1.4. Надійність і безпека в мережі asnet.

Високу надійність зв'язку в мережі ASNET забезпечують методи забезпечення надійності і достовірності передачі інформації на рівнях PHY і MAC:

• з точки зору надійності функціонування мережі топологія мережі може динамічно мінятися залежно від завантаження вузлів. З часом вузли знаходять незавантажені канали і маршрути для передачі своїх даних. Структура мережі залежить як від якості радіоканалів, так і від їх завантаженості.

• механізм безконфліктного доступу до радіоканалу і передачі у фіксованих слотах;

Cеть ASNET у фазі обміну даними використовує два типи безконфліктного доступу до каналу:

• у ланці зв'язку "вузол - сенсор" застосовується механізм GTS з фіксованими слотами доступу "slotted channel access mechanism", що йдуть відразу після суперкадру. Кожного разу, коли сенсор захоче передати дані в період GTS, він спочатку визначить межу суперкадру (процедура синхронізації з суперкадром), відрахує від нього вказане число слотів і почне передачу з межі заданого слота передачі. Випадковий доступ з контролем несучаої і запобіганням конфліктам CSMA - CA використовується тільки в процедурі асоціації для відправки кадру запиту на входження до складу мережі.

Кадри АСК вирушають відразу ж після отримання кадру даних в тому ж слоті, в якому прийнятий кадр. Відправка кадру маяка відбувається вже після того, як завершуються періоди гарантованого доступу пристроїв до каналу, усі дозволені транзакції закінчені і радіоканал гарантовано вільний.

При передачі даних впродовж періоду гарантованого доступу. Тут усе зрозуміло за визначенням. Гарантовані слоти доступу надаються у фіксованому об'ємі і конкретним пристроям. Ніякого випадкового доступу до каналу тут не передбачено, тому він і не застосовується:

1) у ланці зв'язку "вузол - вузол" радіотракту застосовується механізм доставки фрагментів пакетів в слотах суперкадру відповідно до протоколу LLC підрівня DQDB_R.

• підтвердження прийому кадрів з повторною передачею на рівні MAC. Кадри підтвердження АСК доставки/верифікації даних. Про надійну доставку даних повідомляють кадри підтвердження успішного прийому і достовірному отриманні даних або MAC-команд. Алгоритм роботи простий - якщо приймаючий вузол не зміг з яких-небудь причин отримати дані, то повідомлення у відповідь не посилається. Якщо ініціатор відправки кадру не отримує впродовж якогось часу підтвердження доставки, він вважає цю транзакцію не успішною і знову намагається повторити передачу. Якщо підтвердження не приходить і після декількох повторів, то ініціатор може на власний вибір або припинити транзакцію, або намагатися посилати дані до нескінченності;

• наскрізне підтвердження пакетів в межах маршруту на NWK рівні.

• контроль CRC - 16. Останній "стовп" забезпечення надійності ─ верифікація даних за допомогою контрольних сум CRC - 16. Контрольна сума виконується тільки над полями MAC -заголовка і Payload, що передається з вищестоящих рівнів через MAC-рівень.

• сервіс захисту даних. Чіп JN5148 відповідає IEEE 802.15.4 з підтримкою функції захисту даних за стандартом AES - CCM - 64. Розробники комплексних рішень на базі РМК NXP/ZigBee повинні знати ті або інші модифікації AES. Важливий параметр радіомережі ─ безпека даних, які передаються, і захист їх від несанкціонованого доступу, яку в ASNET реалізує служба APL -рівня. Набір базових функцій забезпечення початкового рівня безпеки на MAC-рівні: підтримка списків контролю доступу Access Control List і криптографічне шифрування даних, що передаються. Реалізація дій із забезпечення безпеки не обов'язкова, проте розробникам рекомендують використовувати ці функції постійно і в усіх пристроях. Механізм шифрування в ASNET зарезервований і заснований на застосуванні симетричного ключа, що поставляється "згори". APL -рівень визначає, коли необхідно використовувати режими безпеки на MAC-рівні, і формує усі основні параметри (у тому числі і ключі) для роботи сервісу захисту. Завдання створення і управління симетричними ключами вирішуються розробниками радіочіпів. Основні сервіси захисту, передбачені в IEEE 802.15.4:

2. Управління доступом за допомогою списків контролю доступу ACL. Якщо вузол підтримує цей сервіс, він повинен мати у своєму ACL -списку перелік усіх вузлів, від яких він чекає отримання даних.

3. Криптозахист від несанкціонованого доступу використовуючи шифрування даних з симетричними ключами:

• використовуючи ключ, загальний для групи пристроїв;

• за допомогою окремих ключів для кожної пари пристроїв (при цьому ключ зберігається також в ACL -списку).

4. Контроль цілісності кадру. Якщо при передачі кадру стався збій, то приймач виявить цей факт за допомогою перевірки контрольної суми CRC - 16 кадру. що передається. Цей сервіс використовує спеціальний код цілісності повідомлення MessageIntegrityCode для захисту даних від змін пристроями, що не знають криптографічного ключа. Код цей також може бути. загальним для групи пристроїв або особистим для пар пристроїв. Sequential freshness - спеціальний сервіс оновлення що розсилаються пристроям мережі симетричних ключів.

5. Механізм зміни маршруту доставки пакетів з переходом на обхідні маршрути. Якщо якийсь вузол мережі виявляється непрацездатним через перешкоди або через фізичну несправності, інформація може дійти до приймача через сусідні вузли з використанням маршрутизації від джерела.

6. Застосування адаптивних алгоритмів доступу до каналу.

7. Механізм динамічної аутентифікації і контролю наявності вузлів у складі мережі для захисту від підміни даних і сенсорів.

Залежно від режиму роботи радіомодуля і заданого режиму безпеки MAC-рівень забезпечує різні сервіси захисту. У режимі з відключенням захисту unsecured mode вони не задіяні взагалі. У режимі ACL mode їх забезпечують спільно шари вище за MAC-рівень і сервіс управління доступом за допомогою списків ACL. У третьому режимі захисту secured mode активуються будь-які з вищеописаних сервісів, залежно від вибраного стандарту криптування.

Боротьба з перешкодами. Мережа ASNET розроблена з урахуванням роботи в складних умовах радіоперешкод і завмирань сигналів із-за віддзеркалень (устаткування шахт, промислова апаратура, електромережі і т. п.). Мережі на базі стека протоколів ASNET мають підвищену захищеність від перешкод і живучість завдяки засобам боротьби з перешкодами, які включають наступні механізми:

8. Розширення спектру сигналу, який передається: початковий двійковий сигнал перетвориться в псевдовипадкову послідовність, внаслідок чого в ефір передається шумоподібний сигнал. Метод розширення спектру сигналу, що передається "DSSS" дозволяє ефективно боротися з вузькосмуговими перешкодами.

9. Передача кадрів тільки в гарантованих тимчасових слотах, синхронізованих з радіомаяками. Перш ніж почати передачу, вузол відстежує маяк і у разі його отримання обчислює час передачі в межах заздалегідь виділеного тайм-слоту, контролює його інтервал настання, після чого намагається передати кадр. Цей механізм запобігає одночасному виходу до ефіру декількох передавальних вузлів.

10. Запобігання колізіям. Одночасна робота радіомереж, що перекриваються по чутності. При масовій установці радіомереж встає питання працездатності мереж з частковим перекриттям чутності і з повним перекриттям. Мережі без можливості роботи в умовах з частковим або повним перекриттям чутності, в ситуації 1 працюватимуть нормально, в ситуації 2 можливі часті колізії, а також розвал мереж, в ситуації 3 з повним перекриттям чутності - такі мережі працювати не будуть.

11. Вимір параметрів каналу передачі.