Security Measures in Wireless Sensor Networks Based on Publish/Subscribe DDSMiddleware. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.
|
PDF (Dissertation)
Abdallah_Rashed_Dissertation_final.pdf - Other Download (3MB) | Preview |
Arabic Abstract
تعد شبكة المستشعرات اللاسلكية )WSN( منصة مهمة توفر مجموعة متنوعة من التطبيقات التي يمكن استخدامها مع اهتمامات مهمة في كل من الأوساط الأكاديمية والصناعة. يسمح لنا بتوسيع استخدام عدد كبير من التطبيقات الهامة في حياتنا. تفتح الباب أمام تطوير التطبيقات مثل مراقبة الكائنات وتتبعها ، ومراقبة حركة المرور ، والتطبيقات العسكرية ، وتغير المناخ والمراقبة البيئية ، وتطبيقات الرعاية الصحية عن بعد ، وأمن البنية التحتية ، الخ. ومع ذلك ، فإن تطوير تطبيقات أجهزة الاستشعار معقد بسبب القيود في خصائص شبكات الاستشعار. لذلك ، هناك حاجة لطبقة وسيطة للبرامج لتعيين تطبيقات الشبكة مع أجهزة الاستشعار ، والتي يتم تعريفها بشكل عام على أنها برامج وسيطة. ظهرت البرمجيات الوسيطة للتفاعل النشر / الاشتراك ) pub sub /( كنموذج اتصال مناسب لأنظمة الحوسبة الموزعة واسعة النطاق. ويرجع ذلك إلى خصائص فصل المشاركين في الشبكة في الزمان والمكان والتزامن. هذا النموذج مناسب تماًما للعديد من الأنظمة الموزعة وخاصة تلك التي تتمحور حول البيانات ، حيث تهتم التطبيقات بالبيانات المنتجة بدلاً من هوية المرسل. تعتبر خدمة توزيع البيانات )DDS( معيا ًرا لدعم الأنظمة الموزعة في الوقت الفعلي استنادًا إلى نظام النشر / الاشتراك. يتضمن DDS العديد من فئات سياسات جودة الخدمة )QoS( سهلة الاستخدام. لذلك ، قد يؤدي ترقية ميزات DDS والوظائف إلى WSN إلى تحسين كبير في تطويرها وأدائها. بالنسبة إلى الأنظمة الأساسية لـ WSN ، تحتوي DDS على وسيط خفيف الوزن يسمى TinyDDS. قد يتطلب تطوير التطبيقات في WSNs التفاعل مع البيانات الحساسة. لذلك ، من المهم حماية البيانات. يمكن أن يكون تأمين البيانات إما على مستوى التطبيق حيث يوفر المطورون متطلبات الأمان ، أو على مستوى البرامج الوسيطة ، حيث يتم دعم متطلبات الأمان ضمنيًا ومن ثم ، يمكن للمطورين التركيز على وظائف تطبيقاتهم. في هذا العمل ، نخطط لإضافة إجراءات أمان إلى TinyDDS والتحقيق بدقة في تكلفة إضافة مقياس الأمان على أداء WSN والقيود بواسطة المحاكاة. نقوم بإضافة وحدة خدمة أمان إلى TinyDDS. الوحدة النمطية شفافة للوسيطة ، لا توجد تعديلات على التطبيق الأصلي أو بروتوكول الاتصال. تظهر النتائج مقدا ًرا معقوًلا من حيث مقاييس الأداء بعد إضافة إجراءات الأمان. تم التحقق من بعض الاختلافات في بنية الحزم المضمونة لتقليل تكلفة الإضافات على النظام الأصلي
English Abstract
The wireless sensor network (WSN) is an important platform that offers a variety of applications that can be used with significant interests in both academia and industry. It allows us to expand the usage of a large number of important applications in our life. It opens the door to develop applications such as object monitoring and tracking, traffic control, military applications, climate change and environmental surveillance, remote healthcare applications, infrastructure security, etc. However, the development of the sensor applications is complex due to the constraints and characteristics of the sensor networks. Therefore, there is a need for intermediate software layer to map the network applications with the sensor hardware, generally defined as a middleware. The Publish/Subscribe (pub/sub) interaction middleware has emerged as a suitable communication paradigm for large-scale distributed computing systems. That is because of the decoupling properties for the network’s participants in time, space, and synchronization. This model is well suited for many distributed systems especially those which are data-centric, where the applications are interested in the produced data rather than sender identity. Data Distribution Service (DDS) is a standard for supporting real-time distributed systems based on the publish/subscribe scheme. DDS includes many categories of Quality of Service (QoS) policies easy to use. Therefore, porting DDS features and functionalities into WSN may significantly enhance its development and performance. For WSN platforms, DDS has a light-weight middleware called TinyDDS. Developing applications in WSNs may require interacting with sensitive data. Therefore, it is important to protect the data. Securing the data can be either at the application level where the developers provide the security requirements, or at the middleware level, where the secuity requirements are implicitly supported and then, the developers can focus on the functionality of their applications. In this work, we plan to add security measures to the TinyDDS and thoroughly investigate the cost of adding the security measure on the WSN performance and constraints by means of simulation. We add a security service module to the TinyDDS. The module is transparent to the middleware, there are no modifications on the original application or the communication protocol. The results show a reasonable overhead in terms of performance metrics after adding security measures. Some variations on the structure of the secured packets are investigated to reduce the overhead.
| Item Type: | Thesis (PhD) |
|---|---|
| Subjects: | Computer Engineering Research > Information Technology |
| Department: | College of Computing and Mathematics > Computer Engineering |
| Committee Advisor: | Abu-Amara, Marwan |
| Committee Members: | Sheltami, Tarek and Selim, Shokri and Mohammad, Alshayeb |
| Depositing User: | RASHED ABD HASAN (g200901970) |
| Date Deposited: | 24 Dec 2018 11:06 |
| Last Modified: | 31 Dec 2020 06:33 |
| URI: | http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140854 |