ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ/6. Электротехника и радиоэлектроника

К.т.н.доцент Ткалич О.П., к.т.н.НАУ Одарченко Р.С., ст. Шеремет Е.Ю., ст. Марченко А.В., ст. Рыбальченко Е.В.

Национальный авиационный университет, Киев,Украина

Анализ системы безопасности в сенсорных сетях, основанных на протоколе ZigBee

Сенсорные сети – технология, которая обеспечивает способность контролировать состояние окружающего физического мира. Сегодня практически все сенсорные сети являются беспроводными. Использование этого инновационного инструмента реализует множество различных задач: мониторинг окружающей среды, исследование и контроль состояния технических конструкций, промышленных предприятий, поддержка инфраструктуры систем безопасности, активное слежение за распределенными целями и объектами.

Беспроводная сенсорная сеть (БСС) состоит из двух компонентов: аппаратного и программного. Аппаратный компонент представляет собой совокупность оснащенных приемопередатчиками микропроцессорных устройств, с помощью которых возможна реализация передачи информации между данными устройствами в сети. Помимо этого эти устройства, часто называемые узлами сенсорной сети, должны оснащаться разного рода датчиками, которые и снимают показания параметров окружающей среды. Программный компонент агрегирует канальный, сетевой уровни и уровень приложений, которые позволяют поддерживать передачу информации от всех узлов сети к некоторым узлам-«стокам» (шлюзам или базовым станциям), которые соединены с промышленными SCADA-системами.

Сенсорная сеть – самоорганизующаяся структура, что обусловлено возможностью автоматического перераспределения потока данных от узлов к базовой станции и изменения конфигурации сети при выходе узлов из строя или добавления новых узлов в сеть.

Для того чтобы представить структуру БСС представим массив удаленных друг от друга устройств, часто сравнительно малого размера, каждое из которых представляет собой независимый сенсор. Существуют классы сенсоров замеряющих температуру, влажность, атмосферное давление, световую активность, уровня звука, положение в пространстве, ускорение, наклон платформы, магнитные и электрические поля. В качестве метода радиосвязи сегодня наибольшего распространения получили стандарты: ZigBee основанный на стандарте IEEE 802.15.4 и Wibree основанный на технологии Bluetooth с низким энергопотреблением, над которыми все еще ведется работа и усовершенствование. Логику работы сенсорной сети организует специальная операционная система «малой весовой категории». Чаще всего это TinyOS и LiteOS, но помимо них существует множество других операционных систем.

На сегодняшний день наиболее распространенными являются сети ZigBee, отличительной чертой которых является гарантированная, устойчивая к помехам, многолучевому затуханию, различным сбоям и отказам передачи данных. Помимо этого большое внимание стоит уделить безопасность передачи, что важно для многих критических приложений. Основным механизмом обеспечения конфиденциальности в сетях ZigBee является надлежащая защита всех ключевых данных. А основой безопасности – доверительные отношения, которые обязательны как на стадии первоначальной установки ключей, таки в дальнейшем процессе обработки информации, касающейся безопасности.

Спецификация ZigBee регламентирует безопасность на уровнях NWK и ASP и опирается на базовую структуру безопасности, регламентируемую стандартом IEEE 802.15.4. Также предусмотрена особая политика безопасности, поскольку создаваемые сети могут быть физически доступны для внешних устройств, а конкретные рабочие среды невозможно предсказать. Помимо этого, различные приложения, запускаемые одновременно и использующие для связи один и тот же трансивер, должны быть взаимно доверенными, поскольку исходя из требований к стоимости, не предусматривается наличие брандмауэра между объектами приложений. Система безопасности в соответствии со спецификацией ZigBee основана на 128-битном AES алгоритме, службы безопасности определяют создание ключей, управление устройствами и защиту данных.

В сетях ZigBee предусмотрено три типа ключей для управления безопасностью:

Главный ключ – не используется для шифрования, используется как разделяемый двумя устройствами секретный код при выполнении устройствами процедуры генерации ключа канала связи.

Сетевые ключи – обеспечивают безопасность сетевого уровня, такой ключ имеет каждое устройство в сети ZigBee. По беспроводным каналам сетевые ключи высокой безопасности пересылаются исключительно в зашифрованном виде, в режиме стандартной безопасности могут пересылаться в не зашифрованном виде.

Ключи каналов связи – обеспечивают безопасную одноадресную передачу сообщений между двумя устройствами на уровне приложений.

Из выше изложенного можно заключить, что основополагающую роль в безопасности сенсорных сетей ZigBee имеет центр управления безопасностью. Именно он на этапе формирования и реконфигурации сети разрешает или запрещает подключение к сети новых устройств, периодически обновляет ключ сети, причем, сначала он транслирует новый ключ в зашифрованном виде с помощью старого ключа сети, затем сообщает всем устройствам о переходе на новый ключ.

Что касается перспектив исследований сенсорных сетей в целом и усовершенствования их архитектуры безопасности, в настоящее время почти все технологии, используемые в БСС, находятся в стадии разработки. Среди прочих выделяют проблемы уменьшения энергопотребления, мобильности и организации передачи сообщений между узлами сети на дальних расстояниях.

Список использованной литературы 1. Панфилов Д., Соколов М. Введение в беспроводную технологию ZigBee стандарта 802.15.4: Электронные компоненты. Киев, 2004. No12(73). С.73-79. 2.Шатунов М. Штрапенин Г. Интеграция технологии ZigBee в электронные устройства: Компоненты и технологии. – Минск, 2005. – No10(130). – С.130-134.