Letölthető dokumentumok

• Disszertáció                  (2.5 MB PDF, angol)
• Tézisfüzet                     (400 KB PDF, angol)

Kivonat

A vezetéknélküli szenzorhálózatokat egy olyan ígéretes technológiának tartják, amelynek széles alkalmazási köre magában foglalja a környezet megfigyelését mezőgazdasági és ökológiai célzattal, a vadon élő állatok megfigyelését, a páciensek megfigyelését elektronikus egészségügyi rendszerekben, az épületautomatizálást, valamint a területfelderítési alkalmazásokat katonai célokra, stb. A szenzorhálózatok jellemzően nagyszámú szenzor csomópontból és néhány bázisállomásból állnak. A szenzorok valamilyen fizikai tényezőt (pl. hőmérsékletet, páratartalmat, rázkódást) mérnek, amelyek fontos az adott alkalmazásban, és a méréseiket a bázisállomás felé továbbítják (tipikusan vezetéknélküli csatornán). Tekintve, hogy mind a szenzorok száma, mind az általuk végzett mérések száma nagy lehet, számos alkalmazásban a bázisállomás vagy a közbenső csomópontok egy tömör jelentésbe aggregálják az egyes szenzorok mérési eredményeit. Ez az aggregálás hasznos lehet az információ mennyiségének kordában tartására és a hálózat energiahatékonyságának javítására.

A fentiekben leírt forgatókönyv szerinti működés esetén potenciális problémát jelenthet, hogy a szenzorok mérési eredményei kompromittálódhatnak, mielőtt elérik a bázisállomást vagy az aggregáló csomópontot. Egy támadó ezt például a szenzorok mérési sugarában a környezeti paraméterek megváltoztatásával érheti el. Ezt a támadást nem lehet kriptográfiai úton detektálni vagy kiküszöbölni. Sőt, ezt a támadást viszonylag könnyű kivitelezni. Először is, a támadó könnyedén megközelítheti a szenzorokat, tekintve, hogy azok általában felügyelet nélkül működnek. Másodszor, ezen szenzorok méréseinek kompromittálása nem igényel speciális eszközöket, hanem általában mindennapi eszközök használhatóak hatékonyan (pl. egy öngyújtó, egy zseblámpa, vagy egy pohár víz elegendő lehet hőmérséklet-, fényerősség-, ill. páratartalom mérő szenzorok mérési eredményeinek kompromittálásához). Sajnálatos módon a legtöbb aggregáló függvény érzékeny akár egyetlen hibás mérési eredményre is. A disszertációmban ellenintézkedéseket javasolok ezen támadás hatásának kiküszöbölésére (lsd. CORA és RANBAR), amelyek statisztikai hipotézisvizsgálatra és mintaszűrésre épülnek. A javasolt eljárások közös tulajdonsága, hogy az aggregálás előtt megvizsgálják a mintát és ezáltal lehetővé válik egy esetleges támadás felismerése, illetve akár a kompromittált elemek kiszűrése. A CORA egy kétmintás homogenitásvizsgáló eljárás, amely flexibilitása miatt a mérési eredmények eloszlásától és a támadó stratégiájától függetlenül alkalmazható. A RANBAR pedig képes a kompromittált elemek nagy részét kiszűrni mindössze azon előfeltevésre alapozva, hogy az eredeti minta független azonos eloszlású.

Mindamellett, hogy megvédjük az aggregáló függvényt a bemenetét célzó támadásoktól, nagyon fontos az is, hogy hatékonyan válasszuk ki az aggregálást végző csomópontokat. Tekintve, hogy a szenzor csomópontok általában korlátozott erőforrásúak és az aggregátor csomópontok több energiát fogyasztanak, mint a többi csomópont (hiszen az aggregálás és az ehhez szükséges kommunikáció is extra energiát igényel), gondoskodnunk kell arról, hogy az aggregátor szerepkörét időről időre másik csomópont vállalja át. Ezen elv használatával lehetőségünk nyílik egyenletesen elosztani a hálózat által elhasznált energiát a csomópontok között, ezzel növelve a hálózat élettartamát, ami az egyik legfontosabb tervezési kritérium szenzorhálózatok esetén. Disszertációmban bemutatom a PANEL algoritmust, egy szenzorhálózati pozíció-alapú aggregátor node választási eljárást. A PANEL algoritmus a node-ok geográfiai elhelyezkedése alapján határozza meg az aggregátor node kilétét. A PANEL egyben egyenletes energiaelosztást is garantál, vagyis minden node nagyjából azonos gyakorisággal lesz aggregátor. A PANEL kiemelkedő tulajdonsága, amely megkülönbözteti a többi aggregátor node választási algoritmustól az, hogy a szinkron működés mellett az aszinkron működést is támogatja, amikoris a szenzorok mérési eredményei nem azonnal továbbítódnak a bázisállomás felé, hanem csak egy bizonyos idő elteltével.