의료 센서 네트워크 환경에 적합한 효율적인 키 관리 기법 연구

Abstract

유비쿼터스 기술의 발전과 함께 센서 네트워크는 다양한 분야에서 활용되고 있다. 그 중 특히 의료 분야는 중요한 응용 분야 중의 하나로 바디 센서 네트워크의 표준화 동향과 함께 관심이 집중되고 있다. 의료 센서 네트워크는 기존의 일반적인 환경의 센서 네트워크와는 다른 의료 환경만의 특징들을 가지고 있다. 따라서 본 논문에서는 이와 같은 특징들을 반영하여 계층적인 의료 센서 네트워크 구조를 제안하였고, 계층적인 구조를 바탕으로 하여 센싱 데이터 전송 방식을 소개하였다. 즉, 효율적인 센싱 데이터 전송을 위해서는 환자들의 요구 사항과 건강 상태를 고려하여 각 센서 노드들에게 우선 순위(Priority)와 경계값(Threshold Value)을 주었다. 이를 통해 클러스터 헤드에서 응급 데이터를 우선적으로 빠르게 베이스스테이션으로 전송하도록 하였다. 또한 이와 같은 구조와 전송 방식을 바탕으로 센서 네트워크를 위해 Eschenauer와 Gligor가 제안한 키 메커니즘을 기반으로 하여 새로운 키 관리 기법을 제안하였다. 이는 각 클러스터 헤드들이 높은 우선 순위를 갖는 응급 노드들에 대해서 이웃 클러스터로 응급 노드와의 키를 미리 전송해주는 키 Provisioning 방법을 사용하여 응급 노드들에 대해서 키 설립을 준비하도록 하여 키 설립이 보다 빠르게 이루어지도록 하였다. 이를 통해 키 설립 지연으로 인한 데이터 전송의 기다림 없이 바로 응급 노드들의 데이터를 클러스터 헤드로 전송할 수 있도록 한다. 이와 같은 계층적인 구조에서의 데이터 전송 방식과 이를 바탕으로 제안한 키 관리 기법은 분석과 QualNet 시뮬레이터를 사용한 실험을 통해서 네트워크 트래픽 오버헤드와 에너지 소모량을 비교하였을 때 보다 효율적임을 증명할 수 있었고, 키 설립 시에 보다 빠른 시간에 키 설립이 완료됨을 확인할 수 있었다.;In this paper we propose the secure and efficient key management mechanism on medical sensor networks, which is based on own properties of medical sensor networks. Our mechanism uses the priority of medical sensor nodes considering patient’s needs and health condition. In order to transmit sensing data effectively, we give the priority and threshold value to each node based on each patient's information for the purpose of decreasing overhead traffic and improving efficiency. We also present the fast key establishment mechanism based on key provisioning for emergency nodes that have high priority based on patients’ health condition. This mechanism guarantees the emergency nodes to establish the key and transmit the urgent message to the new cluster head more rapidly. We analyze the efficiency of our mechanism through comparing the amount of traffic between normal case and our proposed case with analysis and simulation with QualNet simulator. We also check the increasing of direct key establishment probability using our key management mechanism and analyze overhead traffic and time to take for key establishing between the sensor node and cluster head.