6LoWPAN상에서 원격 업데이트를 위한 효율적인 코드 전파 기법

김일휴,차정우,김창훈,남인길,이채욱,Kim, Il-Hyu,Cha, Jung-Woo,Kim, Chang-Hoon,Nam, In-Gil,Lee, Chae-Wook 한국융합신호처리학회 2011 융합신호처리학회 논문지 (JISPS) Vol.12 No.2

IP기반 무선 센서네트워크 기술은 센서 노드를 인터넷망과 연동하여 다양한 정보를 수집/관리할 수 있음에도 불구하고 주로 제한된 환경에 설치되기 때문에 노드의 오작동이나 성능 개선이 필요한 경우 인위적인 소프트웨어 업데이트 및 업데이트된 노드의 상태를 파악하고 관리할 필요성이 있다. 소프트웨어 업데이트를 위해 필요한 코드 전파 기법은 매우 중요한 기술 중 하나로서, 본 논문에서는 6LoWPAN 프로토콜에서 제공하는 단편 패킷 전송 기법에 네트워크 코딩 기법을 적용한 새로운 업데이트 코드 전파 기법을 제안한다. 제안된 기법은 기존 단편 패킷 전송방식과 비교하여 패킷 전송의 횟수가 감소되었을 뿐만 아니라, 업데이트 코드 전파를 위한 신뢰성 보장, 전체 네트워크에서 전송에 따른 오버헤드 감소 효과를 보인다. 따라서 본 논문에서 제안한 6LoWPAN 프로토콜 상에서 코드 업데이트 전파 기법을 적용할 경우 속도, 에너지, 네트워크 혼잡도 측변에서 효율적인 업데이트를 수행할 수 있다. 뿐만 아니라 네트워크 코딩의 overhearing 문제점인 원본 데이터의 분실이나 데이터의 미 수신시 발생하는 디코딩 문제를 미리 정의된 메시지를 이용, 방지함으로써 신뢰성 있는 데이터 전송이 가능하다. In IP-based wireless sensor networks (WSNs), it might be necessary to distribute application updates to the sensor nodes in order to fix bugs or add new functionality. However, physical access to nodes is in many cases extremely limited following deployment. Therefore, network reprogramming protocols have recently emerged as a way to distribute application updates without requiring physical access to sensor nodes. In order to solve the network reprogramming problem over the air interface, this thesis presents a new scheme for new update code propagation using fragmentation scheme and network coding. The proposed code propagation method roughly shows reduced performance improvement in terms of the number of data exchange compared with the previously proposed pipelining scheme. Further, It is shows enhanced reliability for update code propagation and reduced overhead in terms of the number of data exchange. As a result, we can efficiently perform the software update from the viewpoint of speed, energy, and network congestion when the proposed code propagation system is applied. In addition, the proposed system solves overhearing problems of network coding such as the loss of original messages and decoding error using the predefined message. Therefore, our system allows a software update system to exchange reliable data in wireless sensor networks.

6LoWPAN을 위한 단편 패킷의 저전력 멀티홉 전송 기법

김일휴,남영진,김 창 훈 대구대학교 정보통신연구소 2010 情報通信硏究 Vol.7 No.1

The fragmentation and reassembly of IP data packet is one of the most important function in the 6LoWPAN based communication between Internet and wireless sensor network. However, since the 6LoWPAN determines the destination node with 16-bits or 64-bits address, it increases the number of fragmentation and reassembly. In order to reduce the number of fragmentation and reassembly, this paper presents a new scheme that can be applicable to 6LoWPAN. When a fragmented packet header is constructed, we can have more space for data. This is because we use 8-bits routing table ID instead of 16-bits or 64-bits MAC address to decide the destination node. Analysis shows that our design has roughly 7% or 22% less transmission number of fragmented packets, depending on MAC address size(16-bits or 64-bits), compared with the previously proposed scheme in RFC4944. The reduced fragmented packet transmission means a low power consumption since the packet transmission is the very high power function in wireless sensor networks. Therefore the presented fragmented transmission scheme is well suited for low-power wireless sensor networks. 6LoWPAN 프로토콜의 주요 기능 중 단편과 재조합의 기능은 무선 센서네트워크와 인터넷간의 데이터 전송을 가능하게 하는 가장 중요한 기능이다. 그러나 6LoWPAN에서는 IP 패킷의 단편화시 16-비트 혹은 64-비트의 주소로서 목적지를 판단하기 때문에 데이터 패킷을 위한 공간이 부족하여 단편 및 재조합의 횟수를 증가 시킨다. 본 논문에서는 6LoWPAN상에서 데이터의 단편 횟수를 줄일 수 있는 새로운 기법을 제안한다. 제안된 기법은 단편 패킷 헤더 구성 시 주소가 아닌 8-비트 라우팅 테이블 Id를 사용함으로써 데이터 저장을 위한 더 많은 공간을 확보 할 수 있다. UTRC-SN110 센서 노드를 이용한 실험 결과 기존 RFC4944에서 제안된 단편 패킷 전송 방식과 비교 분석한 결과 16-비트 주소방식보다 약 7%, 64-비트 주소방식보다 약 22%의 전송 횟수 감소를 보인다. 무선 센서노드에서 패킷의 전송은 많은 전력을 소모하기 때문에 패킷 전송횟수의 감소는 전력 소모량의 감소를 의미한다. 따라서 본 논문에서 제안한 단편 패킷 전송기법은 에너지 사용량이 중요한 무선 센서네트워크 응용에 적합하다 할 수 있다.

무선 센서네트워크상의 에너지 효율적인 데이터 전송 프로토콜

김일휴 ( Il Hyu Kim ),차정우 ( Jung Woo Cha ),김창훈 ( Chang Hoon Kim ),남인길 ( In Gil Nam ),박상호 ( Sang Ho Park ) 한국정보처리학회 2009 한국정보처리학회 학술대회논문집 Vol.16 No.1

기존에 제안된 클러스터 기반의 데이터 전송 프로토콜은 데이터 전송을 위해 헤더 노드가 존재하고 각 헤더노드는 데이터 전송을 위한 경로 정보를 유지해야 하기 때문에 전송할 데이터가 많아지면 저장해야 할 캐시도 증가하게 되고 데이터 전송 시 데이터 공고와 요구의 과정을 거쳐야 된다. 또한 LOAD(6LoWPAN Ad hoc Routing Protocol)에서는 데이터 전송 시 목적지에 대한 경로 정보를 획득 하는 작업과 획득한 경로를 테이블에 보관해야 하는 단점이 있다. 본 논문에서 제안된 데이터 전송 프로토콜은 데이터 전송 요구 시 목적지로 전송하기 위한 경로 정보의 획득이나 유지를 하지 않는다. 또한 노드들이 한번씩 데이터를 전송함으로써 노드의 전체적인 에너지 공평성과 효율성을 증가시키고, 전체네트워크의 수명을 연장 시킬 수 있다.

시각장애인을 위한 목적지 안내 지팡이 설계에 관한 연구

김일휴(Il Hyu Kim),차정우(Jung Woo Cha),김창훈(Chang Hoon Kim),권영직(Young-Jik Kwon) 한국멀티미디어학회 2008 한국멀티미디어학회 학술발표논문집 Vol.2008 No.1

시각장애인이 생활에서 느끼는 불편함은 여러 가지가 있지만 그 중 가장 심각한 것은 장애인 이동권이다. 이러한 시각장애인의 이동권을 보장하기 위해 정보통신 기술을 적용한 다양한 기기들이 개발되었다. 그러나 이러한 기기들은 대부분 로봇과 같은 장애인들이 휴대하기 힘든 고가의 기계 장비들이다. 본 논문에서는 시각장애인의 이동권 중 길안내를 돕기 위한 지능형 지팡이를 설계한다. 설계한 지팡이는 기존의 로봇에 기반한 길안내 시스템과 달리 무선 센서 네트워크 환경에서 전자 나침반을 이용한다. 즉, 무선 센서노드의 라우팅 및 방위각 정보와 전자 나침반의 방위각을 이용하여 시작 장애인을 목적지까지 유도한다. 따라서 본 논문에서 제안하는 길안내 장비는 시각장애인에게 친숙할 뿐만 아니라 높은 휴대성 및 저비용의 장점을 제공할 수 있다.

6LoWPAN상에서 네트워크 코딩 기법을 적용한 코드전파 기법

김일휴 ( Il-hyu Kim ),차정우 ( Jung-woo Cha ),김창훈 ( Chang-hoon Kim ),김동휘 ( Dong-whee Kim ),남인길 ( In-gil Nam ),이채욱 ( Chae-wook Lee ) 한국정보처리학회 2011 한국정보처리학회 학술대회논문집 Vol.18 No.1

IP기반 무선 센서네트워크 기술은 센서노드를 인터넷망과 연동하여 다양한 정보를 수집/관리할 수 있음에도 불구하고 주로 제한된 환경에 설치되기 때문에 노드의 오작동이나 성능 개선이 필요한 경우 인위적인 소프트웨어 업데이트 및 업데이트된 노드의 상태를 파악하고 관리할 필요성이 있다. 소프트웨어 업데이트를 위해 필요한 코드 전파 기법은 매우 중요한 기술 중 하나로서, 본 논문에서는 6LoWPAN 프로토콜에서 제공하는 단편 패킷 전송 기법에 네트워크 코딩 기법을 적용한 새로운 업데이트 코드 전파 기법을 제안한다. 제안된 기법은 기존 단편 패킷 전송방식과 비교하여 패킷 전송의 횟수가 감소되었을 뿐만 아니라, 업데이트 코드 전파를 위한 신뢰성 보장, 전체 네트워크에서 전송에 따른 오버헤드 감소 효과를 보인다. 따라서 본 논문에서 제안한 6LoWPAN 프로토콜상에서 코드업데이트 전파 기법을 적용할 경우 속도, 에너지, 네트워크 혼잡도 측면에서 효율적인 업데이트를 수행할 수 있다. 뿐만 아니라 네트워크 코딩의 overhearing 문제점인 원본 데이터의 분실이나 데이터 미 수신시 발생하는 디코딩문제를 미리 정의된 메시지를 이용, 방지함으로써 신뢰성 있는 데이터 전송이 가능하다.

저 전력 6LoWPAN 프로토콜 설계

김창훈,김일휴,차정우,남인길,이채욱,Kim, Chang-Hoon,Kim, Il-Hyu,Cha, Jung-Woo,Nam, In-Gil,Lee, Chae-Wook 한국융합신호처리학회 2011 융합신호처리학회 논문지 (JISPS) Vol.12 No.4

Due to their rapid growth and new paradigm applications, wireless sensor networks(WSNs) are morphing into low power personal area networks(LoWPANs), which are envisioned to grow radically. The fragmentation and reassembly of IP data packet is one of the most important function in the 6LoWPAN based communication between Internet and wireless sensor network. However, since the 6LoWPAN data unit size is 102 byte for IPv6 MTU size is 1200 byte, it increases the number of fragmentation and reassembly. In order to reduce the number of fragmentation and reassembly, this paper presents a new scheme that can be applicable to 6LoWPAN. When a fragmented packet header is constructed, we can have more space for data. This is because we use 8-bits routing table ill instead of 16-bits or 54-bits MAC address to decide the destination node. Analysis shows that our design has roughly 7% or 22% less transmission number of fragmented packets, depending on MAC address size(16-bits or 54-bits), compared with the previously proposed scheme in RFC4944. The reduced fragmented packet transmission means a low power consumption since the packet transmission is the very high power function in wireless sensor networks. Therefore the presented fragmented transmission scheme is well suited for low-power wireless sensor networks. 최근 연구가 활발히 전행되고 있는 IP기반 무선 센서네트워크 기술은 현대인들 삶의 질적 향상이나 요구사항을 만족시키기 위해 반드시 필요한 기술 중의 하나이다. IP기반 무선 센서네트워크의 대표 기술로는 6LoWPAN 프로토콜이 있다. 기존 6LoWPAN 프로토콜 상에서 제공되는 기능 중 단편화 기법은 여러 개의 IEEE 802.15.4 프레임이 나뉘어져 도착하는 것을 말하는데, 센서네트워크의 프로토콜 데이터 단위가 102바이트인데 반해 IPv6의 최대 전송 단위가 1280바이트로 큰 차이를 보이기 때문에 이를 극복하기 위한 기술로 단편 패킷 전송의 특성상 많은 에너지 소모가 일어난다. 본 논문에서 제안한 ID 기반 단편 패킷 전송 기법을 적용한 결과 주소 방식(16, 64bit)에 따라 약 7-22% 정도 전송횟수가 감소되었다. 뿐만 아니라, 기존 LOAD 라우팅 프로토콜을 사용하여 경로 설정을 할 경우 센서노드가 통신을 할 수 없는 경우가 아니면 한번 설정된 경로는 변하지 않는다. 이는 특정 노드의 에너지 고갈을 야기 시키고 네트워크 전체에 영향을 주기 때문에 적절한 에너지 분배가 이루어져야 한다. 에너지 분배를 고려할 수 있도록 제안한 LOAD 라우팅 프로토콜은 통신이 이루어질수록 전체 네트워크 내에 모든 노드들의 에너지는 균등하게 유지됨을 보였다. 또한 한 번의 라우팅 수행 시 이웃 노드들의 정보를 획득할 수 있어 원 홉 데어터 전송에 소모되는 에너지를 절약할 수 있다. 따라서 본 논문에서 제안된 6LoWPAN 프로토콜은 에너지 제약 조건이 심한 무선 센서네트워크 환경에 매우 적합하다 할 수 있다.

정보보호 시스템을 위한 재구성형 프로세서 설계

차정우 ( Jeong-woo Cha ),김일휴 ( Il-hyu Kim ),김창훈 ( Chang-hoon Kim ),김동휘 ( Dong-hwi Kim ) 한국정보처리학회 2011 한국정보처리학회 학술대회논문집 Vol.18 No.1

최근 IT 기술의 급격한 발전으로 개인정보, 환경 등 다양한 정보를 수시로 수집 및 관리하면서 사용자가 원할시 즉각적인 정보서비스를 제공하고 있다. 그러나 유·무선상의 데이터 전송은 정보의 도청, 메시지의 위·변조 및 재사용, DoS(Denial of Service)등 외부의 공격으로부터 쉽게 노출된다. 이러한 외부 공격은 개인 프라이버시를 포함한 정보서비스 시스템 전반에 치명적인 손실을 야기 시킬 수 있기 때문에 정보보호 시스템의 필요성은 갈수록 그 중요성이 부각되고 있다. 현재까지 정보보호 시스템은 소프트웨어(S/W), 하드웨어(ASIC), FPGA(Field Progr- ammable Array) 디바이스를 이용하여 구현되었으며, 각각의 구현방법은 여러 가지 문제점이 있으며 그에 따른 해결방법이 제시되고 있다. 본 논문에서는 다양한 환경에서의 정보보호 서비스를 제공하기위한 재구성형 SoC 구조를 제안한다. 제안된 SoC는 비밀키 암호알고리즘(AES), 암호학적 해쉬(SHA-256), 공개키 암호알고리즘(ECC)을 수행 할 수 있으며, 마스터 콘트롤러에 의해 제어된다. 또한 정보보호 시스템이 요구하는 다양한 제약조건 (속도, 면적, 안전성, 유연성)을 만족하기 위해 S/W, ASIC, FPGA 디바이스의 모든 장점을 최대한 활용하였으며, MCU와의 효율적인 통신을 위한 I/O 인터페이스를 제안한다. 따라서 제안된 정보보호 시스템은 기존의 시스템보다 다양한 정보보호 알고리즘을 지원할 뿐만 아니라 속도 및 면적에 있어 상충 관계를 개선하였기 때문에 저비용 응용뿐만 아니라 고속 통신 장비 시스템에도 적용이 가능하다.

무선 센서 네트워크상의 소프트웨어 업데이트를 위한 고속 코드 전파 프로토콜

차정우(Jeong Woo Cha),김일휴(Il Hyu Kim),김창훈(Chang Hoon Kim),권영직(Young Jik Kwon) 한국산업정보학회 2008 한국산업정보학회논문지 Vol.13 No.5

무선 센서 네트워크상의 소프트웨어 업데이트를 위한 코드 전파 기법은 매우 중요한 기술 중 하나이다. 본 논문에서는 네트워크 코딩 기법을 이용한 새로운 업데이트 코드 전파 기법을 제안한다. 제안된 코드전파 기법은 기존의 파이프라이닝 방식에 비해 데이터 송수신 횟수에 있어 네트워크 환경에 따라 약 20~25%의 성능 향상을 보인다. 따라서 본 논문에서 제안한 코드 업데이트 기법을 사용할 경우 속도, 에너지, 네트워크 혼잡도 측면에서 효율적인 소프트웨어 업데이트를 수행할 수 있다. 뿐만 아니라 본 논문에서 제안한 방식은 네트워크 코딩의 overhearing 문제점인 원본 데이터의 분실이나 데이터의 미수신시 발생하는 디코딩문제를 미리 정의된 메시지를 이용, 방지함으로써 신뢰성 있는 데이터 전송을 가능하게 한다. The code propagation is one of the most important technic for software update in wireless sensor networks. This paper presents a new scheme for code propagation using network coding. The proposed code propagation method roughly shows 20~25% performance improvement according to network environments in terms of the number of data exchange compared with the previously proposed pipelining scheme. As a result, we can efficiently perform the software update from the viewpoint of speed, energy, and network congestion when the proposed code propagation system is applied. In addition, the proposed system solves the overhearing problems of network coding such as the loss of original messages and decoding error using the predefined message. Therefore, our system allows a software update system to exchange reliable data in wireless sensor networks.

무선 센서 네트워크 상에서 혼잡제어기법을 이용한 신뢰성있는 코드 전파 프로토콜

차정우 ( Jeong Woo Cha ),김일휴 ( Il Hyu Kim ),김창훈 ( Chang Hoon Kim ),김희철 ( Hiecheol Kim ) 한국정보처리학회 2009 한국정보처리학회 학술대회논문집 Vol.16 No.1

소프트웨어 업데이트를 위한 업데이트 코드 전파 기법은 매우 중요한 기술 중 하나이다. 본 논문에서는 기존에 제안한 네트워크 코딩기법을 이용한 코드 전파 기법의 문제점을 파악하고 그 문제점을 해결하기 위해 혼잡 제어 기법을 이용한 코드 전파 기법을 제안한다. 제안된 코드 전파 기법은 네트워크코딩 기법을 적용한 코드 전파 기법의 문제점인 Broadcasting시 발생된 문제점을 해결하여 00%의 성능 향상을 보인다. 뿐만 아니라 본 논문에서 제안한 방식은 혼잡 제어의 Bottle-neck 문제점을 Broadcasting 방식에 Sector를 나누고 우선순위 방식을 이용함으로써 신뢰성있는 데이터 전송을 가능하게 한다.

무선 센서 네트워크 상에서 network coding을 이용한 효율적인 코드 전파 기법

차정우(Cha Jeong Woo),김일휴(Il Hyu Kim),김창훈(Chang Hoon Kim),권영직(Young Jik Kwon) 한국산업정보학회 2008 한국산업정보학회 학술대회논문집 Vol.2008 No.10

소프트웨어 업데이트를 위한 업데이트 코드 전파 기법은 매우 중요한 기술 중 하나이다. 본 논문에서는 네트워크 코딩 기법을 이용한 새로운 업데이트 코드 전파 기법을 제안한다. 제안된 코드전파 기법은 기존의 파이프라이닝 방식에 비해 데이터 송수신 횟수에 있어 약 49%의 성능 향상을 보인다. 따라서 본 논문에서 제안한 코드 업데이트 기법을 사용할 경우 속도, 에너지, 네트워크 혼잡도 측면에서 효율적인 소프트웨어 업데이트를 수행할 수 있다. 뿐만 아니라 본 논문에서 제안한 방식은 네트워크 코딩의 overhearing 문제점인 원본 데이터의 분실이나 데이터의 미 수신시 발생하는 디코딩문제를 미리 정의된 메시지를 이용, 방지함으로써 신뢰성있는 데이터 전송을 가능하게 한다.