Avec le développement rapide des technologies de l'information, la dépendance des réseaux de communication sans fil pour la transmission d'informations personnelles et professionnelles augmente considérablement, ce qui entraîne une attention croissante portée aux questions de sécurité du système de communication lui-même. Comme le montre la figure 1, sur la base du protocole à 7 couches de l’interconnexion des systèmes ouverts (OSI), le mécanisme de sécurité de l’information du système de communication traditionnel est mis en place au niveau de la couche réseau et des couches supérieures. Sa technologie de base repose sur le mécanisme de chiffrement par clé. Le principe repose sur le fait que la couche physique sous-jacente du protocole fournit des liaisons de transmission fluides et sans erreur, mais les problèmes de sécurité de l’information au niveau de la couche physique n’ont pas suscité suffisamment d’attention. Cependant, en raison du caractère ouvert et polyvalent de l’environnement de transmission des signaux électromagnétiques, dans la zone de couverture effective de la puissance d’émission, tout tiers disposant d’un équipement adapté peut accéder discrètement au réseau pour voler les informations d’autrui, ce qui représente un défi majeur pour la confidentialité et la sécurité des communications sans fil. Il en résulte une menace considérable. Compte tenu de la vitesse de transmission des données sans fil, de la diversification des services sans fil et de l’élargissement des applications sans fil, les préjudices et les pertes causés par le vol d’informations sont difficiles à estimer. Par conséquent, par rapport aux réseaux câblés dont les supports de transmission physiques sont relativement fermés, les problèmes de sécurité de l’information au niveau de la couche physique des réseaux de communication sans fil sont plus graves, et il est urgent de mener des recherches et d’apporter des améliorations à cet égard.
Introduction aux réseaux en étoile
Dans une topologie en étoile, chaque nœud du réseau est connecté à un nœud central selon une liaison point à point, et le nœud central transmet les informations au nœud de destination. La topologie en étoile est illustrée dans la figure ci-dessous :
1. Pour pouvoir communiquer, deux nœuds quelconques d'un réseau en étoile doivent être contrôlés par le nœud central. Par conséquent, le nœud central remplit trois fonctions principales :
(1) Lorsque le site qui souhaite communiquer envoie une demande de communication, le contrôleur vérifie si le nœud central dispose d'un canal libre et si le dispositif appelé est inactif, afin de déterminer si une connexion physique peut être établie entre les deux parties ;
(2) Ce canal doit être maintenu tout au long du processus de communication entre les deux appareils afin de garantir la fiabilité de la transmission des données ;
(3) Lorsque la communication est terminée ou qu'elle a échoué et nécessite une déconnexion, la station centrale de transfert doit être en mesure de supprimer le canal susmentionné.
Contrairement à un réseau en anneau, où la défaillance d’un seul nœud entraîne la paralysie de l’ensemble du réseau et où il est difficile de localiser les pannes au niveau des nœuds périphériques, un réseau en étoile facilite le contrôle centralisé, car la communication entre les nœuds terminaux doit passer par le nœud central. Grâce à cette caractéristique, il offre également des avantages tels qu’une maintenance aisée et une sécurité accrue. Lorsqu'un terminal est hors service en raison d'une panne, cela n'affecte pas la communication entre les autres utilisateurs finaux. Le temps de latence du réseau est faible et la fiabilité du système est élevée.
2. Les principaux avantages de la topologie en étoile sont les suivants :
(1) Facile à gérer et à entretenir. Étant donné que toutes les communications de données transitent par le nœud central, celui-ci peut recueillir toutes les informations relatives à l'état des communications.
(2) Extension des nœuds, structure simple et facilité de déplacement. Comparée à d’autres topologies de réseau, la topologie en étoile est facile à gérer et à entretenir. Lorsqu’un nœud est ajouté, il suffit qu’il établisse une connexion avec le nœud central ; cela n“” affecte pas l’ensemble du réseau » comme c’est le cas avec un réseau en anneau.
(3) Facilité de diagnostic et d'isolation des défauts. Chaque sous-nœud terminal étant relié au nœud central, il est facile de tester chaque nœud à partir du nœud central, et il est également aisé d'isoler le nœud défectueux du système.
En raison des avantages susmentionnés, le réseau en étoile est devenu l'une des topologies de réseau les plus répandues et les plus prisées parmi les différentes méthodes de mise en réseau. Cependant, la question de savoir comment éviter les conflits de communication entre plusieurs nœuds dans un réseau en étoile est devenue le problème le plus important.
Méthode de mise en réseau en étoile
Dans la topologie en étoile, afin d'éviter efficacement les conflits de communication entre les nœuds, le nœud central et les nœuds terminaux interagissent principalement selon les deux modes courants suivants : d'une part, le mode d'interrogation active, et d'autre part, le mode passif par tranches de temps. Voici une présentation et une comparaison de ces deux méthodes de mise en réseau :
1. Méthode de sondage actif
En mode d'interrogation active, chaque nœud terminal possède son propre numéro d'identification unique. Le nœud central interroge activement les nœuds terminaux les uns après les autres, en fonction de leur numéro d'identification, pour savoir s'ils ont des données à envoyer. Si un nœud terminal a des données à envoyer au nœud central, celui-ci commence alors à traiter les données reçues. La figure suivante est un schéma illustrant la méthode d'interrogation active :
avantage
(1) Les nœuds terminaux ne sont pas soumis à des tranches de temps et bénéficient d’une plus grande liberté ;
(2) Lorsque les échanges entre le nœud terminal et le nœud central sont peu fréquents, il n'y a en théorie aucune contrainte quant à la longueur et à la durée des données transmises ;
(3) Le réseau présente une grande stabilité. La méthode des tranches de temps passives impose des exigences plus strictes en matière de cohérence des oscillateurs à quartz de chaque nœud, tandis que la méthode d'interrogation active ne perturbe pas la communication entre les nœuds en cas de léger écart de l'oscillateur à quartz ;
(4) La structure du programme est plus simple, plus claire et plus facile à comprendre que la méthode des tranches de temps passives ;
lacune
(1) Si un nœud terminal envoie des données en continu, cela affectera directement la communication entre les autres nœuds terminaux et le nœud central, ce qui peut empêcher ces autres nœuds terminaux de communiquer normalement avec le nœud central.
(2) Étant donné que le nœud terminal ne dispose pas de la fonction permettant d'envoyer activement des données, il doit être interrogé par le nœud central avant de pouvoir envoyer des données. Par conséquent, un nœud terminal qui n'a pas été interrogé ne peut pas envoyer de données immédiatement, même s'il en possède. .
(3) Plus le réseau comporte de nœuds terminaux, plus il faut de temps au nœud central pour interroger une fois l'ensemble des nœuds terminaux, et plus le délai du réseau est important.
2. Méthode des tranches de temps passives
Le « temps de tranche passif » signifie que le nœud central synchronise régulièrement l'heure de tous les nœuds terminaux du réseau. Un nœud terminal ne peut envoyer des données que pendant sa propre tranche de temps, qui ne peut pas dépasser la durée allouée par le système. Il est nécessaire de s'assurer que la tâche est exécutée dans le délai imparti. Lorsque le moment est venu, vous pouvez lancer la tâche qui doit être exécutée.
avantage
(1) L'efficacité de communication de la méthode des tranches de temps passives est supérieure, car elle permet d'économiser le temps nécessaire à l'interrogation par le nœud central dans la méthode d'interrogation active. En effet, la méthode d'interrogation active exige que le nœud central interroge les nœuds terminaux les uns après les autres, en fonction de leur numéro d'identification, pendant la communication, afin de s'assurer que les données de chaque nœud ne se contredisent pas et de garantir la fiabilité du réseau, ce processus d’interrogation est “ invalide ” du point de vue de la transmission des données s’il n’y a pas de données valides en cours d’échange.
(2) La tranche de temps de chaque nœud terminal peut être définie, ce qui offre davantage de souplesse ;
(3) Grâce au mécanisme de tranches de temps, chaque nœud terminal est indépendant des autres, ce qui rend les échanges de données plus ordonnés ;
lacune
(1) Lors de l'écriture d'un programme, il convient de définir une tranche de temps raisonnable, et le délai dont dispose chaque nœud terminal pour interagir avec le nœud central est relativement strict. Une tranche de temps trop courte entraînera un nombre excessif d'interruptions et de changements de tâche, ce qui réduira l'efficacité du processeur ; une tranche de temps trop longue risque quant à elle d'entraîner une réponse insuffisante aux demandes d'interaction des nœuds terminaux ;
(2) Le nœud central doit envoyer régulièrement des commandes de synchronisation afin d'éviter que l'heure de chaque nœud ne soit désynchronisée en raison de l'écart entre les oscillateurs à quartz des nœuds terminaux. Si le nœud central n'envoie pas de commandes de synchronisation, cela peut entraîner une confusion au niveau des tranches de temps, des erreurs de transmission de données, voire une panne du réseau.
(3) Les données de chaque nœud terminal ne peuvent être envoyées que pendant sa propre tranche de temps. Si les données ne sont pas envoyées pendant la tranche de temps spécifiée, le nœud ne peut qu’attendre la tranche suivante pour poursuivre l’envoi.
En général, la méthode d'interrogation active convient aux situations où les exigences en matière de temps réel ne sont pas élevées et où le volume de données transmis à chaque fois est important. La méthode passive par tranches de temps est quant à elle plus adaptée aux situations où les exigences en matière de temps réel sont élevées et où le volume de données transmis est faible.
Autres lectures :
Wyner a proposé le modèle WTC-I en 1975. Dans ce modèle, le destinataire légitime et le tiers illégal qui écoute passivement reçoivent simultanément les données envoyées par l'émetteur. Comme le montre la figure 2, en supposant que la qualité du canal de l’intercepteur passif tiers illicite soit inférieure à celle du canal principal, c’est-à-dire que les canaux des parties communicantes légitimes doivent présenter un avantage en termes de qualité, sans recourir à des clés partagées, le débit de transmission ne dépasse pas la capacité de sécurité. Dans ces conditions, une communication secrète parfaite peut être obtenue grâce à un schéma de codage sécurisé raisonnable. De plus, la technologie de transmission sécurisée à clé au niveau de la couche physique préconisée par Maurer nécessite la génération de clés basées sur les caractéristiques du canal. Bien qu’elle permette de résoudre le problème de la distribution et de la gestion des clés, elle doit néanmoins être combinée à une technologie de chiffrement de couche supérieure pour garantir une communication sécurisée. Il s’agit d’un type de technologie de communication sécurisée intercouches. [0004] ZigBee est un protocole de réseau local à faible consommation d’énergie basé sur la norme IEEE 802.15.4. La technologie ZigBee est une technologie de communication sans fil à courte portée et à faible consommation d’énergie. Elle se caractérise par une portée réduite, une faible complexité, une auto-organisation, une faible consommation d’énergie et un faible débit de données. Elle est principalement adaptée à une utilisation dans les domaines du contrôle automatique et de la commande à distance, et peut être intégrée à divers appareils. La technologie ZigBee dispose de puissantes capacités de mise en réseau et permet de former des réseaux en étoile, en arbre et maillés. La structure de réseau appropriée peut être choisie en fonction des besoins réels du projet. Comme le montre la figure 3, lorsqu’une topologie en étoile (telle qu’un système domotique sans fil ou un système de surveillance agricole intelligent sans fil) est utilisée, toutes les communications s’établissent entre des nœuds terminaux ordinaires (tels que des terminaux intelligents sans fil) et un nœud de contrôle central (tel qu’une passerelle intelligente sans fil) ; ce nœud de contrôle central est appelé « coordinateur PAN ».Le nœud de contrôle central est le contrôleur principal de l’ensemble du réseau ZigBee et constitue également le
Il s'agit d'un pont permettant la communication au sein du réseau interne. Il dispose d'une grande capacité de stockage et d'une puissance de calcul élevée, et peut être alimenté par une source d'alimentation stable pendant une longue durée. La transmission de données en amont et en aval peut s'effectuer entre le nœud terminal et le nœud de contrôle central. Il est peu coûteux, occupe peu d'espace de stockage, dispose d'une faible puissance de calcul et est alimenté par des batteries. Les nœuds terminaux ne peuvent qu’envoyer les informations utiles collectées au nœud de contrôle central, ou recevoir les informations de contrôle envoyées par ce dernier. Si une transmission de données est nécessaire entre des nœuds terminaux, elle doit être acheminée via le nœud de contrôle central. [0005] On constate que le nœud de contrôle central et les nœuds terminaux du réseau ZigBee présentent des caractéristiques typiquement “ asymétriques ” en matière d’allocation des ressources (telles que l’espace de stockage, la puissance de calcul et l’énergie). Le réseau adopte une stratégie de contrôle de communication centralisée, et toutes les communications sont contrôlées par un nœud central. La communication entre le nœud terminal et le nœud de contrôle central est bidirectionnelle. En général, la liaison de communication entre le nœud terminal et le nœud de contrôle central est appelée « liaison montante » ; la liaison de communication entre le nœud de contrôle central et le nœud terminal est appelée « liaison descendante ».
Mots clés : serveur de port série
