Study on Cybersecurity of Hybrid, Multi-hop, Wireless Network

Li Li,Hu Zhiyu 보안공학연구지원센터 2016 International Journal of Security and Its Applicat Vol.10 No.10

As the frontier of Internet development, hybrid, wireless, multi-hop network has transformed the way we live. Nowadays, this network has been engaged in many areas like economy, war, culture, medical treatment, agriculture, ecology, commerce, etc. The concepts of digital coalmine and digital oil field, in special, promote the development of the study on hybrid, wireless, multi-hop network. The paper establishes cybersecurity mechanism by introducing concepts relevant to this network, and by summarizing its internal and external security threats. By conducting simulation experiment to the security mechanism, the paper concludes that to the influence on security mechanism, the number of nodes is in direct proportion, while the transmission period of node connection in inverse proportion. The paper aims to offer reasonable suggestions and guidance to the development of hybrid, wireless, multi-hop network, to promote the application of the wireless network, and to increase its value, solve security problems and ensure sound operation of hybrid, wireless, multi-hop network.

종단간 끊김없는 연결과 TCP 성능의 향상을 위한 무선 홈네트워크 플랫폼에 관한 연구

김병훈(Byounghoon Kim),탁성우(Sungwoo Tak) 한국멀티미디어학회 2007 멀티미디어학회논문지 Vol.10 No.10

인프라스트럭처 모드 기반의 무선랜(Wireless Local Area Networks)을 사용하는 무선 홈네트워크에서는 모든 무선 단말간의 통신이 액세스포인트를 통하여 이루어진다. 따라서 무선 단말이 음영 지역(Dead Zone)으로 이동하면 이동한 무선 단말과 액세스포인트간의 통신이 불가능하여 끊김없는 연결(Seamless Connection)을 제공하지 못하는 문제점이 있다. 기존의 무선 홈네트워크 플랫폼에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 애드 혹 모드로 동작하는 무선 홈네트워크 구조에 대하여 연구하고 있지만, 애드 혹 모드 기반의 무선랜은 인프라스트럭처 모드 기반 무선랜에 비하여 네트워크 용량이 제한되는 문제가 있다. 그리고 무선 단말의 이동성을 지원하기 위해서는 애드 혹 라우팅 기법이 필요하다. 그러나 기존의 AODV 및 DSR 라우팅 기법은 무선 채널 정보를 참조하지 않고 네트워크 계층에서 독립적으로 라우팅을 수행하기 때문에 무선 채널의 상황에 빠르게 대처할 수 없어 끊김없는 연결을 제공할 수 없다. 이에 본 논문에서는 종단간 끊김없는 데이터 전송을 보장하기 위한 ESCOD(End-to-end Seamless multi-hop COnnection based on Dual network mode) 기반의 무선 홈네트워크 플랫폼과 VLR(Virtual Link Routing) 기법을 제안하였다. 구현된 시스템의 성능을 평가한 결과, VLR을 탑재한 ESCOD 기반의 무선 홈네트워크 플랫폼은 기존의 AODV 및 DSR 라우팅 보다 낮은 패킷 전송의 실패율과 빠른 패킷의 평균 전송시간을 제공함과 동시에 기존 인프라스트럭처 모드만을 제공하는 무선 홈네트워크 플랫폼보다 넓은 통신 범위와 향상된 TCP 성능을 확인하였다. A wireless access point is used for all communications in the infrastructure mode wireless home net working, including communication between mobile nodes in the same service area. When a mobile station in the infrastructure mode wireless home networking moves into a dead zone, the communication between the mobile station and the access point is disconnected. To solve this problem, the existing wireless home network platforms focus on the ad hoc mode wireless home networking. However, the performance of an ad hoc network is poorly decreased when the number of mobile participating in the ad hoc network increases. In addition, although the ad hoc routing technique is necessary to support seamless communication of mobile nodes, the existing routing protocols, such as AODV and DSR, do not consider that a wireless channel state could affect performance significantly. Therefore, we propose a wireless home networking platform based on the ESCOD (End-to-end Seamless multi-hop COnnection based on Dual network mode) technique incorporating the VLR (Virtual Link Routing) scheme that supports end-to-end seamless connections. Extensive experiments show that the proposed wireless home networking platform incorporating the VLR scheme outperforms wireless home networking platforms based on the AODV and the DSR routing protocols respectively in terms of low packet transmission failure rate, fast packet transmission time, high TCP performance, and a wider coverage area of wireless home networks.

무선 애드-혹 네트워크의 다중 경로를 이용한 신뢰적인 확장 기법

김문정(Moon Jeong Kim),엄영익(Young Ik Eom) 한국정보과학회 2007 정보과학회논문지 : 정보통신 Vol.34 No.3

현재 홈 네트워크, 센서 네트워크, 유비쿼터스 네트워크 등에 대한 활발한 연구가 진행되면서 무선 이동 애드-혹 네트워크에 대한 관심이 높아지고 있다. 무선 이동 애드-혹 네트워크란 기존의 유선하부구조의 도움 없이 이동 호스트들만으로 구성되는 임시적인 네트워크로, 언제 어디서나 컴퓨팅 환경을 이용할 수 있도록 하는 개념의 유비쿼터스 컴퓨팅 환경에 적합한 네트워크이다. 본 논문에서는 다중 경로의 수를 제한하는 소스 라우팅 프로토콜을 기반으로 무선 이동 애드-혹 네트워크의 확장 기법을 제안한다. 이 기법은 무선 이동 애드-혹 네트워크 내의 이동 호스트들 간 또는 무선 이동 애드-혹 네트워크 내의 이동 호스트와 유선 네트워크 서비스를 지원하는 기지국 간에 링크 및 중간 호스트의 중복을 허용하는 다중 경로를 유지함으로써 경로 재설정 및 재등록으로 인한 오버헤드를 줄이는 기법이다. 이와 같이 다중경로를 유지함으로써 출발지와 목적지간 데이타 패킷 전송 지연 및 패킷 손실을 줄일 수 있으며, 따라서 보다 신뢰적인 방법으로 무선 이동 애드-혹 네트워크를 유선 네트워크로 확장시킬 수 있다. 성능 평가를 통해, 본 논문에서 제안하는 기법이 단일 경로를 사용하는 일반적인 확장 기법들보다 이동 속도 증가에 따른 처리량 및 단대단 지연이 보다 안정적이며, 노드/링크가 전혀 중복되지 않는 다중 경로를 사용하는 기법에 비해 낮은 오버헤드를 가짐을 보인다. As the research on home network technologies, sensor network technologies, and ubiquitous network technologies makes rapid progresses, wireless ad-hoc network have attracted a lot of attention. A wireless mobile ad-hoc network is a temporary network formed by a collection of wireless mobile nodes without the aid of any existing network infrastructure or centralized administration, and it is suitable for ubiquitous computing environments. In this paper, we suggest an extension scheme of a wireless mobile ad-hoc network based on limited multiple paths source routing protocol. This scheme reduces the overhead of route re-establishment and re-registration by maintaining link/node non-disjoint multiple paths between mobile hosts in a wireless mobile ad-hoc network or a mobile host in a wireless mobile ad-hoc network and a base station supporting fixed network services. By maintaining multiple paths, our scheme provides short end-to-end delay and is reliable extension scheme of a wireless mobile ad-hoc network to a fixed network. In this paper, our simulations show that our scheme outperforms existing schemes with regards to throughput and end-to-end delay. Also we show that our scheme outperforms multi-paths approach using disjoint routes with regards to routing overhead.

무선 메쉬 네트워크에서 트래픽 프로파일을 고려하는 채널 할당 및 라우팅

박숙영(Sookyoung Park),이상규(Sangkyu Lee) 한국정보과학회 2010 정보과학회논문지 : 정보통신 Vol.37 No.5

최근 유선 네트워크의 설치가 어려운 먼 거리의 인터넷 접속을 낮은 비용으로 가능하게 해주는 기술인 무선 메쉬 네트워크에 대한 관심이 증가하고 있다. 무선 메쉬 네트워크의 각 노드는 데이터를 송수신하는 호스트의 역할 뿐만 아니라 데이터를 전달하는 라우터의 역할도 수행한다. 이 때 메쉬 라우터는 기존 유선 망 또는 다른 무선 통신망으로의 연결을 제공하는 게이트웨이의 역할을 함으로써 무선 네트워크에서의 백본으로 동작할 수도 있다. 무선 메쉬 네트워크에서 멀티 채널 멀티 인터페이스를 사용하는 것은, 서로 간섭하지 않는 채널을 사용하여 동시에 통신이 가능함으로써 전체 네트워크의 데이터 처리량을 높이게 된다. 이러한 멀티 채널 멀티 인터페이스 무선 메쉬 네트워크에서 각 인터페이스에 채널들을 할당하고 라우팅을 결정하는 것은 중요한 연구 과제이다. 따라서 멀티 채널 멀티 인터페이스를 지원하는 무선 메쉬 네트워크에서의 채널 할당 및 라우팅의 목적은 네트워크의 연결성을 유지하면서 간섭을 최소화하며 네트워크의 데이터 처리량을 향상시키는 것이다. 본 논문에서는 멀티 채널 멀티 인터페이스 무선 메쉬 네트워크에서 네트워크의 전체 데이터 처리량을 높이며, 평균 종단간 지연시간을 줄이는 중앙 집중적이며 휴리스틱한 방법의 채널 할당 및 라우팅 알고리즘들을 제안한다. 이를 위해 링크의 잔여 채널 용량을 고려한 라우팅 방법과 링크의 통신 참여 수를 고려한 채널 할당 및 라우팅 방법, 그리고 우회 경로를 허용하는 라우팅 방법을 제안한다. 마지막으로 본 논문에서 제안한 방법의 성능을 평가하기 위해 NS-2 시뮬레이터를 사용하여 기존 관련 연구와 비교 분석하였다. 제안한 방법은 기존 관련 연구에서의 방법보다 무선 메쉬 네트워크에서의 평균 데이터 처리량을 증가시키며 평균 종단간 지연시간을 감소시키는 결과를 보임으로써 전체 네트워크의 성능이 향상됨을 확인할 수 있었다. Wireless mesh networks can be deployed for various networks from home networking to last-mile broadband Internet access. Wireless mesh networks are composed of mesh routers and mesh clients. In these networks, static nodes form a multi-hop backbone of a large wireless access network that provides connectivity to end-users' mobile terminals. The network nodes cooperate with each other to relay data traffic to its destinations. In order to increase connectivity and better performance, researchers are getting interested in multi-channel and multi-interface wireless mesh networks. In these networks, non-overlapping multiple frequency channels are used simultaneously to increase the aggregate bandwidth available to end-users. Recently, researches have focused on finding suitable channel assignments for wireless network interfaces, equiped in a mesh node, together with efficient routing to improve overall systemthroughput in wireless mesh networks. This goal can be achieved by minimize channel interference. Less interference among using channels in a network guarantees more aggregated channel capacity and better connectivity of the networks. In this thesis, we propose interference aware channel assignment and routing algorithms for multi-channel multi-hop wireless mesh networks. We propose Channel Assignment and Routing algorithms using Traffic Profiles(CARTP) and Routing algorithms allowing detour routing(CARTP+2). Finally, we evaluate the performance of proposed algorithms in comparison to results from previous methods using ns-2 simulations. The simulation results show that our proposed algorithms can enhance the overall network performance in wireless mesh networks.

무선 네트워크 제어 시스템을 위한 클럭 동기화 메커니즘

트렁홉도(Trong-Hop Do),전문길(Wenji Quan),유명식(Myungsik Yoo) 한국통신학회 2013 韓國通信學會論文誌 Vol.38 No.7B

최근 무선 네트워크 기술이 많이 발전됨에 따라 많은 단말과 애플리케이션들은 무선 네트워크를 기반으로 연구되고 있다. 무선 네트워크는 유선 네트워크에 비해 편의성, 유동성, 확장성과 저렴한 가격으로 인하여 많이 사용되고 있지만, 안정성이 떨어지므로 실시간 제어시스템에서의 적용은 제한적이다. 무선 제어시스템에 있어서 가장 중요한 것은 클럭 동기화이다. 비록 기존 유선 네트워크와 무선 네트워크에서 많은 동기화 기법들이 제안 되었지만, 이러한 기법들은 무선 제어 시스템에 직접적으로 적용하기에는 부적절하다. 이에 본 논문에서는 무선 제어 시스템에서의 동기화 문제를 제기하고, 무선 네트워크의 특성들을 이용하여 클럭 동기화 기법을 제안하였다. 이와 더불어 제안 알고리즘의 성능 분석을 위한 모의실험을 수행하였고, 기존 동기화 기법과 제안한 기법을 패킷 손실과 패킷 손실을 제외한 환경에서 비교 분석하였다. Wireless network has been used in many applications due to its advantages such as convenience, mobility, productivity, easy deployment, easy expandability and low cost. When it comes to stability, wireless network still shows its limitation which makes it difficult to be used for real-time control system. One of the first problems of using wireless network for control system is clock synchronization. There have been synchronization schemes proposed for wired networked control system as well as wireless network. But these should not be applied directly in wireless network control system. In this paper, we point out the importance of clock synchronization in wireless network control system. Then based on the characteristic of wireless networked control system, we propose a clock synchronization scheme for it. Furthermore, we simulate our scheme and compare with previous synchronization scheme in wired and wireless environments.

Architectures and Connection Probabilities forWireless Ad Hoc and Hybrid Communication Networks

Chen, Jeng-Hong,Lindsey, William C. The Korea Institute of Information and Commucation 2002 Journal of communications and networks Vol.4 No.3

Ad hoc wireless networks involving large populations of scattered communication nodes will play a key role in the development of low power, high capacity, interactive, multimedia communication networks. Such networks must support arbitrary network connections and provide coverage anywhere and anytime. This paper partitions such arbitrarily connected network architectures into three distinct groups, identifies the associated dual network architectures and counts the number of network architectures assuming there exist N network nodes. Connectivity between network nodes is characterized as a random event. Defining the link availability P as the probability that two arbitrary network nodes in an ad hoc network are directly connected, the network connection probability $ \integral_n$(p) that any two network nodes will be directly or indirectly connected is derived. The network connection probability $ \integral_n$(p) is evaluated and graphically demonstrated as a function of p and N. It is shown that ad hoc wireless networks containing a large number of network nodes possesses the same network connectivity performance as does a fixed network, i.e., for p>0, $lim_{N\to\infty} Integral_n(p)$ = 1. Furthermore, by cooperating with fixed networks, the ad hoc network connection probability is used to derive the global network connection probability for hybrid networks. These probabilities serve to characterize network connectivity performance for users of wireless ad hoc and hybrid networks, e.g., IEEE 802.11, IEEE 802.15, IEEE 1394-95, ETSI BRAN HIPERLAN, Bluetooth, wireless ATM and the world wide web (WWW).

Application of Data Fusion Technology Based on Weight Improved Particle Swarm Optimization Neural Network Algorithm in Wireless Sensor Networks

Xiajun Ding,Hongbo Bi,Xiaodan Jiang,Lu zhang 보안공학연구지원센터 2016 International Journal of Future Generation Communi Vol.9 No.3

With the development of sensor technology, network technology, embedded control technology and wireless communication technology, the application of wireless sensor networks (WSN) has become more and more widely. Wireless sensor networks have been named the most influential and important technology of the world in twenty-first Century. In wireless sensor networks, data fusion is an important research branch. In this paper, a data prediction model of wireless sensor network based on weight improved particle swarm optimization neural network algorithm is proposed. In view of the deficiency of the traditional BP neural network model, this paper combines with the characteristics of the data prediction model, and the BP neural network model is improved and integrated. After that, we train the neural network's sample set, and add the momentum item to correct the weight, so that the neural network can be predicted more quickly and accurately. The main idea of this paper is to predict the future data based on the historical data which are collected by sensor nodes, so as to achieve the purpose of reducing the amount of data transmission in the network and saving the energy of nodes. Finally, the experimental results show that the improved particle swarm optimization algorithm based on weight improved particle swarm optimization neural network algorithm has higher accuracy than the multiple regression method and the grey prediction method. In addition, the method can be used to effectively save energy in wireless sensor data transmission.

이동 에이전트를 이용한 유무선 네트워크의 통합관리 기법

나호진(Ho-Jin Na),조경산(Kyung-San Cho) 한국컴퓨터정보학회 2010 韓國컴퓨터情報學會論文誌 Vol.15 No.11

중앙 집중적 네트워크 관리 구조인 SNMP(Simple Network Management Protocol)를 무선 네트워크 관리에 적용하면 네트워크 과부하, AP에서의 NAT(Network Address Translation)로 인한 관리의 문제, 그리고 무선 노드의 성능 저하가 발생한다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 MA(Mobile Agent)를 도입한 유무선 네트워크 통합 관리 기법을 제안한다. 제안기법에서 유선 네트워크는 SNMP 기반으로 관리하고 무선 네트워크는 AP 또는 무선 노드에 SNMP를 MA 기반으로 구현하여 관리한다. 또한, SNMP 응답 메시지 내에 중복되는 OID 정보를 줄이는 방법도 제시한다. 분석을 통해 제안 기법이 제시된 문제를 해결하고 무선 노드에 대한 처리 시간이 개선됨을 보인다. Appling centralized network management architecture SNMP(Simple Network Management Protocol) to wireless networks causes the network overhead, NAT(Network Address Translation) problem on AP, and performance degradation of mobile nodes. In this paper, we propose an integrated management scheme for wired and wireless networks using mobile agents in order to solve above problems. In our proposed scheme, SNMP is applied to manage wired networks and MAs of SNMP are implemented in APs or wireless nodes to manage wireless networks. In addition, we propose a method to reduce the redundant OID information within SNMP response messages. Through the analysis, we show that our proposal resolves the given problems and reduces the processing delay of the wireless nodes.

A Quantitative Analysis of System-Level Performance of the Wireless LAN in Digital Home Environments

Byounghee Son,Hagbae Kim 대한전자공학회 2008 JUCT : Journal of Ubiquitous Convergence Technolog Vol.2 No.1

A digital home is a ubiquitous environment that is expected to be realized in the near future. All information appliances in a house are connected to each other through wired and/or wireless home networks. Authenticated user can access the various services provided by the digital home, and the access is not restricted by equipment, time, or location. The technologies that form the digital home can be grouped into two categories: wired networking technologies and wireless networking technologies. For the purpose of ubiquitous environments, wireless-networks offer suitable and seamless high-quality services. A wireless LAN can be created simply by equipping a single access point. For that reason, the cost of establishing such a network is low and using it is easy. Of course, there is an exciting new wireless technology. It is the Ultra Wide Band (UWB). However, it is not enough to bring wireless convenience, although offering a broad range of high-speed data transfer capabilities, Because of unstable. Thus, of the wireless-networking systems, we focus on the wireless LAN. We quantitatively analyze its capabilities. The dynamic and adaptive wireless LAN provides a foundation for the evolution toward the next generation of wireless and adaptive networks. The difference between wired LAN and wireless LAN in upload and download rates is small. Although the wireless LAN experiences a greater loss rate than the wired LAN, the difference is minimal. We conclude that a wireless LAN is suitable for use in an apartment environment.

이중 라디오 무선 센서 네트워크에서의 에너지 효율적인 클러스터링

문수훈(Soo-Hoon Moon),한승재(Seung-Jae Han) 한국정보과학회 2012 정보과학회논문지 : 정보통신 Vol.39 No.1

이중 라디오 무선 센서 네트워크는 2가지의 서로 다른 전송 거리, 전송 속도, 에너지 소모 특성을 갖는 라디오 인터페이스를 동시에 내장한 센서 노드들로 구성된다. 이중 라디오 센서 네트워크는 한가지 종류의 라디오 인터페이스로만 구성된 전통적인 무선 센서 네트워크에 비하여 네트워크의 공간적 확장성, 사건 감지 반응시간, 에너지 소모를 포함한 여러 측면에서 이점을 갖는다. 본 논문은 이중 라디오무선 센서 네트워크의 수명을 최대화하기 위해 에너지 효율적인 클러스터의 크기를 결정하는 것을 목적으로 한다. 이를 위한 전제로써 기존의 센서용 라디오 인터페이스를 클러스터 내부의 통신에 이용하고, 고속이며 긴 전송 범위를 갖는 라디오 인터페이스를 클러스터간 통신에 이용하는 이중 라디오 센서 노드로 구성된 2계층 클러스터 구조를 가정한다. 우리는 각 센서 노드에서 주기적으로 데이터가 발생하고 발생한 모든 데이터가 싱크 노드로 모이는 일반적인 센서 네트워크의 트래픽 상황에서 이중 라디오 센서 네트워크의 에너지 소모 양상을 분석한다. 이를 바탕으로 클러스터 구조의 네트워크에서 에너지 효율적으로 동작하는 네트워크 구성 매개변수를 이끌어 냄으로써 네트워크 수명 최대화의 목적을 달성하고자 한다. 우리는 얻은 결과를 실제에 적용하기 위해 2계층 클러스터링 알고리즘인 DHS(diffusive head selection)를 제안한다. 시뮬레이션을 통해, 에너지 효율적인 매개변수와 제안한 알고리즘으로 구성한 2계층 클러스터 구조의 센서 네트워크가 기존의 알고리즘보다 뛰어남을 보인다. Dual-radio wireless sensor network consists of the sensor nodes that have two radio interfaces which have different transmission distance, transmission speed and energy consumption. Dual-radio wireless sensor network provides several advantages compared with the conventional wireless sensor networks which consist of only single type of radio interface including spatial scalability, event detection latency, and energy consumption. In this paper, we aim to determine the energy efficient cluster size to maximize the network lifetime of dual-radio wireless sensor network. We assume the two-tier clustered WSN: conventional sensor radio interface is used for in-cluster communication and high-speed radio interface is utilized for inter-cluster communication. We analyze the energy consumption of dual-radio wireless sensor network in typical sensor network traffic, which the data is generated periodically and is concentrated to the sink node. Using this analysis, we achieve the maximization of network lifetime by deriving the network parameters which form energy efficient cluster architecture. To apply this result to the real network, we propose a two-tiered clustering algorithm, called 'DHS (diffusive head selection)'. In simulation, we show that the performance of the two-tier clustered dual-radio wireless sensor network by DHS exceeds those of previous algorithm.