БЕСПРОВОДНЫЕ СЕНСОРНЫЕ СЕТИ В ВОЕННО-ТАКТИЧЕСКИХ ЗАДАЧАХ Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

МБЛН 01? СОММиШСЛТКЖ Б((ШРМБШ: Iss. 1 (141). 2018

С.С. Махров

Аспирант, Московский технический университет связи и информатики, г. Москва

БЕСПРОВОДНЫЕ СЕНСОРНЫЕ СЕТИ В ВОЕННО-ТАКТИЧЕСКИХ

ЗАДАЧАХ

Введение

Беспроводная сенсорная сеть (БСС) - это множество самоорганизующихся беспроводных узлов, имеющих датчики, и объединенных посредством радиоканала. Узлы являются автономными в отношении электропитания, которое ограничено встроенными в каждый узел

источниками энергии. Основной целью такой сети является измерение физических параметров из внешней среды. Но БСС могут служить не только средствами мониторинга, но и контроля. Данные, собранные узлами сети, передаются на базовую станцию (БС), в качестве которой может выступать любое устройство с

Рис. 1. Беспроводная сенсорная сеть

приёмопередатчиком, процессором, устройством памяти, средствами управления и отображения, например, персональный компьютер или планшет (рис. 1). БСС имеют множество сфер применения, одной из которых является военная сфера[1].

Современные достижения в области нано-технологий, микро-электро-механических систем (MEMS), радиотехники, цифровой электроники, цифровой обработки сигналов и беспроводных сетей позволяют создавать миниатюрные и интеллектуальные датчики. Миниатюризация позволяет расширять возможности применения и интеграции БСС.

Таким образом, БСС представляют собой некоторое множество беспроводных сенсоров (в зависимости от задачи), которые могут быть дислоцированы в целевую область для осуществления её мониторинга и контроля. Задача мониторинга и контроля является достаточно актуальной для военной сферы.

Военное применение сенсорных сетей

Военный аспект применения сенсорных сетей ставит перед разработчиками широкий круг задач, начиная от мониторинга периметра базы

и заканчивая поддержкой боевых единиц при выполнении тактических задач.

Можно выделить следующие основные задачи военного применения, которые могут быть решены с помощью БСС:

• мониторинг периметра базы;

• защита объекта (мониторинг очищенных локаций от новых вторжений противника, ключевых точек, дорог);

• разведка;

• шпионаж;

• обнаружение и локализация снайперов;

• химическая диагностика;

• бактериологическая диагностика;

• ядерная и радиационная диагностика;

• передача данных между наземными, воздушными и морскими силами.

Рассмотрим задачу мониторинга периметра базы. После того как она будет развернута в зоне боевых действий, необходимо иметь возможность предупредить нападения врага. Окружающий ландшафт может быть волнистым или гористым, а также может иметь преграды в виде деревьев и растительности. Атака может прийти в виде пеших групп боевых единиц или на транспорте. В целях облегчения раннего выявления, охраны периметра (рис. 2), БСС должна охватывать пе-

Рабочэя станция, осуществляющая

контроль сенсоров

] наблюдаемая зона ЯВ обороняемая зона

Рис. 2. БСС защищает периметр базы путем обнаружения вторжений

MEANS OF COMMUNICATION EQUIPMENT Iss. 1 (141). 2018

риметр вокруг базы радиусом до 4 км, в то время как на практике требуется такая дальность как до 10 км. Обнаружение может быть необходимо именно на такой дальности, в то время как конкретная идентификация типов объектов необходима на расстоянии 1-2 км вокруг базы.

БСС для определения вторжения врага могут использовать различные типы сенсоров:

• акустические;

• сейсмические;

• магнитные;

• инфракрасные;

• электр о-оптические;

• электромагнитные.

Значительные усилия необходимы для правильной интеграции сенсоров в крупномасштабные сенсорные сети, и одной из самых сложных задач является повышение точности сенсоров в поддержании минимального уровня ложных срабатываний. Необходимость надежного обнаружения приводит к использованию мультимо-дальных сенсоров. Разумное сочетание сенсоров и их точностей в будущем обеспечат надежные программно-аппаратные комплексы. Кроме того, использование мультимодальных сенсоров может свести к минимуму потребление энергии, а также генерацию трафика, например, если видеокамера включается по срабатыванию акустических или инфракрасных сенсоров[2].

При использовании БСС для определения вторжения вражеских боевых единиц в заданную зону, возможно также определения типов боевых единиц, путем анализа данных сенсора. Например, если используется акустический сенсор, то здесь необходимо производить спектральный анализ звука и сравнивать измеренные значения с типовыми для каждого заранее заданного типа боевой единиц (танк, пехота, вертолет, самолет).

Благодаря миниатюрным размерам, сенсорные узлы будут достаточно скрытным и удобным в дислокации средством мониторинга[3,4].

Одними из способов дислокации сенсорных узлов в целевую область являются:

• ручная установка узлов путем разбрасывания;

• жесткий монтаж к поверхности;

• авиация;

• использование в качестве снаряда.

Требования безопасности к военным БСС

Применение БСС в военных условиях, выставляет соответствующие требования к про-

ектированию таких сетей и всех сопутствующих компонентов. БСС должна отвечать следующим требованиям информационной безопасности:

Защита от прослушивания - враг может перехватить и декодировать сообщения, циркулирующие между узлами сети. Для предотвращения прослушивания необходимо стойкое шифрование передаваемых данных.

Защита от спуфинга - враг может свой узел выдать в качестве санкционированного узла сети и тем самым произвести диверсию. Соответственно, необходимо использование механизмов аутентификации узлов в сети.

Защита целостности данных - способность сообщений, циркулирующих между узлами, оставаться без изменения и модификаций в течении всего продвижения по сети. На протяжении всего пути, по которому следует пакет, маршрут также должен оставаться неизменным. Криптографическая защита и мощная проверка целостности (например, MD5 Hash, SHA) могут обеспечить надежную защиту от фальсификации сообщений и атак воспроизведения.

Защита от отказа в обслуживании - предотвращение создания условий, при которых узлы не могут получить доступ и использовать сеть для передачи сообщений.

Защита от геолокационного обнаружения -враг может определить местонахождение географического положения узлов сенсорной сети путем обнаружения излучений устройств. Сокращение частоты и продолжительности передачи данных до абсолютного минимума и продолжительности уменьшит шанс того, что сеть будет обнаружена. Тем не менее, всегда будет вероятность обнаружения, особенно, если противник знает, что в данной области располагается сенсорная сеть.

Защита физических компонентов - враг может извлечь собранные данные из сенсорного узла, механически вскрыв его корпус. Необходимо использование корпусов с особой технологией демонтирования креплений, без знания которой критически повреждаются элементы памяти и не подлежат восстановлению.

Сопротивление условиям внешней среды — корпус сенсорного узла должен быть защищен от различного рода воздействий окружающей среды: температура, помехи, вода и .т.д[5].

Заключение

Беспроводные сенсорные сети являются превосходным инструментом, который может использоваться в военно-тактических задачах. Создание миниатюрных беспроводных узлов, отвечающих требованиям информационной безопасности, функционирующих под управлением соответствующего энергосберегающего протокола, позволит строить эффективные си-

стемы защиты, мониторинга, контроля и исследования целевых областей.

В данной работе произведен анализ возможностей и способов применения БСС в военной сфере, которые накладывают в свою очередь ряд требований. Проектирование таких сетей в свою очередь должно производиться с их учетом.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1) Dargie, W. and Poellabauer, C., «Fundamentals of wireless sensor networks: theory and practice», John Wiley and Sons, 2010 ISBN 978-0-470-99765-9, pp. 168-183, 191-192

2) Kushwaha, M., Amundson, I., Volgyesi, P., Aham-mad, P., Simon, G., Koutsoukos,X., Ledeczi, A., Sastry, S. 2008. Multi-modal target tracking using heterogeneous sensor networks. In: Proc. of ICCCN.

3) Alhmiedat, T., and Yang, S 2007. A Survey: Localization and Tracking Mobile Targets through Wireless

Sensor Network, PGNet International Conference, ISBN: 1-9025-6016-7.

4) Meesookho, C., and Mitra, U. 2008. On energy-based acoustic source localization for sensor networks, IEEE Trans. Signal Process., vol. 56, no. 1, pp. 365—377.

5) Capkun, S., Hubaux, J.P.: Secure positioning of wireless devices with application to sensornetworks. In: Proceedings oflEEE INFOCOM (2005)