The KIPS Transactions:PartC (정보처리학회논문지C)

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Efficient Transmission Structure and Key Management Mechanism Using Key Provisioning on Medical Sensor Networks

의료 센서 네트워크에서의 효율적인 전송 구조 및 Key Provisioning을 사용한 키 관리 기법 연구

  • Published : 2009.06.30
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Abstract

According to the development of ubiquitous technologies, sensor networks is used in various area. In particular, medical field is one of the significant application areas using sensor networks, and recently it has come to be more important according to standardization of the body sensor networks technology. There are special characteristics of their own for medical sensor networks, which are different from the one of sensor networks for general application or environment. In this paper, we propose a hierarchical medical sensor networks structure considering own properties of medical applications, and also introduce transmission mechanism based on hierarchical structure. Our mechanism uses the priority and threshold value for medical sensor nodes considering patient's needs and health condition. Through this way Cluster head can transmit emergency data to the Base station rapidly. We also present the new key establishment mechanism based on key management mechanism which is proposed by L. Eschenauer and V. Gligor for our proposed structure and transmission mechanism. We use 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 through preparing key establishment with key provisioning. We analyze the efficiency of our mechanism through comparing the amount of traffic and energy consumption with analysis and simulation with QualNet simulator. We also implemented our key management mechanism on TmoteSKY sensor board using TinyOS 2.0 and through this experiments we proved that the new mechanism could be actually utilized in network design.

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 Key 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 수식 및 QualNet 시뮬레이터를 사용한 시뮬레이션을 통하여 네트워크 트래픽 오버헤드와 에너지 소모량을 분석하였으며, TmoteSKY 센서보드를 사용해 구현함으로써 그 효율성을 증명하고 실제 응용환경에서의 실현가능성을 입증하였다.

Keywords

References

  1. 김신효, 강유성, 정병호, 정교일, 'u-센서 네트워크 보안기술 동향', 전자통신동향분석, 제20권, 제1호, pp.93-99, 2005년 2월
  2. 김도현, 이성협, 윤양문, 'WBAN 표준화 동향', Standard and Technology Review, pp.25-33, 2007년 9월
  3. V. Shnayder, B.-R. Chen, K. Lorincz, T. R. F. Fulford-Jones, and M. Welsh, 'Sensor Networks for Medical Care,' Technical Report TR-08-05, Harvard University, April, 2005
  4. D. Malan, T. Fulford-Jones, M. Welsh, and S. Moulton. 'Codeblue: An Ad hoc Sensor Network Infrastructure for Emergency Medical Care,' Proc. of Workshop on Wearable and Implantable Body Sensor Networks, 2004
  5. K. Malasri and L. Wang, 'Addressing Security in Medical Sensor Networks,' Proc. of the 1st ACM SIGMOBILE International Workshop on Systems and Networking Support for Healthcare and Assisted Living Environments, pp.7-12, 2007 https://doi.org/10.1145/1248054.1248058
  6. O. G. Morchn, H. Baldus and D. S. Snchez, 'Resource-Efficient Security for Medical Body Sensor Networks,' Proc. of International Workshop on Wearable and Implantable Body Sensor Networks 2006, pp.80-83, 2006 https://doi.org/10.1109/BSN.2006.45
  7. A. Wood, G. Virone, T. Doan, Q. Cao, L. Selavo, Y. Wu, L. Fang, Z. He, S. Lin, and J. Stankovic., 'ALARM-NET: Wireless Sensor Networks for Assisted- Living and Health Monitoring,' Technical Report CS-2006-01, University of Virginia, 2006
  8. C. C. Tan, H. Wang, S. Zhong and Q. Li, 'Body Sensor Network Security : An Identity-Based Cryptography Approach,' Proc. of the first ACM conference on Wireless network security pp.148-153, April, 2008 https://doi.org/10.1145/1352533.1352557
  9. L. Eschenauer and V.D. Gligor, 'A key management scheme for distributed sensor networks,' Proc of 9th ACM Computer and Communications Security 2002, pp.41-47, 2002 https://doi.org/10.1145/586110.586117
  10. J. Spencer, 'The Strange Logic of Random Graphs, Number 22 in Algorithms and Combinatorics', Springer- Verlag, 2000
  11. http://www.scalable-networks.com

Cited by

  1. Vulnerability Analysis and Detection Mechanism against Denial of Sleep Attacks in Sensor Network based on IEEE 802.15.4 vol.17C, pp.1, 2010, https://doi.org/10.3745/KIPSTC.2010.17C.1.001