隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，私人信息和商業(yè)信息傳輸對(duì)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的依賴性正 明顯增強(qiáng)，由此衍生的通信系統(tǒng)自身安全問(wèn)題的關(guān)注度也在迅速提高。如圖1所示，基于開(kāi) 放系統(tǒng)互連7層協(xié)議，傳統(tǒng)通信系統(tǒng)的信息安全機(jī)制是建立在網(wǎng)絡(luò)層及其以上各層，其核心 技術(shù)是密鑰加密機(jī)制，前提是協(xié)議底層的物理層已提供暢通且無(wú)錯(cuò)的傳輸鏈路，但是物理 層信息安全問(wèn)題并未引起足夠重視。然而，由于電磁信號(hào)傳輸環(huán)境的開(kāi)放性和通用性，在發(fā) 射功率的有效覆蓋范圍內(nèi)，任何擁有合適設(shè)備的第三方都可悄然接入網(wǎng)絡(luò)竊取他人信息， 給無(wú)線通信的私密性和安全性帶來(lái)極大威脅。隨著無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚倩o(wú)線業(yè)務(wù)的多 樣化以及無(wú)線應(yīng)用的廣泛化，信息竊取帶來(lái)的危害和損失難以估量。因此，相比于物理傳輸 介質(zhì)相對(duì)封閉的有線網(wǎng)絡(luò)，無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的物理層信息安全問(wèn)題更加嚴(yán)重，對(duì)其研究與改 進(jìn)迫在眉睫。

星型組網(wǎng)簡(jiǎn)介

在星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)通過(guò)點(diǎn)到點(diǎn)的方式連接到一個(gè)中央節(jié)點(diǎn)上，由該中央節(jié)點(diǎn)向目的節(jié)點(diǎn)傳送信息。星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙缦聢D所示：

1、星型網(wǎng)中任何兩個(gè)節(jié)點(diǎn)要進(jìn)行通信都必須經(jīng)過(guò)中央節(jié)點(diǎn)控制。因此，中央節(jié)點(diǎn)的主要功能有三項(xiàng)

（1） 當(dāng)要求通信的站點(diǎn)發(fā)出通信請(qǐng)求后，控制器要檢查中心節(jié)點(diǎn)是否有空閑的通路，被叫設(shè)備是否空閑，從而決定是否能建立雙方的物理連接；

（2）在兩臺(tái)設(shè)備通信過(guò)程中要維持這一通路，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕?/p>

（3） 當(dāng)通信完成或者不成功要求拆線時(shí)，中央轉(zhuǎn)接站應(yīng)能拆除上述通道。

星型組網(wǎng)相較于環(huán)形組網(wǎng)中一個(gè)節(jié)點(diǎn)故障，將會(huì)造成全網(wǎng)癱瘓以及對(duì)分支節(jié)點(diǎn)故障定位較難的不同，星型組網(wǎng)便于集中控制，因?yàn)榻K端節(jié)點(diǎn)之間的通信必須經(jīng)過(guò)中心節(jié)點(diǎn)。由于這一特點(diǎn)，也帶來(lái)了易于維護(hù)和安全等優(yōu)點(diǎn)。終端節(jié)點(diǎn)設(shè)備因?yàn)楣收隙C(jī)時(shí)也不會(huì)影響其它端用戶間的通信。網(wǎng)絡(luò)延遲時(shí)間較小，系統(tǒng)的可靠性較高。

2、星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)有

（1）管理維護(hù)容易。由于所有的數(shù)據(jù)通信都要經(jīng)過(guò)中心節(jié)點(diǎn)，中心節(jié)點(diǎn)可以收集到所有的通信狀況。

（2）節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、移動(dòng)方便，相較于其他網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)而言，星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)管理和維護(hù)容易。節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展時(shí)只需要與中心節(jié)點(diǎn)設(shè)備建立連接即可，而不會(huì)像環(huán)型網(wǎng)絡(luò)那樣“牽其一而動(dòng)全局”。

（3）易于故障的診斷與隔離。由于各終端分節(jié)點(diǎn)都與中心節(jié)點(diǎn)相連，故便于從中心節(jié)點(diǎn)對(duì)每一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，也便于將故障節(jié)點(diǎn)和系統(tǒng)分離。

由于星型組網(wǎng)具有以上優(yōu)點(diǎn)，因此它成為組網(wǎng)方式中廣泛而又首選使用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)之一，但如何避免星型網(wǎng)絡(luò)中多節(jié)點(diǎn)間的通信沖突成為最主要的問(wèn)題。

星型組網(wǎng)的方式

星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，為有效避免各節(jié)點(diǎn)之間通信出現(xiàn)沖突，中心節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)的交互主要有以下兩種常用的方式，一是主動(dòng)輪詢方式，二是被動(dòng)時(shí)間片方式，這兩種組網(wǎng)方式的簡(jiǎn)介和對(duì)比如下：

1、主動(dòng)輪詢方式

主動(dòng)輪詢方式中，每一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)都有自己唯一的ID號(hào)，中心節(jié)點(diǎn)主動(dòng)根據(jù)終端節(jié)點(diǎn)的ID號(hào)依次詢問(wèn)終端節(jié)點(diǎn)是否有數(shù)據(jù)需要發(fā)送，若某個(gè)終端節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)發(fā)送到中心節(jié)點(diǎn)，則中心節(jié)點(diǎn)開(kāi)始處理接收到的數(shù)據(jù)。下圖為主動(dòng)輪詢方式示意圖：

優(yōu)點(diǎn)

（1） 終端節(jié)點(diǎn)不用受到時(shí)間片的限制，更加自由；

（2） 在終端節(jié)點(diǎn)與中心節(jié)點(diǎn)交互不頻繁時(shí)，理論上對(duì)傳輸數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度和時(shí)間沒(méi)有要求；

（3） 網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性較高，被動(dòng)時(shí)間片方式對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)晶振的一致性要求較高，而主動(dòng)輪詢方式不會(huì)由于晶振的微小偏差而影響各節(jié)點(diǎn)的通信；

（4） 程序結(jié)構(gòu)相比被動(dòng)時(shí)間片方式要更加簡(jiǎn)單清晰，易于理解；

缺點(diǎn)

（1） 若一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)一直連續(xù)不斷的發(fā)送數(shù)據(jù)，會(huì)直接影響其他終端節(jié)點(diǎn)與中心節(jié)點(diǎn)的通信，可能導(dǎo)致其他終端節(jié)點(diǎn)無(wú)法正常與中心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。

（2） 由于終端節(jié)點(diǎn)沒(méi)有主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)的功能，必須要經(jīng)過(guò)中心節(jié)點(diǎn)詢問(wèn)后才能發(fā)送數(shù)據(jù)，因此，還沒(méi)有被輪詢到的終端節(jié)點(diǎn)即使有數(shù)據(jù)也不能立即發(fā)送。

（3） 若網(wǎng)絡(luò)中的終端節(jié)點(diǎn)越多，中心節(jié)點(diǎn)輪詢完一次終端節(jié)點(diǎn)所需要的時(shí)間越多，網(wǎng)絡(luò)延遲越大。

2、被動(dòng)時(shí)間片方式

被動(dòng)時(shí)間片是指中心節(jié)點(diǎn)會(huì)定時(shí)同步網(wǎng)絡(luò)中所有終端節(jié)點(diǎn)的時(shí)間，某個(gè)終端節(jié)點(diǎn)想要發(fā)數(shù)據(jù)只能在自己的時(shí)間片內(nèi)，不能大于系統(tǒng)分配的時(shí)間長(zhǎng)度，要保證任務(wù)在需要執(zhí)行的時(shí)候能夠進(jìn)入該執(zhí)行的任務(wù)中，

優(yōu)點(diǎn)

（1） 被動(dòng)時(shí)間片方式的通信效率更高，節(jié)省了主動(dòng)輪詢方式中，中心節(jié)點(diǎn)輪詢所需要的時(shí)間。由于主動(dòng)輪詢方式在通信時(shí)是需要中心節(jié)點(diǎn)根據(jù)終端節(jié)點(diǎn)的ID號(hào)依次查詢終端節(jié)點(diǎn)是否有數(shù)據(jù)要發(fā)送，以此保證各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)不會(huì)沖突，確保網(wǎng)絡(luò)的可靠性，但查詢的過(guò)程是沒(méi)有有效的數(shù)據(jù)在進(jìn)行交互的，站在數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕嵌?，查詢的時(shí)間是“無(wú)效”的。

（2） 可設(shè)置各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)的時(shí)間片，更加靈活；

（3） 由于采用時(shí)間片的機(jī)制，因此各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)都相互獨(dú)立，讓數(shù)據(jù)交互更加有秩序；

缺點(diǎn)

（1） 在編寫(xiě)程序時(shí)，時(shí)間片需要合理的設(shè)置，各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)與中心節(jié)點(diǎn)交互的時(shí)間是比較嚴(yán)格的。時(shí)間片設(shè)得太短會(huì)導(dǎo)致過(guò)多的中斷和任務(wù)切換，降低了CPU效率；而設(shè)得太長(zhǎng)又可能引起對(duì)終端節(jié)點(diǎn)交互請(qǐng)求的響應(yīng)變差；

（2） 中心節(jié)點(diǎn)必須定時(shí)發(fā)送同步命令，避免各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)間因晶振的偏差而導(dǎo)致各節(jié)點(diǎn)時(shí)間不同步的情況發(fā)生，若中心節(jié)點(diǎn)沒(méi)有發(fā)送同步命令，可能會(huì)導(dǎo)致時(shí)間片混亂、數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤甚至是網(wǎng)絡(luò)崩潰的情況。

（3） 各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)只能在自己的時(shí)間片內(nèi)發(fā)送，若在規(guī)定的時(shí)間片內(nèi)沒(méi)有將數(shù)據(jù)發(fā)送完成，只能等到下次繼續(xù)發(fā)送。

總的來(lái)說(shuō)，主動(dòng)輪詢方式適用于對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高、每次數(shù)據(jù)傳輸量較大的場(chǎng)合，被動(dòng)時(shí)間片方式更加適用于對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高、數(shù)據(jù)傳輸量較小的場(chǎng)合。

其他閱讀：

Wyner在1975提出了WTC-I模型，在WTC-I模型中，合法接收者與非法第三方被動(dòng)竊聽(tīng)者同時(shí)收到發(fā)送方發(fā)送出的數(shù)據(jù)。如圖2所示，在非法第三方被動(dòng)竊聽(tīng)者信道質(zhì)量劣于主信道，即合法通信雙方的信道在質(zhì)量上要具有優(yōu)勢(shì)的假設(shè)條件下，不依賴分享密鑰，在傳輸速率不超過(guò)安全容量的前提下通過(guò)合理的安全編碼方案即可實(shí)現(xiàn)完美秘密通信。此外，Maurer倡導(dǎo)的物理層有密鑰安全傳輸技術(shù)需基于信道特征生成密鑰，雖然可解決密鑰分發(fā)和管理問(wèn)題，但仍需結(jié)合上層加密技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)安全通信，是一類跨層安全通信技術(shù)。[0004] ZigBee是基于IEEE802 .15 .4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議，ZigBee技術(shù)是一種短距離、低功耗的無(wú)線通信技術(shù)。其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率。主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。ZigBee技術(shù)具有強(qiáng)大的組網(wǎng)能力，可以形成星型、樹(shù)型和網(wǎng)狀網(wǎng)，可以根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目需要來(lái)選擇合適的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。如圖3所示，當(dāng)采用星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(如無(wú)線智能家居系統(tǒng)和無(wú)線智能農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng))時(shí)，所有的通信是建立在普通終端節(jié)點(diǎn)(如無(wú)線智能終端設(shè)備)與一個(gè)中央控制節(jié)點(diǎn)(如無(wú)線智能網(wǎng)關(guān))之間，該中央控制節(jié)點(diǎn)即稱為PAN協(xié)調(diào)器。中央控制節(jié)點(diǎn)是整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的主要控制者，也是與外

部網(wǎng)絡(luò)溝通的橋梁，其存儲(chǔ)容量大，計(jì)算能力強(qiáng)，可通過(guò)穩(wěn)定電源長(zhǎng)期供電。終端節(jié)點(diǎn)和中央控制節(jié)點(diǎn)之間可進(jìn)行上行和下行的數(shù)據(jù)傳輸，其成本低，存儲(chǔ)空間小，計(jì)算能力弱，通過(guò)電池供電。且終端節(jié)點(diǎn)只能將采集到的有用信息發(fā)送給中央控制節(jié)點(diǎn)，或接收中央控制節(jié)點(diǎn)發(fā)送過(guò)來(lái)的控制信息，如果終端節(jié)點(diǎn)之間需數(shù)據(jù)傳輸則要通過(guò)中央控制節(jié)點(diǎn)來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)。[0005] 可見(jiàn)，ZigBee網(wǎng)絡(luò)中心控制節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)在資源(如存儲(chǔ)空間、計(jì)算能力和能量)供給上具有典型“非對(duì)稱”的特性。其采用集中式通信控制策略，所有通信均由中央節(jié)點(diǎn)控制。終端節(jié)點(diǎn)到中心控制節(jié)點(diǎn)之間是雙向通信。通常，終端節(jié)點(diǎn)到中心控制節(jié)點(diǎn)間的通信鏈路被稱為上行鏈路；中心控制節(jié)點(diǎn)到終端節(jié)點(diǎn)的通信鏈路被稱為下行鏈路。

關(guān)鍵詞：串口服務(wù)器