Введение. Безопасность информации в сетях ZB

Безопасность информации в сетях ZB

Настройка параметров безопасности учетных записей пользователей на арм для работы с утройствами ZigBee

Заключение

Список использованной литературы

Введение

автоматизация дом безопасность умный

В самых разных отраслях имеется потребность в создании беспроводных сетей с большим числом датчиков и исполнительных механизмов, где не требуется высоких скоростей передачи данных, а на первый план выступают надежность, устойчивость (способность к самовосстановлению) и простота развертывания и эксплуатации. Важно также, чтобы оборудование таких сетей допускало длительную работу от автономных источников питания, имело низкую стоимость, и было компактным. Важнейшими требованиями к таким сетям являются также:

- длительная работа источников питания датчиков,

- низкая стоимость,

- компактность,

- возможность создания ячеистых сетей для связи между большим числом устройств.

Такому сочетанию требований еще 10 лет назад не отвечал ни один из сетевых стандартов, что и привело к созданию стандартов IEEE 802.15.4 и ZigBee, описывающих устойчивые масштабируемые многошаговые беспроводные сети, простые в развертывании и поддерживающие самые разные приложения

Альянс ZigBee, учрежденный в 2002 году, представляет собой сообщество компаний (более 300), объединившихся с целью разработки эффективных протоколов для беспроводной сети и обеспечения совместимости устройств различных производителей. Текущий список профилей приложений, опубликованных, или уже находящихся в работе:

· Домашняя автоматизация

· Рациональное использование энергии (ZigBee Smart Energy 1.0/2.0)

· Автоматизация коммерческого строительства

· Телекоммуникационные приложения

· Персональный, домашний и больничный уход

· Игрушки

Сотрудничество между IEEE 802.15.4 и ZigBee подобно тому, что было между IEEE 802.11 и альянсом Wi-Fi. Спецификация ZigBee 1.0 была ратифицирована 14 декабря 2004 и доступна для членов альянса ZigBee. Сравнительно недавно, 30 октября 2007 г., была размещена спецификация ZigBee 2007. О первом профиле приложения - "Домашняя автоматизация" ZigBee, было объявлено 2 ноября 2007. ZigBee работает в промышленных, научных и медицинских (ISM-диапазон) радиодиапазонах: 868 МГц в Европе, 915 МГц в США и в Австралии, и 2.4 ГГц в большинстве стран в мире (под большинством юрисдикций стран мира). Как правило, в продаже имеются чипы ZigBee, являющиеся объединёнными радио - и микроконтроллерами с размером Flash-памяти от 60К до 128К таких производителей, как Jennic JN5148, Freescale MC13213, Ember EM250, Texas Instruments CC2430, Samsung Electro-Mechanics ZBS240 и Atmel ATmega128RFA1. Радиомодуль также можно использовать отдельно с любым процессором и микроконтроллером. Как правило, производители радиомодулей предлагают также стек программного обеспечения ZigBee, хотя доступны и другие независимые стеки.

Так как ZigBee может активироваться (то есть переходить от спящего режима к активному) за 15 миллисекунд или меньше, задержка отклика устройства может быть очень низкой, особенно по сравнению с Bluetooth, для которого задержка, образующаяся при переходе от спящего режима к активному, обычно достигает трёх секунд. Так как ZigBee большую часть времени находится в спящем режиме, уровень потребления энергии может быть очень низким, благодаря чему достигается длительная работа от батарей.

Первый выпуск стека сейчас известен под названием ZigBee 2004. Второй выпуск стека называется ZigBee 2006, и, в основном, заменяет структуру MSG/KVP, использующуюся в ZigBee 2004 вместе с "библиотекой кластеров". Стек 2004 года сейчас более или менее вышел из употребления. Реализация ZigBee 2007 в настоящее время является текущей, она содержит два профиля стека, профиль стека № 1 (который называют просто ZigBee) для домашнего и мелкого коммерческого использования, и профиль стека № 2 (который называют ZigBee Pro). ZigBee Pro предлагает больше функций, таких как широковещание, маршрутизацию вида "многие-к-одному" и высокую безопасность с использованием симметричного ключа (SKKE), в то время как ZigBee занимает меньше места в оперативной и Flash-памяти. Оба профиля позволяют развернуть полномасштабную сеть с ячеистой топологией и работают со всеми профилями приложений ZigBee. Протоколы ZigBee снижают время включения радиопередатчиков и сокращают энергопотребление. В маячковых сетях узлы должны быть активными только во время осуществления маячком передачи. В безмаячковых сетях расход энергии решительно ассиметричен, некоторые устройства всегда активны, в то время как другие проводят большую часть своего времени в спящем режиме.

автоматизация дом безопасность умный

1. Особенности технологии ZigBee

.1 Почему именно ZigBee

У многих возникнет вопрос - почему ZigBee? Название ZigBee образовано из двух слов: zigzag (зигзагообразная траектория движения) и bee (пчела). А причем здесь пчелы? Домашние пчелы живут в ульях роем, во главе которого стоит королева. Ее обслуживают несколько трутней и тысячи рабочих пчел. Выживание, развитие и будущее колонии пчел напрямую зависит от того, насколько непрерывно, без сбоев будет происходить обмен информацией между всеми членами колонии. Принцип, по которому информация передается между членами пчелиного сообщества, допустим, о местонахождении цветочной поляны, схож с тем, на котором основаны алгоритмы ZigBee.

Сети ZigBee, в отличие от других беспроводных сетей передачи данных, полностью удовлетворяют требования, а именно:

- благодаря ячеистой (mesh) топологии сети и использованию специальных алгоритмов маршрутизации сеть ZigBee обеспечивает самовосстановление и гарантированную доставку пакетов в случаях обрыва связи между отдельными узлами (появления препятствия), перегрузки или отказа какого-то элемента;

- спецификация ZigBee предусматривает криптографическую защиту данных, передаваемых по беспроводным каналам, и гибкую политику безопасности;

- устройства ZigBee отличаются низким электропотреблением, в особенности конечные устройства, для которых предусмотрен режим «сна», что позволяет этим устройствам работать до трех лет от одной обычной батарейки АА и даже ААА;

- сеть ZigBee - самоорганизующаяся, ее структура задается параметрами профиля стека конфигуратора и формируется автоматически путем присоединения (повторного присоединения) к сети образующих ее устройств, что обеспечивает простоту развертывания и легкость масштабирования путем простого присоединения дополнительных устройств;

- устройства ZigBee компактны и имеют относительно невысокую стоимость (рис. 1.1).

Рисунок 1.1 ZigBee-модуль PAN4555 со встроенным микроконтроллером от Panasonic

Связь в сети ZigBee осуществляется путем последовательной ретрансляции пакетов от узла источника до узла адресата. В сети ZigBee предусмотрено несколько альтернативных алгоритмов маршрутизации, выбор которых происходит автоматически.

Стандарт предусматривает возможность использования каналов в нескольких частотных диапазонах. Наибольшая скорость передачи и наилучшая помехоустойчивость достигается в диапазоне от 2,4 до 2,48 ГГц. В этом диапазоне предусмотрено 16 каналов по 5 МГц.

Цена, которую пришлось заплатить в сетях ZigBee за минимизацию энергопотребления, компактность и дешевизну - относительно низкая скорость передачи данных.

«Брутто» скорость (включая служебную информацию) составляет 250 кбит/c. Средняя скорость передачи полезных данных, в зависимости от загрузки сети и числа ретрансляций, составляет от 5 до 40 кбит/с.

Расстояние между рабочими станциями сети составляет десятки метров внутри помещений и сотни метров на открытом воздухе. За счет ретрансляций покрываемая сетью зона может быть весьма значительной: до нескольких тысяч квадратных метров в помещении и до нескольких гектар на открытом пространстве.

Более того, сеть ZigBee в любой момент может быть расширена добавлением новых элементов или наоборот разбита на несколько зон простым назначением соответствующего числа новых конфигураторов сети. Это бывает полезно для снижения нагрузки и соответственно повышения скорости передачи данных.

.2 Состав и формат пакетов

Форматы передаваемых пакетов в сетях ZigBee:

· пакет данных (используется для передачи данных)

· пакет подтверждения (используется для подтверждения успешной передачи данных)

· пакет МАС команды (используется для организации пересылок управляющих МАС команд)

· сигнальный пакет (используется координатором для организации синхронизированного доступа)

Формат пакета данных:

· позволяет передавать до 104 байт данных

· для контроля последовательности передаваемых пакетов используется нумерация пакетов (Data sequence number)

· контрольная сумма последовательности кадра обеспечивает безошибочную передачу (Frame Check Sequence - FCS)

Формат пакета подтверждения:

· обеспечивает обратную связь от получателя к отправителю об успешной безошибочной передаче пакета данных

· малая длина пакета увеличивает время нахождения в состоянии покоя сетевых конечных устройств.

· передача пакета подтверждения осуществляется сразу после получения пакета данных

Формат пакета МАС команды:

используется для удаленного управления и конфигурирования сетевых устройств

позволяет координатору сети конфигурировать по отдельности все сетевые подчиненные устройства вне зависимости от размеров сети

Формат сигнального пакета:

конечные устройства «просыпаются» только в периоды приема пакетов синхронизации, считывают адреса в пакете синхронизации и переходят в спящее состояние, если адрес устройства не обнаружен

- сигнальные пакеты необходимы для сетей типа «многоячейковая» и «кластерное дерево», обеспечивая синхронизацию всех сетевых устройств без необходимости каждым из них тратить энергию своих автономных источников питания, «слушая» эфир в ожидании получения пакета
1.3 Схемы модуляции

Оборудование стандарта EEE 802.15.4b может работать в трех частотных диапазонах: 868 МГц в Европе, 915 МГц в США и 2,4 ГГц во всем мире.

В диапазонах 868 МГц и 915 МГц полосы используются три дополнительных схемы модуляции: двоичная фазовая манипуляция BPSK, квадратурная фазовая манипуляция со сдвигом OQPSK и технология расширения спектра методом параллельных последовательностей (Parallel Sequence Spread Spectrum, PSSS), что показано в таблице.

В зависимости от схемы модуляции радиооборудование может поддерживать различные скорости передачи данных: 250 Кбит на частоте 2,4 ГГц, от 20 кбит до 250 кбит на частоте 868 МГц и от 40 Кбит до 250 Кбит в диапазоне 915 МГц. На рисунке ниже показано распределение каналов в соответствии со стандартом IEEE 802.15.4b, в соответствии с которым в диапазоне 868 МГц организуется только один канал, 10 каналов на 915 МГц и 16 каналов на 2,4 ГГц. Центральные частоты этих каналов fc определяются следующим образом:

fc = 868,3 [МГц], k = 0;

fc = 906+2(k-1) [МГц], k = 1, 2,…, 10;

fc = 2405+5(k-11) [МГц], k = 11, 12,…, 26, где k - номер канала.

Распределение каналов в стандарте IEEE 802.15.4b

Поиск по сайту: