny v USA a Japonsku v letech 2009-2010.

Samoorganizující se sítě se v závislosti na rychlosti sebeorganizace a podílu lidí, kteří se na ní podílejí, dělí na cílové (ad hoc) a mesh (mesh) sítě. V překladu z latiny „ad hoc“ doslova znamená „pro tento účel, zvláště pro tuto příležitost“. Hlavní rozdíl mezi sítěmi ad hoc a mesh je v tom, že ad hoc je zpravidla klasifikován jako terminálové sítě a Mesh je klasifikován jako tranzitní, ačkoli toto rozdělení je velmi libovolné, ale v současné době je akceptováno.

3. Specifikace

Samoorganizující se síť má následující vlastnosti:

Vlastní konfigurace – rozpoznání a registrace nových připojených zařízení v síti. Sousední přitom automaticky upravují své technické parametry (například výkon vyzařování, sklon antény apod.).

Vlastní optimalizace – přizpůsobení parametrů zařízení při změně parametrů sítě: počet uživatelů, úroveň signálu, úroveň vnějšího rušení atd.

Self-healing - automatická detekce a eliminace poruch: přerozdělení funkcí mezi zařízeními, když některý síťový uzel selže ve zvýšení odolnosti proti chybám sítě.

Směrovací algoritmy pro samoorganizující se sítě:

Proaktivní směrování – přítomnost neustále aktualizovaných kompletních seznamů cílových adres a cest k nim.

Reaktivní směrování – trasy budované podle potřeby, tzn. v přítomnosti provozu určeného pro konkrétního příjemce pomocí dotazování sousedních uzlů a algoritmů detekce sousedů.

Hybridní směrování je kombinací prvků proaktivního a reaktivního směrování. Tito. uložením tabulky některých příjemců a následným dotazováním na ně na vyžádání, když bude nutné vytvořit další trasy.

Pro organizaci samoorganizující se sítě se nejčastěji používají protokoly Bluetooth, Wi-Fi, ZigBee a pro směrování - AODV, SAODV, ZRP, OLSR, LAR.

4. Případy použití

Rychlé nasazení senzorových sítí v nouzových situacích: například pro vyhledávání obětí, analýzu rozsahu katastrofy atd. V lokálních sítích (síť HANET), například při vytváření systému automatizace budov, systému domácí automatizace, místních polohovacích systémů (RTLS).

V sektoru dopravy pro systém chytré dopravy a chytré dopravy - sítě VANET. V přeplněných místech vykládat základnové stanice a zajistit komunikaci mobilních zařízení přímo bez účasti základnových stanic (MANET).

5. Užitečné odkazy

Prameny:

Bezdrátové samoorganizující se sítě(ostatní jména: bezdrátové sítě ad hoc, bezdrátové dynamické sítě) - decentralizované bezdrátové sítě, které nemají stálou strukturu. Klientská zařízení se připojují za chodu a vytvářejí síť. Každý síťový uzel se snaží předávat data určená pro jiné uzly. V tomto případě se určení, do kterého uzlu odeslat data, provádí dynamicky na základě síťové konektivity. To je na rozdíl od drátových sítí a řízených bezdrátových sítí, ve kterých úlohu řízení datového toku plní směrovače (v drátových sítích) nebo přístupové body (ve řízených bezdrátových sítích).

První bezdrátové samoorganizující se sítě byly „paketové rádiové“ sítě začínající v 70. letech 20. století, financované agenturou DARPA po projektu ALOHAnet.

aplikace

Minimální konfigurace a rychlé nasazení umožňuje použití samoorganizujících se sítí v nouzových situacích, jako jsou přírodní katastrofy a vojenské konflikty.

V závislosti na aplikaci lze bezdrátové samoorganizující se sítě rozdělit na:

mobilní samoorganizující se sítě
bezdrátové mesh sítě

Bezpečnost v bezdrátových samoorganizujících se sítích

Vzhledem k dynamicky se měnící topologii sítě a chybějící centralizované správě je tento typ sítě zranitelný vůči řadě útoků. Proto je v takových sítích velmi důležité hledisko zabezpečení.

Technologie používané při budování bezdrátových samoorganizujících se sítí

Bluetooth (IEEE 802.15)
WiFi (IEEE 802.11)
ZigBee (IEEE 802.15.4)

Nadace Wikimedia. 2010.

Podívejte se, co jsou „Bezdrátové samoorganizující se sítě“ v jiných slovnících:

Navrhujeme přejmenovat tuto stránku na Wireless Self-Organizing Network. Vysvětlení důvodů a diskuse na stránce Wikipedie: K přejmenování / 1. prosince 2012. Možná její současný název neodpovídá standardům moderní ... ... Wikipedie

Pro vylepšení tohoto článku je vhodné?: Přidat interwiki v rámci projektu Interwiki. Bezpečnost v bezdrátových samoorganizacích ... Wikipedie

JTRS je slibný vojenský radiokomunikační systém pro americkou armádu. V polovině 90. let se objevil program JTRS (Joint Tactical Radio System). Systém měl původně nahradit 25 30 různých typů vojenských rádiových systémů (z nichž mnohé nejsou ... Wikipedia

- (anglicky Mobile Ad hoc Network) bezdrátové decentralizované samoorganizující se sítě sestávající z mobilních zařízení. Každé takové zařízení se může pohybovat nezávisle jakýmkoli směrem a v důsledku toho se často rozbít a... ... Wikipedie

Bezdrátové samoorganizující se sítě (jiné názvy: bezdrátové sítě ad hoc, bezdrátové dynamické sítě) jsou decentralizované bezdrátové sítě, které nemají stálou strukturu. Klientská zařízení se připojují za chodu a vytvářejí síť. Každý síťový uzel se snaží předávat data určená pro jiné uzly. V tomto případě se určení, do kterého uzlu odeslat data, provádí dynamicky na základě síťové konektivity. To je na rozdíl od drátových sítí a řízených bezdrátových sítí, ve kterých úlohu řízení datového toku plní směrovače (v drátových sítích) nebo přístupové body (ve řízených bezdrátových sítích).

První bezdrátové samoorganizující se sítě byly „paketové rádiové“ sítě začínající v 70. letech 20. století, financované agenturou DARPA po projektu ALOHAnet.

Aplikace: Minimální konfigurace a rychlé nasazení umožňuje použití samoorganizujících se sítí v nouzových situacích, jako jsou přírodní katastrofy a vojenské konflikty.

V závislosti na aplikaci lze bezdrátové samoorganizující se sítě rozdělit na:

mobilní samoorganizující se sítě

bezdrátové mesh sítě

bezdrátové senzorové sítě

Základní principy bezdrátových ad-hoc sítí:

- Bezdrátové sítě se dělí do dvou kategorií - sítě typu Infrastruktura (infrastruktura) a sítě typu ad-hoc (specializované). Pro připojení několika počítačů do infrastrukturní sítě se používají směrovače nebo skupinové přístupové body. Síť ad-hoc nepoužívá směrovače ani skupinové přístupové body. Skládá se z počítačů, které si vyměňují data přímo mezi sebou.
- Ad-hoc sítě jsou souborem bezdrátových mobilních komunikačních uzlů (stanic, uživatelů) tvořících dynamickou autonomní síť využívající plně mobilní infrastrukturu. Uzly spolu komunikují bez zásahu centralizovaných přístupových bodů nebo základnových stanic, takže každý uzel funguje jako router i jako koncový uživatel.
- Příkladem může být bezdrátové připojení několika počítačů bez přístupového bodu. Tento způsob připojení se často používá na výstavách a konferenčních místnostech.
- Na internetu jsou routery v centrálních oblastech sítě ve vlastnictví známých operátorů, a proto se předpokládá určitá míra důvěry. Ale tento předpoklad již neplatí pro sítě Ad-hoc, protože Od všech uzlů v síti se očekává, že se budou podílet na směrování.

režim IBSS:- Režim IBSS, nazývaný také režim ad-hoc, je určen pro připojení typu point-to-point. Ve skutečnosti existují dva typy režimu ad-hoc. Jedním z nich je režim IBSS, nazývaný také režim ad-hoc nebo režim IEEE ad-hoc. Tento režim je definován standardy IEEE 802.11. Druhý režim se nazývá demo režim ad-hoc nebo režim Lucent ad-hoc (nebo někdy nesprávně režim ad-hoc). Toto je starý ad-hoc režim starší než 802.11 a měl by být používán pouze pro starší sítě.

Šifrování:- Šifrování v bezdrátové síti je důležité, protože již nemáte možnost omezit síť na dobře zabezpečenou oblast. Data vaší bezdrátové sítě jsou vysílána po celé oblasti, takže si je může přečíst každý, kdo má zájem. Zde vstupuje do hry šifrování. Šifrováním dat odesílaných vzduchem je pro kohokoli mnohem obtížnější je přímo zachytit.

- Dvě nejpoužívanější metody šifrování dat mezi vaším klientem a přístupovým bodem jsou WEP a ip-sec:
- WEP. WEP je zkratka pro Wired Equivalency Protocol. WEP je pokus učinit bezdrátové sítě stejně spolehlivé a bezpečné jako drátové sítě.
- IP-sec. ip-sec je mnohem spolehlivější a výkonnější prostředek pro šifrování dat v síti. Tato metoda je rozhodně preferovanou metodou pro šifrování dat v bezdrátové síti.

Utility:- Existuje několik nástrojů, které lze použít ke konfiguraci a ladění bezdrátové sítě:

balíček bsd-airtools

- Balíček bsd-airtools je kompletní sada nástrojů, včetně nástrojů pro testování bezdrátové sítě na prasknutí klíče WEP, detekci bodů atd.
- Nástroje bsd-airtools lze nainstalovat z portu net/bsd-airtools .

nástroje wicontrol, ancontrol a raycontrol

Jedná se o nástroje, které lze použít k ovládání chování bezdrátového adaptéru v síti. Wicontrol je vybrán, když je bezdrátový síťový adaptér rozhraním wi0. Pokud je nainstalováno bezdrátové přístupové zařízení Cisco, toto rozhraní bude mít hodnotu 0 a poté bude použito ovládání

Podporované adaptéry: Přístupový bod

Jediné adaptéry, které jsou v současnosti podporovány v režimu BSS (jako přístupový bod), jsou ty, které jsou založeny na čipové sadě Prism 2, 2.5 nebo 3).

Klienti 802.11a a 802.11g

- Bohužel stále existuje mnoho výrobců, kteří komunitě open source neposkytují schematická schémata svých ovladačů, protože tyto informace jsou považovány za obchodní tajemství. Vývojáři operačních systémů proto mají dvě možnosti: vyvinout ovladače pomocí dlouhého a složitého procesu zpětného inženýrství, nebo použít stávající ovladače pro platformy Microsoft® Windows.
- Díky úsilí Billa Paula (wpaul) existuje "transparentní" podpora pro specifikaci rozhraní síťového ovladače (NDIS). FreeBSD NDISulator (také známý jako Project Evil) převádí binární ovladač Windows tak, aby fungoval stejně jako ve Windows. Tato funkce je stále relativně nová, ale ve většině testů funguje adekvátně.

Je známo, že základní infrastruktura moderního internetu je spravována a udržována desítkami organizací, z nichž některé jsou řízeny vládou USA. Ne každému se tento stav líbí, a proto IT specialisté již několik let diskutují o alternativních způsobech organizace globálních informačních sítí.

Pro bezpečnou výměnu informací v elektronických sítích existují dvě hlavní hrozby: neoprávněný přístup k soukromým datům a zásahy do provozu zařízení a přístrojů s cílem narušit jejich činnost a dokonce je znemožnit.

Možná reakce na tyto hrozby spočívá v šíření nového typu telekomunikací – nezávislých, decentralizovaných sítí, ve kterých je každé zařízení plnohodnotným účastníkem a nese svůj díl odpovědnosti za fungování sítě. Tento typ informačních sítí se nazývá AHN (ad hoc network).

Hlavní problém, který dříve bránil nasazení takových sítí v globálním měřítku, pramenil z nízkého výkonu zařízení a „úzkých“ komunikačních kanálů: směrování a přenos dat nezbytných pro provoz ad hoc sítě zabírá systémové zdroje a klade vysoké nároky požadavky na šířku pásma kanálu spojujícího zařízení mezi sebou. Dnes mnoho zařízení tyto nedostatky nemá, což znamená, že v příštích letech bychom měli očekávat vznik experimentálních ad hoc sítí skládajících se z tisíců zařízení.

A za pár desetiletí se bezdrátové nebo mobilní ad hoc sítě (MANETy, mobilní ad hoc sítě) mohou stát nezbytným předpokladem pro bezpečný provoz budoucích dopravních systémů, které propojí obrovské množství robotických aut, letadel a vlaků. . Každé vozidlo v takovém systému bude přijímat navigaci a další informace přímo od svých sousedů: to může zajistit spolehlivou a nepřetržitou komunikaci pro autonomní vozidla.

KAPITOLA 26. Samoorganizující se sítě SON

Jedním z přístupů ke klasifikaci bezdrátových komunikačních sítí je jejich rozdělení na centralizované infrastruktury a samoorganizující se. Charakteristickým rysem samoorganizujících se sítí SON (self-organization) je schopnost, při absenci centralizované infrastruktury, vyměňovat si data s jakýmkoliv párem síťových uzlů umístěných v oblasti rádiového pokrytí. Uzly v SON mohou být koncovými hostiteli i směrovači. Spojení je organizováno na velké vzdálenosti pomocí specializovaných směrovacích protokolů v mezilehlých směrovacích uzlech. Takové spojení se nazývá „multi-stage nebo multi-step“ (multihop). Fáze je účast jednoho uzlu v tomto spojení - routeru. Třída SON této kapitoly zahrnuje následující sítě:

· mobilní cílové sítě ad hoc – bezdrátová mobilní síť ad hoc (MANET);

· bezdrátové senzorové sítě - Wireless Sensor Network (WSN);

· bezdrátové mesh sítě Wireless Mesh Network (WMN). Tyto sítě se také nazývají mesh sítě.

· automobilové bezdrátové sítě Vehicular Ad Hoc Network (VANET).

Uzly těchto sítí mají schopnost se navzájem najít a vytvořit síť, a pokud některý uzel selže, mohou vytvořit nové trasy pro přenos zpráv. Kapitola 24 poskytuje stručný popis výstavby samoorganizujících se sítí: MANET, mesh síť 802.11s, mesh síť WiMAX (kapitola 25). V této kapitole je věnována velká pozornost informační bezpečnosti samoorganizujících se sítí z hlediska analýzy DoS hrozeb (útoků) v důsledku úmyslného jednání útočníka s cílem narušit činnost směrovacích protokolů.

Funkce samoorganizujících se sítí a oblasti jejich použití

Struktura mobilní ad hoc sítě (MANET) je uvedena v kapitole 24. MANETy jsou distribuovaný systém skládající se z mobilních terminálů vybavených transceivery. Mohou organizovat dočasné síťové technologie pro přenos informací. V síti MANET plní mobilní zařízení nejen funkce koncových stanic, ale také funkce síťových uzlů (routerů). V tomto případě se často používají nelicencovaná frekvenční pásma. Zde jsou některé oblasti použití sítí MANET.

Podle zahraničních prací se za nejrozšířenější využití mobilních sítí Ad Hoc považuje navazování komunikací při bojových operacích. Zároveň se uvažuje o navázání komunikace mezi vojáky umístěnými na zemi, v pozemní a letecké dopravě. Většina komunikačních uzlů se pohybuje různými rychlostmi. Komunikační sítě s pevnou infrastrukturou nemohou poskytovat spolehlivou komunikaci za tak rychlých a nepředvídatelných okolností. Správce systému má málo času reagovat a překonfigurovat sítě. MANETy obvykle nevyžadují správu. Pokud je vytvoření infrastruktury nemožné nebo neúčinné, lze nasadit dočasnou síť Ad Hoc. Takovou síť lze využít například jako dočasné řešení na konferencích, ale i v neobydlených oblastech, kde je velmi obtížné vytvořit infrastrukturu. Krátký čas potřebný k nasazení sítě Ad Hoc z nich činí nepostradatelné pro záchranné operace po katastrofách nebo přírodních katastrofách.

Sítě senzorů (WSN)

Senzorová síť WSN je distribuovaná síť bezobslužných miniaturních uzlů, které shromažďují data o parametrech prostředí a přenášejí je do základnové stanice přenosem z uzlu na uzel pomocí bezdrátové komunikace. Síťový uzel, nazývaný senzor, obsahuje senzor, který přijímá data z vnějšího prostředí (samotný senzor), mikrokontrolér, paměť, rádiový vysílač, autonomní zdroj energie a někdy akční členy. Je také možné přenášet řídicí akce ze síťových uzlů do vnějšího prostředí Senzorové sítě jsou budovány na protokolech IEEE 802.15.4, ZigBee a DigiMesh. Pomocí radiové komunikace prováděné mezi uzly sítě na základě standardu ZigBee jsou vytvářeny samoorganizující se a samoopravující sítě. Mnoho senzorových sítí se vyznačuje mobilitou nikoli každého uzlu zvlášť (jako je tomu v MANETu), ale samostatné skupiny uzlů. Hlavním požadavkem na senzorové síťové protokoly je nízká spotřeba energie. V senzorových sítích jejich životnost přímo závisí na řešení problémů se spotřebou energie síťových uzlů.
Senzorové sítě se používají v různých oblastech, od boje proti terorismu až po ochranu životního prostředí. Existuje mnoho aplikací, pro které různí výrobci vyrábějí různé senzorové síťové uzly. Na základě jejich aplikační oblasti lze aplikace senzorových sítí rozdělit do kategorií:

· počasí, prostředí;

· telemedicína;

· nouzové situace (požáry, katastrofy atd.);

· vojenské operace atd.

Mesh Networks (WMN)

Kapitola 24 popisuje architekturu mesh sítě založené na protokolu 802.11s, který patří do rodiny protokolů 802.11. Jak bylo uvedeno výše, mesh sítě lze budovat na základě protokolů jiných standardů - 802.16 a LTE. Na Obr. Obrázek 26.1 ukazuje obecnou architekturu mesh sítě. Jak je vidět z obrázku, mesh síť se skládá z bezdrátové jádrové sítě (Wireless Mesh Backbone) a internetu, Wi-Fi sítí, celulárních sítí a koncových uživatelů k ní připojených. Nepřetržitá čára označuje kabelový kanál a tečkovaná čára označuje bezdrátový kanál.

Wireless Mesh Backbone zahrnuje následující routery:

1. síťový router bez brány (Mesh Router).

2. mesh router s bránou (Mesh Router with Gateway), interagující s internetem a dalšími typy mesh routerů.

3. mesh router s bránou a mostem (Mesh Router with Gateway/Bridge), spolupracující se všemi mesh routery hlavní sítě, stejně jako s přístupovým bodem sítě WiMAX, základnovými stanicemi mobilní komunikační sítě a sítí WiMAX. senzor komunikační sítě (Sink Node), přímo s předplatiteli prostřednictvím drátového nebo bezdrátového kanálu.

Rýže. 26.1. Architektura sítě Mesh

Práce představuje další architekturu mesh sítě, která umožňuje účastníkům dodatečně poskytovat nejen přístup k internetu, ale také vzájemnou komunikaci v rámci jádrové sítě. Ve srovnání s MANET a senzorovými sítěmi plní bezdrátové mesh sítě funkci tranzitní sítě a liší se v následujících čtyřech charakteristikách:

· Směrovače v sítích typu mesh jsou schopny přenášet větší provoz a mají méně omezení výkonu.

· Sítě směrovačů mohou poskytovat přenos dat na delší vzdálenosti.

· Sítě směrovačů lze použít jako integrátor sítí, jako je internet, mobilní sítě, bezdrátové místní sítě.

· V sítích typu mesh má každý směrovač alespoň dva rádiové kanály: jeden pro připojení klientů a druhý pro komunikaci s jinými směrovači.

Téměř každá výše popsaná aplikace mobilních ad hoc sítí může být implementována v bezdrátových mesh sítích. Hlavní výhodou mesh sítí je schopnost přenášet velké množství dat na velké vzdálenosti a poskytovat širokopásmový přístup.

Automobilové bezdrátové sítě (VANET)

Vytvoření automobilových bezdrátových samoorganizujících se sítí VANET má zlepšit efektivitu a bezpečnost silničního provozu. V současné době, s podporou průmyslu, vlády a akademických institucí, probíhá po celém světě několik výzkumných projektů zaměřených na vývoj a přijetí standardů pro takovéto dopravní sítě. Hlavní účely použití VANET lze rozdělit do tří skupin:

· asistence řidiče (navigace, předcházení kolizím a změna jízdního pruhu);

· informování (o rychlostních limitech nebo zónách oprav);

· varování (po nehodě, před překážkami nebo stavem vozovky).

Související informace.