KR101602497B1 - Method for providing mac protocol for data communication security in wireless network communication - Google Patents
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Abstract
본 발명은 무선 네트워크 통신 시스템에서 데이터 통신 보안을 위한 맥 프로토콜 제공 방법에 있어서, 데이터 송신 노드에서 시간 동기(sync)를 위한 타임 스탬프(time stamp) 및 암호화를 위한 암호화된 키 씨이드(key seed) 값을 생성하고, 이를 데이터 필드 영역에 포함하는 RTS(request to send) 메시지 데이터 프레임을 생성하여 데이터 수신 노드에게 전송하는 과정과, 상기 RTS 메시지 데이터 프레임을 수신한 데이터 수신 노드에서 상기 타임 스탬프 및 키 씨이드 값을 복조한 후, 이를 근거로 타임 스탬프 및 키 씨이드 값을 생성하여 이를 CTS(clear to send) 메시지 데이터 프레임의 데이터 필드 영역에 포함하고 이를 상기 RTS 메시지 데이터 프레임을 송신한 노드로 전송하는 과정과, 상기 CTS 메시지 데이터 프레임을 수신한 데이터 송신 노드에서 수신된 타임 스탬프 값에 의해 해당 채널로의 변경 및 지속 시간을 수행하는 과정을 포함함을 특징으로 한다. A method for providing a MAC protocol for securing data communication in a wireless network communication system, the method comprising: transmitting a time stamp for time synchronization and a key seed for encryption at a data transmission node; Generating a RTS (request to send) message data frame including the RTS message data frame in a data field area and transmitting the RTS message data frame to a data receiving node; Generates a timestamp and a key seed value based on the demodulated value, and stores it in a data field area of a clear to send (CTS) message data frame and transmits it to a node that has transmitted the RTS message data frame A time stamp received at the data transmission node receiving the CTS message data frame, And performing a change to the channel and a duration according to the value.
주파수 호핑, 채널 협상, 타임 슬롯 Frequency hopping, channel negotiation, time slot
Description
본 발명은 무선 네트워크 통신 시스템에서의 데이터 통신 보안을 위한 맥 프로토콜 제공 방법에 관한 것으로서, 특히 데이터 송/수신 노드들의 통신 초기화 과정에서 맥 프로토콜(Mac protocol)에 데이터 통신의 보안을 위한 암호화 알고리즘을 주파수 도약(Frequency Hopping) 방식의 채널 협상과 채널 지속 시간(time slot)에 적용하여 데이터 통신 시 송/수신 노드의 물리계층에서의 감청 확률 감소 및 감청을 거부하는 무선 네트워크 통신 시스템에서의 데이터 통신 보안을 위한 맥 프로토콜 제공 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of providing a MAC protocol for securing data communication in a wireless network communication system, and more particularly, to an encryption algorithm for securing data communication in a MAC protocol (Mac protocol) It is applied to channel negotiation of frequency hopping scheme and channel time slot to reduce the probability of tapping at the physical layer of the transmitting / receiving node in data communication and to secure the data communication in the wireless network communication system which refrains from tapping. The present invention relates to a method of providing a Mac protocol for a mobile terminal.
이동 네트워크, 홈 네트워크 등의 통신환경의 다양화로 인해 통신 기기 간의 정보 보안의 안정성은 중요한 관심사 중의 하나이다. 이러한, IP 기반의 통신환경은 사용자의 편의성을 향상시키기 위해서 개발되고 있으나, 동시에 제3자의 접근이 용이하여 정보 보안이 취약하다는 문제점을 안고 있다. Due to diversification of communication environment such as mobile network, home network, etc., the stability of information security between communication devices is one of the major concerns. Such an IP-based communication environment has been developed in order to improve convenience for users, but at the same time, access to third parties is easy and information security is weak.
이를 해결하기 위해서, 현재 무선 네트워크 통신 시스템에서 제공하는 데이 터 통신 서비스에서는 다양한 형태의 암호화 알고리즘이 존재하고 있다.In order to solve this problem, various types of encryption algorithms exist in the data communication service currently provided by the wireless network communication system.
무선 네트워크에서는 암호화 통신을 위하여 상기 암호화 알고리즘을 적용하여, 데이터 전체를 소프트웨어나 하드웨어로 암호화하여, 데이터 메시지를 송/수신하는데, 이러한 과정에서 암호화 작업 및 관리하는 프로세스들은 무선 네트워크의 통신 효율과 속도를 떨어트릴 수 있을 뿐만 아니라, 상기 암호화된 메시지를 처리하기 위한 복잡한 암호화 알고리즘들로 인해 네트워크 장비들은 비효율적인 전력 소모가 발생한다. In the wireless network, the encryption algorithm is applied for encryption communication, and the entire data is encrypted with software or hardware to transmit / receive the data message. In this process, the processes for encryption and management perform communication efficiency and speed of the wireless network In addition to being able to drop, network devices suffer from inefficient power consumption due to complex encryption algorithms for handling the encrypted messages.
또한, 현재 일반적으로 사용하고 있는 무선 네트워크 통신 시 암호화 MAC(Media Access Control) 프로토콜들은 채널 협상과 채널 지속 시간 즉, 타임 슬롯 할당 과정에서 모든 데이터를 암호화하여 처리하고 있으며, 상기 암호화 상태를 유지하기 위해 암호용 키를 분배하는 과정에서 공격 당 할 수 있는 보안의 취약성을 가진다. In the currently used wireless network communication, the encryption MAC (Media Access Control) protocols encrypt and process all the data in the channel negotiation and the channel duration, that is, the time slot allocation process. In order to maintain the encryption state There is a security vulnerability that can be exploited in distributing the encryption key.
암호화 MAC 프로토콜에서는 암호화 키의 관리가 매우 중요한데, 예를 들어, 중앙 집중형 키 생성 방식은 키 분배 서버가 존재하여 네트워크를 형성하는 복수의 노드에 개별 키를 할당해 주는 방식으로, 데이터 전체를 소프트웨어나 하드웨어로 암호화하므로, 키 분배 서버에 문제가 발생하면 네트워크 전체가 영향을 받는 문제점이 있고, 네트워크를 형성하는 노드가 임의로 네트워크 참여 또는 탈퇴를 반복하는 자율-가입 네트워크(Self-organized network)에 적용이 곤란하다. 여기서, 상기 자율-가입 네트워크로는 애드-혹(Ad-Hoc) 네트워크 및 메쉬(Mesh) 네트워크가 대표된다. In the encryption MAC protocol, the management of the encryption key is very important. For example, in the centralized key generation method, a key distribution server exists to allocate an individual key to a plurality of nodes forming a network. Or hardware. Therefore, if a problem occurs in the key distribution server, the entire network is affected, and the self-organized network in which the nodes forming the network arbitrarily join or leave the network is applied This is difficult. Here, the autonomous-subscription network is represented by an ad-hoc network and a mesh network.
또한 분산형 그룹 키 생성 방식은 네트워크에 신규 노드가 참여하면, 참여된 신규 노드뿐만 아니라 네트워크를 형성하는 모든 노드들이 동시에 키를 갱신해야 하므로 계산의 복잡도가 높을 뿐만 아니라, 제 삼자에게 키를 노출시키지 않고 암호 통신 상대자에게 분배하는 과정에서 취약점이 발생하고 있다. In addition, when a new node participates in a network, not only a participating new node but all the nodes forming the network simultaneously update the key, so that the computation complexity is high, and the key is exposed to the third party The vulnerability occurs in the process of distributing to a cryptographic communication partner.
상기와 같이 현재 키 관리에 의한 암호화 기술들의 문제점은, 무선 네트워크 형성 전의 통신 과정을 안전하다고 가정하고, 암호화 및 암호 키 관리에만 집중되고 있으며, 물리적인 부분에는 관심이 없으므로, 데이터 전체를 소프트웨어나 하드웨어로 암호화함에 따른 무선 네트워크의 통신 효율 및 속도 면에서 비효율적인 전력소모가 발생한다. As described above, the problem with the encryption techniques by the current key management is that the communication process prior to the formation of the wireless network is assumed to be secure, and only the encryption and cipher key management are concentrated. The inefficient power consumption is caused in terms of the communication efficiency and speed of the wireless network.
본 발명의 목적은 무선 네트워크 통신 시스템에서 데이터 통신 보안을 위한 맥 프로토콜 제공 방법에 관한 것으로서, 특히 데이터 송/수신 노드들의 통신 초기화에서 암호화 통신을 위한 노드 간의 1:1 키 분배, 인증 및 타임 슬롯을 추가하여 공격당할 가능성을 원천적으로 차단함으로써 맥 프로토콜(Mac protocol)에 데이터 통신의 보안을 위한 암호화 알고리즘을 주파수 도약(Frequency Hopping) 방식의 채널 협상과 채널 지속 시간(time slot)에 적용으로 인하여 데이터 통신 시 송/수신 노드의 물리계층에서의 감청 확률 감소 및 감청을 거부하는 무선 네트워크 통신 시스템에서의 데이터 통신 보안을 위한 맥 프로토콜 제공 방법에 관한 것이다. It is an object of the present invention to provide a MAC protocol for data communication security in a wireless network communication system, and more particularly, to a method of providing a MAC protocol for data communication in a wireless network communication system, In addition, by blocking the possibility of being attacked, the encryption algorithm for securing the data communication in the Mac protocol is applied to the channel negotiation of the frequency hopping method and the channel time slot, To a method of providing a MAC protocol for securing data communication in a wireless network communication system which rejects the eavesdropping probability of the sending / receiving node at the physical layer.
상기한 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 일 견지에 따르면, 무선 네트워크 통신 시스템에서 데이터 통신 보안을 위한 맥 프로토콜 제공 방법에 있어서, 데이터 송신 노드에서 시간 동기(sync)를 위한 타임 스탬프(time stamp) 및 암호화를 위한 암호화된 키 씨이드(key seed) 값을 생성하여 이를 데이터 필드 영역에 포함하여RTS(request to send) 메시지 데이터 프레임을 생성하고 이를 데이터 수신 노드에게 전송하는 과정과, 상기 RTS 메시지 데이터 프레임을 수신한 데이터 수신 노드에서 타임 스탬프 및 키 씨이드 값을 복조한 후, 이를 근거로 타임 스탬프 및 키 씨이드 값을 생성하여 이를 CTS(clear to send) 메시지 데이터 프레임의 데이터 필드 영역에 포함하고 이를 상기 RTS 메시지 데이터 프레임을 송신한 노드로 전송하 는 과정과, 상기 CTS 메시지 데이터 프레임을 수신한 데이터 송신 노드에서 수신된 타임 스탬프 값에 의해 해당 채널로의 변경 및 지속 시간을 수행하는 과정을 포함함을 특징으로 한다. According to one aspect of the present invention, there is provided a method of providing a MAC protocol for securing data communication in a wireless network communication system, the method comprising: generating a time stamp for a time synchronization (sync) Generating an encrypted key seed value for encryption to generate a RTS (request to send) message data frame by including it in a data field area, and transmitting the RTS message data frame to a data receiving node; The time stamp and the key seed value are generated based on the time stamp and the key seed value, and the time stamp and the key seed value are included in the data field area of the CTS (clear to send) message data frame. Transmitting the RTS message data frame to a node that has transmitted the CTS message data frame; And performing a change to the channel and a duration according to the time stamp value received at the received data transmission node.
상술한 바와 같이 본 발명은 무선 네트워크 통신 시스템에서 시간에 따른 채널 분할에 의해 전체 네트워크에 부하를 주지 않는 데이터 송/수신 노드간의 1:1의 시간 동기화가 가능하며 이로 인해 통신 주파수의 효율적인 사용 및 데이터 전송 실패를 감소시킬 뿐만 아니라, 상기 1:1 시간 동기화로 인해 각 노드의 어드레스를 사용하지 않으므로 외부로부터 공격 당할 수 있는 가능성을 원천적으로 방지할 수 있는 효과가 있다. As described above, according to the present invention, it is possible to perform 1: 1 time synchronization between data transmitting / receiving nodes that do not load the entire network by channel division according to time in a wireless network communication system, Not only the transmission failure is reduced but also the address of each node is not used due to the 1: 1 time synchronization, so that it is possible to prevent the possibility of being attacked from the outside.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It will be appreciated that those skilled in the art will readily observe that certain changes in form and detail may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims. To those of ordinary skill in the art.
먼저, 본 발명은 IEEE 802.3 표준에 기반한 CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect) 프로토콜을 사용하여 무선 네트워크 내에서 안전한 데이터 통신 수행을 위한 것으로, 특히, MAC 프레임 전송 시에 필요한 암호화 알고리즘을 채널 협상과 타임 슬롯(time slot)에 적용하여 물리적인 PHY 레벨에서의 감청 확률 감소 및 감청을 거부하는 네트워크 통신에 관한 것임을 밝혀두는 바이다. The present invention relates to a method and apparatus for performing secure data communication in a wireless network using a CSMA / CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detect) protocol based on the IEEE 802.3 standard. More particularly, Negotiations and time slots to reduce the probability of intercepting at the physical PHY level and to refrain from intercepting network communications.
또한, 본 발명을 실시함에 있어서, 무선 네트워크 통신 내의 모든 노드에서는 데이터 보안을 위한 키 인증 및 키 씨이드(key-seed)를 복호화할 수 있는 프리쉐어드(pre-shared) 키가 사전에 분배되었음을 전제로 한다. Also, in implementing the present invention, all nodes in the wireless network communication have previously distributed pre-shared keys that can decrypt key authentication and key seed for data security Assumption.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 네트워크 내에서 송/수신되는 데이터 프레임의 구조를 도 1 및 도 2에 걸쳐서 설명하도록 한다. Hereinafter, a structure of a data frame transmitted / received in a wireless network according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.
먼저, 도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 맥 프로토콜(MAC protocol)의 암호화 알고리즘에 기반한 무선 네트워크 통신 시스템에서 데이터 통신 시 전송되는 데이터 프레임(100)의 일반적인 구조를 나타낸 구조이다. First, FIG. 1 is a structure showing a general structure of a data frame 100 transmitted in data communication in a wireless network communication system based on a MAC protocol encryption algorithm according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 먼저, 상기 데이터 프레임(100)은, 수신측에 프레임 도착 통지 정보를 제공하는 프리엠블(preamble, 110) 필드와, 데이터의 유형을 지정하는 메시지 타입(message type, 112)필드와, 발신지의 물리적 주소를 나타내는 소스 어드레스(source address, 114)필드와, 목적지의 물리적 주소를 나타내는 목적지 주소(destination address, 116)필드와, 데이터의 길이를 나타내는 데이터 랭스(data length, 118) 필드와, 상위계층으로부터 받은 데이터를 위한 데이터 필드(120), 오류 검출을 위한 오류 검출(cyclic redundancy check, 122) 필드로 구성된다. 1, the data frame 100 includes a
이어서, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 맥 프로토콜(MAC protocol)의 암호화 알고리즘에 기반한 무선 네트워크 통신 시스템에서 데이터 통신 시 송/수신 노드 별 데이터 프레임의 구조이다. 2 is a structure of a data frame for each transmitting / receiving node in data communication in a wireless network communication system based on a MAC protocol encryption algorithm according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 먼저, 200은 RTS(request to send) 메시지 데이터 프레임으로, 상기 RTS 메시지 데이터 프레임(200)은 데이터를 송신하고자 하는 송신 노드에서 생성된다. Referring to FIG. 2, 200 is a request to send (RTS) message data frame, and the RTS
상기 RTS 메시지 데이터 프레임(200)은, 도 1에 도시된 데이터 프레임(100)에서, 데이터의 유형을 지정하는 메시지 타입 필드를 RTS로 설정하고, 데이터를 위한 데이터 필드(206)는 각각 시간 동기화를 위한 타임 스탬프(time stamp, 202) 영역과, 키 씨이드(key seed, 204) 값 영역 필드를 포함한다. 1, the RTS
상기 타임 스탬프(202) 필드는, 데이터 송/수신을 위한 노드 간의 시간 동기(time synchronization)화를 위한 영역이다. The
즉, 2개의 공간 및 시간을 달리하는 데이터 송/수신 노드 간에 주파수 영역이 아닌 시간 영역 상의 시간 관계의 일치를 위한 영역으로, 현재의 시각(시/분/초)에 대한 정확한 일치이다. 이때, 시간 동기화는 전체 네트워크 상에서의 절대적인 동기화가 아닌 통신하는 노드 사이에서의 일-대-일 시간 동기화를 의미한다. That is, this is an area for matching the time relationship on the time domain, not the frequency domain, between the two space and time-varying data transmitting / receiving nodes, and is an exact match for the current time (hour / minute / second). Here, time synchronization means one-to-one time synchronization between communicating nodes, rather than absolute synchronization over the entire network.
상기 key seed(204) 값 영역 필드는, 데이터 송/수신 시 통신 보안을 위하여 암호화하여 생성되는 key seed 값을 위한 영역이다. The key seed (204) value field is an area for a key seed value generated by encrypting for communication security upon data transmission / reception.
여기서, 상기 key seed 값의 암호화하는, 기존의 다양한 암호화 알고리즘 적용이 가능하며, 본 발명에서는 프란시스 베이컨(Francis Bacon)의 암호법을 예를 들어 설명한다. Here, it is possible to apply various existing encryption algorithms for encrypting the key seed value. In the present invention, the cryptographic method of Francis Bacon will be described as an example.
상기 프란시스 베이컨의 암호 법은 영어 알파벳의 대문자를 0, 소문자를 1로 사용한다. 예를 들어, key seed 값이 16진수로 0x06 일 경우, 2진수로는 0b0000 0101 이다. 상기 값은 SAFE SaFe로 대칭될 수 있으며, SAFE는 모두 대문자이므로 0000, SaFe는 대문자, 소문자, 대문자, 소문자이므로 0101로 표현 할 수 있다. The Francis bacon cipher uses the upper case letter of the English alphabet and the lower case letter of the English alphabet. For example, if the key seed value is 0x06 in hexadecimal, it is 0b0000 0101 in binary. SaFe can be symmetric with SAFE SaFe, and since SAFE is all upper case, it can be expressed as 0000, SaFe is upper case, lower case, upper case, lower case.
이어서, 210은 CTS(clear to send) 메시지 데이터 프레임으로, 상기 CTS 메시지 데이터 프레임(210)은 데이터를 송신 노드로부터 수신한 수신 노드에서 생성된다. Next, 210 is a clear to send (CTS) message data frame, and the CTS
상기 CTS 메시지 데이터 프레임(210)은, 도 1에 도시된 데이터 프레임(100)에서, 데이터의 유형을 지정하는 메시지 타입 필드를 CTS로 설정하고, 데이터를 위한 데이터 필드(208)는 각각 시간 동기화를 위한 타임 스탬프(time stamp, 212) 영역과, 키 씨이드(key seed, 214) 값 영역 필드를 포함한다. 1, the CTS
상기 타임 스탬프(212) 필드는, 데이터 송/수신을 위한 노드 간의 시간 동기(time synchronization)화를 위한 영역이다. 이때, 시간 동기화는 전체 네트워크 상에서의 절대적인 동기화가 아닌 통신하는 노드 사이에서의 일-대-일 시간 동기화를 의미한다. The
상기 key seed(214)값 영역 필드는, 데이터 송/수신 시 통신 보안을 위하여 암호화하여 생성되는 key seed 값을 위한 영역으로, 기존의 다양한 암호화 알고리즘 적용이 가능하며, 본 발명에서는 프란시스 베이컨(Francis Bacon)의 암호법을 예를 들어 설명한다. The key seed (214) value area field is an area for a key seed value generated by encrypting for communication security when data is transmitted / received, and can be applied to various encryption algorithms. In the present invention, Francis Bacon ) Will be described as an example.
다음으로, 220은 Tx complete 메시지 데이터 프레임으로, 상기 Tx complete 메시지 데이터 프레임(220)은 데이터 전송 완료의 통지를 위한 것이다. Next, 220 is a Tx complete message data frame, and the Tx complete
도 1에 도시된 데이터 프레임(100)에서, 데이터의 유형을 지정하는 메시지 타입 필드를 Tx complete 메시지로 설정하고, 데이터는 포함하지 않으며, 각각의 송신 및 수신 노드에서 데이터 전송 완료 시 생성된다. In the data frame 100 shown in FIG. 1, a message type field designating the type of data is set to a Tx complete message, and data is not included, and is generated upon completion of data transmission at each of the transmitting and receiving nodes.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 네트워크에서 송/수신 노드 간의 데이터 통신 시 무선 채널 상에서의 노드별 주파수 호핑(Frequency Hoppong, FH)을 대략적으로 나타낸 예시도 이다. FIG. 3 is an exemplary diagram schematically showing frequency hopping (FH) for each node on a wireless channel in a data communication between a transmitting / receiving node in a wireless network according to an embodiment of the present invention.
여기서, 상기 주파수 호핑이란, 주파수 도약 즉, 전송 신호의 중심 주파수가 특정 주파수 대역 내에서 계속 이동되도록 하는 확산 대역 방식으로, 본 발명에서는 주어진 주파수 대역을 시간에 따라서 분할하여 사용하므로, 특정 시간 내에서의 이동을 의미한다. Here, the frequency hopping is a spreading band method in which the center frequency of the transmission signal is continuously shifted within a specific frequency band. In the present invention, since a given frequency band is divided and used according to time, .
도 3을 참조하면, 데이터를 송신 혹은 수신하려는 노드는 공통 채널(310)을 이용하여, 각각 RTS(request to send) 메시지 데이터 프레임(B, C, E)과, CTS 메시지 데이터 프레임(A, D, F)을 전송하고자 하는 노드에게 전송한다. 상기 공통 채널(310)상에서 전송을 시도하는 데이터 송/수신 노드들은 시간에 따른 통신 초기화를 의미하며, 각각의 RTS 혹은 CTS 메시지 데이터 프레임의 타임 스탬프(time stamp, 212) 영역에 설정된 시간을 이용하여 통신을 수행할 것이다. 그러므로, 도 3에 도시한 분할된 다수의 각 채널들(312, 314, 316)에서 일정 영역을 점유하고 있 는 각 데이터 송/수신 노드들은, 해당 채널 상에서 특정의 시간 동안의 점유를 의미하고, 이는 다수의 채널을 시간에 따라 분할하여 사용함을 의미한다. 예를 들어, 공통 채널(310)을 이용하여 통신하고자 하는 노드들(i.e. A, C)이 데이터 송/수신을 위해 RTS 및 CTS 메시지 데이터 프레임을 각각 전달 받은 후, 상기 각 노드에서 상대방의 노드를 통해 수신된 각 RTS 및 CTS 메시지 데이터 프레임의 타임 스탬프 영역에 설정된 시간을 기준으로, A 노드는 채널 2(314) 및 채널 3(316)의 특정 시간을 점유하고, C 노드는 채널 1(312) 및 채널 3(316)의 특정 시간을 점유함을 의미한다. Referring to FIG. 3, a node that transmits or receives data is configured to transmit RTS (request to send) message data frames B, C, and E and CTS message data frames A and D , F) to the node to be transmitted. The data transmitting / receiving nodes attempting to transmit on the
상기 본 발명에 따른 채널 할당 방식에 대한 상세한 설명 및 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 네트워크 통신 시스템에서 데이터 통신 보안을 위한 맥 프로토콜 방법을 후술하는 도 4 및 도 5에 걸쳐서 자세히 설명하기로 한다. A detailed description of the channel allocation method according to the present invention and a MAC protocol method for securing data communication in a wireless network communication system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 4 and FIG.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 네트워크 통신 시스템에서 데이터 통신 보안을 위한 맥 프로토콜 제공 방법에 있어서 데이터 송신 노드의 동작 과정에 관한 흐름도이다. 4 is a flowchart illustrating an operation procedure of a data transmitting node in a method of providing a MAC protocol for securing data communication in a wireless network communication system according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 먼저 410 과정에서 데이터 통신을 위한 통신 초기화 수행 즉, 통신을 하고자 하는 각 노드들이 대기 상태를 거쳐, 412 과정에서는 데이터를 전송하려는 노드가 통신을 하고자 하는 데이터 수신 노드와의 데이터 통신을 위한 채널 협상을 위하여 공통 채널을 이용하여 RTS 메시지 데이터 프레임을 생성한다. 이때, 상기 RTS 메시지 데이터 프레임은, 데이터의 유형을 지정하는 메시지 타입 필드를 RTS로 설정하고, 데이터를 위한 데이터 필드는 각각 타임 스탬프 영역과, key seed값 영역 필드를 포함한다.Referring to FIG. 4, first, in
상기 타임 스탬프 영역은, 데이터 송/수신을 위한 노드 간의 시간 동기화를 위한 영역으로, 2개의 공간 및 시간을 달리하는 데이터 송/수신 노드 간에 주파수 영역이 아닌 시간 영역 상의 시간 관계의 일치를 위한 영역으로, 현재의 시각(시/분/초)에 대한 정확한 일치이다. 이에 따라, 데이터 송신 노드는 자신이 이용하고자 하는 시간을 지정하여 상기 타임 스탬프 필드에 기록한다.The time stamp area is an area for time synchronization between nodes for data transmission / reception. The time stamp area is an area for coincidence of time relations on a time domain, not a frequency domain, between data transmission / reception nodes of two space and time , And the current time (hour / minute / second). Accordingly, the data transmission node designates the time to be used by the data transmission node, and records the time in the time stamp field.
여기서, 본 발명의 실시 예에 따른 시간 동기화는 전체 네트워크 상에서의 절대적인 동기화가 아닌 통신하는 노드 사이에서의 일-대-일 시간 동기화를 의미한다. Here, the time synchronization according to the embodiment of the present invention means one-to-one time synchronization between communicating nodes, not absolute synchronization on the whole network.
상기 key seed값 영역 필드는, 데이터 송/수신 시 통신 보안을 위하여 암호화하여 생성되는 key seed 값을 위한 영역이다. The key seed value field field is an area for a key seed value generated by encrypting for communication security upon data transmission / reception.
상기 key seed 값의 암호화 시, 프란시스 베이컨(Francis Bacon)의 암호법을 사용하고, 상기 알고리즘에 의해 암호화된 key seed 값은 전송을 위해 변조된다. When encrypting the key seed value, Francis Bacon's cryptographic method is used, and the key seed value encrypted by the algorithm is modulated for transmission.
412 과정에서 생성된 상기 RTS 메시지 데이터 프레임을 통신하고자 하는 수신 노드에게 전송한다(414 과정).In
그리고, 416 과정에서는 상기 414 과정에서 RTS 메시지 데이터 프레임을 송신한 노드로부터의 CTS 메시지 데이터 프레임의 수신을 확인 후, 수신이 되었을 경우 422 과정으로 진행한다. In
상기 CTS 메시지 데이터 프레임은, 메시지 타입 필드가 CTS로 설정된다. 데 이터 필드는 노드 간의 시간 동기화를 위한 타임 스탬프 영역과, 보안을 위해 암호화하여 생성되는 key seed 값 영역 필드를 포함하여 상기 RTS 메시지 데이터 프레임의 데이터 필드와 동일하다. In the CTS message data frame, the message type field is set to CTS. The data field is the same as the data field of the RTS message data frame including a time stamp area for time synchronization between nodes and a key seed value area field generated by encryption for security.
데이터 프레임을 송신한 노드로부터 CTS 데이터 프레임이 수신되지 않았을 경우, 420 과정으로 이동한다. 수신 대기 상태에서 상기 412 과정에서 RTS 메시지 생성 시, 설정된 시간을 확인하여, 설정된 시간 내에서 상대 노드로부터의 CTS 메시지 데이터 프레임의 수신을 계속해서 확인한다. 이러한 과정에서 설정된 시간이 지났을 경우에는, 412 과정으로 점프하여 데이터를 전송하려는 노드가 통신을 하고자 하는 데이터 수신 노드와의 데이터 통신을 위한 채널 협상을 위하여 공통 채널을 이용하여 RTS 메시지 데이터 프레임을 다시 생성한다.If the CTS data frame is not received from the node that transmitted the data frame, the process moves to step 420. In
한편, CTS 메시지 데이터 프레임을 수신한 후 422 과정에서는, 데이터 송신 노드가 수신 노드와의 데이터 통신을 위해서, 상기 수신한 CTS 메시지 데이터 프레임에 포함된 key seed값과 타임 스탬프 정보 값을 이용하여 채널 협상 및 채널 지속 시간의 정보 탐색을 수행한다. On the other hand, in
424과정에서, 데이터 송신 노드는 상기 key seed 값과 타임 스탬프 정보 값을 이용하여 채널 변경 및 채널 지속 시간 타이머를 작동시킨다. In
상기 424 과정에서의 수행으로 채널이 변경되고, 해당 채널의 캐리어 센싱(carrier sensing) 을 하여, 변경하고자 하는 채널에서의 이용빈도 즉, 타 노드의 이용 여부를 확인한다. 확인 결과, 데이터 송신 노드가 이용하고자 하는 채널 시간 즉, 수신한 CTS 메시지 데이터 프레임에 포함된 타임 스탬프 정보 값에 해당 하는 시간에 해당 채널이 다른 노드에 의해 사용 중일 경우, 다른 채널로의 변경 및 다른 채널 시간상에서의 채널 점유를 위해 이전 412 과정으로 점프하여 즉, 공통 채널로 돌아가서, 상기 RTS 메시지 데이터 프레임을 재생성하여, 상기 412 이하 과정들을 다시 반복한다. In
그리고, 데이터 송신 노드가 이용하고자 하는 시간에서 해당 채널이 비어있을 경우, 상기 422 과정에서의 수행으로 획득한 채널 정보에 의해, CTS 메시지 데이터 프레임에 포함된 타임 스탬프 정보 값에 상기 412 과정에서 지정한 타임 스탬프 값을 더해서 타이머를 설정하여 최종 채널 지속 시간을 확정한다(427 과정). If the corresponding channel is empty at a time desired by the data transmission node, the time stamp information value included in the CTS message data frame is set to the time designated in
428 과정에서, 상기 확정된 최종 채널 지속 시간 내에서 데이터 송신 노드는 자신이 통신하고자 하는 수신 노드에게 데이터를 전송하고, 전송하고자 하는 데이터를 모두 완료할 경우, 데이터 송신 노드는 수신 노드에게 Tx complete 메시지를 전송함으로써 송/수 노드 간의 데이터 전송 완료를 통보한다(430 과정).In
상기 Tx complete 메시지는, 맥 데이터 프레임에서 데이터의 유형을 지정하는 메시지 타입 필드를 Tx complete 메시지로 설정하고, 데이터는 포함하지 않으며, 각각의 송신 및 수신 노드에서 데이터 전송 완료 시 생성된다.The Tx complete message sets a message type field for specifying a type of data in a MAC data frame to a Tx complete message, does not include data, and is generated upon completion of data transmission at each of the transmitting and receiving nodes.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 네트워크 통신 시스템에서 데이터 통신 보안을 위한 맥 프로토콜 제공 방법에 있어서 데이터 수신 노드의 동작 과정에 관한 흐름도이다. 5 is a flowchart illustrating an operation procedure of a data receiving node in a method of providing a MAC protocol for securing data communication in a wireless network communication system according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 먼저 510 과정에서 데이터 통신을 위한 통신 초기화 수행 즉, 통신을 하고자 하는 각 노드들이 대기 상태를 거쳐, 512 과정에서는 무선 네트워크 내 소정의 노드로부터 RTS 데이터 메시지 프레임의 수신 여부를 확인한다. Referring to FIG. 5, in
이때, 상기 RTS 메시지 데이터 프레임은, 데이터의 유형을 지정하는 메시지 타입 필드를 RTS로 설정하고, 데이터를 위한 데이터 필드는 각각 타임 스탬프 영역과, key seed값 영역 필드를 포함한다. 수신하였을 경우, 변조된 RTS 메시지 데이터 프레임에 포함된 타임 스탬프 영역과, key seed값 영역 필드의 값을 복조하여 데이터 송신 노드가 통신하고자 하는 채널 및 지속 시간 정보를 획득한다(514 과정).At this time, in the RTS message data frame, a message type field designating a type of data is set to RTS, and a data field for data includes a time stamp area and a key seed value area field, respectively. (Step 514). In
그리고, 516 과정에서는 데이터 송신 노드로부터 수신된 RTS 메시지 데이터 프레임 내 타임 스탬프 값과 자신의 타임 스탬프 값을 비교하여 시간의 동기화 즉, 수신된 타임 스탬프 값과의 오차를 보정한다. 이때, 시간 동기화는 전체 네트워크 상에서의 절대적인 동기화가 아닌 통신하는 노드 사이에서의 일-대-일 시간 동기화를 의미한다. In
518 과정에서 데이터 수신 노드는 CTS 메시지 데이터 프레임을 상기 보정된 타임 스탬프 값과 key seed 값을 암호화하여 변조한다. 상기 변조된 CTS 메시지 데이터 프레임은, 상기 RTS 메시지 데이터 프레임을 송신한 노드로 전송된다(520 과정).In
522 과정에서, 데이터 수신 노드는 상기 수신한 RTS 메시지 데이터 프레임에 포함된 채널 정보 및 상기 516 과정에서 보정된 타임 스탬프 값에 따라 채널을 변경한 후, 자신의 타이머를 개시한다. In
상기 타이머 개시 후, 데이터 송신 노드로부터 데이터 수신 여부를 확인한 후(524 과정), 데이터가 수신되지 않았을 경우, 상기 타이머의 동작 여부를 계속해서 확인하여(526 과정), 설정된 시간 내에서 데이터 수신 여부를 계속해서 확인한다. After the start of the timer, whether or not data is received from the data transmitting node is checked (step 524). If the data is not received, whether or not the timer is operated is continuously checked (step 526) Continue to check.
이때, 설정된 시간이 끝났을 경우, 데이터 수신 노드는 수신 노드에게 TX complete 메시지를 전송함으로써 송/수신 노드 간의 데이터 전송 완료를 통보한다(528 과정).At this time, if the set time is over, the data receiving node informs the receiving node of the completion of data transmission between the transmitting node and the receiving node by transmitting a TX complete message (operation 528).
그리고, 데이터 송신 노드로부터 데이터가 수신되었을 경우, 상기 수신된 데이터를 처리하고(530 과정), 데이터 송신 노드와의 통신을 종료한다. When data is received from the data transmission node, the received data is processed (step 530), and the communication with the data transmission node is terminated.
상기와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 네트워크 통신시스템에서 데이터 통신의 보안을 위한 맥 프로토콜 제공 방법에 관한 동작이 이루어질 수 있으며, 한편 상기한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다.As described above, in the wireless network communication system according to the embodiment of the present invention, operations related to the method of providing a MAC protocol for securing data communication can be performed. While the present invention has been described with respect to specific embodiments thereof, Branching modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위와 청구범위의 균등한 것에 의하여 정하여져야 할 것이다. Accordingly, the scope of the present invention should not be limited by the illustrated embodiments, but should be determined by equivalents of the claims and the claims.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 맥 프로토콜(MAC protocol)의 암호화 알고리즘에 기반한 무선 네트워크 통신 시스템에서 데이터 통신 시 전송되는 데이터 프레임의 일반적인 구조를 나타낸 구조도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram illustrating a general structure of a data frame transmitted in data communication in a wireless network communication system based on a MAC protocol encryption algorithm according to an embodiment of the present invention; FIG.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 맥 프로토콜(MAC protocol)의 암호화 알고리즘에 기반한 무선 네트워크 통신 시스템에서 데이터 통신 시 송/수신 노드 별 데이터 프레임의 구조도.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a wireless network communication system based on a MAC protocol encryption algorithm, and more particularly,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 네트워크에서 송/수신 노드 간의 데이터 통신 시 무선 채널 상에서의 노드별 주파수 호핑(Frequency Hoppong, FH)을 대략적으로 나타낸 예시도.FIG. 3 is an exemplary diagram schematically showing frequency hopping (FH) for each node on a wireless channel in a data communication between a transmitting / receiving node in a wireless network according to an embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 네트워크 통신 시스템에서 데이터 통신 보안을 위한 맥 프로토콜 제공 방법에 있어서 데이터 송신 노드의 동작 과정에 관한 흐름도.4 is a flowchart illustrating an operation procedure of a data transmitting node in a method of providing a MAC protocol for securing data communication in a wireless network communication system according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 네트워크 통신 시스템에서 데이터 통신 보안을 위한 맥 프로토콜 제공 방법에 있어서 데이터 수신 노드의 동작 과정에 관한 흐름도.FIG. 5 is a flowchart illustrating an operation procedure of a data receiving node in a method of providing a MAC protocol for securing data communication in a wireless network communication system according to an embodiment of the present invention. FIG.
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