KR100878906B1 - 센서 네트워크에서 메시지 검증 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

센서 네트워크에서 메시지 검증 방법 및 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 센서 네트워크에서 베이스 스테이션이 검증 노드를 선택하는 방법에 있어서, 하나 이상의 센서 정보를 수집하여 저장하는 단계; 상기 저장된 센서 정보를 미리 정해진 퍼지 규칙에 따른 연산을 수행하여 검증 노드의 위치 정보를 산출하는 단계; 및 상기 산출된 검증 노드의 위치 정보 및 미리 설정된 인증키를 포함하는 검증 노드 설정 메시지를 상기 센서 네트워크로 브로드캐스팅(broadcasting)하는 단계를 포함하는 검증 노드 선택 방법이 제공될 수 있다. 따라서, 본 발명에 의해, 센서 네트워크의 상황에 따라 변동되는 임계값을 적용하여 센서 네트워크내에 노드들의 균일한 에너지 소모를 유도함으로써 센서 네트워크의 수명을 극대화할 수 있다.
인증키, 필터링, 검증, filtering

Description

센서 네트워크에서 메시지 검증 방법 및 시스템{Method and system for filtering of message in sensor network}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 시스템의 구성을 예시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스 스테이션의 내부 기능 블록도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인증키의 역할을 설명하기 위해 예시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스 스테이션이 인증키 분배 제한거리를 산출하는 방법을 나타낸 순서도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인증키 분배 제한거리 산출을 위한 입력값 및 해당 입력값에 따라 미리 설정된 가중치 레벨을 예시한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 미리 정해진 가중치 레벨을 퍼지 규칙을 기반으로 시뮬레이션한 컨트롤 스페이스를 예시한 도면.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 클러스터 안의 키 수에 따른 인증키 분배 제한 거리에 따른 시뮬레이션 결과를 예시한 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 인증키 분배 메시지를 전송하는 방법을 나타낸 순서도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110: 센서 노드
120: 클러스터 헤드
130: 검증 노드
140 : 베이스 스테이션
본 발명은 네트워크에서 인증을 위한 키 분배에 관한 것으로, 특히 퍼지(fuzzy) 알고리즘을 적용한 키 분배 방법 및 시스템에 관한 것이다.
최근 무선통신과 무선통신과 전자공학 기술의 발달로 인하여 저가격, 극소형 센서 간의 네트워크가 가능하게 되었으면, 이러한 센서들로 구성된 네트워크를 무선 센서 네트워크라고 한다. 무선 센서 네트워크는 생태환경 감시, 지능형 환경 모니터링, 위치인지 서비스, 지능형 의료시스템, 지능형 로봇 시스템 등에 활용되고 있으며, 유비쿼터스 컴퓨팅 환경의 중심기술로서 발전하고 있다.
무선 센서 네트워크는 물리공간의 상태인 빛, 소리, 온도, 움직임과 같은 물리적 데이터를 감지, 측정, 플러딩하는 센서 노드들과 해당 센서 노드에서 수집된 정보들을 분석하기 위한 장치로 구성되는 네트워크이다.
통상적으로 센서 노드들은 하나 이상의 센서, 액추에이터(actuator), 마이크 로 컨트롤러, 수 십KB 크기의 EEPROM, 수KB의 SRAM, 수백 KB 크기의 플래시 메모리, ADC(Analog to Digital Converter), 근거리 무선 통신 모듈 및 이러한 구성요소들에 전원을 공급해주기 위한 전원부(에너지원)로 구성된다.
따라서, 무선 센서 네트워크의 수명은 제한적인 자원을 이용하는 센서 노드의 수명에 의존적이며, 센서노드의 에너지원은 수집된 데이터를 중앙 장치로 전송시키기 위한 근거리 무선 통신에서 가장 많이 소비된다.
따라서, 상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 네트워크 상태를 모니터링하고 수집된 정보들을 이용하여 네트워크의 라우팅 경로상에서 임의의 메시지에 대한 검증을 수행할 검증 노드를 설정하여 센서 네트워크의 에너지 자원을 보다 효율적으로 이용할 수 있는 센서 네트워크에서 메시지 검증 방법 및 시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 센서 네트워크의 상황에 따라 변동되는 임계값을 적용하여 센서 네트워크내에 노드들의 균일한 에너지 소모를 유도함으로써 센서 네트워크의 수명을 극대화할 수 있는 센서 네트워크에서 메시지 검증 방법 및 시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 센서 네트워크에서 수집된 정보들을 이용하여 퍼지 알고리즘을 적용하여 검증을 수행할 노드를 선택하여 인증키를 분배할 수 있는 센서 네트워크에서 메시지 검증 방법 및 시스템을 제공하기 위한 것이다.
이외의 본 발명의 목적들은 하기의 실시예에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 센서 네트워크에서 수집된 정보를 이용하여 검증 노드를 선택하는 방법 및 그 시스템이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 센서 네트워크에서 베이스 스테이션이 검증 노드를 선택하는 방법에 있어서, 하나 이상의 센서 정보를 수집하여 저장하는 단계; 상기 저장된 센서 정보를 미리 정해진 퍼지 규칙에 따른 연산을 수행하여 검증 노드의 위치 정보를 산출하는 단계; 및 상기 산출된 검증 노드의 위치 정보 및 미리 설정된 인증키를 포함하는 검증 노드 설정 메시지를 상기 센서 네트워크로 브로드캐스팅(broadcasting)하는 단계를 포함하는 검증 노드 선택 방법이 제공될 수 있다.
상기 센서 정보는 상기 베이스 스테이션까지의 홉수(hop count), 잔존 에너지 레벨 및 오류 인증코드 개수이다.
상기 검증 노드의 위치 정보는 상기 베이스 스테이션으로부터의 홉수 또는 검증 노드로 선택된 클러스터 헤드의 인덱스 정보 중 어느 하나일 수 있다.
상기 검증 노드 설정 메시지를 수신받은 클러스터 헤드는 상기 검증 노드 설 정 메시지에서 검증 노드의 위치 정보를 추출하여 미리 설정된 인덱스 정보와 일치하는지 여부를 비교하여 상기 인덱스 정보와 일치하는 경우, 검증 노드로 설정될 수 있다.
상기 검증 노드 설정 메시지를 수신받은 클러스터 헤드는 상기 검증 노드 설정 메시지에서 검증 노드의 위치 정보를 추출하여 미리 정해진 크기만큼 감산하고, 상기 감산된 검증 노드의 위치 정보가 미리 설정된 제1 임계치 미만인 경우 검증 노드로 설정될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 센서 노드들; 상기 센서 노드들의 센서 정보를 수집하여 전송하는 클러스터 헤드들; 및 상기 센서 정보들을 수집하여 저장하며, 상기 센서 정보들을 미리 정해진 퍼지 규칙에 따른 연산을 수행하여 검증 노드의 위치 정보를 산출하여 상기 검증 노드의 위치 정보를 포함하는 검증 노드 설정 메시지를 생성하여 전송하는 베이스 스테이션을 포함하되, 상기 클러스터 헤드들 중 하나 이상의 클러스터 헤드가 상기 검증 노드 설정 메시지에서 인증키를 획득하면 검증 노드로 설정되는 것을 특징으로 하는 시스템이 제공될 수 있다.
상기 센서 정보들은 상기 베이스 스테이션까지의 홉수(hop count), 잔존 에너지 레벨 및 오류 인증코드 개수이다.
상기 검증 노드의 위치 정보는 상기 베이스 스테이션으로부터의 홉수 또는 검증 노드로 선택된 클러스터 헤드의 인덱스 정보 중 어느 하나일 수 있다.
상기 클러스터 헤드는 상기 검증 노드 설정 메시지에서 검증 노드의 위치 정 보를 추출하여 상기 검증 노드의 위치 정보가 미리 설정된 인덱스 정보와 일치하는 경우 검증 노드로 설정될 수 있다.
상기 클러스터 헤드는 상기 검증 노드의 설정 메시지에서 검증 노드의 위치 정보를 추출하여 미리 정해진 크기만큼 감산을 수행하여 미리 설정된 제1 임계치 미만인 경우 검증 노드로 설정될 수 있다.
상기 검증 노드는 임의의 리포트 정보가 수신되면, 상기 리포트 정보에서 미리 설정된 제1 기준개수 이상의 인덱스 정보가 포함되어 있는지를 판단하여 상기 제1 기준개수 이상이면, 미리 설정된 인증키를 이용하여 상기 리포트 정보에서 인증코드를 획득하여 미리 설정된 인증코드와 일치하는지를 비교하여 일치하지 않으면, 상기 획득된 인증코드에 상응하여 상기 리포트 정보의 플래그 정보를 제1 플래그값으로 변경하며, 상기 리포트 정보에 에러가 있는 인증 코드의 개수가 제2 기준개수 이상인지 비교하여 상기 제2 기준개수 이상이면 상기 리포트 정보를 폐기할 수 있다.
상기 리포트 정보는 클러스터 헤드에서 생성한 이벤트 정보, 클러스터 내에서 상기 이벤트 정보를 감지한 센서 노드들의 인덱스 정보, 상기 센서 노드들로부터 수집된 인증코드 정보, 상기 인증코드의 검증 결과를 기록하기 위한 플래그 정보 또는 상기 인증코드를 검증한 상기 검증 노드의 서명이 기록되는 서명 정보 중 하나 이상일 수 있다.
상기 검증 노드는 상기 리포트 정보에서 상기 플래그 정보를 추출하여 상기 플래그 정보가 제1 플래그값인 플래그 정보의 개수를 산출하여 상기 제2 기준개수 와 비교하여 상기 제2 기준개수 이상이면 상기 리포트 정보를 폐기할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 센서 네트워크에서 수집된 정보를 이용하여 선택된 검증 노드가 임의의 리포트 정보를 검증하는 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 검증 노드가 임의의 리포트 정보를 검증하는 방법에 있어서, 상기 리포트 정보가 수신되면 상기 리포트 정보에 미리 정해진 제1 기준개수 이상의 인덱스 정보가 포함되어 있는지를 판단하는 단계; 상기 인덱스 정보가 상기 제1 기준개수 이상이면, 미리 설정된 인증키를 이용하여 상기 리포트 정보에서 인증코드를 획득하여 미리 설정된 인증코드와 일치하는지를 비교하는 단계; 상기 획득된 인증코드와 설정된 인증코드가 일치하지 않으면, 상기 획득된 인증코드에 상응하여 상기 리포트 정보의 플래그 정보를 제1 플래그값으로 변경하는 단계; 및 상기 리포트 정보에 에러가 있는 인증 코드의 개수가 제2 기준개수 이상인지 비교하여 상기 제2 기준개수 이상이면 상기 리포트 정보를 폐기하는 단계를 포함하는 검증 방법이 제공될 수 있다.
상기 리포트 정보는 클러스터 헤드에서 생성한 이벤트 정보, 클러스터 내에서 상기 이벤트 정보를 감지한 센서 노드들의 인덱스 정보, 상기 센서 노드들로부터 수집된 인증코드 정보, 상기 인증코드의 검증 결과를 기록하기 위한 플래그 정보 또는 상기 인증코드를 검증한 상기 검증 노드의 서명이 기록되는 서명 정보 중 하나 이상일 수 있다.
상기 리포트 정보에서 인증코드를 획득하여 미리 설정된 인증코드와 일치하 는지를 비교하는 단계는, 상기 미리 설정된 인증키와 일치하는 인증키가 상기 리포트 정보에 포함되어 있는지를 비교하는 단계; 및 상기 일치하는 인증키가 존재하는 경우, 상기 미리 설정된 인증키를 이용하여 상기 인증코드를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 획득된 인증코드와 상기 설정된 인증 코드가 일치하지 않으면 상기 리포트 정보를 미리 설정된 라우팅 경로에 따라 통신망을 통해 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이하, 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 네트워크 시스템의 구성을 예시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스 스테이션의 내부 기능 블록을 예시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리포트 정보를 예시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 임시 이벤트 정보를 예시한 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 정보와 결과의 관계를 예시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 센서 네트워크 시스템은 하나 이상의 센서 노드(110), 하나 이상의 클러스터 헤드(120), 하나 이상의 검증 노드(130) 및 베이스 스테이션(140)을 포함하여 구성된다.
센서 노드(110)는 임의의 물리량을 계측하기 위한 하나 이상의 센서를 구비하며, 해당 센서를 이용하여 임의의 지점을 센싱하는 기능을 수행한다. 본 명세서에서는 센서 노드(110)가 제한된 메모리와 배터리 자원을 가지고 있는 것을 가정하여 설명하기로 한다.
예를 들어, 센서 노드(110)는 임의의 지점을 센싱하여 이벤트가 발생되면, 해당 센싱된 정보를 이용하여 이벤트 정보를 생성하여 클러스터 헤드(120)로 전송한다.
센서 노드(110)는 도 1에 예시된 바와 같이 클러스터(cluster)를 형성하고 있으며, 해당 클러스터내에서 특정한 이벤트가 발생되는 경우, 하나 이상의 센서 노드(110)에서 해당 이벤트 발생을 인식할 수 있음은 당연하다.
이하, 본 명세서에서는 이해와 설명의 편의를 도모하기 위해, 특정한 이벤트가 발생된 클러스터를 "소스 클러스터"라 칭하기로 하며, 소스 클러스터내에서 이벤트 발생을 인식한 센서 노드들을 "감지 노드"라 칭하기로 한다. 또한, 해당 클러 스터내의 센서 노드(감지 노드 포함)들에 대한 이벤트 정보를 수집하고 제어하는 클러스터 헤드를 "소스 클러스터 헤드"라 칭하기로 한다.
또한, "이벤트"는 소스 클러스터내에서 임의의 센서 노드(110)들이 센싱한 정보가 미리 설정된 기준값 이상이 되어, 해당 감지 노드들이 해당 소스 클러스터내에 특정한 이상이 있음을 인식하는 것으로 가정하기로 한다.
예를 들어, 임의의 클러스터내의 센서 노드(110)들이 화재 탐지를 위해 건물 요소요소에 부착되어 있다고 가정하자. 이와 같은 상태에서 해당 클러스터내의 하나 이상의 센서 노드들이 센싱한 정보(즉, 센싱한 온도)가 미리 설정된 기준값(예를 들어, 60℃) 이상이면, 해당 센서 노드들은 특정한 이벤트(즉, 화재)가 발생한 것으로 인식할 수 있다. 이에 이벤트를 감지한 감지 노드들은 센싱된 정보와 미리 설정된 인증코드를 이용하여 이벤트 정보를 생성하여 클러스터 헤드(120)로 전송할 수 있다.
다른 예를 들어, 클러스터 내의 센서 노드(110)들이 침입 탐지를 위해 임의의 건물 요소 요소에 부착되었다고 가정하자. 이와 같은 상태에서 센서 노드(110)가 빛 또는 자외선을 센싱한 결과 이상한 객체를 감지하는 경우, 해당 센서 노드들은 이벤트 발생(즉, 침입자 침입)을 인식할 수 있으며, 해당 센싱된 정보를 이용하여 이벤트 정보를 생성하여 클러스터 헤드(120)로 전송할 수도 있다.
즉, 이와 같이, 센서 노드(110)는 센서 네트워크의 최단에 위치하며, 해당 센서 네트워크의 상태를 센싱하는 기능을 수행한다.
클러스터 헤드(120)는 클러스터내의 센서 노드(110)들을 제어하고, 해당 센 서 노드(110)들에 대한 이벤트 정보 및 센서 정보를 수집하여 베이스 스테이션(140)으로 전송하는 기능을 수행한다.
또한, 클러스터 헤드(120)는 해당 클러스터내에 이벤트가 발생되는 경우, 센서 노드(110)와 동일하게 이벤트 발생을 감지하며, 발생된 이벤트의 허위 또는 에러 여부를 판단하여 허위 또는 에러가 아닌 경우, 리포트 정보를 생성하여 미리 설정된 라우팅 경로에 따라 전송하는 기능을 수행한다.
본 명세서에서 라우팅 경로는 센서 네트워크가 설정된 후 각각의 센서 노드(110), 클러스터 헤드(120), 베이스 스테이션(140)으로의 데이터 송수신을 위해 미리 설정되는 것으로 당업자에게는 자명한 사항이므로 이에 대한 별도의 설명은 생략하기로 한다.
예를 들어, 임의의 클러스터내에 이벤트가 발생되면, 클러스터 헤드(120)는 이벤트 발생을 감지하는 경우, 이벤트 정보를 생성하여 클러스터내의 센서 노드(110)들로 해당 이벤트 정보를 브로트캐스팅(broadcasting)한다. 그리고, 해당 이벤트 정보를 수신한 센서 노드들은 동일한 이벤트를 감지한 경우, 임시 이벤트 정보를 생성하여 클러스터 헤드(120)로 전송한다. 여기서, 임시 이벤트 정보는 해당 임시 이벤트 정보를 전송하는 센서 노드의 인덱스 정보, 해당 센서 노드의 인증 코드 정보를 포함한다(도 4에 예시되어 있다). 이에 클러스터 헤드(120)는 클러스터 내의 센서 노드들로부터 임시 이벤트 정보를 수집한다. 그리고, 클러스터 헤드(120)는 수집된 임시 이벤트 정보의 개수가 미리 설정된 제1 기준개수 이상인지 여부를 판단하여 제1 기준개수 이상인 경우 이벤트가 발생되는 것으로 인식하여 수 집된 임시 이벤트 정보들을 이용하여 리포트 정보를 생성한다. 그리고, 클러스터 헤드(120)는 생성된 리포트 정보를 미리 설정된 라우팅 경로에 따라 통신망을 통해 전송한다.
여기서, 리포트 정보는 임시 이벤트 정보를 전송한 감지 노드들의 인덱스 정보, 해당 감지 노드들의 인증 코드 정보, 검증 플래그 정보 및 서명 정보를 포함한다. 검증 플래그 정보는 해당 리포트 정보를 검증하는 검증 노드들이 해당 리포트 정보에 포함된 인증 코드 정보를 분석하여 에러가 있는 경우 미리 설정된 제1 플래그값(예를 들어, "1")으로 설정되며, 서명 정보는 검증 노드에서 검증 결과에 대한 미리 설정된 서명값이 기록된다. 리포트 정보는 도 3에 예시되어 있다.
검증 노드(130)는 베이스 스테이션(140)에 의해 라우팅 경로를 통해 수신되는 정보들에 대한 검증 및 필터링을 수행하기 위해 선택된 노드이다. 검증 노드(130)는 임의의 클러스터 헤드(120)로부터 리포트 정보가 수신되면, 미리 정해진 방법에 따라 검증을 수행하고, 검증 결과 허위 보고라고 판단되면 폐기한다. 이에 대해서는 하기에서 관련 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
베이스 스테이션(140)는 하나 이상의 클러스터 헤드(120)로부터 센서 정보를 수집하며, 저장된 센서 정보들을 미리 정해진 퍼지 알고리즘에 따른 연산을 수행하여 검증 노드의 위치 정보를 산출한다. 그리고, 베이스 스테이션(140)은 해당 검증 노드의 위치 정보를 포함하는 검증 노드 설정 메시지를 생성하여 전송한다. 여기서, 센서 정보들은 베이스 스테이션까지의 홉수(hop count), 잔존 에너지 레벨 및 오류 인증코드 개수를 포함한다.
베이스 스테이션(140)은 도 2에 예시된 바와 같이, 데이터 송수신부(410), 검증 노드 산출부(415), 데이터베이스(420) 및 제어부(425)를 포함하여 구성된다.
데이터 송수신부(410)는 통신망을 통해 센서 네트워크에 포함된 노드(예를 들어, 클러스터 헤드(120), 검증 노드(130))와 데이터를 송수신하는 기능을 수행한다.
검증 노드 산출부(415)는 제어부(425)의 제어에 의해 데이터베이스에 저장된 센서 정보들을 미리 정해진 퍼지 규칙을 적용하여 검증 노드의 위치 정보를 산출하는 기능을 수행한다.
우선, 이해와 설명의 편의를 도모하기 위해, 본 발명에 따른 검증 노드의 위치 정보를 산출하기 위해 입력값(즉, 센서 정보들)과 결과값(즉, 검증 노드의 위치 정보)에 대해 설정된 미리 설정된 퍼지 규칙에 대해 간략하게 설명하기로 한다.
베이스 스테이션까지의 홉수에 따른 규칙은 작음(small), 중간(middle), 크다(large), 매우 크다(very large)와 같이 네 구간으로 구분된다. 베이스 스테이션까지의 홉수가 클수록 베이스 스테이션(140)으로부터 멀리 떨어져 있음을 의미하므로 검증 노드(130)는 소스 클러스터에서 가까운 클러스터 헤드(120)가 선택되도록 하였다.
또한, 잔존 에너지 레벨에 따른 규칙은 매우 적음(very small), 적음(small), 중간(middle), 많음(large), 매우 많음(very large)와 같이 다섯 구간으로 구분된다. 검증 노드(130)의 경우 리포트 정보를 검증 및 필터링함으로 인해 추가적인 에너지 소비가 발생되므로 잔존 에너지 레벨이 상대적으로 적은 경우 검 증 노드(130)로 선택되지 않도록 하였다.
또한, 오류 인증코드 개수에 따른 규칙은 매우 적음(very small), 적음(small), 중간(middle), 많음(large), 매우 많음(very large)와 같이 다섯 구간으로 구분된다. 오류 인증코드 개수가 많을수록 공격자에 의해 리포트 정보가 변조되었을 가능성이 많다는 것을 의미하므로 소스 클러스터에 인접한 클러스터 헤드가 검증 노드(130)로 선택되도록 하였다.
이와 같이 세가지 입력 정보를 이용하여 도출되는 검증 노드의 위치 정보에 따른 규칙은 매우직면(forefront), 직면(front), 중간(middle), 후미(rear), 싱크(sink)와 같이 다섯 구간으로 구분된다.
이에 따른 퍼지 규칙을 간략하게 설명하면 다음과 같다.
만일 베이스 스테이션까지의 홉수가 적음(small)이고, 잔존 에너지 레벨이 매우 적음(very small)이며, 오류 인증코드 개수가 매우 적음(very small)이면 검증 노드의 위치 정보는 싱크(sink)이다.
만일 베이스 스테이션까지의 홉수가 적음(small)이고, 잔존 에너지 레벨이 매우 많음(very large)이며, 오류 인증코드 개수가 매우 적음(very small)이면, 검증 노드의 위치 정보는 중간(middle)이다.
만일 베이스 스테이션까지의 홉수가 중간(middle)이고, 잔존 에너지 레벨이 매우 많음(very large)이며, 오류 인증코드 개수가 많음(large)이면, 검증 노드의 위치 정보는 매우직면(forefront)이다. 도 5에 검증 노드 산출부(415)로의 입력값(즉, 센서 정보)와 결과의 관계가 예시되어 있다.
검증 노드 산출부(415)는 제어부(425)의 제어에 따라 데이터베이스(420)로부터 센서 정보들을 독출한후 독출된 센서 정보들을 미리 정해진 퍼지 규칙에 따른 연산을 적용하여 검증 노드의 위치 정보를 산출하여 제어부(425)로 전달한다.
제어부(425)는 본 발명에 따른 베이스 스테이션(140)의 내부 기능 요소들(예를 들어, 데이터 송수신부(410), 검증 노드 산출부(415), 데이터베이스(420))를 제어하는 기능을 수행한다. 또한, 제어부(425)는 검증 노드 산출부(415)로부터 검증 노드의 위치 정보가 입력되면, 해당 검증 노드의 위치 정보를 이용하여 미리 정해진 형식에 따라 검증 노드 설정 메시지를 생성하여 데이터 송수신부(410)를 통해 브로드캐스팅(broadcasting)할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스 스테이션이 검증 노드를 결정하는 방법을 나타낸 순서도이다. 이하에서 설명되는 각각의 단계는 베이스 스테이션(140)의 각각의 내부 구성 요소들에 의해 수행되어지나 이해와 설명의 편의를 도모하기 위해 베이스 스테이션으로 통칭하여 설명하기로 한다.
단계 610에서 베이스 스테이션(140)은 하나 이상의 클러스터 헤드(120)로부터 센서 정보를 수집하여 데이터베이스(420)에 저장한다. 여기서, 센서 정보는 전술한 바와 같이, 베이스 스테이션과의 홉수(hop count), 잔존 에너지 레벨, 오류 인증코드 개수를 포함한다.
단계 615에서 베이스 스테이션(140)은 저장된 센서 정보들을 미리 정해진 퍼지 규칙에 따른 연산을 수행하여 검증 노드에 대한 위치 구간을 도출한다.
단계 620에서 베이스 스테이션(140)은 도출된 검증 노드에 대한 위치 구간에 상응하여 미리 설정된 가중치를 적용하여 검증 노드의 위치 정보를 산출한다.
여기서, 산출된 검증 노드의 위치 정보는 베이스 스테이션(140)으로부터의 홉수 또는 검증 노드로 선택된 노드의 인덱스 정보 중 어느 하나일 수 있다.
단계 625에서 베이스 스테이션(140)은 검증 노드의 위치 정보와 미리 설정된 인증키를 이용하여 검증 노드 설정 메시지를 생성하여 통신망을 통해 브로드캐스팅한다.
여기서, 검증 노드 설정 메시지는 검증 노드의 위치 정보가 저장되는 제1 필드, 암호화된 인증키가 저장되는 제2 필드 및 인증코드가 저장되는 제3 필드를 포함한다.
이에 따라, 클러스터 헤드(120)는 베이스 스테이션(140)으로부터 검증 노드 설정 메시지가 수신되면, 해당 검증 노드 설정 메시지에 포함된 제1 필드의 정보를 추출하여 해당 클러스터 헤드(120)에 미리 설정된 인덱스 정보와 일치하는지 여부를 판단한다. 만일 일치하는 경우, 해당 클러스터 헤드(120)는 검증 노드로 선택된 것을 인식하며, 해당 클러스터 헤드(120)에 미리 설정된 비밀키를 이용하여 제3 필드에 포함된 인증코드를 추출하고, 해당 인증코드에서 인증키를 획득하여 저장한다. 그리고, 클러스터 헤드(즉, 검증 노드)는 이후 임의의 다른 클러스터 헤드(120)로부터 수신되는 리포트 정보에 대해 검증 및 필터링을 수행한다.
다른 예를 들어, 만일 검증 노드 설정 메시지에 포함된 검증 노드 위치 정보가 베이스 스테이션으로부터의 홉수인 경우, 클러스터 헤드(120)는 제1 필드에 포 함된 검증 노드의 위치 정보를 추출하여 해당 추출된 검증 노드의 위치 정보가 미리 설정된 임계치(예를 들어, "0") 미만인지 여부를 판단한다. 만일 임계치 미만이라고 결정되면, 클러스터 헤드(120)는 검증 노드(130)로 선택된 것으로 인식할 수 있다. 또한, 클러스터 헤드(120)는 제1 필드에 기록된 검증 노드의 위치 정보를 추출하여 미리 설정된 크기(예를 들어, "1")만큼 감산한 후 해당 감산된 검증 노드의 위치 정보가 임계치 미만인지 여부를 판단할 수도 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 임의의 클러스터내에 이벤트가 발생된 경우, 클러스터 헤드가 리포트 정보를 생성하여 전송하는 방법을 나타낸 순서도이다. 전술한 바와 같이, 임의의 클러스터내에서 이벤트가 발생되는 경우, 클러스터 헤드(120) 및 하나 이상의 센서 노드(110)에 의해 동시에 이벤트가 감지되는 것을 가정하여 설명하기로 한다. 물론, 클러스터 헤드(120)는 이벤트 발생을 감지하지 못하였으나 하나 이상의 센서 노드(110)에 의해 이벤트 발생을 감지할 수도 있음은 당연하다.
단계 710에서 클러스터 헤드(120)는 이벤트 발생을 감지하는 경우, 임시 이벤트 메시지를 생성하여 클러스터내의 센서 노드(110)들로 브로드캐스팅(broadcasting)한다. 임시 이벤트 메시지는 전술한 바와 같이, 해당 클러스터 헤드(120)의 인덱스 정보 및 인증코드 정보를 포함할 수 있다.
이에 의해, 클러스터내의 센서 노드(110)들이 클러스터 헤드(120)로부터 임시 이벤트 메시지가 수신되면, 이벤트를 감지한 센서 노드(즉, 감지 노드)들은 미 리 설정된 인증키를 이용하여 인증코드를 구성한다. 그리고, 해당 감지 노드들은 구성된 인증코드 및 감지된 이벤트를 포함하는 이벤트 정보를 생성하여 클러스터 헤드(120)로 전송한다.
단계 715에서 클러스터 헤드(120)는 감지 노드로부터 이벤트 정보를 수집한다.
그리고, 단계 720에서 클러스터 헤드(120)는 수집된 이벤트 정보의 개수가 미리 설정된 제1 기준개수 이상인지 여부를 판단한다.
예를 들어, 클러스터 내에 100개의 센서 노드들이 설치되어 있으며, 이벤트 발생 감지를 위한 제1 기준개수가 10이라고 가정하자. 이와 같은 경우, 클러스터 헤드(120)는 10개 이상의 센서 노드들이 이벤트를 감지한 경우에만 이벤트가 발생된 것으로 인식하여 리포트 정보를 베이스 스테이션(140)으로 전송한다. 만일 2개의 센서 노드들이 이벤트를 감지한 경우, 클러스터 헤드(120)는 해당 센서 노드들이 오작동된 것이거나 외부로부터 공격된 것으로 인식하여 리포트 정보를 베이스 스테이션(140)으로 전송하지 않도록 할 수 있다. 이로 인해, 클러스터 헤드(120)는 불필요한 정보를 베이스 스테이션(140)으로 전송함으로 인해 발생되는 에너지의 소모를 줄일 수 있는 이점이 있다.
만일 수집된 이벤트 정보의 개수가 미리 설정된 제1 기준개수 이상이면, 단계 725에서 클러스터 헤드(120)는 수집된 이벤트 정보들을 이용하여 리포트 정보를 생성한다.
여기서, 리포트 정보는 해당 클러스터 헤드(120)에 의해 생성된 이벤트 정보가 기록되는 리포트 필드, 감지 노드들의 인덱스 정보, 감지 노드들로부터 수집된 인증코드 정보, 인증코드의 오류여부를 기록하기 위한 플래그 필드 및 서명 필드를 포함한다. 여기서, 플래그 필드는 검증 노드에서 해당 이벤트 리포트에 대한 검증을 수행하여 오류가 존재하는 경우 이를 기록하기 위한 필드이며, 서명 필드는 검증 노드에서 검증 결과에 대해 미리 설정된 서명값을 기록하기 위한 필드이다.
그러나 만일 만일 수집된 이벤트 정보의 개수가 미리 설정된 제1 기준개수 미만이면, 단계 730에서 클러스터 헤드(120)는 수집된 이벤트 정보들을 폐기한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 검증 노드가 리포트 정보에 대해 검증 및 필터링하는 방법을 나타낸 순서도이다.
단계 810에서 검증 노드(130)는 임의의 클러스터 헤드(120)로부터 리포트 정보를 수신받는다.
단계 815에서 검증 노드(130)는 수신된 리포트 정보를 분석하여 해당 리포트 정보에 포함된 감지 노드의 인덱스 정보의 개수가 미리 정해진 제2 기준개수 이상인지 여부를 판단한다.
즉, 검증 노드(130)는 리포트 정보에 포함된 검증 노드의 인덱스 정보의 개수가 미리 설정된 제2 기준개수 미만이면 해당 리포트 정보가 공격자에 의해 생성된 정보 또는 에러를 포함한 정보인 것으로 인식할 수 있다.
만일 인덱스 정보의 개수가 제2 기준개수 미만이면, 단계 835로 진행한다.
그러나 만일 인덱스 정보가 제2 기준개수 이상이면, 단계 820에서 검증 노 드(130)는 해당 검증 노드(130)에 미리 설정된 인증키와 일치하는 인증키가 리포트 정보에 포함되어 있는지 여부를 판단한다.
만일 일치하는 인증키가 존재하는 경우, 단계 825에서 검증 노드(130)는 해당 검증 노드(130)에 미리 설정된 인증키를 이용하여 리포트 정보에서 인증코드를 획득한다.
그러나 만일 일치하는 인덱스가 존재하지 않는 경우, 단계 835로 진행한다.
단계 830에서 검증 노드(130)는 획득된 인증코드와 해당 검증 노드(130)에 미리 설정된 인증코드가 일치하는지 여부를 판단한다.
만일 일치하는 경우, 단계 835에서 검증 노드(130)는 수신된 리포트 정보를 미리 설정된 라우팅 경로에 따라 전송한다.
그러나 만일 일치하지 않은 경우, 단계 840에서 검증 노드(130)는 획득된 인증코드에 상응하여 리포트 정보의 플래그 정보를 변경한다.
예를 들어, 검증 노드(130)가 획득된 인증코드가 리포트 정보의 제n번째 인증코드라고 가정하면, 검증 노드(130)는 플래그 정보의 제n 번째 플래그 정보를 제1 플래그값(예를 들어, "1")로 변경한다.
단계 845에서 검증 노드(130)는 리포트 정보의 플래그 정보의 개수가 미리 설정된 제3 기준개수 이상인지 여부를 판단한다.
만일 제2 기준개수 이상인 경우, 단계 850에서 검증 노드(130)는 해당 리포트 정보가 공격자에 의해 생성된 정보이거나 에러가 많은 정보인 것으로 인식하여 폐기한다.
그러나 만일 제3 기준개수 미만이면, 단계 835로 진행한다.
전술한 바와 같이, 검증 노드(130)는 수신된 이벤트 리포트를 분석하여 검증을 수행하고 필터링을 수행할 수 있다. 도 8에서 설명된 임의의 이벤트 리포트를 분석하여 검증하고 필터링하는 방법은 베이스 스테이션(140)에서도 동일하게 수행되므로 베이스 스테이션(140)이 수신된 이벤트 리포트들을 검증하고 필터링하는 방법에 대해서는 생략하기로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 센서 네트워크에서 메시지 검증 방법 및 시스템을 제공함으로써, 센서 네트워크의 상태를 모니터링하고 수집된 정보들을 이용하여 네트워크의 라우팅 경로상에서 임의의 메시지에 대한 검증을 수행할 검증 노드를 설정하여 센서 네트워크의 에너지 자원을 보다 효율적으로 이용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 센서 네트워크의 상황에 따라 변동되는 임계값을 적용하여 센서 네트워크내에 노드들의 균일한 에너지 소모를 유도함으로써 센서 네트워크의 수명을 극대화할 수 있는 효과도 있다.
또한, 본 발명은 센서 네트워크에서 수집된 정보들을 이용하여 퍼지 알고리즘을 적용하여 검증을 수행할 노드를 선택하여 인증키를 분배할 수 있는 효과도 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (17)

  1. 센서 네트워크에서 베이스 스테이션이 검증 노드를 선택하는 방법에 있어서,
    하나 이상의 센서 정보를 수집하여 저장하는 단계;
    상기 저장된 센서 정보를 미리 정해진 퍼지 규칙에 따른 연산을 수행하여 검증 노드의 위치 정보를 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 검증 노드의 위치 정보 및 미리 설정된 인증키를 포함하는 검증 노드 설정 메시지를 상기 센서 네트워크로 브로드캐스팅(broadcasting)하는 단계를 포함하는 검증 노드 선택 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 센서 정보는 상기 베이스 스테이션까지의 홉수(hop count), 잔존 에너지 레벨 및 오류 인증코드 개수인 것을 특징으로 하는 검증 노드 선택 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 검증 노드의 위치 정보는 상기 베이스 스테이션으로부터의 홉수 또는 검증 노드로 선택된 클러스터 헤드의 인덱스 정보 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 검증 노드 선택 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 검증 노드 설정 메시지를 수신받은 클러스터 헤드는 상기 검증 노드 설정 메시지에서 검증 노드의 위치 정보를 추출하여 미리 설정된 인덱스 정보와 일치하는지 여부를 비교하여 상기 인덱스 정보와 일치하는 경우, 검증 노드로 설정되는 것을 특징으로 하는 검증 노드 설정 방법.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 검증 노드 설정 메시지를 수신받은 클러스터 헤드는 상기 검증 노드 설정 메시지에서 검증 노드의 위치 정보를 추출하여 미리 정해진 크기만큼 감산하고, 상기 감산된 검증 노드의 위치 정보가 미리 설정된 제1 임계치 미만인 경우 검증 노드로 설정되는 것을 특징으로 하는 검증 노드 설정 방법.
  6. 센서 노드들;
    상기 센서 노드들의 센서 정보를 수집하여 전송하는 클러스터 헤드들;
    상기 센서 정보들을 수집하여 저장하며, 상기 센서 정보들을 미리 정해진 퍼지 규칙에 따른 연산을 수행하여 검증 노드의 위치 정보를 산출하여 상기 검증 노 드의 위치 정보를 포함하는 검증 노드 설정 메시지를 생성하여 전송하는 베이스 스테이션을 포함하되,
    상기 클러스터 헤드들 중 하나 이상의 클러스터 헤드가 상기 검증 노드 설정 메시지에서 인증키를 획득하면 검증 노드로 설정되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 센서 정보들은 상기 베이스 스테이션까지의 홉수(hop count), 잔존 에너지 레벨 및 오류 인증코드 개수인 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 검증 노드의 위치 정보는 상기 베이스 스테이션으로부터의 홉수 또는 검증 노드로 선택된 클러스터 헤드의 인덱스 정보 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 클러스터 헤드는 상기 검증 노드 설정 메시지에서 검증 노드의 위치 정보를 추출하여 상기 검증 노드의 위치 정보가 미리 설정된 인덱스 정보와 일치하는 경우 검증 노드로 설정되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 클러스터 헤드는 상기 검증 노드의 설정 메시지에서 검증 노드의 위치 정보를 추출하여 미리 정해진 크기만큼 감산을 수행하여 미리 설정된 제1 임계치 미만인 경우 검증 노드로 설정되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  11. 제 9항 또는 제10항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 검증 노드는 임의의 리포트 정보가 수신되면, 상기 리포트 정보에서 미리 설정된 제1 기준개수 이상의 인덱스 정보가 포함되어 있는지를 판단하여 상기 제1 기준개수 이상이면, 미리 설정된 인증키를 이용하여 상기 리포트 정보에서 인증코드를 획득하여 미리 설정된 인증코드와 일치하는지를 비교하여 일치하지 않으면, 상기 획득된 인증코드에 상응하여 상기 리포트 정보의 플래그 정보를 제1 플래그값으로 변경하며, 상기 리포트 정보에 에러가 있는 인증 코드의 개수가 제2 기준개수 이상인지 비교하여 상기 제2 기준개수 이상이면 상기 리포트 정보를 폐기하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  12. 제 11항에 있어서
    상기 리포트 정보는 클러스터 헤드에서 생성한 이벤트 정보, 클러스터 내에서 상기 이벤트 정보를 감지한 센서 노드들의 인덱스 정보, 상기 센서 노드들로부터 수집된 인증코드 정보, 상기 인증코드의 검증 결과를 기록하기 위한 플래그 정보 또는 상기 인증코드를 검증한 상기 검증 노드의 서명이 기록되는 서명 정보 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 시스템.
  13. 제 12항에 있어서
    상기 검증 노드는 상기 리포트 정보에서 상기 플래그 정보를 추출하여 상기 플래그 정보가 제1 플래그값인 플래그 정보의 개수를 산출하여 상기 제2 기준개수와 비교하여 상기 제2 기준개수 이상이면 상기 리포트 정보를 폐기하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  14. 검증 노드가 임의의 리포트 정보를 검증하는 방법에 있어서,
    상기 리포트 정보가 수신되면 상기 리포트 정보에 미리 정해진 제1 기준개수 이상의 인덱스 정보가 포함되어 있는지를 판단하는 단계;
    상기 인덱스 정보가 상기 제1 기준개수 이상이면, 미리 설정된 인증키를 이용하여 상기 리포트 정보에서 인증코드를 획득하여 미리 설정된 인증코드와 일치하는지를 비교하는 단계;
    상기 획득된 인증코드와 설정된 인증코드가 일치하지 않으면, 상기 획득된 인증코드에 상응하여 상기 리포트 정보의 플래그 정보를 제1 플래그값으로 변경하는 단계; 및
    상기 리포트 정보에 에러가 있는 인증 코드의 개수가 제2 기준개수 이상인지 비교하여 상기 제2 기준개수 이상이면 상기 리포트 정보를 폐기하는 단계를 포함하는 검증 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 리포트 정보는 클러스터 헤드에서 생성한 이벤트 정보, 클러스터 내에서 상기 이벤트 정보를 감지한 센서 노드들의 인덱스 정보, 상기 센서 노드들로부터 수집된 인증코드 정보, 상기 인증코드의 검증 결과를 기록하기 위한 플래그 정보 또는 상기 인증코드를 검증한 상기 검증 노드의 서명이 기록되는 서명 정보 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 검증 방법.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 리포트 정보에서 인증코드를 획득하여 미리 설정된 인증코드와 일치하는지를 비교하는 단계는,
    상기 미리 설정된 인증키와 일치하는 인증키가 상기 리포트 정보에 포함되어 있는지를 비교하는 단계; 및
    상기 일치하는 인증키가 존재하는 경우, 상기 미리 설정된 인증키를 이용하여 상기 인증코드를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 검증 방법.
  17. 제 14항에 있어서,
    상기 획득된 인증코드와 상기 설정된 인증 코드가 일치하지 않으면 상기 리포트 정보를 미리 설정된 라우팅 경로에 따라 통신망을 통해 전송하는 단계를 더 포함하는 검증 방법.
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