CC BY
26
PREDLOG AD HOC RAČUNARSKE MREŽE NA KATEDRI VOJNIH ELEKTRONSKIH SISTEMA VA PRIMENOM BLUETOOTH TEHNOLOGIJE
Terzić R. Miroslav, Vojna akademija, Katedra vojnih elektronskih sistema, Beograd
UDK: 621.39:654.16]:004.7
Sažetak:
U profesionalnim organizacijama gde ne postoji mrežna infra-struktura za povezivanje računara u lokalne mreže (LAN) prelazi se na druga (alternativna) rešenja. Ukoliko je organizacija razmeštena u jed-nom objektu i razmak između najudaljenijih tačaka (računara) nije veći od 100 m povezivanje je moguće realizovati u ad hoc mrežama prime-nom bluetooth modula. U radu je predložena ad hoc računarska mreža Katedre vojnih elektronskih sistema primenom bluetooth tehnologije. Ključne reči: bluetooth, ad hoc, računarska mreža, Katedra vojnih elek-tronskih sistema, bezbednost.
Uvod
Početak novog milenijuma predstavlja prekretnicu u razvoju bluetooth modula. Bluetooth je otvoren standard za digitalni radio malog dome-ta. Odlikuje se niskim troškovima, malom snagom i tehnologijom niskog profi-la, koja obezbeđuje mehanizme za stvaranje malih bežičnih mreža zasnova-nih na trenutnim potrebama. Pored toga, nudi brz i pouzdan prenos i glasa i podataka. Zbog navedenih odlika bluetooth moduli postaju standardne kom-ponente većine elektronskih sistema od mobilnih telefona, ličnih digitalnih asi-stenata (PDA), preko jedinica za industrijsku kontrolu do kućnih uređaja. Bluetooth je prvobitno bio zamišljen kao zamena za kablove u bežičnim komunika-cijama. Međutim, članovi SIG (zajednica sa posebnim interesovanjima za specifična područja tehnike) planiraju razvoj širokog spektra korisničkih uređa-ja i poboljšanje bežičnog povezivanja. Danas je bluetooth standardizovan unutar IEEE 802.11 PAN radne grupe formirane početkom 1999. godine. Da-našnje ad hoc mreže su primarno bazirane na bluetooth tehnologiji. Tokom realizacije ad hoc mreža primenom bluetooth modula posebnu pažnju treba posvetiti aspektu bezbednosti.
terzicmiroslav@yahoo.com
Terzić, M., Predlog ad hoc računarske mreže na katedri vojnih elektronskih sistema VA primenom bluetooth tehnologije, str. 111-120
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1 / 11
U radu je opisana lokalna računarska mreža primenom bluetooth tehnologije koja bi se mogla koristiti na Katedri vojnih elektronskih siste-ma Vojne akademije. Predložena računarska mreža doprinosi povećanju efikasnosti organizacije i rada katedre. Zbog određenih nedostataka koji se javljaju kod komunikacija primenom bluetooth modula, deo rada opi-suje i bezbednosni aspekt predložene mreže.
Organizacija katedre vojnih elektronskih sistema vojne akademije
Katedra Vojnih elektronskih sistema (VES) Vojne akademije obavlja sve poslove koji se odnose na: organizaciju i rad katedre, planiranje, or-ganizaciju i realizaciju nastave, vežbi i posebnih oblika nastave iz matič-nih predmeta; kontrolu i praćenje realizacije nastave, ispita i ostalih zada-taka; planiranje i realizaciju vojnostručne obuke pripadnika katedre; planiranje i realizaciju naučnoistraživačkih projekata iz matičnih oblasti od in-teresa za Vojsku Srbije; održavanje i unapređenje nastavne materijalne baze; vođenje propisane nastavne dokumentacije i dr.
Na Katedri vojnih elektronskih sistema obrazuju se sledeće uže unu-trašnje jedinice:
1. Odsek za radarske i elektronske sisteme,
2. Odsek za raketne sisteme i sisteme upravljanja vatrom,
3. Odsek za elektroopremu vazduhoplova,
4. Odsek vojnih telekomunikacionih sistema i elektronskih dejstava, i
5. Grupa nastavnika za zaštitu informacija (slika 1).
Slika 1 - Organizacija Katedre VES
Pripadnici Katedre vojnih elektronskih sistema razmešteni su u 19 kancelarija u jednoj zgradi na dva nivoa. Načelnik Katedre i šefovi od-seka nalaze se u zasebnim kancelarijama, dok su u ostalim kancelarija-ma jedan do dva pripadnika Katedre VES. Svaka kancelarija opremlje-na je računarima. Razmak između dve najudaljenije kancelarije nije ve-ći od 30 m linijom optičke vidljivosti. U zgradi ne postoji adekvatna mre-žna struktura, pa bi lokalno umrežavanje računara primenom LAN teh-nologije iziskivalo, pored ostalog, i određene građevinske radove, što u ovom trenutku nije izvodljivo. Otežavajuću okolnost predstavlja i reorga-nizacija Katedre VES, koja se odvija u skladu sa akreditacijom Vojne akademije.
Imajući u vidu navedena ograničenja jedno od rešenja za poveziva-nje računara na Katedri VES predstavlja ad hoc računarska mreža primenom bluetooth tehnologije.
Koncept ad hoc računarske mreže na katedri vojnih elektronskih sistema primenom
bluetooth tehnologije
Bluetooth je bežična tehnologija povezivanja uređaja na kratkim ra-stojanjima koja primenjuje male snage zračenja. Dizajnirana je kao za-mena za kablovske sisteme povezivanja, kao i druge tehnologije kratkog dometa (kao što je infracrveno zračenje IrDA). Bluetooth se primenjuje u personalnom okruženju koje se proteže u radijusu do 100 m.
Bluetooth obezbeđuje tri različite klase upravljanja snagom. Ure-đaji prve klase (najveće snage) imaju izlaznu snagu od 100 mW i do-met do 100 m. Uređaji druge klase imaju izlaznu snagu 2,5 mW i do-met do 10 m. Uređaji treće klase (najmanje snage) imaju izlaznu snagu od 1 mW i domet od 10 cm do 10 m. To je sažeto prikazano u tabeli 1.
Klase uređaja prema snazi
Tabela 1
Tip Snaga Nivo snage Operativni domet
Klasa 1 visoka 100 mW (20 dBm) do 100 m
Klasa 2 srednja 2.5 mW (4 dBm) do 10 m
Klasa 3 niska 1 mW (0 dBm) 10 cm - 10 m
(Ш>
Terzić, M., Predlog ad hoc računarske mreže na katedri vojnih elektronskih sistema VA primenom bluetooth tehnologije, str. 111-120
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1 / 11
Osnovne karakteristike bluetooth tehnologije prikazane su u tabeli 2.
Tabela 2
Osnovne karakteristike bluetooth tehnologije
Karakteristika Opis
Fizički sloj Prošireni spektar sa frekventnim skakanjem (FHSS)
Frekventni opseg 2,4-2,4835 GHz (ISM opseg)
Frekvencija skakanja 1600 hops/s
Brzina prenosa do 3 Mbps
Bezbednost mreže i podataka Tri režima bezbednosti (bez, nivo linka i nivo servisa), dva nivoa poverenja u uređaj, tri nivoa bezbednosti servisa. Sekvencijalno šifrovanje za poverljivost, pitanje-odgovor za autentikaciju. Ključevi na osnovu PIN-a i ograničeno upravljanje.
Operativni domet Oko 10 m do 100 m
Prednosti Nisu potrebne žice i kablovi. Moguć prolaz kroz zidove i druge prepreke. Troškovi u opadanju. Mala snaga i minimalni hardver.
Nedostaci Mogućnost preplitanja sa drugim korisnicima ISM opsega. Relativno niska brzina prenosa. Oticanje signala izvan željenih granica.
Najznačajniji detalji tehničkih specifikacija za povezivanje korišće-njem bluetooth tehnologije su:
- bluetooth uređaji formiraju pikomreže (bežične ad hoc mreže za mobilne uređaje) i dele zajednički komutacioni kanal. Ukupni kapacitet kanala je 723,2 kb/s, odnosno 2,1 Mbps kod novijih uređaja. Zaglavlja i informacije o pregovaranju (handshaking) troše oko 20% kapaciteta;
- pikomreža se sastoji od upravne stanice (master) i do 7 potčinjenih stanica - klijenata (slave). Master može istovremeno biti klijent u drugoj pikomreži, ali ne može istovremeno biti master u dve pikomreže;
- više pikomreža može paralelno biti u funkciji sve dok uzajamno ometanje ne poništi koristi paralelnog rada;
- master vrši prenos u parnim vremenskim odsečcima, a klijent u neparnim. Takav prenos naziva se „duplex sa podelom vremena" (Time Division Duplex - TDD);
- direktna komunikacija je moguća samo između master i slave ili obrnuto. Komunikacija između klijenata se usmerava preko mastera;
- svi uređaji imaju mogućnost da budu ili master ili klijent. U opštem slučaju uloga mastera dodeljuje se uređaju koji inicira komunikaciju;
- između uređaja postoje dva načina prenosa podataka: SCO (sin-hrona konekcija) za prenos zvuka ili glasa i ACL (asinhrono) za prenos podataka;
<^4)
- u pikomreži mogu biti do 3 SCO linka (sa jednim, dva ili tri slave) gde svaki koristi 64000 b/s;
- SCO linkovi od tačke do tačke koriste odsečke koje rezerviše master, kako bi se izbegli problemi kolizije;
- ACL klijenti mogu vršiti prenos samo po zahtevu mastera;
- ACL je ili link od tačke do tačke ili od tačke do više tačaka (broadcast), odnosno do svih klijenata u pikomreži;
- U Evropi i SAD bluetooth koristi frekventni opseg od 2400 do 2483,5 MHz u slobodnom ISM radio-opsegu, sa 79 kanala radio-frekven-cija (RF) širine 1 MHz. U praksi taj opseg iznosi od 2402 do 2480 MHz. U Japanu se koristi frekventni opseg od 2472 do 2497 MHz sa 23 RF kanala od 1 MHz;
- kanal za podatke vrši skok na slučajan način 1600 puta u sekundi sa jednog na drugi od 79 (23) RF kanala. To je frekvencijsko skakanje (frequency hopping) i smanjuje interferenciju sa drugim uređajima u ISM opsegu;
- svaki kanal je podeljen na odsečke u trajanju od 625 ps;
- paketi mogu biti dužine do 5 odsečaka;
- maksimalna snaga prenosa ograničena je na 100 mW, čime se postiže domet do oko 100 m. Uređaji male snage koriste 2,5 mW i imaju domet do 10 m;
- nivo osetljivosti definisan je tako da je u odnosu na broj pogrešnih bitova (BER - Bit Error Rate) 10-3, čime se ograničava prosečna verovat-noća prijema pogrešnog bita;
- pri prenosu podataka koristi se provera redundantnosti (CRC), dok su kodovi za ispravke grešaka opcioni. Zbog toga se u slučaju detekcije greške vrši retransmisija.
Topologija mreže
Mobilni usmerivači u bluetooth mreži kontrolišu promenjivu topologiju i tok podataka između uređaja (kompjutera) koji mogu da uspostave direkt-nu vezu. Uređaji se mogu pomerati (kretati) na slučajan način i mreže se moraju prekonfigurisati u hodu da bi održale topologiju. Bluetooth koristi kombinaciju tehnologije prenosa paketa i tehnologije circuit-switching.1
Prednost prenosa paketa je u tome što dozvoljava uređajima da ša-lju više paketa informacija istim putem. Pošto taj metod ne troši sve re-surse, olakšava udaljenim uređajima održavanje toka podataka širom rasprostranjene mreže.
1 Circuit-switching tehnologija odnosi se na komutaciju veze u decentralizovanim mrežama sa postojanjem redundantnih puteva za prenos podataka između dve tačke - dva korisnika. Circuit-switching obezbeđuje: podelu poruka koje se razmenjuju u blokove ili pakete i prenos pa-keta između čvorova metodom store and forvard - sačuvaj i prosledi.
Terzić, M., Predlog ad hoc računarske mreže na katedri vojnih elektronskih sistema VA primenom bluetooth tehnologije, str. 111-120
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1 / 11
Kada bluetooth uređaji komuniciraju međusobno formiraju takozvanu pikomrežu, koja može imati do 8 aktivnih uređaja i tri kanala za prenos glasa.
U bluetooth komunikaciji koristi se specifičan uzorak frekvencijskog skakanja, a sve pristupe kanalima kontroliše i sinhronizuje upravni ure-đaj. Uzimajući u obzir organizaciju Katedre vojnih elektronskih sistema, u njoj je moguće formirati 6 pikomreža. Jedna pikomreža odnosi se na ve-zu između načelnika katedre i šefova odseka, dok su ostalih 5 pikomreža mreže odseka. Više pikomreža formira scatternet (slika 2).
Slika 2 - Raspršena mreža Katedre VES sa pikomrežama, upravnim uređajima i klijentima
Upravni uređaj u jednoj pikomreži može biti klijent u drugoj pikomre-ži, a uređaji mogu istovremeno biti klijenti u više pikomreža. Za prebaci-vanje između pikomreža koristi se vremensko multipleksiranje. Topologi-ja scatterneta obezbeđuje fleksibilan metod kojim uređaji održavaju više-struke veze. To može biti od velike koristi za mobilne uređaje koji često ulaze i izlaze iz okruženja drugih uređaja. Uloga uređaja (master ili slave), nakon uspostave veze od tačke do tačke sa drugim uređajem, često nema značaj za protokole višeg nivoa i korisnike.
<n6)
Režimi rada
U bluetooth specifikaciji, osim normalnog aktivnog režima, postoje i osnovni režimi koji omogućavaju uštedu energije, omogućavanjem da ra-dio-čipovi na klijentima uđu u režim parkiranja (park), osluškivanja (sniff) ili zadržavanja (hold) bluetooth konekcije (ali ne i celog uređaja). Kada uređaj nije u vezi nalazi se u stanju pripravnosti (standby).
Aktivni režim
Kada je slave u aktivnom režimu uvek „sluša" transmisiju od maste-ra. Master šalje pakete aktivnim klijentima da bi očuvao sinhronizaciju i da bi im javio kada mogu da šalju povratne pakete. Klijenti u aktivnom stanju slušaju sve pakete od mastera. Ako se zna da u tom trenutku neki drugi slave komunicira sa masterom, dovoljno je da se slušaju samo za-glavlja paketa, a ne celi paketi. Aktivno stanje obezbeđuje kraće vreme odgovora ali i troši najviše energije pošto slave sve vreme prima pakete i spreman je za slanje paketa.
Režim osluškvanja
U režimu osluškivanja klijent može smanjiti potrošnju energije tako što je aktivan samo povremeno. Master može određenom klijentu slati pakete u određenim redovnim intervalima (mada ne mora to uraditi u svakom interalu). Klijent treba da sluša pakete od mastera samo na po-četku takvog intervala (uz određenu vremensku toleranciju). Ukoliko se paketi šalju, klijent mora da ih primi, ako ne, može biti na stand by (da „spava") do narednog intervala. Snaga i odzivnost zavise od dužine intervala osluškivanja i biće manji u odnosu na aktivan režim.
Režim zadržavanja
U režimu zadržavanja klijent se dogovori sa masterom o trajanju zadržavanja i u tom intervalu potpuno obustavi slušanje paketa. Za to vreme slave može realizovati druge aktivnosti, poput povezivanja sa drugim uređajima, ili jednostavno „spavati". Kada vreme zadržavanja is-tekne klijent nastavlja da sluša masterov paket. U režimu zadržavanja odzivnost može biti slabija od odzivnosti u režimu osluškivanja. Ušteda energije zavisi od trajanja perioda zadržavanja i od aktivnosti klijenata u tom periodu.
(ш>
Terzić, M., Predlog ad hoc računarske mreže na katedri vojnih elektronskih sistema VA primenom bluetooth tehnologije, str. 111-120
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1 / 11
Režim parkiranja
U režimu parkiranja klijenti održavaju sinhronizaciju sa masterom, ali se više ne smatraju aktivnim članovima pikomreže. Taj režim omogućava masteru da organizuje komunikaciju sa više od sedam klijenata, koliko je dozvoljeno u pikomreži, menjanjem aktivnih i parkiranih klijenata. Parkira-ni klijenti ostaju u sinhronizaciji periodičnim slušanjem mastera. Režim parkiranja je najmanje odzivan pošto klijent mora izvršiti tranziciju da bi postao aktivan član pikomreže, pre nego što se nastavi komunikacija. Režim parkiranja omogućava veću uštedu energije nego ostali režimi.
Bezbednosni aspekt predložene mreže
Ad hoc računarska mreža primenom bluetooth tehnologije, pored prednosti koje nudi, ima i određenih slabosti. Posebnu pažnju treba obratiti na tajnost, integritet podataka i raspoloživost mreže. Neželjenim bezbed-nosnim propustima korisnka uređaja, koji su manje svesni opasnosti nego administratori bezbednosti, olakšavaju se napadi na sigurnost mreže.
U osnovi, napadi su akcije koje su usmerene na ugrožavanje sigurnosti informacija, računarskih sistema i mreža. Postoje različite vrste napada, ali se oni generalno mogu klasifikovati u četiri osnovne kategorije: presecanje, tj. prekidanje (engl. interruption) - napad na raspoloživost; presretanje (engl. interception) - napad na poverljivost; izmena (engl. modification) - napad na integritet; fabrikovanje (engl. fabrication) - napad na autentičnost.
Metode zaštite
Za metode zaštite postoji nekoliko pristupa i podela. S vremenom ove klasifikacije evoluiraju i menjaju se s razvojem tehnologije i primene računarskih sistema i mreža. Prema nekim autorima postoje četiri grupe metoda zaštite: kriptografske metode, programske metode, organizacio-ne metode i fizičke metode.
Aspekti zaštite
Aspekti zaštite često se definišu u odnosu na položaj mehanizama zaštite u računarskom ili informacionom sistemu ili računarskoj mreži. Oni često podrazumevaju sledeće nivoe:
- zaštitu na nivou aplikacije. Ona može da obuhvati, na primer, sle-deće elemente: softversku zaštitu aplikacije (recimo, zaštitu od prekora-
<n8)
čenja bafera), razvijanje sopstvene aplikacije za komunikaciju bluetoot-hom, upotrebu promenljivih i što dužih PIN-ova, izradu programa koji zahteva autentifikaciju lozinkom, izolovanje bitnih aplikacija na umreže-nim računarima (na primer, aplikacija koje se odnose na povezivanje sa mobilnim telefonima i PDA uređajima, aplikacija koja se odnose na internet konekciju), primenu specifičnih protokola (na primer, kriptografski zaštićenog protokola SSH, korišćenje sopstvenog šifarskog algoritma2);
- zaštitu na nivou operativnog sistema. Ona obuhvata i vezu opera-tivni sistem-aplikacija za komunikaciju bluetoothom, kao i odnos prema vezama sa drugim sistemima (na primer, blokiranje nepotrebnih servisa, obezbeđivanje sveobuhvatne i obavezne kontrole na nivou korisnika, obezbeđivanje integriteta softvera koji čini operativni sistem);
- zaštitu na nivou mrežne infrastrukture. Ona se, uglavnom, odnosi na primenu mrežnih barijera (engl. firewalls), blokiranje nepotrebnih por-tova, šifrovanje putanje..;
- proceduralnu i operacionu zaštitu. Ovaj nivo zaštite obuhvata sle-deće elemente: definisanje i sprovođenje pravila zaštite, politike i procedure, detekciju napada, sprovođenje preventivnih mera radi zaštite i sma-njivanja ranjivosti sistema, upravljanje konfiguracijom sistema, podizanje svesti o sigurnosnim problemima i obrazovanje pripadnika katedre.
Zaključak
Predložena lokalna ad hoc računarska mreža može da se koristi u manjim organizacijama ili zasebnim organizacionim celinama veće orga-nizacije. Katedra vojnih elektronskih sistema je manja organizaciona celi-na Vojne akademije Vojske Srbije i funkcioniše na principima jednostare-šinstva i subordinacije. Nalazi se u objektu u kojem ne postoji mrežna in-frastruktura za povezivanje računara u LAN. Jedno od rešenja za povezivanje računara u lokalnu mrežu, koje bi zadovoljilo ekonomski i bezbed-nosni aspekt, kao i principe funkcionisanja katedre, predstavlja ad hoc ra-čunarska mreža primenom bluethoot tehnologije.
Rešenje predstavljeno u ovom radu zasnovano je na iskustvima u realnom profesionalnom mobilnom okruženju, gde postoji potreba za umrežavanjem računara na kratkim odstojanjima, i može biti primenjeno na takvo i slično okruženje.
2 Pojedini autori [7] razvili su sopstveni šifarski algoritam, nazvan MGAe2. Ovaj šifarski algori-tam integrisan je u jezgro Linuks operativnog sistema, a njegova upotreba se vrši putem Ipsec bezbedosnog sistema. To znači da je sadržaj celokupne komunikacije šifrovan na IP (mre-žnom) nivou OSI i TCP/IP modela i da ne postoji potreba za izmenom nosećeg bežičnog har-dvera i protokola na sloju veze.
(Ш>
Terzić, M., Predlog ad hoc računarske mreže na katedri vojnih elektronskih sistema VA primenom bluetooth tehnologije, str. 111-120
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1 / 11
Literatura
[1] Bluetooth SIG Security Expert Group: Bluetooth™ Security White Paper (2002).
[2] Bluetooth SIG Security Expert Group: Specification of the Bluetooth system (Vol. 0-4), Covered Core Package version: 2.1 + EDR (2007).
[3] Bluetooth Technology (), 15.10. 2009.
[4] Bluetooth Tutorial (www.palowireless. com/bluetooth/infotooth/tutorial. asp), 15. 10. 2009.
[5] Dave Singel'ee and Bart Preneel: Improved Pairing Protocol for Bluetooth (2005).
[6] Zavodnik, G.: Bezbednost bluetooth komunikacija - magistarski rad, Univerzitet Singidunum, Beograd, 2008.
[7] Vejnović, M., Jevremović, A., Šimić, G.: Primena sopstvenog šifarskog algoritma za zaštitu ajax poziva kod WEB aplikacija, ETRAN, Palić, 2008.
[8] Vejnović, M., Jevremović, A.: Uvod u računarske mreže, Univerzitet Singidunum, Beograd, 2007.
PROPOSAL FOR AN AD HOC COMPUTER NETWORK IN THE MILITARY ELECTRONIC SYSTEMS DEPARTMENT AT THE MILITARY ACADEMY APPLYING BLUETOOTH TECHNOLOGY
Summary:
The historical development of the Bluetooth module is given in the introduction of this paper. The importance of the Bluetooth standard for wireless connection on small distances is shown as well.
The organization of the Department of Military Electronic Systems is presented with its area of duties, subordinate sections and deployment.
The concept of a local area network for this Department, using Bluetooth technology, includes network topology and working regimes based on the main characteristics and technical specifications for the connection with Bluetooth technology. The Department’s disperse computer network is proposed as a scatter net where one piconetwork includes the Head of Department and the Heads of Sections while other piconet-works are formed from the Heads of Sections and their subordinates.
The security aspect of the presented network deals with basic computer network attack categories, protection methods and aspects.
The paper concludes with some recommendations for the local area network using Bluetooth technology with respect to its economical and security aspects as well as to the managing principles of the Department.
Key words: Bluetooth, ad hoc, computer network, Military Electronic Systems Department, security.
Datum prijema članka: 25. 11.2009.
Datum dostavljanja ispravki rukopisa: 27. 11.2009.
Datum konačnog prihvatanja članka za objavljivanje: 28. 11.2009.
