Koinonia 고속 WPAN에서 보안을 위한 대칭/비대칭 비밀 키 교환 방법

임순빈,정쌍봉,이태진,전선도,이현석,권대길,조진웅,Yim Soon-Bin,Jung Ssang-Bong,Lee Tae-Jin,June Sun-Do,Lee Hyeon-Seok,Kwon Tai-Gil,Cho Jin-Woong 한국통신학회 2006 韓國通信學會論文誌 Vol.31 No.6B

무선 개인 네트워크(Wireless Personal Area Network: WPAN)에서 보안은 최근 무선 환경이 가지고 있는 기본적인 단점들을 극복하기 위한 중요한 이슈 중 하나이다. IEEE 802.15 등 WPAN 표준들에는 몇몇 보안 관련 기본 메커니즘이 정의되어 있지만 아직 해결해야 할 문제들이 남아있다. 고속 WPAN 기술 중 하나인 Koinonia는 무선으로 근거리 디바이스들을 연결하여 10Mbps 정도의 고속 통신을 하기 위해 개발되었다. Koinonia WPAN의 피코넷(piconet)은 하나의 마스터(Master)와 하나 이상의 슬레이브(Slave)로 구성되며, 이와 같이 구성된 피코넷에서 기기 간 안전한 데이터 전송을 보장하기위한 보안 관련 내용은 정의되어 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 Koinonia의 피코넷 내 기기 간 통신시 안전한 데이터 통신을 위한 대칭/비대칭 키 기반의 키 생성 및 분배, 인증 및 보안방법을 제안하고 성능을 분석한다. 보안 요구 분석을 기반으로 Koinonia WPAN의 보안 요구에 만족함을 알 수 있다. Security in WPAN is one of the most fundamental issues to overcome the barrier of wireless environment. Although piconet security mechanisms have been defined in the WPAN standards, many remains open and are left for implementation. Koinonia is a high-rate Wireless Personal Area Network (WPAN) technology, and is developed for multimedia traffic transmission in personal area. In Koinonia WPAN, a piconet consists of one master and more than one slave, and piconet security mechanisms is not defined at all. Therefore, we propose a robust piconet security mechanism for secure communications between slaves in a piconet. Based on security requirements analysis, our proposed protocols are shown to meet the security needs for Koinonia high-rate WPAN.

WPAN용 디지털 음향기기 및 통신기기간 스펙트럼 상호운용을 위한 채널 할당기술에 관한 연구

김성권(Seong-Kweon Kim),차재상(Jae-sang Cha) 한국지능시스템학회 2008 한국지능시스템학회논문지 Vol.18 No.5

본 논문에서는 WPAN(Wireless Personal Area Network) 기반의 디지털 음향기기 및 소출력 무선 통신기기를 운용함에 있어서, 한정된 주파수 자원을 효율적으로 할당하기 위한 공유 주파수 대역폭의 산출법을 제시한다. WPAN기반의 디지털 음향기기 및 통신기기로서는 Digital Cordless Phone (DCP)과 Bluetooth를 비롯하여, RFID와 ZigBee기술을 고려하였다. 또한, 본 논문세서는 상기 WPAN기반의 디지털 음향기기 및 통신기기간의 스펙트럼 운용 측면에 따른 적용 방식을 DCP, RFID, Bluetooth는 FH (Frequency Hopping) 방식으로, ZigBee는 LBT(Listen Before Talk) 방식으로 분류한후 대기행렬 이론에 근거한 스펙트럼 상호운용을 위한 채널할당기법을 제시하였다. 본 논문에서는 대기행렬이론 (queuing theory)을 WPAN기반의 디지털 음향기기 및 통신기기간의 스펙트럼 운용기법에 적용하기 위하여, FH시스템과 LBT 시스템을 모델링하였고, 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 소요대역폭 산출을 수행했다. 채널수 별 user의 통신시도에 따른 throughput을 분석한 결과, throughput 84% 이성의 조건에서 FH 및 LBT 방식을 사용하는 250㎽ WPAN기반의 디지털 음향기기 및 통신기기들이 공존하는 공유주파수대역의 적정 채널수는 35개를 가지며, 총 소요대역폭은 각각의 WPAN기반의 디지털 음향기기 및 통신기기들의 채널수와 채널대역폭의 곱으로 산출이 가능함을 보였다. This paper presents the calculation of the required bandwidth of common frequency bandwidth applying queueing theory for maximizing the efficiency of frequency resource of WPAN(Wireless Personal Area Network) based Digital acoustic and communicaion devices. It assumed that LBT device(ZigBee) and FH devices(DCP, RFID and Bluetooth) coexist in the common frequency band for WPAN based Digital acoustic and communicaion devices. Frequency hopping (FH) and listen before talk (LBT) have been used for interference avoidance in the short range device (SRD) The LBT system transmits data after searching for usable frequency bandwidth in the radio wave environment. However, the FH system transmits data without searching for usable frequency bandwidth. The queuing theory is employed to model the FH and LBT system, respectively. As a result, the throughput for each channel was analyzed by processing the usage frequency and the interval of service time for each channel statistically. When common frequency bandwidth is shared with SRD using 250㎽, is was known that about 35 channels were required at the condition of throughput 84%, which was determined with the input condition of Gaussian distribution implying safety communication. Therefore, the common frequency bandwidth is estimated with multiplying the number of channel by the bandwidth per channel. These methodology will be useful for the efficient usage of frequency bandwidth.

WPIF: 이종 WPAN 연동을 위한 통합 프레임워크

공인엽,제동국,신경철,김대식,황원주,Kong In-Yeup,Je Dong-Guk,Sihn Gyung-Chul,Kim Dae-Sik,Hwang Won-Joo 한국통신학회 2006 韓國通信學會論文誌 Vol.31 No.7B

WPAN은 데이터 속도 영역, 가입자 규모, 지원되는 이동성 레벨 등의 여러 가지 요구 사항에 따라 다양한 형태로 발전되어 왔다. 또한 여러 종류의 네트워크 인터페이스를 가진 휴대 장치가 일반화되고 있다. 이러한 다중 모드 장치가 여러 종류의 WPAN 장치들과 어느 곳 어느 때든지 통신하기 위해서는 이종 무선 네트워크를 위한 프레임워크가 필요하다. 이에 본 논문에서는 이종 WPAN을 통합 할 수 있는 통합 프레임워크를 제안한다. 그리고 프레임워크의 요구사항 및 상세 설계에 대해 설명하고, 에뮬레이션 테스트 결과를 제시하였다. WPANs (Wireless personal area networks) have developed as various forms according to requirements such as data rate, coverage, subscriber volume, and supported mobile velocity. And mobile device with multiple network interfaces is very common. To make these multi-mode devices communicate with any WPAN device at anytime, anywhere, the framework for heterogeneous wireless networks is essential. Therefore, we propose the integration framework to converge heterogeneous WPANs. In this paper, we explain the requirements and detailed design of our framework, and then present the emulation test results.

선박환경에서 에너지 효율성을 고려한 TDMA기반 고속 WPAN시스템의 전송파라미터 분석

박영민(Young-Min Park),이우영(Woo-Young Lee),이성로(Seong-Ro Lee),이연우(Yeonwoo Lee) 한국통신학회 2009 韓國通信學會論文誌 Vol.34 No.10C

본 논문에서는 선박용 해양텔레매틱스(Maritime Telematics)를 위한 무선 PAN(WPAN: Wireless Personal Area Network) 시스템의 에너지 효율성을 결정하는 전송파라미터를 분석하여 최적의 전송파라미터 선택 방안을 제시한다. 본 논문에서 고려하는 WPAN 시스템은 IEEE 802.15.3의 TDMA 기반의 HR(high rate)-WPAN으로 선박네트워크에 적용할 경우에 고려되어야하는 전송 파라미터를 분석하고 에너지를 절약할 수 있는 전송파라미터 결정방식에 대하여 제안한다. 특히 선박환경에서 에너지 소모량과 밀접한 채널 파라미터인 경로손실(path loss)을 결정하는 선박의 구성재질(철골구조의 대형선박, FRP소재의 중소형선박)과 HR-WPAN 전송파라미터들에 따른 에너지 소모량을 분석하고 에너지 효율성을 극대화할 수 있는 선택방안을 제시한다. 시뮬레이션 결과 각 선박환경에 따라 전송률 선택방식, 전송전력 조절 방식 및 데이터 분할(fragment)크기의 선택에 따라 에너지 효율성능이 결정됨을 보였고 최적의 선택방안을 제시하였다. This paper proposes the optimal transmission parameter selection method for an energy efficient Wireless Personal Area Network (WPAN) system which is applicable to the Maritime Telematics targeting for various ship models. Since the transmission parameter selection is an important factor for WPAN system to decide its energy efficiency, we propose an energy consumption model for ship area network (SAN) employing IEEE 802.15.3 based TDMA HR-WPAN model and analyzes the effect of transmission parameter selection on the performance of energy consumption. In particular, the main performance decision parameter of the SAN applying HR-WPAN is path loss, since it is very varied according to the material of shipbuilding such as steel (large ship), FRP (medium size ship) and compound wood (small ship). Thus, we analyzed and demonstrated that the proper transmission parameter selection among transmit power, PHY data rate and fragment size for each ship model guarantee the energy efficiency.

OFDM-기반 WPAN 시스템을 위한 패킷 검출 및 반송파 주파수 옵셋 추정/보정 구조 설계 및 분석

백승호,이한호 大韓電子工學會 2012 電子工學會論文誌-SD (Semiconductor and devices) Vol.49 No.7

본 논문은 mmWave OFDM-기반 WPAN 시스템을 위한 패킷 검출과 주파수 옵셋 추정 및 보정 구조를 제안하고 성능 분석 결과를 보여준다. 패킷 검출 블록은 반복된 훈련 심볼의 자기상관 관계를 이용하고 상관된 값이 일정 문턱 값을 넘을 때 패킷 시작점을 검출하는데 사용된다. 적용한 자기상관 알고리즘 구조는 기존의 패킷검출에 사용한 알고리즘에 비해 간단하게 하드웨어를 구현 할 수 있다. 주파수 옵셋 추정 구조는 기존구조와는 다른 위상 천이 처리 블록, 하드웨어 사이즈를 줄여주는 내부비트 줄임 블록 및 look-up table의 사이즈를 줄인 주파수 옵셋 조정 블록을 설계하였다. 추정된 주파수 옵셋 값은 설계한 보정 블록을 통해 수신 신호를 보정함으로써 주파수 옵셋에 대한 영향을 줄일 수 있다. 설계 검증툴을 이용한 성능 분석 결과 제안된 구조는 하드웨어 구현복잡도가 감소함을 보여 주었고 기존구조에 비하여 게이트수가 감소함을 보였다. 따라서 제안된 구조는 OFDM-기반 WPAN 시스템의 초기 동기화 과정에 적용 될 수 있고 고속 저전력 WPAN칩에 사용 될 수 있다. This paper presents packet detection, frequency offset estimation architecture and performance analysis for OFDM-based wireless personal area network (WPAN) systems. Packet detection structure is used to find the start point of a packet exactly in WPAN system as the correlation value passes the constant threshold value. The applied autocorrelation structure of the algorithm can be implemented simply compared to conventional packet detection algorithms. The proposed frequency offset estimation architecture is designed for phase rotation process structure, internal bit reduction to reduce hardware size and the frequency offset adjustment block to reduce look-up table size unlike the conventional structure. If the received signal can be compensated by estimated frequency offset through the correction block, it can reduce the impact on the frequency offset. Through the performance result, the proposed structure has lower hardware complexity and gate count compared to the conventional structure. Thus, the proposed structure for OFDM-based WPAN systems can be applied to the initial synchronization process and high-speed low-power WPAN chips.

Low-Rate WPAN에서 경로탐색을 위한 위치기반 라우팅 메카니즘

이재조,허준,홍충선,이대영,Lee, Jae-Jo,Heo, Joon,Hong, Choong-Seon,Lee, Dae-Young 한국통신학회 2004 韓國通信學會論文誌 Vol.29 No.9B

최근 Low-Rate WPAN 기술에 관한 많은 연구가 진행되고 있다. Low-Rate WPAN 은 사용자가 실질적으로 인식하지 못하는 상황에서도 주변환경에 존재하는 많은 수의 센서를 통해 컴퓨터를 이용한 개선된 서비스제공에 목적을 두고있다. Low-Rate WPAN 환경을 구성하는 센서 디 B} 이스는 빈번한 이동성을 가지게 되고 새로운 경로 탐색을 위한 메카니즘을 필요로 하게 되므로, 본 논문에서는 센서 디바이스의 위치정보를 이용한 Low-Rate WPAN 환경에서의 효율척언 라우팅 메카니즘을 제안한다. 제안한 메카니즘은 기존 방법들에 비해 라우팅 메시지 수를 감소시킬 수 있음을 시뮬레이션을 통해 입증한다. Many researchers are now working in the Low-Rate WPAN environment. Low-Rate WPAN has as its goal the enhancing computer use by making many sensors available throughout the physical environment, but making them effectively invisible to the user. Low-Rate WPAN environment consists of wireless sensor devices that may move often. Movement of hosts results in a change in routes and the need of some mechanism for determining new routes. This paper suggests an approach to utilize location information to improve performance of a routing mechanism for Low-Rate WPAN Environment. Accordingly, we proved that the proposed mechanism results in a significant reduction in a number of routing messages when comparing with existing mechanisms.

Design and Implementation of WPAN Middle-ware for Combination between CDMA and Bluetooth

Na Seung-Won,Jeong Gu-Min,Lee Yang-Sun Korea Multimedia Society 2005 멀티미디어학회논문지 Vol.8 No.6

The Wireless Internet services widely spread out with the developments of CDMA(Code Division Multiple Access) networks and wireless units. In contrast to the telecommunication network, WPAN (Wireless Personal Area Network) enables to transmit data and voice in personal area. Although WPAN technologies are commercially utilized, the combined services with COMA network are not so poplar up to now. Various services can be provided using the combination between COMA and WPAN. This paper presents the practical and united model between COMA and WPAN. Specially, the main focus of this research lies on the design of the Middle-ware system of a handset which could be managing both COMA and WPAN. This system used Bluethooth by WPAN. For the devices with the proposed WPAN Middle-ware, service areas of the COMA network can be expanded to WPAN, various services can be realized by the transmission of data and voice, and consequently, the user computing environment could be improved.

비콘 기반 저속 WPAN에서의 적응적 백오프 알고리즘

박성우(Sung Woo Park) 한국전자통신학회 2016 한국전자통신학회 논문지 Vol.11 No.8

저속 WPAN은 저속, 저전력, 저비용의 단거리 무선 네트워킹 기술이다. 저속 WPAN에서는 경쟁 기반의 CSMA/CA 알고리즘을 사용하여 디바이스들의 무선 채널 접속을 제어하기 때문에 프레임 전송시 언제라도 충돌이 발생할 수 있으며 이로 인해 네트워크 성능이 심각하게 저하될 수 있다. 본 논문에서는 저속 WPAN의 CSMA/CA 과정에서 프레임 충돌율을 줄이기 위해 네트워크 상황에 따라 백오프 구간을 동적으로 변화시키는 알고리즘을 제안한다. 시뮬레이션 수행 결과, CSMA/CA 과정에서 제안하는 동적 백오프 알고리즘은 백오프 구간을 정적으로 유지했을 경우에 비해 프레임 전달율과 지연 시간 측면에서 안정적이면서도 우수한 성능을 보이는 것을 확인하였다. The Low-Rate WPAN is a short range wireless networking technology characterized by low-rate, low-power, low complexity and low-cost. The LR-WPAN controls wireless channel access among network devices based on the contention-based CSMA/CA algorithm. Therefore, frame collisions may take place at any time, leading to the severe degradation of network performance. This paper proposes a new algorithm that changes back-off periods adaptively in the CSMA/CA process depending on network conditions, resulting in the reduction of frame collisions. Throughout extensive simulations, it turns out that varying the back-off periods dynamically shows better performance than maintaining the fixed back-off periods.

ORC-OQ²PSK 변조 기반의 근거리 무선통신 시스템에서 기기 간 상호 간섭의 영향 분석

전상엽(Sang Yeop Jeon),김명진(Myoung Jin Kim) 대한전자공학회 2016 전자공학회논문지 Vol.53 No.3

ORC-OQ2PSK 변조 기반의 근거리 무선통신 시스템에서 기기 간 상호 간섭의 영향 분석

전상엽,김명진 대한전자공학회 2016 전자공학회논문지 Vol.53 No.3

To establish a network environment where multiple wireless personal area networks(WPAN) are simultaneously operating in the same area, we need to consider the effects of inter-device interference. The extent of interference effect from neighboring frequency channel interferer may be different depending on the modulation types that are used for constructing the wireless network. If a modulation scheme with high spectral side lobes is used, the spatial separation between devices plays a major role in determining the amount of interference from neighboring frequency channel interferer. In this paper, we investigate the effect of inter-device interference in the overlapped raised cosine offset quadrature-quadrature phase shift keying (ORC-OQ2PSK) modulation based WPAN. By comparing the results with those of GFSK modulation based WPAN, we verify the feasibility of ORC-OQ2PSK based WPAN. 동일한 공간에서 다수의 근거리 무선 네트워크(WPAN)가 작동하는 네트워크 환경을 구축하는 경우 기기 간 간섭의 영향을 고려할 필요가 있다. 사용하는 변조 방식에 따라 인접한 주파수 채널의 간섭 신호가 주는 영향이 차이가 있을 수 있다. 스펙트럼의 부엽이 큰 변조 방식을 사용하는 경우 다른 주파수 채널을 사용하더라도 간섭으로서 영향을 미칠 수 있으며, 간섭원의 공간상 거리에 따라 심각한 성능 저하가 발생할 가능성도 있다. 본 논문에서는 ORC-OQ2PSK 변조 기반의 WPAN에서 인접 주파수 채널을 사용하는 기기로부터의 간섭 영향을 분석하였다. 분석 결과를 기존 GFSK 기반의 WPAN과 비교하여 ORC-OQ2PSK 변조 기반의 WPAN에 대한 타당성 검증을 수행하였다.