Диссертация (Противодействие информационным угрозам VANET-сетям на основе аппарата фрактальных графов), страница 2

Полученные основные научные результатыдиссертационного"ИсследованиеисследованияиразработкаиспользуютсятехнологииприреализацииавтоматическогоПНИЭРуправлениякибербезопасностью в крупномасштабных коммуникационных сетях беспилотноготранспортанабазесуперкомпьютерныхэластичныхвычислений"ФЦП"Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-7технологического комплекса России на 2014-2020 годы" Министерства образованияи науки Российской Федерации (соглашение №14.578.21.0224, уникальныйидентификатор соглашения RFMEFI57816X0224).Результаты исследования используются в рамках проектной деятельностиОООНаучно-производственноетелекоммуникаций»дляпредприятиеисследованияи«Новыеразработкитехнологииперспективныхтелекоммуникационных решений, направленных на развитие эффективности ибезопасности беспроводных сетей связи.Результаты работы применяются в практической и исследовательскойдеятельности ООО «Технологии автоматизации и программирования» дляразвития направления обеспечения информационной безопасности беспроводныхсамоорганизующихся сетей связи.Методы исследования.

Для решения поставленных задач использовалисьтеория графов, теория фракталов, теория алгоритмов, методы компьютерногомоделирования, математической статистики и теория защиты информации.Положения, выносимые на защиту:1.Модель угроз безопасности VANET-сетям.2.Метод автоматизированной саморегуляции структуры сети на основетеории фрактальных графов.3.Условия защищенности VANET-сети от информационных угроз,основанные на сохранении фрактальных свойств ее топологии.4.Теорема о необходимом условии достижимости состояниязащищенности от угроз сетевого уровня в VANET-сетях.5.Децентрализованная архитектура VANET-сети, способнаяподдерживать защищенное состояние в условиях информационных угроз.Степень достоверности результатов исследования подтверждается ихвнутренней непротиворечивостью и адекватностью физическим представлениямоб исследуемом объекте.8Апробация работы.

Основные результаты исследований и научныхразработокобсуждалисьнаконференциях:международнаяконференцияInternational Conference on Security of Information and Networks, SIN 2015, научнотехническая конференция «Методы и технические средства обеспечениябезопасности информации» (Санкт-Петербург, 2014, 2017 и 2018 гг.). Работапобедила в конкурсе грантов Правительства Санкт-Петербурга для студентоввузов, расположенных на территории Санкт-Петербурга, аспирантов вузов,отраслевых и академических институтов, расположенных на территории СанктПетербурга, в 2014 году.9ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯМодуль связи – аппаратное устройство, реализующее передачу информациипо беспроводному каналу связи.Узел сети (OBU) – программно-аппаратный комплекс, состоящий из модулясвязи, ЭВМ и пакета программного обеспечения, способный посредствам модулясвязи организовывать связи с другими узлами по заданному протоколу, формируяVANET.Протокол формирования VANET – алгоритм, определяющий топологиюVANET в любой момент времени, и набор правил построения связей в VANET длядостижения заданной топологии.Базовая дорожная станция (RSU) – стационарный узел VANET,расположенный в непосредственной близости к автомобильным дорогам.Топология сети – это конфигурация графа, вершинами которого являютсяузлы сети, а рёбрами – информационные связи между вершинами.Автомобильная самоорганизующаяся сеть (VANET) – децентрализованнаябеспроводная сеть, не имеющая постоянной структуры, в качестве узлов которойвыступают автомобили и RSU.Служебное сообщение – сообщение, передаваемое в компьютерной сети,предназначенное для поддержания корректного функционирования протоколов,применяемых в сети.Информационное сообщение – сообщение, передаваемое в компьютернойсети, содержащее информацию прикладного уровня.Протокол маршрутизации – алгоритм определения возможных маршрутовследования сообщений между узлами VANET.Широковещательная рассылка – подход к распространению данных вкомпьютерных сетях, в котором каждое пересылаемое сообщение предназначеновсем участникам сети.Системанавигации–система, предназначеннаяместоположения наземных, водных и воздушных объектов.дляопределения10Спутниковая система навигации – система навигации, использующая сетьспециализированных орбитальных спутников и наземных станций для полученияинформации о местоположение объекта, оснащённого специализированнымприёмным устройством.11ИССЛЕДОВАНИЕ1СПЕЦИФИКИПОСТРОЕНИЯVANET-СЕТЕЙ И ПРИМЕНЯЕМЫХ В НИХ МЕХАНИЗМОВ БЕЗОПАСНОСТИТехнологияVANETподразумеваетдинамическоеобъединениетранспортных средств с целью обмена информацией для реализации различныхприложений.В последнее время реализуются проекты, использующие VANET какключевой элемент АСУДД (ITS) с целью реализации приложений, требующихнизких показателей задержки передачи информации.

К данному классу относятсяприложения, обеспечивающие безопасность дорожного движения. Также даннымтребованием обладают приложения, реализующие совместное автоматическоедвижение нескольких автомобилей (platooning, C-ACC).Специфика построения VANET во многом обосновывается высокоймобильностью узлов сети и, как следствие, высокой частотой изменения топологиисети.1.1Особенности архитектуры VANET-сетей1.1.1Разновидности и область применения Ad-hoc сетейСамоорганизующиеся беспроводные сети (Wireless Ad-Hoc Networks)являются одноранговыми сетями передачи данных, для которых характернапростотаинтеграциизасчётотсутствиянеобходимостивстороннейинфраструктуре [4].

Отсутствие зависимости от сторонней инфраструктуры вомногом определяет основные сценарии использования ad-hoc сетей: Обеспечение связи между мобильными узлами. Обеспечениесвязивусловияхотсутствияинфраструктуры [5]: Обеспечение связи на поле боя; Обеспечение связи в ходе спасательных операций.статической12 Обеспечения связи большого числа однотипных устройств, в случаеэкономическойнецелесообразностииспользованиястатическойинфраструктуры: Сети датчиков [6]; Сети устройств для «умного» дома [7].Приведённые сферы применения ad-hoc сетей накладывают различныетребования на количество и характер поведения узлов сети, а также на скоростьпередачи данных. Данные требования отражаются в следующих характеристикахad-hoc сетей: Масштабируемость.

Определяет способность сети увеличивать числовходящих в неё узлов без потерь в производительности. Мобильностьузловсети.Определяетхарактерискоростьперемещения узлов ad-hoc сети. Чувствительность к задержкам. Определяет ограничения на скоростьи значения задержек при передаче данных.Похарактеристикемобильностиузловсетинаиболееразличаютбеспроводные mesh-сети и сети MANET (Mobile Ad Hoc Network).Беспроводные mesh-сети используют ячеистую топологию (англ.

meshtopology)[8].Узлывданныхсетяхподразделяютсянадвегруппы:маршрутизирующие узлы и узлы-клиенты. Маршрутизирующие узлы обладаюточень низкой мобильностью и выступают в роли магистрали mesh-сети, частообеспечивая доступ к сети Internet для узлов-клиентов. Несмотря на низкуюмобильностьмаршрутизирующихузловсвязимеждунимиобразуютсядинамически в отличие от сетей со статической инфраструктурой.Термин MANET используется для описания класса ad-hoc сетей, для узловкоторых характерна мобильность.

В MANET-сетях каждый узел выступает вкачествепередатчикаиприёмникаинформации,выполняяфункциимаршрутизатора.По сфере применения и виду узлов MANET-сети разбиваются на подклассы:MARINET, FANET, VANET, тактические сети MANET. При этом они практически13не отличаются с точки зрения архитектуры, но обладают различнымитребованиями к степени мобильности узлов, их количеству и т.д. Как следствие,этиподклассыобладаютразнымитребованиямикпроизводительностиаппаратного обеспечения, каналам связи и мощности сетевого оборудования.В случае сетей MARINET в качестве узлов ad-hoc сети выступают средстваморского транспорта. Сети MARINET призваны обеспечить соединение сменьшими задержками, чем задержки спутниковой связи, которая чаще всегоприменяется для обеспечения связи между судами.Приложения MARINET наиболее актуальны в военной области дляобеспечения связи судов и береговых станций в рамках боевых операций.Применение сетей FANET нацелено на обеспечение связи беспилотныхлетательных аппаратов (БПЛА) для обеспечения их совместной работы.

Узлы сетейданного класса обладают высокой мобильностью.Также FANET предлагается использовать для обеспечения связи междутактическими MANET-сетями в случаях, когда непосредственная связь междуними невозможна [9].В VANET-сетях в качестве узлов выступают OBU (on-board unit),размещаемый в средствах дорожного движения и RSU (road side unit),размещаемые в непосредственной близости от автомобильных дорог.OBU представляет собой ЭВМ, оборудованную модулем связи. OBUпроизводит сбор информации о состояние автомобиля с датчиков и реализуетобмен данными с другими OBU и RSU по заданной программе, используяпротоколы сети VANET.RSU также представляют собой ЭВМ с модулем связи.