KR102465550B1 - Uav controlling system for defens against gps spoofing and method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 GPS 스푸핑 방지를 위한 UAV 관제 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 UAV(Unmanned Aerial Vehicles)의 GPS 스푸핑 공격 여부를 탐지하고, 연합학습(Federated Learning)을 이용하여 UAV의 경로 이탈을 방지하도록 하는 GPS 스푸핑 방지를 위한 UAV 관제 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a UAV control system and method for preventing GPS spoofing, and more particularly, to detect whether or not a GPS spoofing attack of UAVs (Unmanned Aerial Vehicles) is present, and to use Federated Learning to deviate from a UAV's path. It relates to a UAV control system for preventing GPS spoofing and a method therefor.
무인 항공기(Unmanned Aerial Vehicles, 이하 UAV)는 사용자의 조작 없이도 자동으로 비행하는 비행체로, 높은 기동성을 가지고 있어 배치하기 용이하다는 이점이 있다. 따라서 최근 넓은 지역을 커버하는 운송, 재난 감시, 레저, 정찰, 탐사 등 여러 분야에서 사용되고 있다. 특히 시스템의 운영 영역보다 통신 수요가 적은 경우 기지국을 설치하는 것보다 UAV를 이용하여 통신하는 것이 비용적인 측면에서 효과적이므로 홍수, 지진, 산사태와 같은 재난 재해 감시 시스템에서 UAV를 활용한 시스템 구축이 활발하게 이루어지고 있다.Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) are aircraft that fly automatically without user intervention, and have the advantage of being easy to deploy due to their high mobility. Therefore, it is recently used in various fields such as transportation, disaster monitoring, leisure, reconnaissance, and exploration covering a wide area. In particular, when the communication demand is less than the operating area of the system, communication using a UAV is more cost effective than installing a base station. is being done
이와 같은 재난 재해 감시 시스템은 소형 사물인터넷(Internet of Things, 이하 IoT) 센서를 이용해 수심 또는 지면 온도와 같은 환경 정보를 측정하여 재난 재해가 발생하기 전 미리 방지할 수 있는 시스템이다. 이는 감시 영역이 광범위한 데 비해 지상에서 정보를 수집하는 장치는 국소적으로 위치해 있으며, 또한 센서 기기는 환경을 측정하는 데 시간이 소요되기 때문에 실시간으로 데이터를 전송하는데 어려움이 있어, UAV를 사용하여 필요한 지역의 데이터를 수집하는 것이 더욱 효과적이다.Such a disaster monitoring system is a system that can prevent a disaster before it occurs by measuring environmental information such as water depth or ground temperature using a small Internet of Things (IoT) sensor. This is because the monitoring area is wide, but the device that collects information on the ground is located locally, and it is difficult to transmit data in real time because the sensor device takes time to measure the environment. It is more effective to collect local data.
따라서 재난 재해 감시 시스템에서 UAV는 주기적으로 비행을 통해 사물인터넷 센서가 송신하는 데이터를 수집하는 임무를 수행하게 되는데 이때 비행경로는 임무 수행률과 소요되는 시간의 효율을 최적화할 수 있도록 미리 설정된다.Therefore, in the disaster monitoring system, the UAV periodically performs a mission to collect data transmitted by the IoT sensor through flight.
UAV는 GPS 위치 정보에 의해 경로를 따라 비행하기 때문에 UAV가 정상 경로로 비행하기 위해서는 실시간으로 GPS 위치 확인이 가능해야 한다. 그러나 UAV가 계산한 현재 위치의 GPS 정보가 잘못될 경우 비행경로에 대한 통제권을 상실하여 임무 수행을 완료하지 못하는 결과가 초래될 수 있다는 취약점이 존재한다. 이러한 취약점으로 인해 UAV는 GPS 전파에 대한 방해 공격에 쉽게 노출될 수 있다.Since the UAV flies along the route according to the GPS location information, it is necessary to be able to check the GPS location in real time in order for the UAV to fly on the normal route. However, if the GPS information of the current location calculated by the UAV is incorrect, control over the flight path may be lost, resulting in inability to complete the mission. Due to these vulnerabilities, UAVs can be easily exposed to sabotage attacks on GPS radio waves.
특히, 공격자가 실제 GPS 값을 조작하여 교란된 신호를 송신하는 GPS 스푸핑(Spoofing) 공격이 발생할 수 있는데 이는 잡음이 포함된 GPS 신호를 수신한 UAV가 현재 위치를 잘못 계산하게 하여 항로 이탈을 유도하거나 추락으로 인한 사고를 야기한다. 때문에 GPS 스푸핑 공격을 탐지하고 이에 대응하는 신뢰 가능한 기법이 적용되어야 한다.In particular, a GPS spoofing attack in which an attacker manipulates the actual GPS value and transmits a disturbed signal may occur. Accidents caused by falls Therefore, a reliable technique to detect and respond to GPS spoofing attacks must be applied.
그러나 UAV는 물리적인 제한으로 인해 저장 장치 및 컴퓨팅 자원에 대한 제약이 존재한다. 만약 공격을 방어하는 방안에서 계산 과정이 복잡하면 공격에 대응할 수 있는 적절한 시간 안에 탐지하기 어려운 문제점이 있다.However, UAVs have limitations on storage devices and computing resources due to physical limitations. If the calculation process is complicated in the method of defending against an attack, there is a problem in that it is difficult to detect it within an appropriate time to respond to the attack.
따라서 GPS 스푸핑 공격에 대응할 수 있고, UAV의 자원을 효율적으로 사용할 수 있도록 계산 과정을 간소화시킬 수 있는 기술의 개발이 필요하다.Therefore, it is necessary to develop a technology capable of responding to GPS spoofing attacks and simplifying the calculation process so that UAV resources can be used efficiently.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 등록특허공보 제10-2163698호(2020. 10. 08. 공고)에 개시되어 있다.The technology that is the background of the present invention is disclosed in Republic of Korea Patent Publication No. 10-2163698 (2020. 10. 08. Announcement).
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 UAV가 지상에 위치한 IoT 기기가 송신하는 신호의 세기와 GPS 정보를 이용하여 GPS 스푸핑 공격 여부를 탐지하도록 하는 GPS 스푸핑 방지를 위한 UAV 관제 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a UAV control system and a method for preventing GPS spoofing, in which the UAV detects whether a GPS spoofing attack is performed using the strength of a signal and GPS information transmitted by an IoT device located on the ground. will be.
또한, GPS 스푸핑 공격 감지시 연합학습을 이용하여 공격당한 UAV의 경로 이탈을 방지하고 실제 위치로 이동하도록 제어하는 GPS 스푸핑 방지를 위한 UAV 관제 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a UAV control system and method for preventing GPS spoofing that prevent the attacked UAV from deviate from a path and move to an actual location using federated learning when detecting a GPS spoofing attack.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 GPS 스푸핑 방지를 위한 UAV 관제 시스템은, 지상에 위치하여 설정 주기 간격으로 센싱한 감시 정보와 GPS 정보가 포함된 데이터를 설정 시간 간격으로 전송하는 복수의 IoT 기기; 복수로 구비되어 비행경로에 따라 각자 비행하고, 상기 복수의 IoT 기기로부터 전송되는 상기 데이터를 이용하여 해당 IoT 기기와의 거리 차를 계산하고, 계산된 거리 차와 해당 데이터의 송신 신호의 세기를 데이터 세트에 저장하며, 상기 데이터 세트를 이용하여 GPS 스푸핑(spoofing) 공격 여부를 판단하고, 상기 데이터 세트를 학습하여 목적지를 예측하는 학습 모델을 생성하는 UAV; 및 각 UAV에서 생성된 학습 모델들의 파라미터 집합을 이용하여 통합 생성된 연합학습 모델을 상기 복수의 UAV에 각각 전달하는 관제서버 포함한다.In order to achieve this technical problem, the UAV control system for preventing GPS spoofing according to an embodiment of the present invention is a plurality of transmitting data including monitoring information and GPS information sensed at a set period interval and located on the ground at a set time interval. IoT devices; It is provided in plurality and each flies according to the flight path, calculates the distance difference with the corresponding IoT device using the data transmitted from the plurality of IoT devices, and calculates the calculated distance difference and the strength of the transmitted signal of the data as data a UAV that stores in a set, determines whether a GPS spoofing attack is performed using the data set, and generates a learning model for predicting a destination by learning the data set; and a control server that transmits the federated learning model integratedly generated by using the parameter set of the learning models generated in each UAV to the plurality of UAVs, respectively.
이때, 상기 UAV는 GPS 스푸핑 공격을 당한 것으로 판단되면, 상기 연합학습 모델에 의해 예측된 목적지 위치로 이동할 수 있다.At this time, if it is determined that the UAV has been subjected to a GPS spoofing attack, it may move to a destination location predicted by the federated learning model.
또한, 상기 UAV는 데이터를 전송한 IoT 기기와의 거리와 해당 데이터의 송신 신호의 세기를 이용하여 상기 GPS 스푸핑 공격 여부를 판단하되, 현재 GPS 위치 값과 상기 데이터의 GPS 정보에 포함된 위치 값을 이용하여 해당 IoT 기기와의 거리 차를 계산하고, 상기 데이터의 송신 신호의 세기가 상기 계산된 거리 차에 대응하는 정상 신호의 세기에 대한 오차 범위를 벗어나는 것으로 판단되는 IoT 기기의 수를 카운트하여, 상기 오차 범위를 벗어나는 IoT 기기 수가 해당 UAV에 데이터를 전송한 IoT 기기 수의 과반수 이상인 경우 해당 UAV가 GPS 스푸핑 공격을 당한 것으로 판단할 수 있다.In addition, the UAV determines whether the GPS spoofing attack occurs using the distance to the IoT device that has transmitted data and the strength of the transmitted signal of the data, but the current GPS location value and the location value included in the GPS information of the data The distance difference with the corresponding IoT device is calculated using the count, and the number of IoT devices for which the strength of the transmitted signal of the data is determined to be outside the error range for the strength of the normal signal corresponding to the calculated distance difference is counted, If the number of IoT devices out of the above error range is more than half of the number of IoT devices that have transmitted data to the corresponding UAV, it may be determined that the corresponding UAV has been subjected to a GPS spoofing attack.
또한, 상기 UAV는 상기 IoT 기기로부터 전송된 데이터의 수신이 완료되면, 상기 IoT 기기가 통신을 시작할 때 송신했던 데이터의 크기와 실제 수신된 데이터의 크기를 이용하여 계산된 임무 수행률을 상기 데이터 세트에 더 저장할 수 있다.In addition, when the reception of the data transmitted from the IoT device is completed, the UAV calculates the task performance rate calculated using the size of data transmitted when the IoT device starts communication and the size of the actually received data in the data set. more can be stored in
또한, 상기 학습 모델은 상기 데이터 세트에 저장된 임무 수행률을 이용하여 손실 함수를 최소화할 수 있는 지역 가중치 집합을 반복 계산하여 데이터 수집률이 최대가 되는 목적지를 예측하도록 학습할 수 있다.In addition, the learning model can learn to predict a destination with a maximum data collection rate by iteratively calculating a local weight set capable of minimizing a loss function using the task performance rate stored in the data set.
또한, 상기 관제서버는 UAV 각각의 학습 모델 파라미터 집합인 지역 가중치 집합을 이용하여 다음의 수학식에 의해 전역 가중치를 계산하여 상기 연합학습 모델을 생성할 수 있다.In addition, the control server may generate the federated learning model by calculating global weights by the following equation using a local weight set that is a learning model parameter set of each UAV.
여기서, GW는 전역 가중치, u는 UAV, n, N은 UAV의 개수, LWu는 지역 가중치 집합이다.Here, GW is a global weight, u is a UAV, n and N are the number of UAVs, and LW u is a set of local weights.
또한, 상기 UAV는 상기 목적지 위치로 이동한 후, 현재 위치를 상기 연합학습 모델에 의해 예측된 목적지 위치로 재설정하여 정상 비행경로를 따라 비행할 수 있다.In addition, the UAV can fly along a normal flight path by resetting the current location to the destination location predicted by the federated learning model after moving to the destination location.
또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 GPS 스푸핑 방지를 위한 UAV 관제 방법은, 지상에 위치하는 복수의 IoT 기기가 설정 주기 간격으로 센싱한 감시 정보와 GPS 정보가 포함된 데이터를 설정 시간 간격으로 UAV에 각각 전송하는 단계; 복수로 구비되어 비행경로에 따라 각자 비행하는 UAV가 상기 복수의 IoT 기기로부터 전송되는 상기 데이터를 이용하여 해당 IoT 기기와의 거리 차를 계산하고, 계산된 거리 차와 해당 데이터의 송신 신호의 세기를 데이터 세트에 저장하는 단계; 상기 UAV가 상기 데이터 세트를 학습하여 목적지를 예측하는 학습 모델을 생성하는 단계; 관제서버가 각 UAV에서 생성된 학습 모델들의 파라미터 집합을 이용하여 통합 생성된 연합학습 모델을 상기 복수의 UAV에 각각 전달하는 단계; 상기 UAV가 상기 데이터 세트를 이용하여 GPS 스푸핑 공격 여부를 판단하는 단계; 및 상기 판단 결과 상기 UAV가 GPS 스푸핑 공격을 당한 것으로 판단되면, 상기 연합학습 모델에 의해 예측된 목적지 위치로 이동하는 단계를 포함한다.In addition, in the UAV control method for preventing GPS spoofing according to another embodiment of the present invention, data including monitoring information and GPS information sensed by a plurality of IoT devices located on the ground at a set period interval and data including GPS information are transmitted to the UAV at a set time interval. sending each to A plurality of UAVs, each flying according to a flight path, calculate a distance difference with a corresponding IoT device using the data transmitted from the plurality of IoT devices, and calculate the distance between the calculated distance difference and the strength of a transmission signal of the corresponding data. storing in a data set; generating, by the UAV, a learning model for predicting a destination by learning the data set; transmitting, by a control server, a federated learning model integratedly generated using a parameter set of learning models generated in each UAV to the plurality of UAVs, respectively; determining, by the UAV, whether a GPS spoofing attack is performed using the data set; and if it is determined that the UAV has been subjected to a GPS spoofing attack as a result of the determination, moving to a destination location predicted by the federated learning model.
또한, 상기 GPS 스푸핑 공격 여부를 판단하는 단계는 데이터를 전송한 IoT 기기와의 거리와 해당 데이터의 송신 신호의 세기를 이용하여 상기 GPS 스푸핑 공격 여부를 판단하되, 현재 GPS 위치 값과 상기 데이터의 GPS 정보에 포함된 위치 값을 이용하여 해당 IoT 기기와의 거리 차를 계산하고, 상기 데이터의 송신 신호의 세기가 상기 계산된 거리 차에 대응하는 정상 신호의 세기에 대한 오차 범위를 벗어나는 것으로 판단되는 IoT 기기의 수를 카운트하여, 상기 오차 범위를 벗어나는 IoT 기기 수가 해당 UAV에 데이터를 전송한 IoT 기기 수의 과반수 이상인 경우 해당 UAV가 GPS 스푸핑 공격을 당한 것으로 판단할 수 있다.In addition, the step of determining whether the GPS spoofing attack is performed is to determine whether the GPS spoofing attack has occurred using the distance to the IoT device that has transmitted the data and the strength of the transmitted signal of the data, but the current GPS location value and the GPS of the data IoT in which the distance difference with the corresponding IoT device is calculated using the location value included in the information, and the intensity of the transmitted signal of the data is determined to be outside the error range for the intensity of the normal signal corresponding to the calculated distance difference If the number of devices is counted, and the number of IoT devices out of the error range is more than half of the number of IoT devices that have transmitted data to the corresponding UAV, it may be determined that the corresponding UAV has been subjected to a GPS spoofing attack.
또한, 상기 데이터 세트에 저장하는 단계는 상기 IoT 기기로부터 전송된 데이터의 수신이 완료되면, 상기 IoT 기기가 통신을 시작할 때 송신했던 데이터의 크기와 실제 수신된 데이터의 크기를 이용하여 계산된 임무 수행률을 상기 데이터 세트에 더 저장할 수 있다.In addition, in the storing in the data set, when the reception of the data transmitted from the IoT device is completed, the task calculated using the size of the data transmitted when the IoT device starts communication and the size of the actually received data is performed. rate may be further stored in the data set.
또한, 상기 학습 모델을 생성하는 단계는 상기 데이터 세트에 저장된 임무 수행률을 이용하여 손실 함수를 최소화할 수 있는 지역 가중치 집합을 반복 계산하여 데이터 수집률이 최대가 되는 목적지를 예측하도록 학습하여 생성할 수 있다.In addition, the step of generating the learning model can be generated by learning to predict the destination where the data collection rate is the maximum by iteratively calculating the local weight set that can minimize the loss function using the task performance rate stored in the data set. can
또한, 상기 관제서버는 UAV 각각의 학습 모델 파라미터 집합인 지역 가중치 집합을 이용하여 다음의 수학식에 의해 전역 가중치를 계산하여 상기 연합학습 모델을 생성할 수 있다.In addition, the control server may generate the federated learning model by calculating global weights by the following equation using a local weight set that is a learning model parameter set of each UAV.
여기서, GW는 전역 가중치, u는 UAV, n, N은 UAV의 개수, LWu는 지역 가중치 집합이다.Here, GW is a global weight, u is a UAV, n and N are the number of UAVs, and LW u is a set of local weights.
또한, 상기 UAV가 상기 목적지 위치로 이동한 후 현재 위치를 상기 연합학습 모델에 의해 예측된 목적지 위치로 재설정하여 정상 비행경로를 따라 비행하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, after the UAV moves to the destination location, resetting the current location to the destination location predicted by the federated learning model may further include the step of flying along a normal flight path.
이와 같이 본 발명에 따르면, UAV가 지상에 위치한 IoT 기기가 송신하는 거리에 따른 신호 세기와 GPS 신호에 따른 위치의 차이를 계산하는 방식으로 GPS 스푸핑 공격 여부를 탐지하도록 함으로써 GPS 스푸핑 공격 탐지를 위한 계산 과정을 간소화할 수 있어 UAV의 자원을 효율적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, the UAV detects whether a GPS spoofing attack exists by calculating the difference between the signal strength according to the distance transmitted by the IoT device located on the ground and the position according to the GPS signal. Since the process can be simplified, there is an effect that UAV resources can be used efficiently.
또한 본 발명에 따르면, GPS 스푸핑 공격을 탐지하면 실제 위치를 계산하여 UAV의 경로를 재설정함으로써 UAV의 재난 재해 감시 데이터 수집 임무 수행이 원활하게 이루어지도록 할 수 있어 UAV의 임무 수행률을 향상시킬 수 있다.In addition, according to the present invention, when a GPS spoofing attack is detected, the UAV's mission performance rate can be improved by calculating the actual location and resetting the UAV's route so that the UAV's disaster monitoring data collection mission can be smoothly performed. .
또한 본 발명에 따르면, GPS 스푸핑 공격 시 실제 위치를 계산하기 위한 학습 기법으로 각 UAV가 학습한 뒤 출발 및 도착 지점에 위치한 관리 기관에서 학습 내용을 교환하는 연합학습을 적용함으로써 중간 기지국마다 학습 내용을 교환하는 방식에 비해 통신 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 저장 공간이 제한적인 UAV의 자원을 효율적으로 사용할 수 있도록 하고 정확도를 향상시켜 UAV의 경로 이탈을 방지하는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, each UAV learns as a learning technique for calculating the actual location during a GPS spoofing attack, and then learns the learning contents for each intermediate base station by applying the federated learning that exchanges the learning contents at the management institution located at the departure and arrival points. Compared to the exchange method, communication cost can be reduced, and UAV resources with limited storage space can be efficiently used, and accuracy is improved to prevent the UAV from straying from the path.
또한 본 발명에 따르면, UAV 기반 시스템에서 발생하는 보안 문제를 해결할 수 있어 더욱 안정적인 시스템을 구축할 수 있어 재난 재해 감시 시스템 뿐만 아니라 다양한 UAV 기반 시스템에 적용할 수 있을 것으로 예상되어 수익 창출의 효과가 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to solve the security problem occurring in the UAV-based system, so that a more stable system can be built, so it is expected that it can be applied to various UAV-based systems as well as the disaster and disaster monitoring system. .
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 GPS 스푸핑 방지를 위한 UAV 관제 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 GPS 스푸핑 방지를 위한 UAV 관제 시스템을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 GPS 스푸핑 방지를 위한 UAV 관제 방법의 동작 흐름을 도시한 순서도이다.1 is a block diagram illustrating a UAV control system for preventing GPS spoofing according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a UAV control system for preventing GPS spoofing according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating an operation flow of a UAV control method for preventing GPS spoofing according to an embodiment of the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this process, the thickness of the lines or the size of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation.
또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In addition, the terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to intentions or customs of users and operators. Therefore, definitions of these terms should be made based on the content throughout this specification.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
먼저, 도 1 및 도 2를 통해 본 발명의 실시 예에 따른 GPS 스푸핑 방지를 위한 UAV 관제 시스템에 대하여 설명한다.First, a UAV control system for preventing GPS spoofing according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 .
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 GPS 스푸핑 방지를 위한 UAV 관제 시스템을 나타낸 구성도이다.1 is a block diagram illustrating a UAV control system for preventing GPS spoofing according to an embodiment of the present invention.
도 1에서와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 GPS 스푸핑 방지를 위한 UAV 관제 시스템은, IoT 기기(100), UAV(200) 및 관제서버(300)를 포함한다.As shown in FIG. 1 , the UAV control system for preventing GPS spoofing according to an embodiment of the present invention includes an
먼저, IoT 기기(100)는 데이터를 실시간으로 주고받을 수 있는 센서(110)가 부착되어 복수개 구비되고, 지상에 위치하여 설정 주기 간격으로 센싱한 감시 정보와 GPS 정보가 포함된 데이터를 설정 시간 간격으로 UAV(200)에 전송한다.First, the
이때, IoT 기기(100)는 사용자의 태블릿, 스마트폰, 스마트 워치, 노트북 등일 수 있으며, 디바이스(device), 기구(apparatus), 단말(terminal), UE(user equipment), MS(mobile station), 무선기기(wireless device), 휴대기기(handheld device) 등 다른 용어로 불릴 수도 있다.In this case, the
IoT는 사물과 그에 부착된 센서를 통해 실시간으로 데이터를 주고받고 이용할 수 있는 기술이나 환경을 말한다. IoT 환경에 기반한 IoT 서비스는 인간의 조작이 필요하지 않고, 사물 간의 인터넷 통신과 정보 교환이 가능하다는 특징이 있다.IoT refers to a technology or environment in which data can be exchanged and used in real time through objects and sensors attached to them. IoT services based on the IoT environment do not require human manipulation and have the characteristics of enabling Internet communication and information exchange between objects.
그리고 UAV(200)는 복수로 구비되어 비행경로에 따라 각자 비행하고, 복수의 IoT 기기(100)로부터 전송되는 데이터를 이용하여 해당 IoT 기기(100)와의 거리 차를 계산하여, 계산된 거리 차와 해당 데이터의 송신 신호의 세기를 데이터 세트 (Data Set)에 저장한다.In addition, a plurality of
이때, UAV(200)는 IoT 기기(100)로부터 전송된 데이터의 수신이 완료되면, 해당 IoT 기기(100)가 통신을 시작할 때 송신했던 데이터의 크기와 실제 수신된 데이터의 크기를 이용하여 계산된 임무 수행률을 데이터 세트에 더 저장할 수 있다.At this time, when the reception of the data transmitted from the
또한, UAV(200)는 데이터 세트를 이용하여 GPS 스푸핑(spoofing) 공격 여부를 판단하고, 데이터 세트를 학습하여 목적지를 예측하는 학습 모델을 생성한다.In addition, the
자세히는, UAV(200)는 데이터를 전송한 IoT 기기(100)와의 거리와 해당 데이터의 송신 신호의 세기를 이용하여 GPS 스푸핑 공격 여부를 판단한다.In detail, the
더욱 자세히는, UAV(200)는 내장된 GPS 모듈(210)에 의해 센싱된 현재 GPS 위치 값과 IoT 기기(100)로부터 전송된 데이터의 GPS 정보에 포함된 위치 값을 이용하여 해당 IoT 기기(100)와의 거리 차를 계산하고, IoT 기기(100)로부터 전송된 데이터의 송신 신호의 세기가 계산된 거리 차에 대응하는 정상 신호의 세기에 대한 오차 범위를 벗어나는 것으로 판단되는 IoT 기기(100)의 수를 카운트하여, 오차 범위를 벗어나는 IoT 기기(100)의 수가 해당 UAV(200)에 데이터를 전송한 IoT 기기(100) 수의 과반수 이상인 경우 해당 UAV(200)가 GPS 스푸핑 공격을 당한 것으로 판단한다.In more detail, the
본 발명의 실시 예에서 UAV(200)는 통신 대상 간의 거리가 가까울수록 높은 신호 세기를 가진다는 특성을 이용하여 GPS 스푸핑 공격 여부를 판단한다.In an embodiment of the present invention, the
즉, IoT 기기(100)와 UAV(200)의 GPS 위치 값을 기반으로 거리에 따른 신호 세기를 비교하면 UAV(200)가 스푸핑 공격 타겟이 되었는지 판단할 수 있다.That is, by comparing signal strengths according to distances based on the GPS position values of the
여기서 GPS 스푸핑 공격은 GPS 신호 수신자에게 거짓 GPS 위치 신호를 전송하여 수신자가 실제 GPS 위치 값을 상실하게 하는 공격을 의미한다. 자세히는, 공격자는 실제 GPS 신호를 탈취하여 위조된 복제 신호를 만드는데, GPS 신호는 GPS 신호를 송신하는 위성과 수신하는 UAV(200) 사이의 거리가 멀어질수록 약해진다.Here, the GPS spoofing attack means an attack that transmits a false GPS location signal to a GPS signal receiver and causes the receiver to lose an actual GPS location value. Specifically, an attacker steals a real GPS signal and creates a forged copy signal, and the GPS signal becomes weaker as the distance between the satellite transmitting the GPS signal and the
따라서 공격자가 조작한 거짓 신호를 GPS 위성의 정상적인 신호보다 높은 세기로 전송하면 주파수가 위변조되어 UAV(200)는 오차가 인가된 위치 정보를 생성한다. 결과적으로 UAV(200)가 계산한 위치 정보가 변경됨에 따라 공격자가 원하는 항로로 유도되거나 장애물과의 충돌로 인해 추락할 수도 있다.Therefore, when a false signal manipulated by an attacker is transmitted with a higher strength than the normal signal of the GPS satellite, the frequency is forged and modulated, and the
또한, UAV(200)는 데이터 세트에 저장된 임무 수행률을 이용하여 손실 함수를 최소화할 수 있는 지역 가중치 집합을 반복 계산하여 데이터 수집률이 최대가 되는 목적지를 예측하도록 학습 모델을 학습한다.In addition, the
마지막으로 관제서버(300)는 각 UAV(200)에서 생성된 학습 모델들의 파라미터 집합을 이용하여 통합 생성된 연합학습 모델을 복수의 UAV(200)에 각각 전달한다. 이때, 관제서버(300)는 UAV(200)가 이착륙하는 지점, 즉 UAV 비행장에 위치하며 복수의 UAV(200)와 통신하는 기지국일 수도 있다.Finally, the
여기서, 연합학습은 분산학습의 일종으로 데이터 세트를 교환하지 않고 동일한 학습 모델을 각각의 참여 노드에서 발생하는 데이터를 이용해 학습하는 기법이다. 심층학습에서 학습 모델의 예측 정확도는 다양한 데이터를 이용해 학습할수록 높아지게 되므로 연합학습은 학습 성능 향상을 위해 전체 노드의 데이터를 학습 모델에 반영할 수 있도록 모델을 하나로 통합하고 재분배하여 다시 학습하는 과정을 진행한다. 이때, 모델을 하나로 통합하기 위해 데이터 세트가 아니라 모델의 파라미터만을 교환하기 때문에 데이터의 보안성을 높일 뿐만 아니라 학습 정확도 향상을 달성할 수 있다는 장점이 있다. 또한 중앙집중식 모델 학습 방법보다 상대적으로 계산 부담이 적어 저장 장치와 계산 비용이 제한적인 IoT 기기(100)에서 적합한 학습 방법이다.Here, federated learning is a type of distributed learning, and is a technique for learning the same learning model using data generated from each participating node without exchanging data sets. In deep learning, the prediction accuracy of the learning model increases as it learns using a variety of data, so federated learning is a process of re-learning by integrating and redistributing the model so that the data of all nodes can be reflected in the learning model to improve learning performance. do. At this time, since only the parameters of the model are exchanged, not the data set, in order to integrate the models into one, there is an advantage in that it is possible to not only increase the security of the data but also to improve the learning accuracy. In addition, it is a learning method suitable for the
본 발명의 실시 예에서 관제서버(300)는 UAV(200) 각각의 학습 모델 파라미터 집합인 지역 가중치 집합을 이용하여 다음의 수학식 1에 의해 전역 가중치를 계산하여 연합학습 모델을 생성한다.In an embodiment of the present invention, the
여기서, GW는 전역 가중치, u는 UAV, n, N은 UAV의 개수, LWu는 지역 가중치 집합이다.Here, GW is a global weight, u is a UAV, n and N are the number of UAVs, and LW u is a set of local weights.
따라서, UAV(200)는 GPS 스푸핑 공격을 당한 것으로 판단되면, 관제서버(300)로부터 전달된 연합학습 모델에 의해 예측된 목적지 위치로 이동한다.Therefore, when it is determined that the
또한, UAV(200)는 목적지 위치로 이동한 후, 현재 위치를 연합학습 모델에 의해 예측된 목적지 위치로 재설정하여 정상 비행경로를 따라 비행한다.In addition, after moving to the destination location, the
이하에서는 도 2를 참고하여 GPS 스푸핑 방지를 위한 UAV 관제 시스템을 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, a UAV control system for preventing GPS spoofing will be described in more detail with reference to FIG. 2 .
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 GPS 스푸핑 방지를 위한 UAV 관제 시스템을 설명하기 위해 도시한 도면이다.2 is a diagram illustrating a UAV control system for preventing GPS spoofing according to an embodiment of the present invention.
도 2에 나타낸 바와 같이, GPS 스푸핑 방지를 위한 UAV 관제 시스템은 항공을 주행하는 UAV(200) 그룹 U와, 지상에서 환경을 감지하는 IoT 기기(100) 그룹 I로 이루어져 있다. 이때, U는 UAV(200)의 개수가 n이라고 할 때 이며, un의 현재 위치(Current Position)는 로 나타낼 수 있다.As shown in FIG. 2 , the UAV control system for preventing GPS spoofing consists of a
재난 재해 감시 시스템에서 I는 설정 주기 동안 데이터를 측정하므로 설정 시간(t)마다 측정한 데이터를 전송하는 I는 고정적이다. 따라서 출발 지점(Start Position, S)에 위치한 관제서버(300)는 비행 시작 시각(ts)부터 비행 종료 시각(te) 구간 동안 데이터를 전송할 I의 데이터를 모두 수집할 수 있도록 위치, 속도, 방향과 같은 항법 정보를 기반으로 최적의 비행경로(Path, P)를 설정한다.In the disaster monitoring system, I measures data during a set period, so I, which transmits the measured data every set time (t), is fixed. Therefore, the
이때, P는 UAV(200)가 비행해야 하는 l개의 목적지 위치(Destination Position, DP) 집합()을 포함하고 있다. 목적지 위치(DP)는 k-means 알고리즘을 이용하여 설정 시간(t)에 데이터를 송신하는 l의 데이터를 효율적으로 수집할 수 있도록 클러스터링하여 UAV(200)들의 비행경로(P)에 포함한다. At this time, P is a set of l destination positions (Destination Position, DP) to which the
이때, 비행경로(P)의 l번째 목적지 위치(DP)에서 n번 UAV(un)가 데이터를 수집하기 위해 클러스터링된 IoT 기기(100)의 개수가 m개라고 할 때, 로 나타낼 수 있으며, 이때 의 위치는 으로 표현한다. 또한 i가 전송하는 신호의 세기(Signal Strength)는 로 표현한다.At this time, when the number of
다음의 표 1은 본 발명의 실시 예에 따른 주요 기호를 설명한 것이다.Table 1 below describes main symbols according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 도 3을 통해 본 발명의 실시 예에 따른 GPS 스푸핑 방지를 위한 UAV 관제 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a UAV control method for preventing GPS spoofing according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3 .
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 GPS 스푸핑 방지를 위한 UAV 관제 방법의 동작 흐름을 도시한 순서도로서, 이를 참조하여 본 발명의 구체적인 동작을 설명한다.3 is a flowchart illustrating an operation flow of a UAV control method for preventing GPS spoofing according to an embodiment of the present invention. A detailed operation of the present invention will be described with reference to this.
본 발명의 실시 예에 따르면 먼저, 지상에 위치하는 복수의 IoT 기기(100)가 설정 주기 간격으로 센싱한 감시 정보와 GPS 정보가 포함된 데이터를 설정 시간 간격으로 UAV(200)에 각각 전송한다(S10).According to an embodiment of the present invention, first, a plurality of
그 다음, 복수로 구비되어 비행경로에 따라 각자 비행하는 UAV(200)가 S10 단계에서 전송되는 데이터를 이용하여 해당 IoT 기기(100)와의 거리 차를 계산하고, 계산된 거리 차와 해당 데이터의 송신 신호의 세기를 데이터 세트에 저장한다(S20).Then, a plurality of
S20 단계를 자세히 설명하자면, UAV(20)는 공격 탐지 및 방어를 위해 비행하는 동안 IoT 기기(100) 간의 거리와 송신 신호의 세기 간 관계를 파악하기 위한 데이터를 저장한다. 이때 UAV(200, un)는 UAV(200)의 현재 위치(CPu)와 해당 UAV(200)로 데이터를 송신하는 IoT 기기(100)들의 GPS 위치 정보 집합(IPl nm)들의 거리를 계산한다. 그리고 계산된 거리를 송신 신호의 세기(SSl nm)와 함께 데이터 세트(DSu)에 저장한다.To describe step S20 in detail, the UAV 20 stores data for understanding the relationship between the distance between the
또한, UAV(200)는 IoT 기기(100)로부터 전송된 데이터의 수신이 완료되면, IoT 기기(100)가 통신을 시작할 때 송신했던 데이터의 크기와 실제 수신된 데이터의 크기를 이용하여 계산된 임무 수행률을 데이터 세트에 더 저장할 수도 있다.In addition, when the reception of data transmitted from the
즉, DPl을 예측하기 위해서는 송신 신호의 세기가 정상 범위인지 판단하기 위해 UAV(200)의 임무 수행률(Complete Rate)을 계산해야 한다. 따라서 Il u로 부터 데이터 수신이 종료되었을 때 Il u가 UAV(200)와 통신을 시작할 때 송신했던 전송할 데이터의 크기와 수신된 데이터의 크기를 이용하여 임무 수행률을 계산하고, 데이터 세트(DSu)에 저장한다. 결과적으로 UAV(200)가 비행하는 동안 공격을 탐지하기 위해 에 대한 데이터를 저장한다.That is, in order to predict DP 1 , it is necessary to calculate the complete rate of the
그 다음, UAV(200)가 S20 단계에서 저장한 데이터 세트를 학습하여 목적지를 예측하는 학습 모델을 생성한다(S30).Then, the
자세히는, 데이터 세트에 저장된 임무 수행률을 이용하여 손실 함수(Loss Function, L)를 최소화할 수 있는 지역 가중치(Local Weight) 집합(LWu)을 반복 계산하여 데이터 수집률이 최대가 되는 목적지를 예측하도록 학습하여 학습 모델을 생성한다.In detail, by iteratively calculating a local weight set (LW u ) that can minimize the loss function (L) using the mission performance rate stored in the data set, the destination where the data collection rate is maximized is determined. It learns to predict and creates a learning model.
그 다음, UAV(200)가 S30 단계에서 생성한 학습 모델을 관제서버(300)로 전달한다(S40).Then, the
그 다음, 관제서버(300)가 각 UAV(200)에서 생성된 학습 모델들의 파라미터 집합을 이용하여 연합학습 모델을 생성한다(S50).Next, the
자세히는, 관제서버(300)가 UAV(200) 각각의 학습 모델 파라미터 집합인 지역 가중치 집합(LWu)을 이용하여 상술한 수학식 1에 의해 전역 가중치(Global Weight, GW)를 계산하여 연합학습 모델을 생성한다. In detail, the
그 다음, 관제서버(300)가 S50 단계에서 생성한 연합학습 모델을 복수의 UAV(200)에 각각 전달한다(S60).Next, the
그 다음, UAV(200)가 S20 단계에서 저장한 데이터 세트를 이용하여 GPS 스푸핑 공격 여부를 판단한다(S70).Next, the
자세히는, S70 단계에서 UAV(200)는 내장된 GPS 모듈(210)에 의해 센싱된 현재 GPS 위치 값과 IoT 기기(100)로부터 전송된 데이터의 GPS 정보에 포함된 위치 값을 이용하여 해당 IoT 기기(100)와의 거리 차를 계산하고, IoT 기기(100)로부터 전송된 데이터의 송신 신호의 세기가 계산된 거리 차에 대응하는 정상 신호의 세기에 대한 오차 범위를 벗어나는 것으로 판단되는 IoT 기기(100)의 수를 카운트하여, 오차 범위를 벗어나는 IoT 기기(100)의 수가 해당 UAV(200)에 데이터를 전송한 IoT 기기(100) 수의 과반수 이상인 경우 해당 UAV(200)가 GPS 스푸핑 공격을 당한 것으로 판단한다.Specifically, in step S70 , the
즉, 와 사이의 거리에 기대되는 신호의 세기보다 가 너무 크거나 작은 이상치를 가지면 가 잘못되었을 수 있다. 그러나 신호의 세기는 전파의 잡음 등 영향을 받는 다른 요소들이 존재하므로 하나의 값으로값이 오류라고 단정 지을 수는 없다. 따라서 거리에 따른 신호 세기의 오차 범위를 벗어나는 IoT 기기(100)가 과반수 이상이라면 UAV(200)는 값의 오류로 판단하여 GPS 스푸핑 공격을 당한 것으로 판단한다.in other words, Wow than the expected signal strength for the distance between has outliers that are too large or too small may be wrong However, the signal strength is a single value because there are other factors that are affected, such as radio wave noise. It cannot be concluded that the value is an error. Therefore, if more than half of the
S70 단계의 판단 결과 UAV(200)가 GPS 스푸핑 공격을 당한 것으로 판단되면, S60 단계에서 전달받은 연합학습 모델에 의해 예측된 목적지 위치로 이동한다(S80).If it is determined that the
마지막으로 UAV(200)가 연합학습 모델에 의해 예측된 목적지 위치로 이동한 후, 현재 위치를 연합학습 모델에 의해 예측된 목적지 위치로 재설정하여 정상 비행경로를 따라 비행한다(S90).Finally, after the
즉, 현재 위치 는 거짓 정보이므로 의 상대적인 위치를 계산한 또한 이상 수치이다. 따라서 UAV(200)는 이동 후 를 원래의 로 재설정한 후 정상 경로(P)를 따라 비행을 진행한다.i.e. current location is false information calculated the relative position of It is also an abnormal number. Therefore, the
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 GPS 스푸핑 방지를 위한 UAV 관제 시스템 및 그 방법은 UAV가 지상에 위치한 IoT 기기가 송신하는 거리에 따른 신호 세기와 GPS 신호에 따른 위치의 차이를 계산하는 방식으로 GPS 스푸핑 공격 여부를 탐지하도록 함으로써 GPS 스푸핑 공격 탐지를 위한 계산 과정을 간소화할 수 있어 UAV의 자원을 효율적으로 사용할 수 있다.As described above, the UAV control system and method for preventing GPS spoofing according to an embodiment of the present invention calculates the difference between the signal strength according to the distance transmitted by the IoT device located on the ground and the position according to the GPS signal of the UAV. By detecting the presence of GPS spoofing attacks in this way, the calculation process for detecting GPS spoofing attacks can be simplified, so that UAV resources can be used efficiently.
또한 본 발명의 실시 예에 따르면, GPS 스푸핑 공격을 탐지하면 실제 위치를 계산하여 UAV의 경로를 재설정함으로써 UAV의 재난 재해 감시 데이터 수집 임무 수행이 원활하게 이루어지도록 할 수 있어 UAV의 임무 수행률을 향상시킬 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, when a GPS spoofing attack is detected, the actual location is calculated and the UAV's route is reset, so that the UAV's disaster monitoring data collection mission can be smoothly performed, thereby improving the mission performance of the UAV. can do it
또한 본 발명의 실시 예에 따르면, GPS 스푸핑 공격 시 실제 위치를 계산하기 위한 학습 기법으로 각 UAV가 학습한 뒤 출발 및 도착 지점에 위치한 관리 기관에서 학습 내용을 교환하는 연합학습을 적용함으로써 중간 기지국마다 학습 내용을 교환하는 방식에 비해 통신 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 저장 공간이 제한적인 UAV의 자원을 효율적으로 사용할 수 있도록 하고 정확도를 향상시켜 UAV의 경로 이탈을 방지할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, each UAV learns as a learning technique for calculating the actual location in the case of a GPS spoofing attack, and by applying federated learning in which the learning contents are exchanged at the management institution located at the departure and arrival points, each intermediate base station Compared to the method of exchanging learning contents, communication cost can be reduced, and UAV resources, which have limited storage space, can be used efficiently and accuracy can be improved to prevent the UAV from straying from its path.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. will be. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the following claims.
100 : IoT 기기 110 : 센서
200 : UAV 210 : GPS 모듈
300 : 관제서버100: IoT device 110: sensor
200: UAV 210: GPS module
300: control server
Claims (12)
지상에 위치하여 설정 주기 간격으로 센싱한 감시 정보와 GPS 정보가 포함된 데이터를 설정 시간 간격으로 전송하는 복수의 IoT 기기;
복수로 구비되어 비행경로에 따라 각자 비행하고, 상기 복수의 IoT 기기로부터 전송되는 상기 데이터를 이용하여 해당 IoT 기기와의 거리 차를 계산하고, 계산된 거리 차와 해당 데이터의 송신 신호의 세기를 데이터 세트에 저장하며, 상기 데이터 세트를 이용하여 GPS 스푸핑(spoofing) 공격 여부를 판단하고, 상기 데이터 세트를 학습하여 목적지를 예측하는 학습 모델을 생성하는 UAV; 및
각 UAV에서 생성된 학습 모델들의 파라미터 집합을 이용하여 통합 생성된 연합학습 모델을 상기 복수의 UAV에 각각 전달하는 관제서버 포함하고,
상기 UAV는,
GPS 스푸핑 공격을 당한 것으로 판단되면, 상기 연합학습 모델에 의해 예측된 목적지 위치로 이동하는 UAV 관제 시스템.In the UAV control system for preventing GPS spoofing,
a plurality of IoT devices located on the ground and transmitting data including monitoring information and GPS information sensed at a set period interval at a set time interval;
It is provided in plurality and each flies according to the flight path, calculates the distance difference with the corresponding IoT device using the data transmitted from the plurality of IoT devices, and calculates the calculated distance difference and the strength of the transmitted signal of the data as data a UAV that stores in a set, determines whether a GPS spoofing attack is performed using the data set, and generates a learning model for predicting a destination by learning the data set; and
A control server that transmits the federated learning model integratedly generated by using the parameter set of the learning models generated in each UAV to the plurality of UAVs, respectively,
The UAV is
When it is determined that a GPS spoofing attack has occurred, the UAV control system moves to the destination location predicted by the federated learning model.
상기 UAV는,
데이터를 전송한 IoT 기기와의 거리와 해당 데이터의 송신 신호의 세기를 이용하여 상기 GPS 스푸핑 공격 여부를 판단하되,
현재 GPS 위치 값과 상기 데이터의 GPS 정보에 포함된 위치 값을 이용하여 해당 IoT 기기와의 거리 차를 계산하고, 상기 데이터의 송신 신호의 세기가 상기 계산된 거리 차에 대응하는 정상 신호의 세기에 대한 오차 범위를 벗어나는 것으로 판단되는 IoT 기기의 수를 카운트하여,
상기 오차 범위를 벗어나는 IoT 기기 수가 해당 UAV에 데이터를 전송한 IoT 기기 수의 과반수 이상인 경우 해당 UAV가 GPS 스푸핑 공격을 당한 것으로 판단하는 UAV 관제 시스템.According to claim 1,
The UAV is
The GPS spoofing attack is determined using the distance to the IoT device that has transmitted data and the strength of the transmitted signal of the data,
The distance difference with the corresponding IoT device is calculated using the current GPS position value and the position value included in the GPS information of the data, and the strength of the transmitted signal of the data is the strength of a normal signal corresponding to the calculated distance difference. By counting the number of IoT devices that are determined to be out of the error range,
A UAV control system that determines that the UAV has been subjected to a GPS spoofing attack if the number of IoT devices out of the above error range is more than half of the number of IoT devices that have transmitted data to the UAV.
상기 UAV는,
상기 IoT 기기로부터 전송된 데이터의 수신이 완료되면, 상기 IoT 기기가 통신을 시작할 때 송신했던 데이터의 크기와 실제 수신된 데이터의 크기를 이용하여 계산된 임무 수행률을 상기 데이터 세트에 더 저장하는 UAV 관제 시스템.According to claim 1,
The UAV is
When the reception of the data transmitted from the IoT device is completed, the UAV further stores the task performance rate calculated using the size of the data transmitted when the IoT device starts communication and the size of the actually received data in the data set control system.
상기 학습 모델은,
상기 데이터 세트에 저장된 임무 수행률을 이용하여 손실 함수를 최소화할 수 있는 지역 가중치 집합을 반복 계산하여 데이터 수집률이 최대가 되는 목적지를 예측하도록 학습하는 UAV 관제 시스템.4. The method of claim 3,
The learning model is
A UAV control system that learns to predict a destination with a maximum data collection rate by iteratively calculating a local weight set capable of minimizing a loss function using the mission performance rate stored in the data set.
상기 관제서버는,
UAV 각각의 학습 모델 파라미터 집합인 지역 가중치 집합을 이용하여 다음의 수학식에 의해 전역 가중치를 계산하여 상기 연합학습 모델을 생성하는 UAV 관제 시스템:
여기서, GW는 전역 가중치, u는 UAV, n, N은 UAV의 개수, LWu는 지역 가중치 집합이다.According to claim 1,
The control server is
A UAV control system that generates the federated learning model by calculating global weights by the following equation using a local weight set, which is a set of learning model parameters of each UAV:
Here, GW is a global weight, u is a UAV, n and N are the number of UAVs, and LW u is a set of local weights.
상기 UAV는,
상기 목적지 위치로 이동한 후, 현재 위치를 상기 연합학습 모델에 의해 예측된 목적지 위치로 재설정하여 정상 비행경로를 따라 비행하는 UAV 관제 시스템.According to claim 1,
The UAV is
After moving to the destination location, the current location is reset to the destination location predicted by the federated learning model, and the UAV control system flies along the normal flight path.
지상에 위치하는 복수의 IoT 기기가 설정 주기 간격으로 센싱한 감시 정보와 GPS 정보가 포함된 데이터를 설정 시간 간격으로 UAV에 각각 전송하는 단계;
복수로 구비되어 비행경로에 따라 각자 비행하는 UAV가 상기 복수의 IoT 기기로부터 전송되는 상기 데이터를 이용하여 해당 IoT 기기와의 거리 차를 계산하고, 계산된 거리 차와 해당 데이터의 송신 신호의 세기를 데이터 세트에 저장하는 단계;
상기 UAV가 상기 데이터 세트를 학습하여 목적지를 예측하는 학습 모델을 생성하는 단계;
관제서버가 각 UAV에서 생성된 학습 모델들의 파라미터 집합을 이용하여 통합 생성된 연합학습 모델을 상기 복수의 UAV에 각각 전달하는 단계;
상기 UAV가 상기 데이터 세트를 이용하여 GPS 스푸핑 공격 여부를 판단하는 단계; 및
상기 판단 결과 상기 UAV가 GPS 스푸핑 공격을 당한 것으로 판단되면, 상기 연합학습 모델에 의해 예측된 목적지 위치로 이동하는 단계를 포함하는 UAV 관제 방법.In the UAV control method performed by the UAV control system for preventing GPS spoofing,
transmitting data including monitoring information and GPS information sensed by a plurality of IoT devices located on the ground at a set period interval to the UAV at set time intervals, respectively;
A plurality of UAVs, each flying according to a flight path, calculate a distance difference with a corresponding IoT device using the data transmitted from the plurality of IoT devices, and calculate the distance between the calculated distance difference and the strength of a transmission signal of the corresponding data. storing in a data set;
generating, by the UAV, a learning model for predicting a destination by learning the data set;
transmitting, by a control server, a federated learning model integratedly generated using a parameter set of learning models generated in each UAV to the plurality of UAVs, respectively;
determining, by the UAV, whether a GPS spoofing attack is performed using the data set; and
When it is determined that the UAV has been subjected to a GPS spoofing attack as a result of the determination, the UAV control method comprising the step of moving to a destination location predicted by the joint learning model.
상기 GPS 스푸핑 공격 여부를 판단하는 단계는,
데이터를 전송한 IoT 기기와의 거리와 해당 데이터의 송신 신호의 세기를 이용하여 상기 GPS 스푸핑 공격 여부를 판단하되,
현재 GPS 위치 값과 상기 데이터의 GPS 정보에 포함된 위치 값을 이용하여 해당 IoT 기기와의 거리 차를 계산하고, 상기 데이터의 송신 신호의 세기가 상기 계산된 거리 차에 대응하는 정상 신호의 세기에 대한 오차 범위를 벗어나는 것으로 판단되는 IoT 기기의 수를 카운트하여,
상기 오차 범위를 벗어나는 IoT 기기 수가 해당 UAV에 데이터를 전송한 IoT 기기 수의 과반수 이상인 경우 해당 UAV가 GPS 스푸핑 공격을 당한 것으로 판단하는 UAV 관제 방법.8. The method of claim 7,
The step of determining whether the GPS spoofing attack is,
The GPS spoofing attack is determined using the distance to the IoT device that has transmitted data and the strength of the transmitted signal of the data,
The distance difference with the corresponding IoT device is calculated using the current GPS position value and the position value included in the GPS information of the data, and the strength of the transmitted signal of the data is the strength of a normal signal corresponding to the calculated distance difference. By counting the number of IoT devices that are determined to be out of the error range,
A UAV control method for determining that the UAV has been subjected to a GPS spoofing attack when the number of IoT devices out of the above error range is more than a majority of the number of IoT devices that have transmitted data to the UAV.
상기 데이터 세트에 저장하는 단계는,
상기 IoT 기기로부터 전송된 데이터의 수신이 완료되면, 상기 IoT 기기가 통신을 시작할 때 송신했던 데이터의 크기와 실제 수신된 데이터의 크기를 이용하여 계산된 임무 수행률을 상기 데이터 세트에 더 저장하는 UAV 관제 방법.8. The method of claim 7,
Storing the data set includes:
When the reception of the data transmitted from the IoT device is completed, the UAV further stores the task performance rate calculated using the size of the data transmitted when the IoT device starts communication and the size of the actually received data in the data set control method.
상기 학습 모델을 생성하는 단계는,
상기 데이터 세트에 저장된 임무 수행률을 이용하여 손실 함수를 최소화할 수 있는 지역 가중치 집합을 반복 계산하여 데이터 수집률이 최대가 되는 목적지를 예측하도록 학습하여 생성하는 UAV 관제 방법.10. The method of claim 9,
Creating the learning model comprises:
A UAV control method for generating and learning to predict a destination with a maximum data collection rate by iteratively calculating a regional weighting set capable of minimizing a loss function using the mission performance rate stored in the data set.
상기 관제서버는,
UAV 각각의 학습 모델 파라미터 집합인 지역 가중치 집합을 이용하여 다음의 수학식에 의해 전역 가중치를 계산하여 상기 연합학습 모델을 생성하는 UAV 관제 방법:
여기서, GW는 전역 가중치, u는 UAV, n, N은 UAV의 개수, LWu는 지역 가중치 집합이다.8. The method of claim 7,
The control server is
A UAV control method for generating the federated learning model by calculating global weights by the following equation using a local weight set, which is a set of learning model parameters for each UAV:
Here, GW is a global weight, u is a UAV, n and N are the number of UAVs, and LW u is a set of local weights.
상기 UAV가 상기 목적지 위치로 이동한 후 현재 위치를 상기 연합학습 모델에 의해 예측된 목적지 위치로 재설정하여 정상 비행경로를 따라 비행하는 단계를 더 포함하는 UAV 관제 방법.8. The method of claim 7,
After the UAV moves to the destination location, resetting the current location to the destination location predicted by the federated learning model, further comprising the step of flying along a normal flight path.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020210126242A KR102465550B1 (en) | 2021-09-24 | 2021-09-24 | Uav controlling system for defens against gps spoofing and method thereof |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020210126242A KR102465550B1 (en) | 2021-09-24 | 2021-09-24 | Uav controlling system for defens against gps spoofing and method thereof |
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Publication Number | Publication Date |
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KR102465550B1 true KR102465550B1 (en) | 2022-11-09 |
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ID=84040339
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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KR1020210126242A KR102465550B1 (en) | 2021-09-24 | 2021-09-24 | Uav controlling system for defens against gps spoofing and method thereof |
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KR (1) | KR102465550B1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101859424B1 (en) * | 2016-11-29 | 2018-05-21 | 한국항공우주연구원 | Jamming Estimation System and Method |
KR102163698B1 (en) * | 2019-12-13 | 2020-10-08 | 국방과학연구소 | Method for detecting GPS SPOOFING signal of small UAVs and apparatus thereof |
KR102169512B1 (en) * | 2019-05-30 | 2020-10-23 | 명지대학교 산학협력단 | Localization system and method using uav and rfid platform |
-
2021
- 2021-09-24 KR KR1020210126242A patent/KR102465550B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101859424B1 (en) * | 2016-11-29 | 2018-05-21 | 한국항공우주연구원 | Jamming Estimation System and Method |
KR102169512B1 (en) * | 2019-05-30 | 2020-10-23 | 명지대학교 산학협력단 | Localization system and method using uav and rfid platform |
KR102163698B1 (en) * | 2019-12-13 | 2020-10-08 | 국방과학연구소 | Method for detecting GPS SPOOFING signal of small UAVs and apparatus thereof |
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