A Mechanism for Handling Selfish Nodes using Credit in Sensor Networks

센서 네트워크에서 크레딧을 이용한 이기적인 노드 처리 방안

  • 최종원 (숙명여자대학교 정보과학부 컴퓨터과학) ;
  • 유동희 (삼성전자 정보통신총괄 무선사업부)
  • Published : 2008.04.15

Abstract

The purpose of sensor network is gathering the information from sensor nodes. If there are selfish node that deliberately avoid packet forwarding to save their own energy, the sensor network has trouble to collect information smoothly. To solve this problem we suggest a mechanism which uses credit payment schema according to the amount of forwarding packets. Sensor nodes use credits to send their own message and they forward packets of other sensor nodes to get credits. To offer authenticity we combined the roles of sink node and server, also we used piggybacking not to send additional report message. The packet trace route is almost fixed because sensor node doesn't have mobility. In this case, it happens that some sensor nodes which don't receive forwarding packets therefore they can't get credit. So, we suggested the way to give more credits to these sensor nodes. Finally, we simulated the suggested mechanism to evaluate performance with ns2(network simulator). As a result, packet transmission rate was kept on a high rate and the number of arrival packets to sink node was increased. Also, we could verify that more sensor nodes live longer due to deceasing the energy consumption of sensor nodes.

정보 수집이 목적인 센서 네트워크에서 자신의 전력을 절약하기 위해 다른 노드들의 패킷을 의도적으로 전송하지 않는 이기적인 노드가 포함되어 있을 수 있다. 이를 해결하기 위해 크레딧을 이용한 패킷 전송에 따른 지불 방법을 제안하였다. 센서 노드들이 패킷을 전송할 때, 크레딧을 사용하게 하고, 다른 노드들의 패킷을 전송하는 것을 통해 크레딧을 얻을 수 있게 하였다. 크레딧의 신뢰성을 보장하기 위해서 싱크 노드와 서버의 역할을 통합하고 piggybacking 기법을 이용하여 추가적인 리포트 메시지를 송신하지 않도록 하였다. 또 위치상의 이유로 다른 노드들이 전송하는 패킷을 받지 못하여 크레딧을 얻지 못하는 노드를 찾아 크레딧을 추가 지급함으로써 부당하게 대우를 받는 문제를 해결하였다. 제안된 방법의 성능 평가를 위하여 네트워크 시뮬레이션(ns2)를 이용하여 구현하였으며. 실험 결과, 이기적인 노드를 처리하기 위해 패킷 지불 방식만을 이용한 것보다 패킷 전송률이 높게 유지되었고, 시뮬레이션 시간 내 도착된 패킷의 총 개수 또한 증가하였다. 그리고 센서 노드의 전력 소모량이 줄어들어 노드들이 살아 있는 시간이 길어짐을 확인할 수 있었다.

Keywords

References

  1. Ian F. Akyildiz, Weilian Su, Yogesh Sankarasubramaniam, and Erdal Cayirci, "A Survey on Sensor Networks," IEEE Communications magazine 2002
  2. T. Roughgarden and E. Tardos, "How bad is selfish routing?" Journalof ACM, Vol.49, No.2, pp. 236-259, 2002 https://doi.org/10.1145/506147.506153
  3. L. Buttyan and J.-P. Hubaux, "Enforcing Service Availability in Mobile Ad-Hoc Networks," ACM MobiHoc, pp. 87-96, 2000
  4. S. Zhong, J. Chen, and Y. R. Yang, "Sprite: A Simple, Cheat-Proof, Credit-Based System for Mobile Ad-Hoc Networks," IEEE INFOCOM, pp. 1987-1997, 2003
  5. 이춘재, 한욱표, 정영준, "Ad-hoc Network에서 동적 임계값을 이용한 부하균등 라우팅 프로토콜," 정보통신논문지 제 8판, Vol.2, 2004
  6. C. E. Perkins, E. M. Royer, and S. R. Das, "Ad hoc On-demand Distance Vector(AODV) Routing," IETF RFC 3561, July 2003
  7. D.-B. Johnson, D. A. Maltz, and Y. C. Hu, "The Dynamic Source Routing Protocol for Mobile Ad Hoc Networks (DSR)," IETF Internet Draft, July 2004
  8. C.-K. Toh, Ad Hoc Mobile Wireless Networks: Protocols and Systems. Prentice Hall PTR, 2001
  9. 안상현, 유영환, 이재훈, "이동 애드혹 네트워크에서 라우팅 방식과 무관한 이기적인 노드 관리 방안," 정보과학회, 2003
  10. M. Franklin and M. Reiter. Fair exchange with a semi-trusted third party. In Proceedings of the 4th ACM Conference on Computer and Communications Security, pages 16, April 1997
  11. H.-Y. Hsieh and R. Sivakumar, "Performance comparison of cellular and multi-hop wireless networks: A quantitative study," in Joint International Conference on Measurement and Modeling of Computer Systems (SIGMETRICS) 2001, Cambridge, MA, June 2001
  12. S. Buchegger and J.-Y. L. Boudec, "Nodes bearing grudges: Towards routing security, fairness, and robustness in mobile ad hoc networks," in 10th Euromicro Workshop on Parallel, Distributed and Network-based Processing, 2002
  13. S. Buchegger and J.-Y. L. Boudec, "Performance analysis of the CONFIDANT protocol: Cooperation of nodes - fairness in dynamic ad-hoc networks," in Proceedings of IEEE/ACM Workshop on Mobile Ad Hoc Networking and Computing (MobiHOC). IEEE, June 2002
  14. J. Hill and D. Culler, "Mica: a wireless platform for deeply embedded networks," IEEE Micro 22(6): 12-24, 2002
  15. Network Simulator-ns-2, http://www.isi.edu/nsnam/ns/