Langaton tiedonsiirto sotilasverkoissa

Historiaa

Ensimmäinen sotilaallinen langaton viestintätekniikka oli heliografi 1800-luvulla. Toisessa maailmansodassa Saksalla oli Lichtsprechgerät 80 niminen Valopuhelin, ja tekstin ja puheen viestintä radioaalloilla oli laajamittaista.

Vaatimukset

Langattomien sotilasverkkojen kohdalla vaatimukset verkon toiminnallisuuden ja turvallisuuden suhteen ovat korkeat. Varsinkin sotatoimialueelle käytettävien tietoliikenneyhteyksien suhteen on otettava huomioon suuri määrä verkon turvallisuuteen ja toimintaan vaikuttavia tekijöitä. Tällaisia tekijöitä ovat ainakin seuraavat:

Liikkuvuus

Langattoman laitteen etuna on ettei sen toiminta ole sidottu mihinkään kiinteään tiedonsiirtorakenteeseen, kuten lankaverkkoon. Tämä ominaisuus mahdollistaa sen että langatonta laitetta voidaan käyttää nopeasti paikasta toiseen liikuttaessa. Edellytyksenä on että langaton laite on tarpeeksi pieni ja kevyt ihmisen kuljetettavaksi tai sijaitsee jossain liikkuvassa kulkuvälineessä, kuten lentokoneessa tai autossa.

Vaikeasti tuhottava

Langattoman verkon toiminta ei saa olla riippuvainen mistään helposti tuhottavasta kohteesta, kuten kiinteästi rakennetusta tukiasemasta. Verkon tuhoamisen vaikeuttamiseksi, jokaisen verkon laitteen tulee voida tarpeen vaatiessa toimia niin lähettimenä, vastaanottimena kuin tukiasemanakin. Tällaisen verkon toimimattomaksi saattaminen vaatii lähes kaikkien verkon laitteiden tuhoamista.
Verkon laitteita tulee voida käyttää hankalissa olosuhteissa, joten niiden tulee olla iskun- ja vedenkestäviä.

Tunnistettavuus

Sotilasverkoissa on otettava huomioon mahdollisuus, että vihollisen vallatessa alueita, heidän käsiinsä voi joutua tietoverkkoon kuuluvia laitteita. Tällaisissa tapauksissa tulee pystyä tunnistamaan ja poistamaan kyseiset laitteet verkon ulkopuolelle tai poistaa kokonaan käytöstä.

Luottamuksellisuus

Langattomissa verkoissa on aina olemassa riski, että verkon lähetyksiin puututaan verkon ulkopuolelta. Varsinkin sotilasverkoissa tämä riski nousee suureen merkitykseen, koska kyse on yleensä ihmishengistä. Jokaisen sotilasverkon kautta kulkevan lähetyksen muuttumattomuus ja  lähettäjälaitteen luotettavuus tulee voida todeta. Jos jokin lähetys tai verkkoon kuuluva laite todetaan epäluotettavaksi on se voitava sulkea ulos verkosta.   
Erilaisia menetelmiä verkon solmujen luotettavuuden lisäämiseksi on useita, kuten erilaisten tunnusten ja sertifikaattien käyttö. Eräs hyväksi todettu menetelmä on kokemukseen pohjautuva luotettavuus, mikä tarkoittaa sitä että laitteen luotettavuus kasvaa verkon osana toimimisen eli kokemuksen myötä. Luottamuksen tila on muuttuva arvo, joka muuttuu valmiustilan, verkon käyttäjien ja muiden laitteiden sekä kolmannen osapuolen palautteen mukaan. Tällöin verkon väärinkäyttö vaatii suunnitelmallista pidemmän aikavälin toimintaa ja on tästä syystä hankalampi toteuttaa. Esimerkiksi poikkeustilan aikana laitteiden luotettavuus putoaa jyrkästi. Tällöin voidaan jokin tietty verkon laite, jolla ei ole riittävää luotettavuuden tasoa, ohittaa tärkeän viestin välittämisessä ja käyttää viestin reitittämiseen jotain suuremman luotettavuustason omaavaa laitetta.

Havaitsemisen ja häirinnän vaikeuttaminen

Langattomien laitteiden lähettämät signaalit on mahdollista ja usein helppoa havaita. Verkon sijainnin paikallistamisen jälkeen siihen voidaan kohdistaa tehokkaasti sähkömagneettista häirintää. Verkon havaitsemista ja häirintää voidaan kuitenkin vaikeuttaa käyttämällä erilaisia suunnattuja antenneja, hajaspektritekniikkaa ja ennaltasovittuja menetelmiä, kuten taajuushyppelyä ja lähetysten rajoittamista.

Salakuuntelun vaikeuttaminen

Langattomien laitteiden lähettämien signaalien vastaanottajia on vaikea rajata. Mikä tahansa verkon kuuluvuusalueen sisällä vaikuttava taho, jolla on käytössään asiaankuuluva vastaanotin, voi salakuunnella verkon lähetyksiä. Salakuuntelua voidaan kuitenkin vaikeuttaa käyttämällä erilaisia suunnattuja antenneja ja ennaltasovittuja menetelmiä, kuten taajuushyppelyä ja tiedon naamiointia taustakohinaksi.

Tiedon salaus

Salakuuntelun mahdollisuutta ei voida koskaan täysin poissulkea, aina on olemassa pieni mahdollisuus, että jokin asiaan kuulumaton taho saa haltuunsa verkossa lähetettyä tietoa. Sotilasverkoissa tällainen tiedon vuotaminen viholliselle ei ole hyväksyttävää. Tämän ehkäisemiseksi tulee kaikki lähetetty tieto kulkea päästä päähän vahvasti salattuna.

Priorisointi

Sotilaskäytössä tulee pystyä priorisoimaan verkon liikennettä. Tilanteessa jossa tärkeä sanoma on saatava nopeasti perille on voitava ohittaa verkon muu liikenne niin, että korkeimman prioriteetin omaava viesti varmasti saapuu kohteeseensa. Esimerkiksi käsky suojautua taistelukaasuhyökkäykseltä, ennen kuin kyseinen isku on suoritettu.

Sopeutumiskyky

Sotatilanteissa tilanteet ja ympäristöt muuttuvat nopeasti. Sotilasverkkoon kuuluvalle laitteelle on eduksi olla kykeneväinen sopeutumaan ja muuttamaan oma rooliaan tilanteen mukaan. Esimerkiksi jokin verkon laite voi alkaa toimia tukiasemana muille laitteille alueella, jossa sillä hetkellä tarvitaan lisää tiedonsiirtokapasiteettia.
Langattoman sotilasverkon resurssien säästämisen kannalta on hyödyllistä, että laite on liitettävissä muihin verkkoihin. Esimerkiksi jos jonkin verkon laitteen vaikutusalueella sijaitsee yhdyskohta kiinteään runkoverkkoon, voidaan tämä laite liittää runkoverkkoon ja ohjata mahdollisimman paljon sotilasverkon liikennettä kulkemaan paremman tiedonsiirtokapasiteetin tarjoavan runkoverkon kautta. Tällaisessa tilanteessa runkoverkkoon liitetty laite toimii yhdyskäytävänä (eng. gateway) runkoverkkoon muille verkon laitteille, ensin ilmoittaen näille roolinsa muuttumisesta. Kun laite ei enää kykene toimimaan yhdyskäytävänä, ilmoittaa se taas roolinsa muuttuvan ja tiedonsiirto sen kautta loppuu. Tällöin jokin muu verkon laite voi ottaa haltuunsa kyseisen tehtävän. Runkoverkon kautta sotilasverkon dataa siirrettäessä tulee vastaanottajapäässä toimia vastaava yhdyskäytävän roolia toimittava laite kuin lähettäjäpäässäkin. Tämä laite sitten välittää vastaanottamansa datan eteenpäin varsinaiselle viestin kohteelle.

Virran kulutus

Laitteen toimintakyvyn ylläpitämiseksi mahdollisimman pitkän aikaa, tulee sen virrankulutus olla mahdollisimman vähäistä. Sotatoimialueella oltaessa laitteiden toiminta on usein täysin paristojen tai akkujen varassa, jolloin käytettävissä olevan virran määrä on rajallinen. Virrankulutukseen oleellisesti vaikuttavia tekijöitä ovat toimintaympäristöstä riippuvat verkon laitteiden väliset välimatkat ja mahdolliset lähetystä vaimentavat sekä heijastavat esteet. Mitä suurempi laitteiden välinen välimatka on, sitä suurempi on vaadittu lähetysteho ja sitä suurempi on myös virrankulutus. Koska laitteen virrankulutus ei koskaan voi olla liian vähäistä on eduksi, että tilanteen mukaan laite voidaan kytkeä pois ja päälle vaivattomasti, kuitenkin niin ettei tämä voi tapahtua vahingossa. Laitteen oman virtalähteen tyrehtyessä, se tulee voida ladata. Tämän lisäksi laitteen tulisi pystyä käyttämään mahdollisimman monia eri virtalähteitä, kuten sähköverkkoa tai auton akkua.

Rikkoo kiinteiden verkkojen rajoja

Erilaisia lähetystaajuuksia ja tehoja käyttäen voidaan läpäistä erilaisia esteitä ja lähettää informaatiota todella pitkien matkojen päähän suhteellisen nopeasti. Esimerkkinä satelliittiyhteydet ja sukellusveneen vedenalaiset viestintäyhteydet.

Sietää fyysisiä hyökkäyksiä

Laitteet ovat yleensä pienikokoisia, liikuteltavia ja tiedonsiirto tapahtuu langattomasti. Järkevästi suunnitellussa langattomassa verkossa muutaman laitteen tuhoutuminen ei estä verkon toimintaa.

Helposti liikuteltava

Ei edellytä kuljettamista vaikeuttavien johtojen tai kaapeleiden käyttöä. Kulkee helposti mukana paikasta toiseen, mahdollistaen liikkuvien joukkojen jatkuvan yhteydenpidon komentokeskukseen.

Häirintä

Vihollisen ECM-toimet vaikuttavat verkon lähetyksiin, ks. elektroninen sodankäynti.

Salakuuntelu

Salakuuntelun mahdollisuutta on lähes mahdoton poissulkea langattomassa verkossa.

Altis sähkömagneettisille hyökkäyksille

EMP (Electro Magnetic Pulse) tai HERF (High Energy Radio Frequency) -hyökkäyksillä voidaan saattaa hyökkäyksen alueella toimivia elektronisia laitteita toimintakyvyttömiksi ja etenkin radio/mikroaaltolaitteet helpommin kuin valokaapeliin tai optiseen tiedonsiirtoon vapaassa tilassa perustuvat viestintälaitteet. Merkittävin ero EMP:n ja HERF:n välillä on, että HERF on kohdistettavissa rajatulle alueelle. Ne ovat karkeasti ottaen samoilla taajuuksilla kuin millä monet radiolaitteet toimivat, mikä vaikeuttaa etenkin radiolaitteiden suojaamista. Molemmilta hyökkäyksiltä voidaan suojautua mm. Faradayn häkin avulla.

Helposti havaittava

Langaton laite on helppo havaita lähettimenä toimiessaan. Vapaassa tilassa oleva optinen lähetin voi näkyä pisteenä silmillä tai katsomislaitteella (valonvahvistin tai kamera) jos katselukulma on riittävän pieni ja yöllä myös heikkona viivana.

Rajallinen tiedonsiirtokapasiteetti

Langattoman verkon tiedonsiirtokapasiteettiin vaikuttavat lähetysteho, taajuus ja laitteiden välinen etäisyys (tiedonsiirtonopeus * etäisyys = vakio). Mitä etäämmällä verkon laitteet ovat toisistaan, sitä pienempi on näiden välinen tiedonsiirtokapasiteetti. Lisäksi tiedonsiirtokapasiteettivaatimuksiin vaikuttavat verkossa käytetyt protokollat ja turvamenetelmät, kuten tiedon salaus ja laitteiden tunnistus, joiden käyttö useimmiten lisää varsinaisen tiedonsiirron ohella tapahtuvaa verkon liikennöintiä.