اقرأ في هذا المقال
في نظام الاتصالات اللاسلكية يتم توفير رابط اتصال آمن عن طريق اختيار ناقل إشارة بيانات شريك للإرسال وتوليد مصفوفة تشفير مسبقة (MIMO) من رسالة سيتم إرسالها، وضرب متجه إشارة بيانات شرك بواسطة مصفوفة التشفير المسبق (MIMO) لإنشاء متجه إشارة مشفر مسبقاً، كمل تنتج مصفوفة التشفير المسبق (MIMO) تشوهات القناة المركبة الحاملة للمعلومات في الإشارة المرسلة.
أساسيات أنظمة اتصالات LPI / LPD
قد يتم إرسال نسخة غير مشوهة من بيانات معقدة إلى جهاز استقبال مقصود ويميز جهاز الاستقبال بين تشوهات القناة الحاملة للمعلومات المركبة وتشوهات القنوات الطبيعية لفك تشفير المعلومات، بينما يجد المتنصت صعوبة في التمييز بين تشوهات القناة الطبيعية والمركبة في الإشارات التي يستقبلها.
بينما يكون ارتباط الاتصال اللاسلكي عرضة للاعتراض من قبل أجهزة استقبال غير مقصودة يمكن استغلال الخصائص الفيزيائية لقناة الانتشار، مثل المعاملة بالمثل وتشوهات القناة شديدة التغير وتفرد تلك التشوهات في أي ارتباط معين؛ لتوليد مفاتيح التشفير وتبادلها وتشفير عمليات الإرسال.
عادةً ما تستخدم تقنيات توليد المفاتيح عمليات عشوائية، بحيث توفر القناة اللاسلكية المادية العشوائية الإحصائية المطلوبة، والمعاملة بالمثل للقناة أي أنّ موجات الراديو التي تنتشر في كلا الاتجاهين لوصلة راديوية بين زوج من أجهزة الإرسال والاستقبال تواجه نفس تشوهات القناة متعددة المسارات، إذا كانت تردداتها هي نفسها من المحتمل أن تتيح التبادل الآمن للمفاتيح دون نقل المعلومات الأساسية، والتي يمكن اعتراضها بواسطة جهاز استقبال غير مقصود.
وعلى وجه التحديد يلاحظ كل زوج من أجهزة الإرسال والاستقبال عملية عشوائية أي قناة الانتشار الخاصة بهم يتم ملاحظتها بشكل مختلف بواسطة أي جهاز استقبال غير مقصود، كما يقوم كل جهاز إرسال أو استقبال بتقدير القناة المشتركة من إشارات التدريب المعروفة المتلقاة من جهاز الإرسال والاستقبال الآخر، والاختلافات الزمنية والمكانية للقناة عشوائية.
وبالتالي بالنسبة لأجهزة الإرسال والاستقبال التي تكون بعيدة بدرجة كافية عن بعضها البعض وعادةً ما تكون أطوال موجية قليلة فإنّ وظائف نقل القناة الخاصة بها غير مرتبطة، كما تشمل الأمثلة العملية على الأماكن التي يمكن فيها تحقيق المعاملة بالمثل الأنظمة اللاسلكية التي تستخدم الإرسال المزدوج بتقسيم الوقت (TDD)، مثل (WiMAX) و(LTE).
ومع ذلك فإنّ بعض أنظمة اتصالات (LPI / LPD) توفر عملية ثنائية الاتجاه بالكامل في أنظمة غير (TDD) عن طريق إلغاء تسرب إشارة الإرسال إلى جهاز الاستقبال، ممّا يمكّن زوجاً من أجهزة الإرسال والاستقبال من إرسال واستقبال الإشارات في نفس الوقت في نفس نطاق التردد، كما تطلب عقدة واحدة على الأقل في الشبكة الأولى قناة اتصال من شبكة ثانية.
- “MIMO” هي اختصار لـ “Multiple-input-multiple-output”.
- “LTE” هي اختصار لـ “Long Term Evolution”.
- “TDD” هي اختصار لـ “Time Division Duplexing”.
- “LPI” هي اختصار لـ “Low Probability of Intercept”.
- “LPD” هي اختصار لـ “Low Probability of Detection”.
مبدأ عمل أنظمة اتصالات LPI / LPD
عند استلام تخصيص قناة من الشبكة الثانية تستخدم العقد في الشبكة الأولى القناة المخصصة للاتصال في الشبكة الأولى بطريقة شفافة للشبكة الثانية، وقد تكون الشبكة الأولى شبكة نظير إلى نظير وقد تكون الشبكة الثانية شبكة خلوية، وتتوافق العقد المتصلة في الشبكة الأولى مع تنسيق نقل بيانات الشبكة الثانية، وقد تنقل العقد وظائف التحكم في الشبكة الأولى في أجزاء محددة مسبقاً من جزء حمولة البيانات من تنسيق إطار الشبكة الثانية.
تطلب العقدة الأولى والعقدة الثانية قنوات الوصلة الصاعدة والهابطة من الشبكة الثانية وترسل العقدة الأولى طلباً إلى العقدة الثانية؛ لإنشاء ارتباط نظير إلى نظير إما قبل أو بعد استقبال القنوات المخصصة من الشبكة الثانية، وعند تلقي إقرار من العقدة الثانية يتم استخدام قناة واحدة على الأقل من قنوات الوصلة الصاعدة والهابطة للتواصل في الشبكة الأولى.
كما قد تتصل العقدة الأولى مباشرة بالعقدة الثانية، حيث تعني مباشرة أنّه لا توجد خوادم أو أجهزة توجيه متداخلة تشكل جزءاً من البنية التحتية للشبكة الثانية، ونظراً لأن الاختلافات في تقديرات القناة في العقدتين والتي يمكن أن تحدث بسبب الضوضاء، فإنّ عدد بتات المعلومات الفريدة التي يمكن إنشاؤها عادة ما يكون أقل بكثير من الحد النظري.
لذلك تنص بعض الأنظمة على دمج عينات القناة المترابطة لتوفير قياس كل قناة مع نسبة (SNR) محسّنة، ويمكن دمج عينات من حاويات التردد المتقاربة وعينات متعددة خلال وقت تماسك القناة أو عينات من القنوات المكانية شديدة الترابط لإنتاج قياس كل قناة، وبالتالي زيادة عدد بتات المعلومات الفريدة التي يمكن إنشاؤها عملياً للأنظمة.
وإذا تجاوز حجم النص العادي حجم المفتاح فإنّه يقلل من كمية البيانات التي يجب تشفيرها عن طريق استخدام تقنية تعقيم البيانات، وعلى وجه التحديد يمكن تقليل مقدار النص العادي الذي يتطلب التشفير عن طريق فصل البيانات الحساسة عن البيانات غير الحساسة في معلومات النص العادي، والتي سيتم إرسالها ومتبوعاً بتشفير جزء البيانات الحساسة.
كما يمكن استخدام عملية تشفير متدرجة، حيث يتم توفير مستوى أعلى من الأمان لتشفير البيانات الحساسة ويمكن تطبيق تشفير أقل أماناً على البيانات غير الحساسة، ويمكن أن تشتمل كل عقد على هوائيات متعددة مثل استخدام (MIMO) أو (MIMO) التعاوني، حيث تستخدم العقد معالجة صفيف الهوائي كمعالجة الصفيف الظاهري، ويمكن تكييف أي مجموعة من عمليات معالجة الصفيف مثل عدد الهوائيات وعمليات التشفير المسبق أو نوع التجميع الخوارزميات المستخدمة.
كما يمكن استخدام بروتوكول منارة بواسطة إحدى العقدتين أو كلاهما لتحديد مجموعة مفضلة من مخططات الحزمة للاستخدام في ارتباط نظير إلى نظير، وقد يشمل تكييف عملية (MIMO) تداخلاً ملغياً مثل إشارات الوصلة الهابطة المرسلة من شبكة الطرف الثالث أو إشارات التشويش، والتي ترسلها الأطراف المعادية.
- “SNR” هي اختصار لـ “Signal to Noise Ratio”.
تطور عمل أنظمة اتصالات LPI / LPD
يتضمن تكييف عملية (MIMO) عمليات تشكيل الحزمة التي تحط من نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) للمستقبلات غير المقصودة كأجهزة التنصت، ويتم إجراء قياس القناة كتقدير القناة للقناة الراديوية من نظير إلى نظير بواسطة كلا العقدتين ويتم إنشاء مفتاح سري بواسطة كل عقدة، ويمكن استخدام تقنيات مختلفة لتحسين احتمالية اتفاق المفتاح أثناء أي من العقدتين.
ونظراً لأنّ القناة الراديوية تختلف عادةً فيما يتعلق بالوقت فيمكن تحديث قياسات القناة على فترات محددة مسبقاً أو على فترات تحددها قياسات القناة أو معدلات خطأ البتات المقاسة، كما يتم تنسيق تحديثات القناة بناءً على المفتاح السري، وقد يعتمد توقيت إرسال رموز التدريب المعروفة أو الإشارات التجريبية على المفتاح السري.
في نظام تعدد الإرسال بتقسيم تعامدي للتردد (OFDM) يمكن إرسال الرموز المحددة مسبقاً على موجات حاملة فرعية يُشار إليها ببعض وظائف المفتاح السري الذي تعرفه كلتا العقدتين، وفي نظام (MIMO) يمكن إرسال رموز التدريب في قنوات فرعية مكانية محددة مسبقاً بالنسبة لبعض وظائف المفتاح السري.
كما تتوافق العقد مع تنسيق نقل البيانات لشبكة الطرف الثالث وتستخدم أجزاء محددة مسبقاً من حمولة البيانات للإطار لوظائف التحكم في شبكة نظير إلى نظير، وفي بعض الجوانب يمكن استخدام جزء من المورد الراديوي المخصص للبيانات بواسطة العقد لسبر القناة، كما يمكن تحديد اختيار القنوات الفرعية وتوقيت إشارات التدريب في القنوات الفرعية المحددة بواسطة المفتاح السري.
- “OFDM” هي اختصار لـ “Orthogonal frequency-division multiplexing”.
