Исследование характеристик защищенности мобильных сенсорных сетей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследование характеристик защищенности мобильных сенсорных сетей

Я.Е. Львович, И.Я. Львович, А.П. Преображенский, Ю. П. Преображенский, О.Н. Чопоров

Аннотация

В данной работе рассматриваются проблемы защиты от вторжений в мобильные сенсорные сети, являющимися основой многих современных систем связи. Дана анализ потоков данных в мобильных сенсорных сетях. Рассмотрены возможности применения модели, описывающей вторжение злоумышленника в сеть. Приведены некоторые результаты, полученные на ее основе.

Ключевые слова: мобильная сенсорная сеть, защита информации, жизненный цикл.

Abstract

This paper deals with the problems of protection against intrusion into mobile sensor networks, which are the basis of many modern communication systems. The analysis of data flows in mobile sensor networks is given. The possibilities of using a model describing the intrusion of an attacker into the network are considered. Some results obtained on its basis are presented.

Keywords: mobile sensor network, information protection, life cycle.

Введение

Концепция Интернета Вещей является ключевым звеном в формировании и совершенствовании различных сетей связи, т.е. ее основной целью является, создание клиентской базы сетей связи, состоящей практически на 90% из вещей, однако для этого потребуется кардинально изменить сетевую архитектуру.

Могут наблюдаться возможности таких реализаций технических систем, когда, машины не будут нуждаться в людях, на смену концепции человек-машина, приходит, машина-машина.

Это значит, что сеть связи переходит на уровень самоорганизующейся, такие глобальные изменения могут быть из-за большой сетевой клиентской базы, а вернее из за ее масштабного изменения.

На данный момент мы можем говорить о триллионах перспективных сетей связи, которые можно создать из вещей, в будущем мы можем предположить, что их число вырастит до 50 триллионов вещей, которые в конечном итоге будут представлять качественную сетевую связь.

Основой подобных систем можно считать беспроводные сенсорные сети (БСС). Они должны быть надежно защищены от различных злоумышленников. Данная работа связана с исследованиями вторжений в БСС, Которые будут стремится к уменьшению жизненного цикла БСС.

1. Анализ разновидностей потоков трафика в ББС

В БСС важную роль играет трафик, его вид и параметры, в принципе как в других сетях связи, модель трафика имеет классы согласно Кендаллу-Башарину, если ее рассматривать с позиции телетрафика.

Рассмотрим вид одной из этих моделей, к примеру: простая модель выглядит таким образом: M/M/1, итак, первая буква носит в себе данные о виде потока, вторая содержит в себе информацию по системе обслуживания различных событий, пакетов или же вызовов, и последний знак несет в себе характеристику ресурса системы.

Если мы расшифруем данный пример, то в итоге мы имеем простейший, или точнее говоря пуассоновский поток с экспоненциальным видом обслуживания в однолинейной системе [1].

Рассмотренный нами пример долгое время использовался, и был весьма востребован и надежен, однако после появления NGN - сетевой пакет общего пользования, передача различных данных, видео и т.д. выявили свою самоподобность в циркулирующих потоковых сетях.

Впервые самоподобные потоки были обнаружены I.Norros в середине 90-х годов, при передаче файлов, после чего начались наблюдения и различные исследования в данной области, спустя некоторое время данной находке было найдено теоретическое обоснование, исследуя все глубже самоподобную сеть, ее выявили и в трафике Skype, различных видео, электронных почтах и WEB-приложениях.

Однако, что касается речевого трафика вне зависимости от вида сети, поток оставался пуассоновским.

В работе для определения работоспособности, и качества выполнения задач используются параметры задержки, потери, и ранее не использованные параметры в данной области, это параметры остаточной энергии и определение времени жизненного цикла.

Два последних параметра решено было использовать из-за их большой распространенности, так как существует необходимость увеличения жизненного цикла сети. Ведь затраченная энергия в БСС не имеет возможности самовосстанавливаться, а остаточная энергия является одним из важных моментов определения качества и функциональности сети, но стоить заметить, что жизненный цикл сети имеет зависимость и от других определяющих моментов.

БСС являются инструментом по мониторингу различных процессов происходящих в пространстве, так же являются инструментом мониторинга внешней среды т.д.

2. Анализ модели вторжения злоумышленника в БСС

Для проведения исследования вторжения ложных событий на БСС, будут использоваться как детерминированный, так и пуассоновский поток, а время жизни сети будет определено за счет момента затухания последнего узла сенсорной сети, определение жизненного цикла сенсорной сети, наравне с выявлением вторжений ложных событий в сеть, является важной задачей данной работы.

Мобильные БСС в последнее время лишь набирают свою актуальность и расширяют масштабы своего использования (Mobile Wireless Sensor Networks), поэтому будет целесообразным исследование вторжений ложных событий в мобильные сети с такой же необходимостью, как и для стационарных сенсорных узлов.

Изучив проведенные исследования по MWSN, можем сказать, что сенсорный узел перемещается со скоростью в среднем 2 м/с, в сравнении с перемещением человека, это значение быстро идущего пешехода.

Данная скорость и будет использоваться в исследовании в качестве основной.

Сети MWSN имеют существенное отличие от MANET, по скорости перемещения узлов и их количеству, Ad Hoc сети MANET (Mobile Ad Hoc Networks) являются одними из лидирующих по качеству использования из самоорганизующихся сетей.

MANET имеет скорость от 8-10 м/с, эту скорость можно сравнить со скоростью движения автомобиля в среднем темпе, в городских условиях, данное время определяется с помощью приложения MANET, к примеру авто сети VANET(Vehicular Ad Hoc Networks), в то время средняя скорость сенсорного узла MWSN, составляет 2 м/с.

БСС можем разделить на гетерогенные и гомогенные.

Однако чаще всего используются гомогенные сети, т.к. сенсорные узлы не отличаются особой сложностью строения.

Гомогенные сети включают в себе большое количество сенсорных узлов, которые в свою очередь имеют схожие исходные данные, к примеру, начальную энергию, радиус действия, расход энергии на передачу информационных данных и т.д.

Именно поэтому в данной работе нами будет использоваться гомогенная модель.

Для того чтобы определить время жизненного цикла, сети ее остаточную энергию, а так же с целью увеличения остаточной энергии и жизненного цикла при построении сети будут применены разного вида алгоритмы по кластеризации сети.

В качестве весьма востребованного алгоритма можно отметить алгоритм LEACH (Low Energy Adaptive Cluster Hierarchy).

Если провести анализ особенностей такого подхода, то идея состоит в том, что идет постепенная смена головных узлов. Они разные в разных жизненных циклах сетей. За счет этого можно достичь того, что будет расти жизненный цикл БСС в несколько раз, если сравнивать с тем, когда головные узлы будут избираться случайным способом.

LEACH-M можно рассматривать в виде определенной модификации указанного выше алгоритма. Ее удобно применять, если есть мобильные сенсорные сети. При проводимых нами расчетах между приведенными алгоритмами мы не делали различий.

Будем опираться на первый алгоритм LEACH.

При формировании модели БСС будем применять такие параметры для сенсорного узла: радиус действия - 30 м, запасенная энергия - 3Дж, требуемая энергия по приему - 60 нДж/бит, по передаче - 60 нДж/бит и дополнительное значение энергии 90 нДж/кв.м.

Рабочая область рассматривается в виде квадрата со стороной 250Ч250 м. Шлюз размещаем в его центре. Жизненный цикл БСС рассчитывается в секундах.

Общее время наблюдения за БСС при исследовании жизненного цикла принимается равным 1500 с. Отметим, что идет замена по головному узлу после каждой из итераций.

Внутри анализируемой квадратной области мы будем размещать случайно 120 мобильных узлов.

Скорости движения сенсорных узлов варьировались от 3 м/с, что соответствует движению пешехода до 15 м/с - это движение автомобиля с соблюдением правил дорожного движения в городе.

Исходим из того, что для всех сенсорных узлов задаются одинаковые характеристики (с точки зрения энергопотребления и дальности передачи).

Будем считать, что головные узлы среди всех узлов составляют всего 7%.

При проведении машинного эксперимента мы рассматривали случай, когда анализируемая сеть подвергалась воздействиям, которые представлялись как потоки ложных событий.

В качестве примера мы рассматривали случаи, в которых потоки были детерминированные, а также подчинялись пуассоновскому закону.

Потока ложных событий характеризовался значением интенсивности, которая лежала в пределах 1 до 70 соб/с.

Сами сенсорные узлы могли двигаться со скоростями, значения которых лежали между 1 м/с и 5 м/с. Сенсорный узел может дать обнаружение ложных объектов. В этих случаях идет передача информации об этом к шлюзу, осуществляется уничтожение объекта.

3. Результаты исследований

Для того чтобы осуществить исследования, была подготовлена имитационная модель на основе языка C++.

В случае, если рассматривается для ложных событий пуассоновский поток результаты моделирования можно увидеть на рис. 1. При этом Варьируется интенсивность и значения скоростей сенсорных узлов (1- 1 м/с, 2- 3м/с, 3-5м/с).

Рис. 1. Воздействие пуассоновского потока на БСС (расчет времени жизненного цикла БСС )

Анализ демонстрирует существенную зависимость значений длительности жизненного цикла БСС от интенсивности ложных потоков [2, 3].

Значения длительности жизненного цикла БСС уменьшаются в несколько раз, когда идет рост всего в 2 раза значений интенсивности потоков на входе (при небольших ее значениях).

С дальнейшим увеличением интенсивности спад в длительности жизненного цикла БСС не такой резкий.

Рис. 2 иллюстрирует то, как изменяется длительность жизненного цикла БСС при разных интенсивностях для двух типах потоков (1 - пуассоновский случай, 2 - детерминированный случай). При этом скорости движения сенсорных узлов имеют постоянную величину.

Второй случай характеризуется меньшим значением уменьшением длительности жизненных циклов БСС, если сравнивать с первым случаем.

С увеличением значений интенсивностей различие между потоками пропадает.

Рис. 2. Расчет жизненного цикла БСС при воздействии на нее двух разных типов потоков сети, где скорость сенсорного узла=3 м/с

Для проведения исследования вторжения ложных событий на БСС, будут использоваться как детерминированный, так и пуассоновский поток, а время жизни сети будет определено за счет момента затухания последнего узла сенсорной сети, определение жизненного цикла сенсорной сети, наравне с выявлением вторжений ложных событий в сеть, является важной задачей данной работы.

Там, где интенсивности потоков, связанных с ложными событиями не превышают 2 м/с наблюдается существенное влияние на длительность жизненного цикла БСС детерминированного потока по сравнению с пуассоновским.

Результаты исследований полезны с точки зрения проектирования соответствующих БСС.

Трафик в БСС характеризуется самоподобностью при различных значениях параметра Херста. Это определяет то, что важно исследовать характеристики защищенности при условии детерминированных и пуассоновских входных потоков по ложным событиям.

Даны предложения по использованию моделей, описывающих вторжения в БСС, имеющие целями сделать как можно меньший ее жизненный цикл, базирующейся на применении потоков ложных событий.

мобильный сенсорный сеть злоумышленник

Литература

1. Самойлов М.С. Методика определения степени самоподобия трафика мультисервисных сетей связи. // Радиотехника, 2015, № 4. - С. 61-65.

2. Букашкин С.А., Тучкин А.В. Особенности пакетной передачи различных видов трафика по каналам с небольшой пропускной способностью. // Радиотехника, 2014, № 4. - С. 37-42.

3. Борисов В.И., Зинчук В.М., Лимарев А.Е. Помехозащищённость систем связи с прямым расширением спектра сигналов. М.: РадиоСофт, 2011. - 387с.

Размещено на Allbest.ru