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의료 센서 네트워크에서의 효율적인 전송 구조 및 Key Provisioning을 사용한 키 관리 기법 연구
서재원,김미희,채기준,Seo, Jae-Won,Kim, Mi-Hui,Chae, Ki-Joon 한국정보처리학회 2009 정보처리학회논문지 C : 정보통신,정보보안 Vol.16 No.3
유비쿼터스 기술의 발전과 함께 센서 네트워크는 다양한 분야에서 활용되고 있다. 그 중 특히 의료 분야는 중요한 응용 분야 중의 하나로 바디 센서 네트워크의 표준화 동향과 함께 관심이 집중되고 있다. 의료 센서 네트워크는 기존의 일반적인 환경의 센서 네트워크와는 다른 의료 환경만의 특징들을 가지고 있다. 따라서 본 논문에서는 이와 같은 특징들을 반영하여 계층적인 의료 센서 네트워크 구조를 제안하였고, 계층적인 구조를 바탕으로 하여 센싱 데이터 전송 방식을 소개하였다. 즉, 효율적인 센싱 데이터 전송을 위해서는 환자들의 요구 사항과 건강 상태를 고려하여 각 센서 노드들에게 우선 순위(Priority)와 경계값(Threshold Value)을 주었다. 이를 통해 클러스터 헤드에서 응급 데이터를 우선적으로 빠르게 베이스스테이션으로 전송하도록 하였다. 또한 이와 같은 구조와 전송 방식을 바탕으로 센서 네트워크를 위해 Eschenauer와 Gligor가 제안한 키 메커니즘을 기반으로 하여 새로운 키 관리 기법을 제안하였다. 이는 각 클러스터 헤드들이 높은 우선 순위를 갖는 응급 노드들에 대해서 이웃 클러스터로 응급 노드와의 키를 미리 전송해주는 Key Provisioning 방법을 사용하여 응급 노드들에 대해서 키 설립을 준비하도록 하여 키 설립이 보다 빠르게 이루어지도록 하였다. 이를 통해 키 설립 지연으로 인한 데이터 전송의 기다림 없이 바로 응급 노드들의 데이터를 클러스터 헤드로 전송할 수 있도록 한다. 이와 같은 계층적인 구조에서의 데이터 전송 방식과 이를 바탕으로 제안한 키 관리 기법은 수식 및 QualNet 시뮬레이터를 사용한 시뮬레이션을 통하여 네트워크 트래픽 오버헤드와 에너지 소모량을 분석하였으며, TmoteSKY 센서보드를 사용해 구현함으로써 그 효율성을 증명하고 실제 응용환경에서의 실현가능성을 입증하였다. According to the development of ubiquitous technologies, sensor networks is used in various area. In particular, medical field is one of the significant application areas using sensor networks, and recently it has come to be more important according to standardization of the body sensor networks technology. There are special characteristics of their own for medical sensor networks, which are different from the one of sensor networks for general application or environment. In this paper, we propose a hierarchical medical sensor networks structure considering own properties of medical applications, and also introduce transmission mechanism based on hierarchical structure. Our mechanism uses the priority and threshold value for medical sensor nodes considering patient's needs and health condition. Through this way Cluster head can transmit emergency data to the Base station rapidly. We also present the new key establishment mechanism based on key management mechanism which is proposed by L. Eschenauer and V. Gligor for our proposed structure and transmission mechanism. We use key provisioning for emergency nodes that have high priority based on patients' health condition. This mechanism guarantees the emergency nodes to establish the key and transmit the urgent message to the new cluster head more rapidly through preparing key establishment with key provisioning. We analyze the efficiency of our mechanism through comparing the amount of traffic and energy consumption with analysis and simulation with QualNet simulator. We also implemented our key management mechanism on TmoteSKY sensor board using TinyOS 2.0 and through this experiments we proved that the new mechanism could be actually utilized in network design.
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서재원,김태환,정기석 한국정보과학회 2003 정보과학회논문지 : 시스템 및 이론 Vol.30 No.5
VLIW architecture has emerged as one of the most effective architectures in dealing with multimedia applications. In multimedia applications, there is ample potential for parallelizing the execution of multiple operations because such applications typically have data intensive processing which often has limited data and/or control dependencies. As the degree of instruction-level parallelism increases, non-clustered VLIW architectures scale poorly because of the tremendous register port pressure. Therefore, clustered VLIW architecture is definitely preferred over non-clustered VLIW architecture when a higher degree of parallelizing is possible as in the case of multimedia processing However, having multiple clusters in an architecture implies that the amount of hardware is quite large, and therefore, power consumption becomes a very crucial issue. In this paper, we propose an algorithm to minimize the peak power consumption without incurring little or no delay penalty. The effectiveness of our algorithm has been verified by various sets of experiments, and up to 30.7% reduction in the peak power consumption is observed compared with the results that is optimized to minimize resources only. VLIW 구조는 다량의 데이터를 처리하는 멀티미디어 애플리케이션에 매우 적합한 구조로서, 이 같은 종류의 애플리케이션에 대해 높은 수준의 병렬 처리를 가능케 한다. 이러한 병렬성을 더욱 증대 시키기 위하여 시스템을 확장하는 경우에 있어, 분산된 VLIW 구조는 그렇지 않은 구조에 비해 큰 강점을 갖는다. 하지만 여러 개의 분산된 클러스터를 하나의 구조 속에 포함하는 것은 필연적으로 적지 않은 양의 하드웨어를 요구하고, 이로 말미암아 전체 시스템에서 소모되는 전력 문제가 중요한 이슈로 대두된다. 본 논문에서는 분산된 VLIW 구조에서 전체 시스템의 성능 제한 조건을 만족시키는 동시에 최대 전력 소모량을 줄이는 효과적인 알고리즘을 제시한다. 일련의 실험을 통해 제시된 알고리즘이 최대 30.7%의 최대 전력 소모 감소 효과를 얻을 수 있음이 확인되었다.
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움직임 벡터 추정을 이용한 MPEG-2 비디오 비트열의 전송 오류 은폐 기법
서재원,호요성 에스케이텔레콤 (주) 2000 Telecommunications Review Vol.10 No.6
MPEG-2 비디오 부호기에서 생성된 압축된 비트열은 채널 오류에 매우 민감하다. 즉, MPEG-2 비디오 압축 알고리즘의 부호화 구조 때문에, 단 하나의 비트 오류만 발생하더라도 현재 복호화할 화면에 화질 저하를 초래할 뿐만 아니라, 이후에 복호되는 화면들에도 오류의 영향이 전파된다. 이때 오류로 인해 발생하는 화면의 손상을 주변의 공간적 또는 시간적 상관 정보를 이용하여 화질 저하를 최소화시키는 동작을 오류 은폐 기법이라고 한다. 본 논문에서는 MPEG-2 압축 비트열에서 전송 오류의 영향을 분석하고, 화면들 사이에 존재하는 시간적인중복성을 이용하여 움직임 벡터를 추정해서 손상된 부분을 은폐시키는 방법을 제안한다. 기본적으로 손상된 매크로블록의 위와 아래로 인접한 화소값들을 움직임 벡터의 추정에 사용한다. 제안된 방법들 중에서 주변 움직임벡터들의 가중치를 이용한 합산 방법과 초기 움직임 벡터를 이용한 확장 영역 움직임 추정 방법이 우수한 결과를보였다.
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전송 오류를 은닉하기 위한 옵티컬 플로우 기반의 움직임 벡터 복원
徐在源,호요성 대한전자공학회 2002 電子工學會論文誌-SP (Signal processing) Vol.39 No.11
The compressed video bitstream is very sensitive to transmission errors. If we lost packet or received with errors during the transmission, not only the current frame will be corrupted, but also errors will propagate to succeeding frames. Error concealment is a data recovery technique that enables the decoder to conceal effects of transmission errors by predicting the lost or corrupted video data from the previously reconstructed error free information. Motion vector recovery and motion compensation with the estimated motion vector is a good approach to conceal the corrupted macroblock data. In this paper, we prove that it is reasonable to use the estimated motion vector to conceal the lost macroblock by providing macroblock distortion models. After we propose a new motion vector recovery algorithm based on optical flow fields, we compare its performance to those of conventional error concealment methods. The proposed algorithm has smaller computational complexity than those of conventional algorithms. 동영상 압축 비트열은 전송 오류에 매우 민감하다. 만일 전송열 패킷이 손실되거나 손상되어 수신되면, 현재 복호하는 화면 뿐만 아니라, 연속적으로 복호될 화면들에도 화질 저하를 초래한다. 오류은닉 기술은 오류가 없이 수신된 영상 정보를 이용하여 손상된 부분을 은폐하여 화질 저하를 최소화시키는 기법이다. 한가지 방법은 손상된 매크로블록의 움직임 벡터를 추정하고 추정된 움직임 벡터를 이용하여 움직임 보상함으로써 손상된 부분을 은닉시키는 방법이 있다. 본 논문에서는 매크로블록의 왜곡 모델을 제시하여 손상된 매크로블록의 추정된 움직임 벡터로 움직임 보상하여 은폐하는 방법이 타당함을 증명한다. 오류은닉의 성능을 향상시키기위해 옵티컬 플로우 기반의 움직임 벡터 추정 방법을 제안하고 다른 움직임 벡터 복원에 의한 오류은닉 방법들과 성능을 비교한다. 또한 제안된 방법은 기존의 방법들보다 계산량이 적은 장점이있다.
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