KR20090065141A - 무선 센서네트워크 보안을 위한 송수신 방법 및 송수신장치 - Google Patents

무선 센서네트워크 보안을 위한 송수신 방법 및 송수신장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 센서네트워크 보안 시스템의 송수신 장치 및 데이터 송수신 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, SPC를 이용하여 생성매트릭스를 변환하고 블록코드기법을 적용함으로써 무선 센서네트워크를 통해 전송되는 정보 데이터에 대한 비화성능이 크게 향상될 뿐만 아니라, 별도의 에러정정 데이터의 첨부나 장치 또는 알고리즘을 부가하지 않고서도 정보 데이터에 대한 에러 정정 능력을 자체적으로 갖출 수 있다.

Description

무선 센서네트워크 보안을 위한 송수신 방법 및 송수신 장치{Method and Apparatus of transmission/reception for wireless sensor network security}
본 발명은 무선 센서네트워크의 보안 시스템에 관한 것으로, 특히 무선 센서네트워크를 통하여 정보를 교환할 때 블록코드화 기법과 SPC를 이용하여 데이터의 비화성능을 향상시키기 위한 무선 센서네트워크 보안 시스템의 송수신 장치 및 데이터 송수신 방법에 관한 것이다.
무선 센서네트워크에서의 데이터 전송은 전송 채널이 불특정 다수의 사용자에게 노출되어 있어서, 중요한 정보가 누출될 가능성이 상존하고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 현재 네트워크 계층에서 프로그램적으로 암호화가 이루어지거나, PN(Pseudo Noise)코드를 이용하여 CDMA(Code Division Multiple Access) 방식으로 정보를 전송하도록 하여 보안성을 강화하고 있다. 하지만 정보의 원천적인 보안을 위해서는 물리계층에서 암호화가 필요하다.
또한, 무선 네트워크를 통해 전송되는 데이터는 무선 채널을 통과할 때 열잡음(AWGN: Added White Gaussian Noise)이나 페이딩(Fading) 등과 같은 다양한 형태의 각종 잡음이 혼입되면서 많은 데이터 오류를 포함하게 된다. 이러한 데이터 오 류를 정정하여 정확한 데이터를 복원하기 위해서 고려해야할 사항으로 수신 데이터에 대한 에러정정 기능이 필요하게 된다.
본 발명은 무선 센서네트워크를 통하여 전송되는 정보에 대해 물리계층에서 비화성을 증가시켜 원천정보를 보호하고, 채널 부호화를 이용함으로써 에러정정 기능도 가능하도록 하는 무선 센서네트워크의 보안 시스템을 제공한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명은 무선 센서네트워크 환경에 있어서 전송되는 정보데이터에 대해 SPC(Signal Protection Code)를 이용한 블록 부호화기법을 적용하여 비화기능과 동시에 에러정정 기능이 가능하도록 하는 무선 센서네트워크의 보안 시스템을 제공한다.
본 발명의 무선 센서네트워크 보안 시스템의 송신 장치는 소스 노드와 목적지 노드의 정보를 기초로 블록코드 생성매트릭스를 생성하는 블록코드 생성부; 입력 데이터를 상기 생성매트릭스로 코딩하여 코드워드를 생성하는 블록코드 인코더; 상기 코드워드를 직교 위상쉬프트키잉(O-QPSK) 변조하여 직교심벌을 생성하는 변조부; 및 상기 직교심벌을 직접확산하여 전송하는 대역 확산부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 무선 센서네트워크 보안 시스템의 수신 장치는, 소스 노드와 목적 지 노드의 정보를 기초로 코딩된 수신 데이터를 직접 역확산하는 대역 역확산부; 상기 역확산된 수신 데이터를 직교 위상쉬프트키잉(O-QPSK) 복조하는 복조부; 상기 소스 노드와 목적지 노드의 정보를 기초로 블록코드 생성매트릭스를 생성하는 블록코드 생성부; 및 상기 복조된 데이터를 상기 블록코드 생성매트릭스로 디코딩하여 복구하는 블록코드 디코더;를 포함할 수 있다.
본 발명의 무선 센서네트워크 보안을 위한 송신 방법은, 소스 노드와 목적지 노드의 정보를 기초로 블록코드 생성매트릭스를 생성하는 단계; 입력 데이터를 상기 생성매트릭스로 코딩하여 코드워드를 생성하는 단계; 상기 코드워드를 직교 위상쉬프트키잉(O-QPSK) 변조하여 직교심벌을 생성하는 단계; 및 상기 직교심벌을 직접확산하여 전송하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 무선 센서네트워크 보안을 위한 수신 방법은, 소스 노드와 목적지 노드의 정보를 기초로 코딩된 수신 데이터를 직접 역확산하는 단계; 상기 역확산된 수신 데이터를 직교 위상쉬프트키잉(O-QPSK) 복조하는 단계; 상기 소스 노드와 목적지 노드의 정보를 기초로 블록코드 생성매트릭스를 생성하는 단계; 및 상기 복조된 데이터를 상기 블록코드 생성매트릭스로 디코딩하여 복구하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 무선 센서네트워크 보안을 위한 송수신 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, SPC를 이용하여 생성매트릭스를 변환하고 블록코드기법을 적용함으로써 무선 센서네트워크를 통해 전송되는 정보 데이터에 대한 비화성능이 크게 향상될 뿐만 아니라, 별도의 에러정정 데이터의 첨부나 장치 또는 알고리즘을 부가하지 않고서도 정보 데이터에 대한 에러 정정 능력을 자체적으로 갖출 수 있다.
또한, 본 발명에서는 무선 네트워크의 채널환경과 시스템의 요구 성능에 따라 데이터의 비화를 위한 생성매트릭스의 크기를 적정하게 조정하므로 무선 랜(LAN) 환경이나 네트워크, 무선 이동통신 시스템 등의 다양한 무선 네트워크 시스템에 전반적으로 적용이 가능하다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
무선 센서네트워크에서는 통신 규약으로 802.15.4 Zigbee 프로토콜을 따르 며, 802.15.4 프로토콜에서 목적지의 ID는 16bits, DS(Direct Spread) 시퀀스는 32bits로 약속되어 있다.
따라서 본 발명에서는 SPC(Signal Protection Code)는 사용자의 선택에 따라 m개를 정하여 생성하고, SPC를 이용하여 블록 부호기의 생성다항식을 변환하고, k개의 길이를 갖는 입력데이터 d[d1,d2,…dk]에 SPC의 변환 과정을 거친 (n,k) 튜플의 블록부호기법을 적용하여 코드워드 u[u1,u2,…un]를 생성하는 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명에 따른 무선 센서네트워크의 보안 시스템에 대한 구성을 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 무선 센서네트워크의 보안 시스템은 송신장치(100)와 수신장치(200)를 포함한다.
송신장치(100)는 블록코드 생성부(110), 블록코드 인코더(130), 변조부(150) 및 확산부(170)를 포함한다.
블록코드 생성부(110)는 소스 정보와 목적지 정보를 기초로 SPC(signal protection code)를 생성하고, 생성된 SPC를 이용하여 선택된 블록코드 생성매트릭스(Generation Matrix)를 변환한다. SPC는 사용자의 선택에 따라 하나 이상 생성될 수 있다.
블록코드 인코딩부(130)는 입력되는 데이터를 상기 생성매트릭스를 이용하여 코딩하고 코드워드를 형성한다.
변조부(150)는 생성된 코드워드를 O-QPSK (Offset Quadrature Phase Shift Keying)로 직교심볼화한다.
확산부(170)는 DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum)에서 대역확산한다.
수신장치(200)는 역확산부(210), 복조부(230), 블록코드 생성부(250) 및 블록코드 디코더(270)를 포함한다.
역확산부(210)는 송신장치(100)로부터의 수신 데이터를 DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum)에서 대역 역확산한다.
복조부(230)는 대역 역확산된 데이터를 O-QPSK 복조한다.
블록코드 생성부(250)는 소스 정보와 목적지 정보로 송신장치(100)와 같은 SPC를 생성하고, 생성된 SPC를 이용하여 선택된 블록코드 생성매트릭스를 변환한다.
블록코드 디코더(270)는 복조된 데이터를 상기 블록코드 생성매트릭스로 디코딩하여 복구한다. 블록코드 디코더(270)는 데이터의 오류검출 및 복호를 위한 패리티검사 행렬을 생성하고, 생성된 패리티 검사 행렬을 이용하여 신드롬(Syndrome) 검사를 수행하고, 신드롬 검사 결과를 이용하여 디코딩된 데이터의 오류를 복구한다.
블록코드에서는 정보 비트의 수를 k라 정의하고 코드워드의 길이를 n으로 정의하여 (n,k)형태로 사용한다. n과 k의 관계는 n은 k보다 항상 큰 조건을 만족해야 하며 k-bit 정보는 2kn-bit의 코드워드에서 선택되어 전송된다.
따라서 (n,k)튜플로부터 선택되는 경우의 수는 nCk가 되기 때문에 블록코드는 높은 비화성능을 가진다. 즉, (7,4)튜플의 블록코드에서는 7C4=35개의 경우의 수 를 갖는다. 여기서, n이 증가할수록 경우의 수가 증가하므로 높은 비화성을 갖게 된다.
Figure 112007090720234-PAT00001
또, 블록코드는 채널코딩으로서 오류정정 능력을 가지며 최대 오류정정 능력(t)은 수학식 2에 의해 결정된다.
Figure 112007090720234-PAT00002
여기서, ‘dmin’은 자유거리(Free Distance)를 나타내고, 자유거리는 블록코드의 생성매트릭스에 의하여 결정된다.
상기 수학식 2에 나타낸 바와 같이, 블록코드의 성능은 t에 의해 결정되기 때문에 SPC에 의해 가변적인 생성매트릭스를 결정할 때 자유거리를 고려하여야 좋은 성능의 블록코드를 얻을 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 송신장치와 수신장치의 신호보안코드 생성부의 구성 및 동작을 도시한다.
도 2를 참조하면, SPC 생성부는 신호보안코드 생성부(201), 생성매트릭스 생성부(202) 및 행 인터리버(203)와 열 인터리버(204)로 구성된 인터리버를 포함한 다.
신호보안코드 생성부(201)는 송신측(소스 노드)과 수신측(목적지 노드)의 정보를 각각 [row , column]의 행태로 저장하여 SPC를 구성한다. SPC의 row와 column은 블록코드의 생성매트릭스의 행과 열 랜덤인터리빙(Randomly Interleaving)의 요소가 된다. 구성된 SPC를 이용하여 최적의 셍성매트릭스를 결정하는 과정은 다음과 같다.
첫 번째, 생성매트릭스 생성부(202)는 시스템 요구조건을 만족시킬 수 있는 특정한 (n,k)의 블록코드 그룹을 선택한다. 무선 네트워크의 채널환경과 시스템의 요구 성능에 따라 데이터의 비화를 위한 생성매트릭스의 크기가 적절히 결정된다. 두 번째, 생성매트릭스 생성부(202)는 선택된 블록코드 그룹에서 최상의 블록코드 생성매트릭스(자유거리가 높은 생성매트릭스)를 결정한다.
세 번째, 행 인터리버(203)는 결정된 생성매트릭스의 행에 SPC의 [r1, r2, … , rn]로 랜덤 인터리빙한다. 네 번째, 열 인터리버(204)는 세 번째 단계에서 랜덤 인터리빙된 생성매트릭스의 열에 SPC의 [c1, c2, … , cn]로 랜덤 인터리빙한다.
위와 같은 단계를 거친 생성매트릭스를 사용하여 코딩하게 되면, 정보를 해독하기 위하여 인증된 사용자(목적지)만 정확한 SPC를 사용하여 생성매트릭스를 변환할 수 있게 되어 비화성능을 향상시킬 수 있다. 또한 생성매트릭스는 높은 자유거리를 유지하기 때문에 최대 오류정정능력을 증가시키기 때문에 좋은 성능을 기대할 수 있다.
이하에서는, (n,k)의 블록코드를 사용하는 센서노드(노드ID:I1)에서 [m1, m2,…, mk]의 k개의 길이를 갖는 입력데이터를 처리하여 기지국(ID:I2)으로 보내는 과정을 단계별로 설명한다.
도 3은 센서노드의 16비트로 구성된 ID를 이용하여 SPC를 구성하는 방법을 도시한다. 도 3을 참조하면, SPC가 노드ID(16비트)로 구성되는 시스템의 경우 센서노드와 기지국의 ID가 배타논리합에 의하여 SPC[r, c]가 생성되고 생성매트릭스의 ROW과 COLUMN의 입력으로 들어간다.
도 4는 생성매트릭스를 변환하는 과정을 도시한다. (a)는 시스템의 요구에 따라 결정된 매트릭스 [p1,1, p1,2, p1,3; p2,1, p2,2, p2,3; p3,1, p3,2, p3,3]가도 3 SPC의 ROW에 의해 인터리빙되어 매트릭스 [p3,1, p3,2, p3,3; p1,1, p1,2, p1,3; p2,1, p2,2, p2,3]이 되는 과정이다. (b)는 (a) 과정에 의한 매트릭스 [p3,1, p3,2, p3,3; p1,1, p1,2, p1,3; p2,1, p2,2, p2,3]가 도 3 SPC의 COLUMN에 의해 인터리빙되어 매트릭스 [p3,3, p3,2, p3,1; p1,3, p1,2, p1,1; p2,3, p2,2, p2,1]이 되는 과정이다.
변환된 생성매트릭스 [p3,3, p3,2, p3,1; p1,3, p1,2, p1,1; p2,3, p2,2, p2,1]에 센서에서 전송하고자 하는 데이터 [m1, m2,…, mk]를 곱하여 각각 곱해진 결과를 배타논리합(Exclusive OR)으로 연산처리 한다. 수학식 3과 같이 연산처리한 후의 결과는 수학식 4의 코드워드 u1, u2, …, un이 된다.
Figure 112007090720234-PAT00003
Figure 112007090720234-PAT00004
수학식 3을 정리하면 수학식 4로 나타내어지고, 수학식 4가 코드워드가 생성되는 생성다항식이다.
실제 입력데이터가 [1 0 1 1]이고 노드ID가 6, 기지국의 ID가 7, 생성매트릭스가 [1 0 1; 1 1 0; 1 1 1; 0 1 1] 라면 다음과 같은 과정을 진행한다. SPC에 의해 생성 매트릭스는 [0 1 1; 1 1 0; 1 0 1; 1 1 1]로 변환되고, 코드워드 u[0 0 1 1 0 1 1]이 생성된다.
데이터를 복구하기 위한 패리티 검사행렬(표 1)과 신드롬 테이블(표 2)은 다음과 같다.
1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1
0 0 0 : 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 : 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 : 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 : 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 : 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 : 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 : 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 : 0 0 0 0 0 0 1
인증 사용자의 경우 6번째 비트에 오류가 발생하여 [0 0 1 1 0 0 1]을 수신하였다면 패리티 검사행렬에 의해 신드롬은 [1 0 1]이 생성되어 신드롬테이블의 오류정정패턴 [0 0 0 0 0 1 0]이 선택된다. 오류가 있는 수신데이터에 선택된 오류정정 패턴을 더하여주면 [0 0 1 1 0 1 1]이 되어 원래의 데이터를 복구할 수 있다.
비인증 사용자의 경우 생성매트릭스를 만들 수 없기 때문에 패리티 검사행렬, 신드롬 테이블을 생성할 수 없다. 따라서 비인증 사용자는 오류가 없는 코드워드 u를 수신하였더라도 정보데이터의 복구는 생성매트릭스에 의해 결정되므로 불가능하다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서네트워크 보안을 위한 데이터 송신 방법을 설명하는 흐름도이다. 전술된 내용과 중복되는 내용의 상세한 설명은 생략하겠다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 무선 센서네트워크 보안을 위한 데이터 송신 방법은 입력 데이터를 전송측 및 수신측의 정보로 구성된 SPC에 의해 변경된 블록코드화기법을 통해 비화시키고, 직교위상 쉬프트키잉(O-QPSK) 변조하고, 직접확산(DS/SS : Direct Sequence Spread Spectrum)방식으로 무선 센서네트워크 상으로 데이터를 전송한다.
먼저, 소스 노드와 목적지 노드의 정보를 기초로 블록코드 생성매트릭스를 생성한다(S510 내지 S530). 구체적으로 소스 노드와 목적지 노드 정보를 배타논리합 연산하여 신호보안코드(SPC)를 생성한다(S510). 노드 정보는 노드 ID를 포함한다. 소스 노드 정보 대신 PN 코드(DS 시퀀스)를 사용할 수 있다. SPC는 [행, 열] 형식으로 구성된다. 특정 조건에 부합하는 블록코드 생성매트릭스 그룹에서 자유거리가 가장 높은 블록코드 생성매트릭스를 선택한다(S520). 특정 조건은 정보 데이터의 비트 수 및 코드워드의 길이에 의해 결정되어 생성매트릭스 크기가 조정될 수 있다. 선택된 생성매트릭스와 신호보안코드를 랜덤 인터리빙한다(S530). 랜덤 인터리빙은 선택된 생성매트릭스의 행과 신호보안코드의 제1블록(행 블록)을 1차 랜덤 인터리빙하고, 1차 랜덤 인터리빙된 생성매트릭스의 열과 신호보안코드의 제2블록(열 블록)을 2차 랜덤 인터리빙하여 변환한다.
입력 데이터를 랜덤 인터리빙되어 변환된 생성매트릭스로 코딩하여 코드워드를 생성한다(S540). 코드워드는 상기 입력 데이터를 상기 랜덤 인터리빙되어 변환된 생성매트릭스와 곱하고, 곱한 결과를 배타논리합으로 연산처리하여 생성된다.
코드워드를 직교 위상쉬프트키잉(O-QPSK) 변조하여 직교심벌을 생성한다(S550).
직교심벌을 직접확산하여 전송한다(S560).
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서네트워크 보안을 위한 데이터 수신 방법을 설명하는 흐름도이다. 전술된 내용과 중복되는 내용의 상세한 설명은 생략하겠다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 무선 센서네트워크 보안을 위한 데이터 수신 방법은 무선 센서네트워크를 통해 수신한 데이터를 직접역확산 시키고, I채널과 Q채널의 신호를 직교위상 쉬프트키잉(O-QPSK) 복조를 하여, SPC를 이용한 블록코드복호화 과정을 수행한다.
도 5의 절차에 따라 소스 노드와 목적지 노드의 정보를 기초로 코딩된 데이터를 수신하고 직접 역확산한다(S610).
역확산된 수신 데이터를 직교 위상쉬프트키잉(O-QPSK) 복조한다(S620).
소스 노드와 목적지 노드의 정보를 기초로 블록코드 생성매트릭스를 생성한다(S630 내지 S650). 구체적으로 소스 노드와 목적지 노드 정보를 배타논리합 연산하여 신호보안코드(SPC)를 생성한다(S630). 노드 정보는 노드 ID를 포함한다. 소스 노드 정보 대신 PN 코드(DS 시퀀스)를 사용할 수 있다. SPC는 [행, 열] 형식으로 구성되며, 수신 데이터의 코딩에 사용된 SPC와 동일하다. 특정 조건에 부합하는 블록코드 생성매트릭스 그룹에서 자유거리가 가장 높은 블록코드 생성매트릭스를 선택한다(S640). 특정 조건은 데이터의 비트 수 및 코드워드의 길이에 의해 결정될 수 있어 생성매트릭스 크기가 조정될 수 있다. 선택된 생성매트릭스와 신호보안코드를 랜덤 인터리빙한다(S650). 랜덤 인터리빙은 선택된 생성매트릭스의 행과 신호보안코드의 제1블록(행 블록)을 1차 랜덤 인터리빙하고, 1차 랜덤 인터리빙된 생성매트릭스의 열과 신호보안코드의 제2블록(열 블록)을 2차 랜덤 인터리빙하여 변환한다.
복조된 수신 데이터를 랜덤 인터리빙되어 변환된 생성매트릭스로 디코딩한다(S660).
생성매트릭스를 기초로 생성된 패리티 검사 행렬과 오류정정패턴을 제공하는 신드롬 테이블을 이용하여 디코딩된 데이터의 패리티 검사를 수행하고 오류를 정정한다(S670).
도 7은 기존의 블록코드(fixed generator matrix)와 본 발명에서 제안하는 SPC를 이용한 블록코드(proposed (authorize node))의 비트에러 레이트(BER)의 성능 비교를 도시하는 그래프이다.
도 7에서 성능 비교를 위해 무선 전송환경을 가우시안(Gaussian) 채널과 레일리 페이딩(Reyleigh fading) 채널로 설정하고, (7,4)의 블록코드에 대해 생성매트릭스는 [1 0 1; 1 1 0; 1 1 1; 0 1 1]을 사용하였다.
두 시스템의 성능을 비교하여 보면 거의 같다는 것을 알 수 있다. 그리고 주어진 신호를 해독하기 위하여 SPC를 모르는 비인증 사용자 즉, 침입자 혹은 해커(detection at unauthorized node)는 거의 직선의 형태로 90% 내외의 데이터가 잘못된 데이터로 복구했다.
비교결과를 통해 알 수 있듯이 본 발명에 따른 보안시스템은 물리계층에서 성능의 저하 없이 비화능력을 가지는 동시에 오류정정능력을 가졌다는 것을 확인할 수 있다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
지금까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다.
그러므로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 무선 센서네트워크의 보안 시스템에 대한 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 송신장치와 수신장치의 신호보안코드 생성부의 구성 및 동작을 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서노드의 16비트로 구성된 ID를 이용하여 SPC를 구성하는 방법을 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 생성매트릭스 변환 과정을 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서네트워크 보안을 위한 데이터 송신 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서네트워크 보안을 위한 데이터 수신 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 7은 기존의 블록코드와 본 발명에서 제안하는 SPC를 이용한 블록코드의 비트에러 레이트(BER)의 성능 비교를 도시하는 그래프이다.

Claims (20)

  1. 소스 노드와 목적지 노드의 정보를 기초로 블록코드 생성매트릭스를 생성하는 블록코드 생성부;
    입력 데이터를 상기 생성매트릭스로 코딩하여 코드워드를 생성하는 블록코드 인코더;
    상기 코드워드를 직교 위상쉬프트키잉(O-QPSK) 변조하여 직교심벌을 생성하는 변조부; 및
    상기 직교심벌을 직접확산하여 전송하는 대역 확산부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서네트워크 보안 시스템의 송신 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 블록코드 생성부는,
    상기 소스 노드와 목적지 노드 정보를 배타논리합 연산하여 신호보안코드를 생성하는 신호보안코드 생성부;
    특정 조건에 부합하는 블록코드 생성매트릭스 그룹에서 자유거리가 가장 높은 블록코드 생성매트릭스를 선택하는 생성매트릭스 생성부; 및
    상기 선택된 생성매트릭스와 상기 신호보안코드를 랜덤 인터리빙하는 인터리버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서네트워크 보안 시스템의 송신 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 인터리버는,
    상기 선택된 생성매트릭스의 행과 상기 신호보안코드의 제1블록을 랜덤 인터리빙하는 행 인터리버; 및
    상기 랜덤 인터리빙된 생성매트릭스의 열과 상기 신호보안코드의 제2블록을 랜덤 인터리빙하는 열 인터리버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서네트워크 보안 시스템의 송신 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 인코더는,
    상기 입력 데이터를 상기 랜덤 인터리빙되어 변환된 생성매트릭스와 곱하고, 곱한 결과를 배타논리합으로 연산처리하여 코드워드를 생성하는 것을 특징으로 하는 무선 센서네트워크 보안 시스템의 송신 장치.
  5. 소스 노드와 목적지 노드의 정보를 기초로 코딩된 수신 데이터를 직접 역확산하는 대역 역확산부;
    상기 역확산된 수신 데이터를 직교 위상쉬프트키잉(O-QPSK) 복조하는 복조부;
    상기 소스 노드와 목적지 노드의 정보를 기초로 블록코드 생성매트릭스를 생성하는 블록코드 생성부; 및
    상기 복조된 데이터를 상기 블록코드 생성매트릭스로 디코딩하여 복구하는 블록코드 디코더;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서네트워크 보안 시스템의 수신 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 블록코드 생성부는,
    상기 소스 노드와 목적지 노드 정보를 배타논리합 연산하여 신호보안코드를 생성하는 신호보안코드 생성부;
    특정 조건에 부합하는 블록코드 생성매트릭스 그룹에서 자유거리가 가장 높은 블록코드 생성매트릭스를 선택하는 생성매트릭스 생성부; 및
    상기 선택된 생성매트릭스와 상기 신호보안코드를 랜덤 인터리빙하는 인터리버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서네트워크 보안 시스템의 수신 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 인터리버는,
    상기 선택된 생성매트릭스의 행과 상기 신호보안코드의 제1블록을 랜덤 인터리빙하는 행 인터리버; 및
    상기 랜덤 인터리빙된 생성매트릭스의 열과 상기 신호보안코드의 제2블록을 랜덤 인터리빙하는 열 인터리버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서네트워크 보안 시스템의 수신 장치.
  8. 제5항에 있어서, 상기 디코더는,
    상기 블록코드 생성매트릭스를 기초로 생성된 패리티 검사행렬 및 신드롬 테이블을 이용하여 수신 데이터의 오류를 정정하여 복구하는 것을 특징으로 하는 무선 센서네트워크 보안 시스템의 수신 장치.
  9. 소스 노드와 목적지 노드의 정보를 기초로 블록코드 생성매트릭스를 생성하는 단계;
    입력 데이터를 상기 생성매트릭스로 코딩하여 코드워드를 생성하는 단계;
    상기 코드워드를 직교 위상쉬프트키잉(O-QPSK) 변조하여 직교심벌을 생성하는 단계; 및
    상기 직교심벌을 직접확산하여 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서네트워크 보안을 위한 송신 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 블록코드 생성매트릭스 생성 단계는,
    상기 소스 노드와 목적지 노드 정보를 배타논리합 연산하여 신호보안코드를 생성하는 단계;
    특정 조건에 부합하는 블록코드 생성매트릭스 그룹에서 자유거리가 가장 높은 블록코드 생성매트릭스를 선택하는 단계; 및
    상기 선택된 생성매트릭스와 상기 신호보안코드를 랜덤 인터리빙하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서네트워크 보안을 위한 송신 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 인터리빙 단계는,
    상기 선택된 생성매트릭스의 행과 상기 신호보안코드의 제1블록을 랜덤 인터리빙하는 단계; 및
    상기 랜덤 인터리빙된 생성매트릭스의 열과 상기 신호보안코드의 제2블록을 랜덤 인터리빙하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서네트워크 보안을 위한 송신 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 코드워드는 상기 입력 데이터를 상기 랜덤 인터리빙되어 변환된 생성매트릭스와 곱하고, 곱한 결과를 배타논리합으로 연산처리하여 생성되는 것을 특징으로 하는 무선 센서네트워크 보안을 위한 송신 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 노드 정보는 노드의 아이디를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 보안을 위한 송신 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 특정 조건은 데이터의 비트 수 및 코드워드의 길이에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 보안을 위한 송신 방법.
  15. 소스 노드와 목적지 노드의 정보를 기초로 코딩된 수신 데이터를 직접 역확산하는 단계;
    상기 역확산된 수신 데이터를 직교 위상쉬프트키잉(O-QPSK) 복조하는 단계;
    상기 소스 노드와 목적지 노드의 정보를 기초로 블록코드 생성매트릭스를 생성하는 단계; 및
    상기 복조된 데이터를 상기 블록코드 생성매트릭스로 디코딩하여 복구하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서네트워크 보안을 위한 수신 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 블록코드 생성매트릭스 생성 단계는,
    상기 소스 노드와 목적지 노드 정보를 배타논리합 연산하여 신호보안코드를 생성하는 단계;
    특정 조건에 부합하는 블록코드 생성매트릭스 그룹에서 자유거리가 가장 높은 블록코드 생성매트릭스를 선택하는 단계; 및
    상기 선택된 생성매트릭스와 상기 신호보안코드를 랜덤 인터리빙하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서네트워크 보안을 위한 수신 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 인터리빙 단계는,
    상기 선택된 생성매트릭스의 행과 상기 신호보안코드의 제1블록을 랜덤 인터리빙하는 단계; 및
    상기 랜덤 인터리빙된 생성매트릭스의 열과 상기 신호보안코드의 제2블록을 랜덤 인터리빙하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서네트워크 보안을 위한 수신 방법.
  18. 제15항에 있어서, 상기 복구 단계는,
    상기 블록코드 생성매트릭스를 기초로 생성된 패리티 검사행렬 및 신드롬 테이블을 이용하여 상기 디코딩된 데이터의 오류를 정정하여 복구하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 센서네트워크 보안을 위한 수신 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 노드 정보는 노드의 아이디를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 보안을 위한 수신 방법.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 특정 조건은 데이터의 비트 수 및 코드워드의 길이에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크 보안을 위한 수신 방법.
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