무선 센서 네트워크는 관심 지역에 많은 에너지 자율적인 마이크로 센서들로 분포되어 구성된다. 각각의 노드들은 에너지 공급에 제한을 가지며 싱크 노드와 통신하는데 필요한 정보들을 발생 시킨다. 이러한 네트워크에서의 기본 동작은 기지국(base station)으로 데이터를 취합하고 전송하는 것이다. 무선 센서 네트워크의 응용분야 중에서 환경 감시를 위한 센서 노드의 유선 설비는 기반 시설이 수반 되어야 하므로 설치가 어렵고 번거로우며 많은 비용이 들기에 설치 측면과 비용 측면에서 장점이 있는 무선 센서 네트워크의 도입이 요구된다. 본 논문에서는 이러한 무선 센서 네트워크를 이용하여 환경 모니터링 시스템을 구현해 보았으며, 네트워크 구성에 사용된 센서 노드는 저비용, 저전력에 근거해 자체 제작한 로온도, 습도, 조도의 데이터를 수집할 수 있도록 설계 하였으며, 베이스 노드와 호스트간은 시리얼 통신 및 USB 통신을 통하여 데이터를 전송할 수 있도록 하였다.
최근 유비쿼터스 환경을 실현하는 기술로서 사물 및 환경 정보를 센싱하여 무선으로 통신하여 필요한 정보를 수집 및 분석, 처리하는 센서네트워크 기술에 대한 관심이 고조되고 있다. 특히, 최근 국내에서는 u-City와 u-Port 사업 등, 범국가적으로 유비쿼터스 환경을 실현하고자 하는 사업이 진행되고 있기 때문에, 센서네트워크 기술에 대한 관심이 더욱 크다. 센서네트워크 기술은 기본적으로 상황 정보인지 기능을 갖춘 센서 노드들이 무선 통신 인프라를 구성하여 환경 정보 모니터링이나 산업체 기기 제어 및 모니터링, 홈 자동화, 보안 및 군사용, 자산 및 물류 응용 등, 다양한 응용을 수행할 수 있는 기술이다. 하지만, 센서네트워크 기술은 본질적으로 무선통신 인프라를 기본으로 하고 있으며, 높은 자원 제약성(낮은 컴퓨팅 능력과 제한된 전원 공급 능력, 저가로 구현해야 한다는 제약성)으로 인해, 일반적으로 높은 보안 취약성을 가지는 것으로 알려져 있다. 본 고에서는 현재 국내의 센서네트워크 산업 분야에서 특히 취약한 것으로 알려져 있는 보안 기술관점에서 센서네트워크 동향을 살펴보고, 센서네트워크 보안 기술 개발 현황을 살펴보고자 한다.
배터리를 기반으로 동작하는 무선센서네트워크 환경에서는 전력이 가장 중요한 자원이다. 본고는 무선센서네트워크 환경에서 무선전력전송을 이용하여 센서 네트워크의 생명(Network Life Time)을 최대화하는 네트워크 환경을 제안하였다. 또한 전력을 전송하는 각 소스가 네트워크 생명을 최대화하기 위해 스케줄링을 결정짓는 메트릭을 제시하였다. 제안 모델은 지향성 안테나가 가지는 전송 범위의 구역을 나누고 각 영역에 대해서 그 영역의 전력 수급, 배터리 소모량, 구역의 면적당 센서 수를 이용하여 효과적으로 전력을 전달할 수 있는 메트릭을 도출하였다.
무선 센서 네트워크는 방대한 응용분야와 유비쿼터스 환경 하에서 중요한 한 부분을 차지하며 그 유용성을 입증하고 있다. 이런 무선 센서 네트워크의 센서 노드는 작은 크기를 바탕으로 목표 장소에 임의로 배치되어 다양한 데이터를 수집하는 능력이 탁월하다 하지만 이런 장점은 센서 노드의 한정된 하드웨어 능력과 전원공급 문제, 물리적 노출 문제로 인해 스스로를 위험에 노출시키는 여지를 만들게 되었다. 즉 일반적으로 사용되어지는 네트워크 보안 방법을 무선 센서 네트워크에 적응하기에는 센서 노드 능력에 한계가 있으며, 환경적 요소로 인해 불가능하다. 따라서 무선 센서 네트워크의 특성을 감안한 효과적인 보안 방법이 필요하며, 이런 맥락에 본 논문은 무선 센서 네트워크의 하드웨어적인 한계를 감안한 대칭키(Symmetric key) 기반의 키 분배 기법을 제안하고자 한다. 제안하는 기법에서는 모든 노드가 공통으로 소유한 전체 마스터 키(master key)와 의사 난수 생성기(pseudo random number generator:PRNG), 그리고 특정 대상으로부터 분배되는 난수(random number)의 조합을 통해 임의의 키를 생성, 갱신함으로써 다양한 종류의 무선 센서 네트워크 모델에 유연하게 대처할 수 있도록 하였다. 또한 이를 위한 통신 회수를 최소화함으로써 효율성을 제공해 준다.
최근 새롭게 등장한 무선 센서 네트워크는 기존의 네트워크와는 다르게 통신 인프라가 없는 환경에서도 동작이 가능한 저전력 소출력의 무선 센서간의 네트워크를 형성하고 이들간의 정보 유통이 이루어진다. 무선 센서 네트워크는 열린 환경에서 배치되기 때문에 물리적 공격에 취약하다. 공격자는 손쉽게 노드들을 포획할 수 있으며 포획된 노드를 통해 허위 보고서를 네트워크에 주입할 수 있다. 허위 보고서 삽입 공격은 허위 경보를 유발할 뿐만 아니라 네트워크의 제한된 에너지를 고갈시킨다. 이러한 허위 보고서를 조기에 탐지 및 폐기하기 위하여 Yu와 Guan은 동적 여과 프로토골(dynamic on-route filtering scheme)를 제안하였다. 그러나 무선 센서 노드는 오직 제한된 진력자원으로 이루어져 있기 때문에 전력보존과 전력관리가 중요시 여겨진다. 본 논문에서는 동적 여과 프로토콜에서 허위 보고서 주입 공격에 대한 충분한 보안 강도 제공과 에너지 효율성을 위한 기법을 제안한다.
수중 음향 센서 네트워크는 무선 센서 네트워크의 한 분야로서 활발하게 연구되고 있다. 하지만 무선 센서 네트워크에서의 지상이라는 환경은 수중 음향 센서 네트워크에서의 수중이라는 환경과 많은 차이가 있다. 예를 들어 수중에서는 지상에서 보다 더 많은 통신 에너지를 필요로 하며 현재 단일채널 밖에 사용할 수 없다. 그러므로 수중 음향 센서 네트워크에서 무선 센서 네트워크의 메커니즘을 그대로 사용하기에는 적합하지 않다. 본 논문에서는 수중 음향 센서 네트워크에서의 에너지 효율적 클러스터링 메커니즘을 제안한다. 제안하는 클러스터링 메커니즘은 단일채널의 수중환경을 대상으로 클러스터 내 통신에서 발생하는 충돌문제를 최소화하여 에너지 효율을 증가시키기 위해 하향식방법을 이용하여 클러스터 헤드 노드를 선정하고 선정된 클러스터 헤드 노드를 중심으로 클러스터 범위를 결정하는 방법을 제시한다.
본 논문에서는 무선센서네트워크 기술을 활용하여 각종 생장환경 정보들을 수집하고 모니터링 할 수 있는 무선센서네트워크 기반의 온실환경 모니터링 시스템을 설계하고 구현하였다. 또한, 원격지에서 온실 시설내 내부 환경 및 시설제어시스템을 통합 제어 관리하기 위한 시스템을 제안한다. 본 논문에서 제안한 시스템은 넓은 온실 내부의 환경 데이터 수집 및 온실 시설 제어 서비스를 제공함은 물론 무선센서네트워크 기반 온실환경 모니터링 시스템 및 온실시설 제어를 통하여 실시간 원격 온실 통합 서비스 제공이 가능하다. 통합관리시스템을 위한 GUI 구현은 HMI기반의 시스템 모니터링부로 설계하였으며, 센서정보들은 실시간으로 통합관리시스템의 모니터링 화면을 통해 센서 결과값을 출력할 수 있음을 결과로 얻을 수 있었다.
유비쿼터스 환경에서 가장 핵심적인 기술은 RFID와 USN이다. RFID는 사물에 고유한 정보가 입력된 태그를 부착하고, 리더를 통해 그 정보를 읽고, 기존의 네트워크망과 연계하여 모든 정보시스템과 통합하여 사물의 정보를 인식하는 기술이다. USN은 각종 센서에서 수집한 정보를 무선으로 수집할 수 있도록 구성한 네트워크를 말한다. USN의 핵심요소는 무선 센서 네트워크 기술이며, 이는 온도, 소리, 진동, 압력, 움직임 등의 환경 조건을 감시 할 수 있는 장치가 여러 위치에 분산되어 있는 무선 네트워크이다. 본 논문에서는 병원, 백화점과 같은 대형건물 뿐만 아니라 일반 주택 건물의 내 외부 환경을 최적화하기 위해 무선 센서 네트워크를 구현하고 이를 이용하여 환경 모니터링을 하는 시스템을 제안한다.
TinyOS기반 무선센서노드를 사용한 실시간 계측 데이터 측정 및 제어기술은 유비쿼터스 센서 네트워크 분야에 주로 사용되어 왔으나 다양한 응용이나 신뢰성 있는 무선 네트워크 연구 개발에 한계가 있는 것으로 알려져 있다. 본 논문에서는 ATMega128L을 장착한 최소 8대 이상의 nano-24 센서 노드모듈과 메모리 용량이 매우 제한적인 무선 센서 노드에 적합하다고 평가받고 있는 Nano-Q+를 사용하여 전시물 주변의 환경 정보를 실시간 측정하는 시스템을 구현하였다. 전시물 주변의 센서들은 하나의 PAN Coordinator를 중심으로 Start-Mesh 네트워크를 구성하여 환경 정보를 측정한다. 환경 정보를 전송 하기 위해 측정된 계측 데이터를 센서 네트워크의 PAN Coordinator 노드로부터 환경 모니터링 서버로 효율적으로 전송하기 위한 TCP기반 전송 프로그램을 구현하였다. 실험 결과 센서 노드 수와 관련된 PAN의 크기 및 샘플링 주기에 상관없이 안정적으로 계측 데이터 수신이 이루어짐을 확인 하였다.
수중 환경은 육상 환경과 많은 차이를 보이며 무선 통신에 사용되는 자원과 제약 조건들도 다르다. 일반적으로 수중 통신 환경은 육상 통신 환경보다 열악하고, 파도, 조류와 같은 해수의 흐름으로 인한 노드의 이동성 때문에 오류 발생 가능성이 기존의 지상 무선 센서 네트워크 보다 높다. 따라서 수중 무선 센서 네트워크의 통신 환경을 고려하여 노드 간 데이터 전송률을 향상시키기 위한 기법들에 대한 요구가 높아지고 있다. 본 논문에서는 수중 무선 센서 네트워크의 통신 환경을 고려하여 클러스터 헤드 노드의 오류 발생 시 이를 빠른 시간 내에 복구하기 위한 체크포인팅 기법을 제안한다. 또한 실험을 통해 제안 기법이 네트워크 운영의 신뢰도를 향상 시킬 수 있을 뿐만 아니라, 에너지 소모량과 오류 복구 지연 시간 측면에서 제안 기법을 적용하지 않았을 때보다 좋은 성능을 보인다는 것을 검증한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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