센서 네트워크에서 안전성과 효율성을 제공하는 코드분배 기법

Abstract

코드분배 기법 연구는 여러 가지 중요한 이유로 무선 센서 네트워크에서 필요한 기술이다. 새로운 노드가 네트워크에 들어왔을 때 코드를 업로드 해주고, 네트워크 기능상의 변화나 프로그램 상 교체해야 할 것이 있을 때 프로그램을 업데이트 해주어야 하며, 잘못된 부분을 고쳐주기 위해 코드분배 기술은 반드시 필요하다. 이러한 코드분배 기술을 위한 연구는 여러 분야로 나뉠 수 있는데, 그 중에서도 가장 중요하게 연구되고 있는 분야는 에너지 효율성과 안전성에 관련한 부분이다. 자원 제약적인 센서 네트워크 환경을 고려해 보았을 때 에너지 효율성과 관련한 부분은 센서 네트워크에서의 어느 연구에서나 중요하게 꼽히고 있으며, 코드분배 기법에서도 사이즈가 큰 코드를 전송해야 하기 때문에 효율성은 당연히 중요한 연구 분야이다. 또한 코드를 무선에서 브로드캐스팅 방식으로 전송하기 때문에 그것에 따른 보안도 중요한 이슈라고 볼 수 있다. 그러나 안전성을 위한 오버헤드는 효율성과는 서로 대립되는 관계이기 때문에 두 가지를 동시에 고려하는 것은 쉬운 일이 아니다. 본 논문에서는 먼저 지금까지 진행 된 센서 네트워크의 효율적인 코드분배 기법과 안전한 코드분배 기법의 동향과 각각의 기법을 분석해 보고, 두 가지를 함께 고려한 코드분배 기법에 대해 제안한다. 네트워크에 있는 모든 노드가 코드분배에 참여하는 것이 아니라 RSSI(Received Signal Strength Indication)의 특성을 이용해 선정된 노드만 백본을 구성하여 코드분배에 참여함으로써 전송 메시지의 수를 줄여 중복문제를 해결하는 에너지 효율적인 기법을 제안하고, 모든 보안사항을 고려하면서 배터리 소모공격, DoS공격, 라우팅 공격 등에 대응할 수 있는 안전한 기법을 제안한다. 이때, 안전성과 효율성을 동시에 고려해야 하기 때문에 보안을 위한 추가 메시지는 최소화 하였으며 알고리즘은 에너지가 가장 적게 드는 것을 선택하였다. 이와 같은 아이디어를 바탕으로 제안한 코드분배 기법에 대한 분석과 QualNet 시뮬레이터를 사용한 실험을 통해서 통신 오버헤드와 계산 오버헤드를 비교하였을 때 기존 연구보다 효율적임을 증명할 수 있었고, 안전성 측면에서도 분석을 통해 모든 보안 조건을 만족시키면서 효율성을 함께 고려한 기법임을 확인할 수 있었다.;In this thesis, we propose secure and energy efficient code dissemination mechanism to reduce the number of broadcasting packets over the minimum virtual backbone using RSSI (Received Signal Strength Indication) values. Code Dissemination of a sensor networks is useful technology for uploading a new code or changing the functionality of the existing code. Code Dissemination may be done multiple times during a node’s lifetime and therefore a node has to remain receptive to future code updates. The majority of code dissemination mechanisms are based on Deluge. Deluge generates a lot of broadcast traffic like a broadcast storm using a three way hand-shaking method to distribute a new code, which causes the serious redundancy, the contention and the message collision. Reducing the number of broadcast traffic is main issue, so we solve the problem through minimum virtual backbone using RSSI. In addition, in order to consider security and efficiency together, we use one-way key chain instead of digital signature to reduce computation overhead for sender authentication. We also consider all security parameters such as integrity, confidentiality and authentication to defend Battery Exhaustion Attack, DoS(Denial-of-Service) Attacks, Routing Attacks, etc. during Code Dissemination. Finally, we investigate the performance of our proposed method. We analyze the efficiency of our mechanism through comparing with existing protocols in computation and communication overhead via the QualNet simulator, and we show how to defend several attacks through our secure mechanism.