Сети беспроводных датчиков - WSN созданы с целью сбора и анализа данных в режиме реального времени. В основном они предназначены для работы с небольшими объемами данных. WSN чаще всего используются для наблюдения за окружающей средой, отслеживания природных катастроф, контроля бизнес-процессов, умных сред (умные дома, умные здания, умные парковки), отслеживания движения транспорта, медицинских приложений.
WSN состоят из отдельных узлов датчиков (SNod). Эти узлы датчиков собирают данные об окружающей среде, сотрудничают друг с другом и передают их по беспроводной связи в устройство. Устройство берет данные с узлов датчиков, анализирует, синтезирует их и служит интерфейсом для внешнего мира.
Розетка обычно подключается к конечному пользователю с помощью существующих сетевых инфраструктур, таких как Интернет или GSM-сети. В пределах одной сенсорной сети обычно находятся сотни, а то и тысячи узлов датчиков, которые взаимодействуют с устройством.
Типичный узел датчика состоит из:
- - Датчик, отвечающий за преобразование наблюдаемых физических размеров в электронные
- - Процессор, отвечающий за прием, передачу и обработку данных датчика
- - Подсистема связи, отвечающая за передачу и прием данных
- - Подсистема электропитания, отвечающая за обеспечение автономности узла датчика.
Помимо перечисленных выше компонентов, узлы датчиков могут иметь дополнительные компоненты, такие как модуль GPS, который используется для определения местоположения узла датчика. Сенсорные узлы могут также иметь исполнительные механизмы, с помощью которых они влияют на наблюдаемый процесс. В случае использования дополнительных модулей, требующих большого количества энергии, очень сложно поддерживать энергетическую стабильность узла датчика.
Узлы датчиков имеют ограниченные ресурсы, такие как источник питания от батареи, слабая вычислительная способность. Можно продлить срок службы батареи в условиях ограниченного потребления энергии, используя несколько различных методов повышения энергоэффективности.
Существуют подходы, основанные на энергосберегающих технологиях, таких как сжатие данных (Distribution Compression), усовершенствование алгоритмов маршрутизации и метод спящего режима узла датчика.
Большинство узлов беспроводных датчиков расположены на неконтролируемой местности, где существуют различные угрозы безопасности. Важно определить эти опасности и принять необходимые меры предосторожности для обеспечения надлежащего функционирования сети
Распределенные DOS-атаки описываются как особая категория DOS-атак. Экспериментальная часть показывает реализацию атаки, при которой злоумышленник препятствует нормальному функционированию беспроводной сети. Эта атака является одной из наиболее часто используемых и может привести к полному отключению WSN.
Связь датчиков в беспроводных сетях
Узлы датчиков разбросаны по матрице. Все узлы датчиков передают данные на устройство. Для того, чтобы узлы датчиков правильно передавали данные в устройство и наоборот, необходимо соблюдать правила коммуникаций - протоколы.
Протоколы распределены по 5 уровням:
- прикладной,
- транспортный,
- сетевой,
- уровень соединения данных и физический уровень,
- соответствующий модели TCP/IP уровня.
Функция прикладного уровня заключается в отделении аппаратного и программного обеспечения от конечного пользователя. Благодаря этому можно создавать и использовать огромное количество различных приложений. В зависимости от задач, которые должны выполнять датчики, используются различные протоколы.
Транспортный уровень должен обеспечивать передачу данных от узлов датчиков к устройству. Надежность "от начала до конца" обеспечивается не между отдельными датчиками и устройством, а между событием и устройством. Событие состоит из группы узлов датчиков, которые могут обнаружить наблюдаемое явление. Одновременно устройство обычно посылает данные на определенный узел датчика.
Сетевой уровень отвечает за маршрутизацию данных в WSN. Кроме маршрутизации, транспортный уровень должен обеспечивать энергоэффективность и агрегацию данных. Маршрутизация выполняется с использованием любых методов маршрутизации.
Канальный уровень отвечает за мультиплексирование потока данных, обнаружение кадров данных, средний доступ и обнаружение ошибок.
Физический уровень отвечает за выбор частоты, генерацию несущей частоты, обнаружение сигнала, модуляцию данных. Чаще всего используются частоты из диапазона ISM (промышленный, научный и медицинский).
Генерация несущей частоты и обнаружение сигнала зависят от аппаратных ограничений, и цель состоит в том, чтобы быть простыми, экономить энергию и достигать самой низкой цены конечного продукта. Наиболее часто используются бинарные и схемы модуляции. Двоичные схемы модуляции дешевы из-за их простой реализации, и поэтому характеризуются лучшей энергоэффективностью .
Помимо уровней, соответствующих модели TCP/IP, существуют также плоскости, такие как плоскость для управления питанием, плоскость для управления движением и плоскость для управления задачами.
Атаки ОСН
Учитывая, что для передачи данных внутри WSN используются радио-средства массовой информации, сам процесс отправки подвержен различным рискам и угрозам безопасности. Сенсорные узлы имеют ограниченные ресурсы. Поэтому зачастую невозможно защитить их с помощью сложных протоколов и методов обеспечения безопасности.
Протоколы и механизмы безопасности внутри WSN разработаны таким образом, что они обеспечивают безопасность сети на удовлетворительном уровне, используя как можно меньше ресурсов.
В отличие от узлов датчиков, злоумышленник может использовать оборудование, обладающее гораздо большими ресурсами и возможностями, такими как более мощные антенны для излучения сигнала, постоянный источник питания, мощный процессор и объем памяти. Это одна из причин увеличения числа атак на WSN.
Атаки на WSN направлены на то, чтобы поставить под угрозу функционирование сети, злоупотребить передаваемыми в ней данными, шпионить за ней или вмешиваться в ее работу. Атаки можно классифицировать в соответствии с уровнем протоколов, который они атакуют.
Одной из наиболее распространенных атак на WSN, которая проходит через все уровни стека протоколов, является атака DOS. Основной целью этой атаки является отключение надлежащего функционирования сети. Злоумышленники, используя различные типы атак, не позволяют легитимным узлам сети использовать свои сетевые ресурсы.
Если сеть подвергается атаке нескольких злоумышленников, такая ситуация называется распределенной атакой. Такой вид атак может вызвать гораздо больше проблем в работе сети, чем атаки на один узел. Злоумышленник может быть внешним узлом, который не является частью WSN, или одним из легитимных узлов, которые были взломаны злоумышленником.
Некоторые из показателей атаки ОСН таковы:
- - Снижение производительности сети;
- - Части сети не отвечают;
- - Увеличение количества спам-сообщений;
- - Задержка или потеря пакетов и их подтверждение.
