无线感应网路间歇性连接协定於山难搜救系统的应用课件

無線感應網路間歇性連接協定於山難搜救系統的應用-OccasionallyConnectedWirelessSensorNetworksforSearchandRescueandWildlifeMonitoring黃致豪Jyh-HowHuang科羅拉多州立大學資訊科學系博士候選人DepartmentofComputerScienceUniversityofColoradoatBoulder演說大綱什麼是無線感應網路間歇性連接協定Cenwits山難搜救系統無線感應網路間歇性連接協定的安全性野生動物追蹤及疾病傳染監控結論簡介無線感應網路WirelessSensorNetworks(WSNs)每個感應器約一個火柴盒大小,附有CPU,記憶體,天線,可執行使用者指定的程式一般的無線感應網路由數十個感應器組成,感應器以接力傳送的方式將感應到的資料傳回基地台間歇性連接無線感應網路OccasionallyConnectedWirelessSensorNetwork(OCWSNs),DelayToleranceNetwork(DTN)感應器通常是移動的,當兩個感應器在彼此天線傳輸範圍內時他們會互相交換資訊間歇性連接無線感應網路的兩個類別固定路徑:

登山者追蹤,汽車網路開放路徑:野生動物追蹤,戰地士兵追蹤研究動機:改善現有的“最後出現時間地點”資訊

Cenwits山文誌山難搜救系統目標:

建立一個可以快速,準確定位出失蹤登山者的最後出現時間地點的系統受困,迷途,墜崖現有系統既沒有效率,亦不準確“最後出現時間地點”對搜救隊而言是非常重要的資訊目前的科技問GPS接收器加衛星發射器–貴,耗電GPS接收器加手機簡訊發射器雪崩感應器–需在二十公尺內RFID反射標籤–需在二十公尺內或出動直昇機應該發展一個便宜,準確,可靠的系統系統設計規範自動運作,不需使用者按鍵,一年以上壽命小,輕(500公克)不需要安裝太昂貴的器材使用極小電量及記憶體便宜(台幣500~2000)提供保密性Cenwits–系統如何運作(I)NodeIDCoordinateTime103NodeIDCoordinateTime86862103112Cenwits–系統如何運作(II)NodeIDCoordinateTime10386x3,y3,z316:5821NodeIDCoordinateTime…6x1,y1,z112:31……6x2,y2,z214:09…6x3,y3,z316:58Cenwits–系統如何運作(III)搜救隊於23:59獲報登山者6未歸NodeIDCoordinateTime…6x1,y1,z112:31……6x2,y2,z214:09…6x3,y3,z316:58x1,y1,z1x2,y2,z2x3,y3,z3推斷23:59所在地點中心搜救範圍實驗1:使用者與基地台的資訊交換山文誌原型實驗MICA2sensors900MHz;4KBSDRAM;128KBflash;and4-512KBEEPROMMantisOS0.9.1b作業系統MTS420CAGPS接收器成功的於室內環境做出追蹤案例目前由科羅拉多州大與加州州大合作發展第二期原型實驗2:間接傳遞訊息至基地台使用者1:A至B使用者2:沒有任何直接和基地台的接觸使用者3:C至B可成功推斷出使用者2的路徑及時間使用者1至5走指定路線,使用者6隨意亂走。由系統收集之資料我們可以成功的重繪出使用者6行經的路徑Cenwits山文誌於玉山國家公園實驗計劃20至40個感應器,讓巡山員佩戴及商業隊以志願方式押證領取三個基地台分別位置設於登山口,排雲山莊(Wi-FiInternetAccess),主峰頂連山下的家人都可以知道登山者已至排雲,主峰頂等三個基地台之間以WiMax無線網路連線於有登山客遲歸或未抵達時,可以立即調出基地台的資料,研判該登山者是否已失蹤迷途,墜崖或只是行進緩慢山文誌於野生動物追蹤的應用GPS接收器,小,便宜,但傳送器則否衛星傳送器–大,貴手機訊息傳送器VHF/UHF高頻radio傳送器也可不傳送項圈–大,貴不傳送者或傳送品質差者,需於項圈掉落之後將其找回GPS接收器與超小型傳送器目前感應器傳送範圍約為50米隨著科技進步希望能縮小到如鴿子的腳環般大小便宜,輕,壽命長山文誌於野生動物追蹤的應用野生動物沒有固定路徑可在特定地點找到他們,水源,窩,鳥餵食器可追蹤不同物種間的互動,黑熊與水鹿遷徙的關係可在不同物種間互相傳遞資料,譬如由鳥將黑熊的追蹤資料帶回DataDataForwardedForwardedForwardedForwardedAckEmptyEmptyEmptyEmptyDataAckNewNewNewNew使用間歇感應網路的優勢傳輸範圍較小–省電記憶空間重覆使用便宜,輕,小因為省電,可以每隔五分鐘就取樣一次位置研究者不需在被追蹤動物的可視範圍內每天都有新的資訊結論間歇式無線感應網路的優點不需要設定及檢測,維護連線省電對環境影響最小缺點收取資料需較長的延遲時間需較大的記憶容量來儲存資料最適合在野外及使用者移動的狀態下使用山難,滑雪搜救,汽車網路,野生動物追蹤均可使用?/~huang/Cenwits/index.htm{huangjh,mishras}@PossibleProblemsBirdsarefast,dowehaveenoughtimetotransmitdata?RobustprotocolforhalftransmitteddataWhenmemoryisfull,howdowechoosewhichrecordstooverwrite?Ifwehavemorethanonecarriers,howdowepreventmisunderstanding?DataDataForwardedForwardedForwardedForwardedAckEmptyEmptyNewNewForwardedForwardedAckDataAck系統安全性–由RFID談起RFID標籤會回應任何詢問ID的請求攻擊型態例子–變態跟蹤者登山環境中的安全性假設沒有DoS

攻擊攻擊者不會發射假位置給系統攻擊者可以接收及分析封包攻擊者是跟蹤者攻擊者可能放置假的基地台332617GettingInfofromAPAPa[I’mAP]Beacon|APPublicKey|Signed(RootCA){ID}AP_PKey|{Rnd}AP_aSKey|Mac(packet)AP_aMKey{Rnd+1|DynamicID|TreadmillTable}AP_aSKey|Mac(packet)AP_aMKeyGettingtheKeyTableAfterverifyingAP,thesensornodegetsakeyslistfromAP,encryptedbysymmetrickeybetweenthemThetablecontainswhichkeytousewhenrunningintonodewithdynamicIDxAG9Y43G3A15bcmFk01c628LiHq3g8u00G37hN668567891112131415Node10ListNode8List3456791011121336298123455822321039785638642543321770GivethenewnodenentriesthatisonthefieldalreadyandntocomeDynamicIDsareassignedininconsecutiveorderMostimportant(PossiblyMissing)NodesSetWeightCurveGettingtheWeightTable8108871,Location,TimexxxxxxxHerearetherecordsthatyouneedThelistofwhatIwantThereyougo,recordsyouwant5194,Location,Time90185,Location,Time{Rnd2+1}Key8_10RecordVector8ThelistofwhatIwantBeacon|Thisisnode108Reply|{Rnd}Key8_10|Mac(Packet)Key8_10{Rnd+1|Rnd2|RecordVector10}Key_8_10|Mac(Packet)Key8_10電源管理定時訊號定時訊號發射的時間間隔以使用者速度做調整兩位使用者可交換資訊的時間取決於他們的速度10feet/sec:Beaconperiod:10seconds1mile/hour:Beaconperiod:1.7minutesNobeaconsduringnighttimeStayinreceiveorsleepmodedependingonavailablepowerFuturePlansforCenwitsDeploymentinYosemiteNPsummer2006[withShivandRickandAlberto]SecurityImplementationandconferencepapersummer2006[withShivandJohn]Patentandlargerscaleexperimentfall2006[withCUTechTransferCenter]FuturePlansforWildSenseDevelopprotocolsforwildlifemonitoring–Fall2006[withTomandShiv]ImplementprototypeandsimulatethebirdsandmammalswithUAVsandR/Ctanks–Winter2006[withTomandShivandRickandAerospacedepartment]Tunetheprotocolandpublishconferencepaper–Spring2007CurrentLooselyCoupledSystemsZebraNet Ateachscanforneighbors

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