USN Environment Research Articles

개별 혼돈 시스템을 이용한 USN 통신 프로토콜 설계

USN 환경의 구축에 있어서 무선통신을 이용한 안전한 센서 네트워크 구현은 전체 시스템에 있어서 가장 중요한 요소라고 할 수 있다. USN 통신은 접근성, 비접촉성을 높이기 위해 무선통신을 사용하고 있으나 이것으로 인한 보안의 취약성은 시스템을 위험하게 하고 있다. 우리는 이런 다중센서 네트워크인 USN에 효율적으로 적용할 수 있는 보안 프로토콜을 제안한다. 우리가 제안한 프로토콜은 개별 혼돈 시스템을 이용한 방법으로 각각의 센서에 장착된 혼돈시스템을 주 혼돈 시스템과 미리 준비된 킷값을 초깃값으로 동기화시키고, 동기화된 값을 대칭키로 하여 통신하는 보안 프로토콜이다. 본 논문에서 보인 통신 프로토콜은 USN의 취약한 보안 문제와 센서노드의 프로그램 용량 제한 문제점을 해결하기 위한 새로운 방법으로 계속적인 후속 연구가 이루어진다면 좋은 성과를 얻을 수 있을 것으로 생각된다. In the construction of USN environment, the implementation of a safe sensor network using wireless communications can be said to be the most important factor in the entire system. Although USN communication uses wireless communications to enhance accessability and non-contact capability, this results in the security vulnerability, thus endangering the system. In this regard, we propose a security protocol that can be effectively applied to USN, a multi-sensor network. The proposed protocol is a method using an individual chaotic system, and it is a security protocol to synchronize the main chaotic system mounted on each sensor and prepared key values into the initial values, and to communicate with the use of the synchronized values as symmetric keys. The communication protocol proposed in this paper is expected to yield good results as a new method to resolve security problems of USN and program capacity limitations of sensor nodes if subsequent studies continue to be carried out.

Privacy and technology challenges for ubiquitous social networking

Ubiquitous social networking USN can be seen as an evolution of ubiquitous computing supporting the social well-being of people in their everyday lives. The vision of USN focuses on enhancing social interactions among its participants during users' physical meetings. This target is leading towards important challenges such as social sensing, enabling social networking and privacy protection. In this paper we firstly investigate the methods and technologies for acquisition of the relevant context for promotion of sociability among inhabitants of USN environments. Afterwards, we review architectures and techniques for enabling social interactions between participants. Finally, we identify privacy as the major challenge for networking in USN environments. Consequently, we depict design guidelines and review privacy protection models for facilitating personal information disclosure.

USN환경에서 교육용 ZigBee 장비의 설계 및 구현

본 논문에서는 USN 환경에 적합한 ZigBee 교육용 시스템을 설계 및 구현하였다. 또한 ZigBee 교육용 실습 장비를 통하여 사용자가 USN환경에서 소프트웨어 기술 교육을 위하여 동작과정을 실습하고, 그 과정에서의 소프트웨어 설계 기법을 제시하였다. 시스템의 개발 환경으로 CPU는 Atmel사의 Atmega128 프로세서, 디버깅 환경은 AVR 컴파일러, 펌웨어 개발 언어는 C언어를, 응용 프로그램은 Visual C++를 사용하였다. 시스템 동작 과정은 인터넷을 통한 서버나 직접 접속된 하이퍼 터미널로부터 코디네이터가 센싱정보 읽기 명령을 수신한 후 이를 ZigBee 기술을 이용하여 종단장치로 전달함으로서 시작된다. 이후 종단 장치는 다양한 센싱정보를 코디네이터에게 전달하며, 코디네이터는 인터넷을 통해 서버로 전달하거나 코디네이터에게 직접 접속된 하이퍼 터미널로 전달한다. 교육 과정으로는 이러한 ZigBee 동작과정에 대한 실습과 그에 대한 프로그래밍 기법이다. 이때 코디네이터와 종단장치간 통신은 ZigBee 프로토콜의 물리계층, MAC 계층, 네트워크 계층을 활용하여 설계하였다. 또한 서버와 코디네이터간 통신은 TCP/IP 소켓위에 독자적인 프로토콜을 제시하여 설계하였고, 센싱된 데이터를 전달시 프로토콜 처리과정을 해석하여 검증하였다. This paper has designed and realized educational ZigBee equipment befitting to the USN environment. In addition, this study has enabled users to exercise operation process for software technology education and to propose software design methods in the process in the USN environment through practice equipment for ZigBee education. As for the development environment of system, Atmega128 process of Atmel is used for CPU; AVR compiler for the debugging environment; C language for firmware development language; and C++ for application program. The system operation process is initiated by coordinator's sensing information reading order from the hyper terminal through a server through the Internet or directly connected; and then delivering it to a terminating device by using ZigBee technology. The terminating device delivers various sensing information to the coordinator which delivers it to a server through the Internet or to a HYPER terminal directly connected to the coordinator. As for the educational course, it is about practices on such ZigBee operation process and relevant programing skills. Regarding it, the communication between coordinator and terminating device is designed by utilizing physical layer of ZigBee protocol, MAC layer and network layer while the communication between server and coordinator is designed by proposing an independent protocol on TCP/IP socket and the protocol processing procedure during sensing data delivery is verified by interpretation.

웹 클릭 스트림의 효율적 분석을 위한 시간 간격 제한을 활용한 관심 순차패턴 탐색

웹 관련 기술의 발달 및 스마트폰과 같은 지능형 모바일 서비스 기기의 사용 증가로 인해 오늘날 많은 분야에서 다양한 웹기반 서비스들이 널리 활용되고 있다 이러한 환정에서 개인화 및 지능화된 웹 서비스를 제공하기 위한 연구들이 활발히 진행되고 있으며, 웹 서비스 이용 기록으로부터 생성되는 웹 클릭 스트림에 대한 분석 기술은 관련 기술 중 핵심 기술의 하나이다. 본 논문에서는 순차정보 형태로 발생되는 웹 클릭 스트림에 대한 효율적 분석을 위해서 데이터 스트림 처리에 대한 기본적인 요구사항을 만족하면서 정제된 결과를 얻기 위한 순차패턴 마이닝 방법을 제시한다. 이를 위해서 먼저 순차패턴에 포함되는 단위항목들의 단순 발생 순서뿐만 아니라 발생 시간 정보를 추가로 활용하는 시간 간격 제한 관심 순차패턴을 정의하고, 이어서 웹 클릭 스트림과 같은 데이터 스트림에서 이를 효율적으로 탐색하기 위한 마이닝 방법을 제안한다. 해당 연구 결과는 웹 클릭 스트림뿐만 아니라 전자상거래, 생물정보학 및 USN 환경 등과 같이 데이터 스트림 형태로 정보를 발생시키는 여러 컴퓨터 용용 분야에서 유용하게 활용될 수 있을 것이다. Due to the development of web technologies and the increasing use of smart devices such as smart phone, in recent various web services are widely used in many application fields. In this environment, the topic of supporting personalized and intelligent web services have been actively researched, and an analysis technique on a web-click stream generated from web usage logs is one of the essential techniques related to the topic. In this paper, for efficient analyzing a web-click stream of sequences, a sequential pattern mining technique is proposed, which satisfies the basic requirements for data stream processing and finds a refined mining result. For this purpose, a concept of interesting sequential patterns with a time-interval constraint is defined, which uses not on1y the order of items in a sequential pattern but also their generation times. In addition, A mining method to find the interesting sequential patterns efficiently over a data stream such as a web-click stream is proposed. The proposed method can be effectively used to various computing application fields such as E-commerce, bio-informatics, and USN environments, which generate data as a form of data streams.

A Novel Middleware Architecture for Personal Healthcare Information System

With the recent trends in Ubiquitous technology and the adaptation of further advancement in personal healthcare system leads to develop some application which can work independent and user can operate that application without much interference of physician or any specialist user. To meet these needs, in this paper progressive middleware architecture for personal healthcare information system is proposed and implemented. This new architecture will not only play the role of middleware but also provide analysis tool to process different sensor data which is collected from different sensor implemented on patient body and USN environment. These features can be enabled by simple and effortless interactions of normal users and act autonomously to support their activities. This is already succeeded to design a prototype of Ubiquitous Healthcare Data Analysis and Monitoring Using Multiple Wireless Sensors for personal healthcare system at home. This proposed architecture will also provide analysis report to the doctors and patient or various users for further instructions. The analysis report consists of healthcare data analysis results and history of patients. In this paper healthcare data like ECG, Temperature, Spo2 is considered, which an important aspect for basic healthcare needs.

CoAP 프로토콜 구현과 USN 환경 적용

제한된 자원을 갖는 센서 노드를 효율적으로 관리하기 위해, IETF WG에서 2010년에 CoAP 프로토콜을 발표하였다. 아직 RFC로 확정 받지 않은 상태이기 때문에, 이 프로토콜의 단점을 보완하고, 논리적인 검증이 필요하다. 본 논문에서는 PC환경에서 CoAP 프로토콜을 구현하고, 프로토콜의 신속한 논리적 검증을 확인한 후, 이를 기반으로하여 실제 센서 노드 및 네트워크 노드에 적용한다. 메모리와 컴퓨팅 능력 등이 PC 환경과 비교하여 크게 제한되기 때문에, 센서 노드에 적용하기 위해서는 하드웨어에 종속적인 환경 적용이 필요하다. 이를 위해 Cygwin 환경에 포팅하고, 하드웨어 종속성을 해결하기 위한 방법 등을 제시하고, 이를 실험을 통해 검증한다. To manage sensing information such as temperature, humidity and so on efficiently, it is need to use special purpose protocol. In this reason, IETF WG proposed CoAP protocol, and it is on Internet draft. If it is possible to work on a specific protocol, sensor end-nodes and network devices will be managed efficiently. However, end-nodes have restricted resources, it is hard to applying to CoAP protocol directly. In this paper we analyse a CoAP protocol stack for USN. To verify this protocol quickly, at first we implemented CoAP protocol stack over PC environments. After the logical verification, we applied this protocol to the USN environment. To do this, we ported CoAP protocol to Cygwin environment, and proposed solutions for hardware dependencies, and it is verified through experiments.

멀티홉 클러스터 센서 네트워크 환경 기반에서 견고한 키 교환

본 논문에서는 신뢰하는 제 3기관(혹은 장치)(TTP)이 없고 사전에 키가 분배되지 않는 멀티 홉 클러스터 센서 네트워크 환경에서 안전하게 암호화된 키를 교환하는 알고리즘을 제안한다. 기존의 연구는 TTP가 존재하거나 노드간 키가 이미 분배되었다는 가정하에서 진행되었다. 그러나, 기존의 방법들은 기반 구조가 없는 USN 환경에서는 가능하지 않다. 기존 연구 중 일부는 난수를 이용한 Diffie-Hellman 알고리즘을 이용하여 문제를 해결하고자 하였으나 재생 공격과 중간자 공격에 취약한 것으로 나타났다. 기존의 Diffie-Hellman 알고리즘에서 취약한 문제로 드러난 노드 간 인증 문제는 ��TESLA를 사용한 수정된 Diffie-Hellman 알고리즘으로 해결한다. 본 논문에서는 수정된 Diffie-Hellman 알고리즘에 타임 스탬프를 사용한 일회용 패스워드(OTP)를 추가하여 안전하면서, 가볍고, 강인한 키 교환 알고리즘을 제안한다. 마지막으로 인증, 기밀성, 무결성, 부인방지, 후방향 안전성 및 전방향 안전성에 대해서 안전하다는 것을 검증한다. In this paper, we proposed a scheme that it safely exchanges encrypted keys without Trust Third Party (TTP) and Pre-distributing keys in multi-hop clustering sensor networks. Existing research assume that it exists a TTP or already it was pre-distributed a encrypted key between nodes. However, existing methods are not sufficient for USN environment without infrastructure. Some existing studies using a random number Diffie-Hellman algorithm to solve the problem. but the method was vulnerable to Replay and Man-in-the-middle attack from the malicious nodes. Therefore, authentication problem between nodes is solved by adding a ��TESLA. In this paper, we propose a modified Diffie-Hellman algorithm that it is safe, lightweight, and robust pair-wise agreement algorithm by adding One Time Password (OTP) with timestamp. Lastly, authentication, confidentiality, integrity, non-impersonation, backward secrecy, and forward secrecy to verify that it is safe.

순차 데이터 스트림에서 발생 간격 제한 조건을 활용한 빈발 순차 패턴 탐색

순차 패턴 탐색은 데이터 마이닝의 주요 기법 중의 하나로서 웹기반 시스템, 전자상거래, 생물정보학 및 USN 환경 등과 같은 여러 컴퓨터 응용 분야에서 생성되는 데이터를 효율적으로 분석하기 위하여 널리 활용되고 있다. 한편 이들 응용 분야에서 생성되는 정보들은 근래들어 한정적인 데이터 집합이 아닌 구성요소가 지속적으로 생성되는 데이터 스트림 형태로 생성되고 있다. 이러한 상황을 고려하여 데이터 스트림에서 순차패턴 탐색에 대한 연구들도 활발히 진행되고 있다. 하지만 이전의 연구들은 주로 분석 대상 데이터 스트림에서 단순 순차패턴을 구하는 과정에서 마이닝 수행 시간이나 메모리 사용량 등을 줄이는데 초점을 맞추고 있으며, 따라서 해당 데이터 스트림의 특성을 효율적으로 표현할 수 있는 보다 중요하고 의미있는 패턴들을 탐색하기 위한 연구는 거의 진행되지 못하고 있다. 본 논문에서는 데이터 스트림에서 보다 의미있는 순차패턴을 탐색하기 위한 방법으로 구성요소의 발생 간격 제한 조건을 활용한 빈발 순차패턴 탐색 방법을 제안한다. 먼저 발생 간격 정의 기준 및 발생 간격제한 빈발 순차패턴의 개념을 제시하고, 이어서 데이터 스트림에서 발생 간격 제한 조건을 적용하여 빈발 순차패턴을 효율적으로 탐색할 수 있는 마이닝 방법을 제안한다. Sequential pattern mining is one of the essential data mining tasks, and it is widely used to analyze data generated in various application fields such as web-based applications, E-commerce, bioinformatics, and USN environments. Recently data generated in the application fields has been taking the form of continuous data streams rather than finite stored data sets. Considering the changes in the form of data, many researches have been actively performed to efficiently find sequential patterns over data streams. However, conventional researches focus on reducing processing time and memory usage in mining sequential patterns over a target data stream, so that a research on mining more interesting and useful sequential patterns that efficiently reflect the characteristics of the data stream has been attracting no attention. This paper proposes a mining method of sequential patterns over data streams with a gap constraint, which can help to find more interesting sequential patterns over the data streams. First, meanings of the gap for a sequential pattern and gap-constrained sequential patterns are defined, and subsequently a mining method for finding gap-constrained sequential patterns over a data stream is proposed.

Real-time control architecture using Xenomai for intelligent service robots in USN environments

This paper describes the implementation of a dual-kernel software architecture, based on standard Linux and real-time embedded Linux, for real-time control of service robots in ubiquitous sensor network environments. Mobile robots are used in active service for the assisted living of elderly people, monitoring their mental and physiological data with wireless sensor nodes. The data collected from sensor nodes are routed back to a sink node through multi-hop communication. The moving sink node installed on the main controller of the robot collects data and transmits it to the main controller. To be able to handle emergency situations, the robot needs to satisfy real-time requirements when processing the data collected, and invoking tasks to execute. This paper realizes a multi-hop sensor network and proposes real-time software architecture based on Xenomai. The real-time tasks were implemented, with priority, to rapidly respond to urgent sensor data. In order to validate the deterministic response of the proposed system, the performance measurements for the delay in handling the sensed data transmission and the trajectory control with a feedback loop were evaluated on the non real-time standard Linux.

서브 클러스터 기법을 이용한 효과적인 USN 라우팅 프로토콜

USN 환경에서 제안된 라우팅 프로토콜 중에서 PEGASIS 프로토콜은 LEACH 프로토콜과 비교해 볼 때 노드의 에너지 소비량 감소에 효과적이다. 하지만, PEGASIS 프로토콜은 센서 네트워크의 특성인 BS 노드의 빈번한 변경으로 인한 센서 네트워크 망 구성의 변화에 취약성을 가지고 있다. 이에 본 논문에서는 이를 해결하기 위해서 작은 단위의 클러스터 헤드를 선출해 중간노드의 역할을 하게 하고자 한다. 이를 통해 PEGASIS 알고리즘이 가지고 있는 취약점을 보완할 수 있음을 보이고 이에 대한 시뮬레이션 결과를 보인다. 【The PEGASIS protocol is more effective about energy consumption more than LEACH in USN environment. However, PEGASIS is weakness enemy in change of sensor network net composition because It changes BS node frequently. Therefore, we propose new routing protocol that use Sub-Cluster Chaining to solve this problem in this paper. It can reduce overhead that happen in election of middle node doing so and reduce energy consumption. Also, It can supplement limitation that PEGASIS has. This is treatise shows that new protocol that propose than existent PEGASIS through simulation is superior.】

능동 건강/생활지원 USN 기반 서비스 로봇 시스템의 실시간 싱크 노드 구조

This paper proposes a system architecture for USN with a service robot to provide more active assisted living services for elderly persons by monitoring their mental and physical well-being with USN environments at home, hospital, or silver town. Sensors embedded in USN are used to detect preventive measures for chronic disease. Logged data are transferred to main controller of a service robot via wireless channel in which the analysis of data is performed. For the purpose of handling emergency situations, it needs real-time processing on gathering variety sensor data, routing algorithms for sensor nodes to a moving sink node and processing of logged data. This paper realized multi-hop sensor network to detect user movements with biometric data transmission and performed algorithms on Xenomai, a real-time embedded Linux. To leverage active sensing, a mobile robot is used of which task was implemented with a priority to process urgent data came from the sink-node. This software architecture is anticipated to integrate sensing, communication and computing with real-time manner. In order to verify the usefulness of a proposed system, the performance of data transferring and processing on a real-time OS with non real-time OS is also evaluated.