무선 센서 네트워크에서 에너지 효율성과 보안성을 제공하는 클러스터 기반의 Tributaries-Deltas 구조 제안

Abstract

센서 네트워크는 유비쿼터스 사회로 진입하기 위한 기반 네트워크 중의 하나로 그 중요성이 나날이 높아지고 있으며, 센서 네트워크의 특성상 보안 기술 또한 기반 기술과 함께 중요하게 인식되고 있다. 센서는 에너지 사용에 있어서 매우 제한적이기 때문에, 센서 네트워크를 다루는 중요한 이슈 중에 하나는 에너지 효율적인 라우팅 프로토콜을 발전시키는 것이다. 데이터 통합에 있어서 효율성과 견고성을 제공하기 위해 트리 토폴로지 와 멀티 패스 토폴로지를 효과적으로 통합시킨 Tributaries and Deltas(TD)가 제안된 바 있으며, 본 논문에서는 TD 구조에 계층성을 높인 클러스터 기반의 Tributaries-Deltas를 제안하였다. 이를 통해 TD 구조의 효율성과 견고성 뿐만 아니라 계층적 센서 네트워크가 가지는 에너지 사용량 및 라우팅 간소화 등의 장점을 더하였으며 클러스터 기반의 Tributaries-Deltas가 두 가지 상황에서 TD보다 더 좋은 성능을 가짐을 증명하였다. 첫째로 베이스 스테이션(Base Station : BS)이 잘못된 정보를 받았다 판단하고 네트워크에 데이터 재전송 및 통합을 요구할 때이며, 둘째는 BS가 이동성을 가진 모바일 에이전트인 경우이다. 또한 제안된 구조에 적합한 키 설립 메커니즘을 제안하여 에너지 효율성뿐만 아니라 보안성도 강화시킨 새로운 센서 네트워크 구조를 제안하였다. 시뮬레이션을 통해 에너지 사용량을 분석하여 기존의 메커니즘에 비하여 에너지 효율적임을 보였으며 Moteiv 사의 상용 센서 보드인 TmoteSKY와 Hybus 사의 상용 센서 보드인 Hmote에 TinyOS 2.0 운영체제와 NesC 언어를 이용하여 제안된 메커니즘을 구현하였고, 이를 통해 실제 네트워크 설계에 활용될 수 있음을 입증하였다.;The Sensor Network is acquiring greater importance day after day as a fundamental network in ubiquitous society. Security technologies are also recognized important due to characteristics of Sensor Network. Since sensors have limitations in utilizing energies, one of important issues in Sensor Network is developing energy-efficient routing protocol. In the field of data management, Tributaries and Deltas(TD) which incorporates tree topology and multi-path topology effectively have been suggested to provide efficiency and robustness in data aggregation. And our research rendered hierarchical property to TD and proposed Clustering-based Tributaries-Deltas. Through this new structure, we integrated efficiency and robustness of TD structure and advantages of hierarchical Sensor Network. Clustering-based Tributaries-Deltas was proven to perform better than TD in two situations through our research. The first is when a Base Station (BS) notices received information as wrong and requests the network’s sensing data retransmission and aggregation. And the second is when the BS is mobile agent with mobility. In addition, we proposed key establishment mechanism proper for the newly proposed structure which resulted in new Sensor Network structure with improved security and energy efficiency as well. We demonstrated that the new mechanism is more energy-efficient than previous one by analyzing consumed amount of energy in simulation, and realized the mechanism on TmoteSKY sensor board using TinyOS 2.0. Through this we proved that the new mechanism could be actually utilized in network design.