Ступак Г. В.

Донецкий национальный технический университет, Украина

ВЗАИМОСВЯЗЬ АЛГОРИТМОВ ШИФРОВАНИЯ СЕТЕВОГО   ТРАФИКА И ПОКАЗАТЕЛЯ ХЕРСТА НА ПРИМЕРЕ ТЕХНОЛОГИИ WIMAX

Беспроводные сети доступа в телекоммуникациях в последнее время все шире завоевывают информационное пространство, в первую очередь это связано с ростом рынка мобильных устройств радиодоступа. Беспроводные сети на сегодняшний день создают большую конкуренцию существующим решениям проблемы последней мили, в том числе и семейству технологий xDSL . Основными технологиями беспроводного доступа в сетях передачи данных являются технологии семейства стандартов WiFi и WiMax . С точки зрения перспективы дальнейшего развития приоритеты смещаются в сторону WiMax . Технология была специально разработана для предоставления универсальной беспроводной связи на большие расстояния для широкого спектра устройств – от рабочих станций до портативных компьютеров и мобильных телефонов.

Основным преимуществом сетей WiMAX по сравнению с другими технологиями, является относительно быстрое развертывание систем на достаточно больших территориях без проведения работ по прокладке кабеля и предоставление конечным пользователям каналов связи со скоростями в десятки Мбит/ с . Скорость доступа в таких сетях достигает 70 Мбит/с, дальность связи лежит в пределах от сотен метров до десятков километров.

С ростом общей площади покрытия беспроводных сетей операторы связи сталкиваются с большим количеством проблем, таких как обеспечение безопасности в сетях, управление политикой QoS , обеспечение устойчивого радиопокрытия , поддержка максимального числа пользователей с использованием минимального частотного ресурса.

Исследования трафика беспроводных сетей доступа показывают, что тип данных, которые передаются в сетях, является мультимедийным , причем наблюдаются тенденции в увеличении доли трафика реального времени (виде о- и ip-телефония) в суммарном сетевом потоке. Основная часть данных переносится при помощи протокола TCP на транспортном уровне, который охватывает около 90% полосы пропуска­ния общего объема передаваемых данных. Остальная нагрузка в основном приходится на UDP протокол. Управляющие сообщения ICMP и OSPF со­ставляют только 1...2% от общего трафика на транспортном уровне. На уровне приложений доминируют HTTP- и FTP -трафики [1].

Технология WiMax является относительно молодой (первая редакция стандарта IEEE 802.16 появилась в декабре 2001 года) и поэтому в ней достаточно хорошо реализовано управление политикой QoS и присутствуют различные методы и способы шифрования трафика. В стандарте IEEE 802.16 имеется четыре основных режима шифрования [1]:

- алгоритм шифрования документов ( Data Encryption Standard – DES) в режиме сцепления блоков ( Cipher Block Chaining – CBC) – DES–CBC;

- алгоритм шифрования документов ( Advanced Encryption Standard – AES) с счетчиковым шифрованием, полученным сцеплением блока шифров ( Counter Encryption with Cipher Block Chaining message authentication code – CCM) – AES–CCM;

- алгоритм AES с шифрованием счетчика ( Counter Encryption – CTR), AES- CTR;

- алгоритм AES в режиме сцепления блоков ( Cipher Block Chaining – CBC) – А ES–CBC.

Современные исследования показывают [2], что сетевой трафик в беспроводных системах связи, построенных на основании спецификации IEEE 802.16, обладает свойством самоподобия , что влияет на параметры QoS . В работе [3] экспериментальным путем была выявлена зависимость между показателем Херста и методом шифрования для одного исходного потока, результаты полученные автором приведены в табл. 1.

Таблица 1. Параметр Н при различных методах шифрования

 

Как видно из таблицы каждый способ шифрования при одном и том же исходном потоке дает разные показатели Херста , что говорит о разном уровне самоподобности процессов. Таким образом, наибольшее снижение самоподобия трафика вызывают алгоритмы, которые прибавляют к пакетам наибольшее число дополнительных байт, т.е. происходит своеобразный шейпинг, осуществляющий сглаживание трафика. При этом , разумеется, падает качество передаваемого трафика, поэтому при высоких требованиях к его качеству необходимо использовать алгоритмы шифрования, добавляющие наименьшее число байт [3].

В работе [4] проведены исследования о взаимном влияние трафика данных и трафика реального времени в каналах связи и было замечено, что самоподобие трафика данных влияет на передачу трафика реального времени, ухудшая показатели качества обслуживания.

Увеличение зон обслуживания сетей фиксированного и мобильного доступа по технологи WiMax приводит к росту потоков данных в сетях, причем наблюдается тенденция к увеличению трафика реального времени в общем потоке. Исходя из того что трафик является самоподобным , а показатель Херста в свою очередь зависит от метода шифрования трафика в сетях WiMax , и наблюдается связь между показателями QoS и влиянием трафика передачи данных на трафик реального времени, необходимо усовершенствование методов шифрования для снижение уровня самоподобных процессов в сетях для достижения оптимального соотношения параметров QoS , размера пакета, времени нахождения пакета в сети и его передачи.

 

Список использованных источников:

1. Рашич А. В. Сети беспроводного доступа WiMAX : учеб . п особ . / А. В. Рашич . – СПб.: Изд-во Политехн . ун-та, 2011. – 179 с .

2. Шелухин О. П. Оценка самоподобия трафика в сети широкополосного доступа WiMAX   / О. П. Шелухин , С. Б. Матвеев, А. С. Пастухов // Электротехнические и информационные комплексы и системы. – 2008. – Т. 4, 1.2. – С. 86–94.

3. Богомолова Н. Е. Исследование влияния алгоритмов шифрования на самоподобие трафика в сетях стандарта WiMax / Н. Е. Богомолова, Н. Саламех // Матер . VII Междун . науч .- тех . конф ., 23–27 ноября 2010 г . INTERMATIC. – 2010. – Ч 3. – С.139–141.

4. Пастухов А. С. Оценка взаимного влияния самоподобных Internet и видеотрафика при передаче в стандарте DVB/IP/MPEG-4 по гибридным сетям спутниковой связи / А. С. Пастухов, Ю. А. Иванов // Вестник Чувашского университета . – 2008. – С. 182–190.