隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，私人信息和商業(yè)信息傳輸對無線通信網(wǎng)絡(luò)的依賴性正 明顯增強(qiáng)，由此衍生的通信系統(tǒng)自身安全問題的關(guān)注度也在迅速提高。如圖1所示，基于開 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錯的傳輸鏈路，但是物理 層信息安全問題并未引起足夠重視。然而，由于電磁信號傳輸環(huán)境的開放性和通用性，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， 給無線通信的私密性和安全性帶來極大威脅。隨著無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚倩?、無線業(yè)務(wù)的多 樣化以及無線應(yīng)用的廣泛化，信息竊取帶來的危害和損失難以估量。因此，相比于物理傳輸 介質(zhì)相對封閉的有線網(wǎng)絡(luò)，無線通信網(wǎng)絡(luò)的物理層信息安全問題更加嚴(yán)重，對其研究與改 進(jìn)迫在眉睫。

星型組網(wǎng)簡介

在星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點通過點到點的方式連接到一個中央節(jié)點上，由該中央節(jié)點向目的節(jié)點傳送信息。星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙缦聢D所示：

1、星型網(wǎng)中任何兩個節(jié)點要進(jìn)行通信都必須經(jīng)過中央節(jié)點控制。因此，中央節(jié)點的主要功能有三項

（1） 當(dāng)要求通信的站點發(fā)出通信請求后，控制器要檢查中心節(jié)點是否有空閑的通路，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）在兩臺設(shè)備通信過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，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)中一個節(jié)點故障，將會造成全網(wǎng)癱瘓以及對分支節(jié)點故障定位較難的不同，星型組網(wǎng)便于集中控制，因為終端節(jié)點之間的通信必須經(jīng)過中心節(jié)點。由于這一特點，也帶來了易于維護(hù)和安全等優(yōu)點。終端節(jié)點設(shè)備因為故障而停機(jī)時也不會影響其它端用戶間的通信。網(wǎng)絡(luò)延遲時間較小，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)過中心節(jié)點，中心節(jié)點可以收集到所有的通信狀況。

（2）節(jié)點擴(kuò)展、結(jié)構(gòu)簡單、移動方便，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)點擴(kuò)展時只需要與中心節(jié)點設(shè)備建立連接即可，而不會像環(huán)型網(wǎng)絡(luò)那樣“牽其一而動全局”。

（3）易于故障的診斷與隔離。由于各終端分節(jié)點都與中心節(jié)點相連，故便于從中心節(jié)點對每一個節(jié)點進(jìn)行測試，也便于將故障節(jié)點和系統(tǒng)分離。

由于星型組網(wǎng)具有以上優(yōu)點，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)計之一，但如何避免星型網(wǎng)絡(luò)中多節(jié)點間的通信沖突成為最主要的問題。

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)點之間通信出現(xiàn)沖突，中心節(jié)點和終端節(jié)點的交互主要有以下兩種常用的方式，一是主動輪詢方式，二是被動時間片方式，這兩種組網(wǎng)方式的簡介和對比如下：

1、主動輪詢方式

主動輪詢方式中，每一個終端節(jié)點都有自己唯一的ID號，中心節(jié)點主動根據(jù)終端節(jié)點的ID號依次詢問終端節(jié)點是否有數(shù)據(jù)需要發(fā)送，若某個終端節(jié)點有數(shù)據(jù)發(fā)送到中心節(jié)點，則中心節(jié)點開始處理接收到的數(shù)據(jù)。下圖為主動輪詢方式示意圖：

優(yōu)點

（1） 終端節(jié)點不用受到時間片的限制，更加自由；

（2） 在終端節(jié)點與中心節(jié)點交互不頻繁時，理論上對傳輸數(shù)據(jù)的長度和時間沒有要求；

（3） 網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性較高，被動時間片方式對各個節(jié)點晶振的一致性要求較高，而主動輪詢方式不會由于晶振的微小偏差而影響各節(jié)點的通信；

（4） 程序結(jié)構(gòu)相比被動時間片方式要更加簡單清晰，易于理解；

缺點

（1） 若一個終端節(jié)點一直連續(xù)不斷的發(fā)送數(shù)據(jù)，會直接影響其他終端節(jié)點與中心節(jié)點的通信，可能導(dǎo)致其他終端節(jié)點無法正常與中心節(jié)點進(jìn)行通信。

（2） 由于終端節(jié)點沒有主動發(fā)送數(shù)據(jù)的功能，必須要經(jīng)過中心節(jié)點詢問后才能發(fā)送數(shù)據(jù)，因此，還沒有被輪詢到的終端節(jié)點即使有數(shù)據(jù)也不能立即發(fā)送。

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

2、被動時間片方式

被動時間片是指中心節(jié)點會定時同步網(wǎng)絡(luò)中所有終端節(jié)點的時間，某個終端節(jié)點想要發(fā)數(shù)據(jù)只能在自己的時間片內(nèi)，不能大于系統(tǒng)分配的時間長度，要保證任務(wù)在需要執(zhí)行的時候能夠進(jìn)入該執(zhí)行的任務(wù)中，

優(yōu)點

（1） 被動時間片方式的通信效率更高，節(jié)省了主動輪詢方式中，中心節(jié)點輪詢所需要的時間。由于主動輪詢方式在通信時是需要中心節(jié)點根據(jù)終端節(jié)點的ID號依次查詢終端節(jié)點是否有數(shù)據(jù)要發(fā)送，以此保證各個節(jié)點的數(shù)據(jù)不會沖突，確保網(wǎng)絡(luò)的可靠性，但查詢的過程是沒有有效的數(shù)據(jù)在進(jìn)行交互的，站在數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕嵌?，查詢的時間是“無效”的。

（2） 可設(shè)置各個終端節(jié)點的時間片，更加靈活；

（3） 由于采用時間片的機(jī)制，因此各個終端節(jié)點都相互獨立，讓數(shù)據(jù)交互更加有秩序；

缺點

（1） 在編寫程序時，時間片需要合理的設(shè)置，各個終端節(jié)點與中心節(jié)點交互的時間是比較嚴(yán)格的。時間片設(shè)得太短會導(dǎo)致過多的中斷和任務(wù)切換，降低了CPU效率；而設(shè)得太長又可能引起對終端節(jié)點交互請求的響應(yīng)變差；

（2） 中心節(jié)點必須定時發(fā)送同步命令，避免各個終端節(jié)點間因晶振的偏差而導(dǎo)致各節(jié)點時間不同步的情況發(fā)生，若中心節(jié)點沒有發(fā)送同步命令，可能會導(dǎo)致時間片混亂、數(shù)據(jù)傳輸錯誤甚至是網(wǎng)絡(luò)崩潰的情況。

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

總的來說，主動輪詢方式適用于對實時性要求不高、每次數(shù)據(jù)傳輸量較大的場合，被動時間片方式更加適用于對實時性要求較高、數(shù)據(jù)傳輸量較小的場合。

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竊聽者同時收到發(fā)送方發(fā)送出的數(shù)據(jù)。如圖2所示，在非法第三方被動竊聽者信道質(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)勢的假設(shè)條件下，不依賴分享密鑰，在傳輸速率不超過安全容量的前提下通過合理的安全編碼方案即可實現(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)和管理問題，但仍需結(jié)合上層加密技術(shù)才能實現(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、低功耗的無線通信技術(shù)。其特點是近距離、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、樹型和網(wǎng)狀網(wǎng)，可以根據(jù)實際項目需要來選擇合適的網(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)(如無線智能家居系統(tǒng)和無線智能農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng))時，所有的通信是建立在普通終端節(jié)點(如無線智能終端設(shè)備)與一個中央控制節(jié)點(如無線智能網(wǎng)關(guān))之間，該中央控制節(jié)點即稱為PAN協(xié)調(diào)器。中央控制節(jié)點是整個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，其存儲容量大，計算能力強(qiáng)，可通過穩(wěn)定電源長期供電。終端節(jié)點和中央控制節(jié)點之間可進(jìn)行上行和下行的數(shù)據(jù)傳輸，其成本低，存儲空間小，計算能力弱，通過電池供電。且終端節(jié)點只能將采集到的有用信息發(fā)送給中央控制節(jié)點，或接收中央控制節(jié)點發(fā)送過來的控制信息，如果終端節(jié)點之間需數(shù)據(jù)傳輸則要通過中央控制節(jié)點來轉(zhuǎn)發(fā)。[0005] 可見，ZigBee網(wǎng)絡(luò)中心控制節(jié)點和終端節(jié)點在資源(如存儲空間、計算能力和能量)供給上具有典型“非對稱”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)點控制。終端節(jié)點到中心控制節(jié)點之間是雙向通信。通常，終端節(jié)點到中心控制節(jié)點間的通信鏈路被稱為上行鏈路；中心控制節(jié)點到終端節(jié)點的通信鏈路被稱為下行鏈路。

關(guān)鍵詞：串口服務(wù)器