위성통신은 상공에 있는 인공위성으로 통신하는 방식으로 고속 대용량 전송이 가능하며, 통신 구역이 넓다는 장점이 있는 반면 정보의 보안성이 없다는 단점이 있다. 이를 보완하기 위해 AES 암호화를 CTR과 CBC 모드를 적용하였다. 또한, 송신기와 수신기 사이에 나무나 건물 등의 장애물로 인해 발생하는 영향을 알아보기 위해 Markov chain을 이용하여 Blockage channel을 Urban과 Open 환경으로 구성하였다. 위성통신 고속링크 기반의 시뮬레이션을 통해 성능을 분석해 본 결과, 암호화를 적용한 경우 보안성은 보완되나 BER의 성능이 악화됨을 보였고, 장애물이 적은 Open 환경에서 장애물이 많은 Urban 환경보다 BER 성능이 향상됨을 확인하였다.
위성통신은 상공에 있는 인공위성으로 통신하는 방식으로 고속 대용량 전송이 가능하며, 통신 구역이 넓다는 장점이 있는 반면 정보의 보안성이 없다는 단점이 있다. 이를 보완하기 위해 AES 암호화를 CTR과 CBC 모드를 적용하였다. 또한, 송신기와 수신기 사이에 나무나 건물 등의 장애물로 인해 발생하는 영향을 알아보기 위해 Markov chain을 이용하여 Blockage channel을 Urban과 Open 환경으로 구성하였다. 위성통신 고속링크 기반의 시뮬레이션을 통해 성능을 분석해 본 결과, 암호화를 적용한 경우 보안성은 보완되나 BER의 성능이 악화됨을 보였고, 장애물이 적은 Open 환경에서 장애물이 많은 Urban 환경보다 BER 성능이 향상됨을 확인하였다.
Satellite communication is high-speed large-capacity transmission in such a manner as to communicate with satellites in the chamber, and there is a wide area communication, but is not the security of the information. To compensate for this, AES encryption was applied to the CTR and CBC mode. Also, B...
Satellite communication is high-speed large-capacity transmission in such a manner as to communicate with satellites in the chamber, and there is a wide area communication, but is not the security of the information. To compensate for this, AES encryption was applied to the CTR and CBC mode. Also, Blockage channel using a Markov chain to determine the impact caused by obstacles such as trees or buildings between the transmitter and the receiver was composed of Urban and Open Environment. The results of analyzing the performance of satellite communications over a high-speed link-based simulation, If applying encryption, performance of security is complementary but performance of the BER was aggravated and In the Open Environment fewer obstacles confirmed the BER performance is improved than the Urban Environment many obstacles.
Satellite communication is high-speed large-capacity transmission in such a manner as to communicate with satellites in the chamber, and there is a wide area communication, but is not the security of the information. To compensate for this, AES encryption was applied to the CTR and CBC mode. Also, Blockage channel using a Markov chain to determine the impact caused by obstacles such as trees or buildings between the transmitter and the receiver was composed of Urban and Open Environment. The results of analyzing the performance of satellite communications over a high-speed link-based simulation, If applying encryption, performance of security is complementary but performance of the BER was aggravated and In the Open Environment fewer obstacles confirmed the BER performance is improved than the Urban Environment many obstacles.
본 논문에서는 위성통신 기반의 고속링크에서 위성통신의 단점인 보안성 악화를 보완하는 암호화를 적용하고, 암호화가 미치는 영향을 분석하기 위하여 AES 암호화 알고리즘의 CTR과 CBC모드를 각각 적용하여 분석하였다. 또한 변조방식은 OQPSK(Offset Quadrature Phase-Shift Keying)와 16APSK(Amplitude Phase-Shift Keying)의 방식을 적용 하였고, 채널 코드는 CTC(Convolutional Turbo code)를 사용하고 채널 디코드는 MAP 알고리즘을 사용하여 적용하였다.
제안 방법
본 논문에서는 일반 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 위성채널과 위성과 단말 간의 통신 링크 상 발생 할 수 있는 장애물을 2-State Markov로 적용한 Blockage채널을 비교한다.
Blockage 값은 실제 위성통신의 환경과 비슷하게 구성하기 위하여 Blockage를 Urban 환경과 Open 환경으로 나누어서 설정하였다. 비교 분석하기 위하여 이를 위하여 채널 환경을 기본적인 열잡음인 AWGN, 장애물이 많은 Urban 환경, 장애물이 없는 Open 환경을 모두 고려하여 성능을 확인하였다. 이 결과 채널을 고려하지 않은 AWGN 이 가장 성능이 좋았으며, 장애물이 없는 Open 환경에서 다소 성능이 감소되었고, Urban 환경에서는 대부분의 데이터가 손실됨을 확인할 수 있었다.
이 논문에서는 위성통신 기반에서 2Mbps를 적용한 고속 링크에서 암호화와 Blockage에 따른 시스템의 성능을 비교 분석하였다. 변조방식에서 OQPSK는 16APSK보다 성능이 증가하였다.
대상 데이터
Markov 기반의 Blockage 채널이 위성통신에 미치는 영향을 분석하기 위해 실측한 미국 Boston 지역인 Urban 환경과 Boston과 Hartford 지역의 고속도로인 Open 환경을 참고한다[11]. Urban 환경은 나무가 거의 없고 높은 건물이 밀집되어 있는 도심환경으로 Blockage Fraction는 약 89%로 높은 장애물 환경이다.
본 논문에서 제시하는 위성통신 기반의 고속링크의 시뮬레이션 흐름도는 [그림 1]과 같다. 입력 데이터는 AES 암호화의 CTR이나 CBC모드를 통해 암호화되고, 암호화 된 데이터는 채널 코드인 CTC(Convolutional Turbo Code)와 변조방식인 OQPSK와 16APSK를 거친 후, 자원 할당 알고리즘인 DAMA(Demand Assigned Multiple Access) 방식 중 주파수 축에 따라 자원을 할당하는 RCP-fit 방식이며, DAMA 방식은 자원 요청 시 유동적으로 회선 할당을 하여회선 구성이 가변적이며, 주파수 효율이 높고 지원 단말의 수가 많다는 장점이 있다[3]. 이 데이터는 FDMA(Frequency Division Multiple Access)와 TDMA(Time Division Multiple Access)을 결합한 MF-TDMA 방식을 통해 자원을 할당한 후, 위성 채널을 통해 수신기로 전송한다.
이론/모형
본 논문에서는 위성통신 기반의 고속링크에서 위성통신의 단점인 보안성 악화를 보완하는 암호화를 적용하고, 암호화가 미치는 영향을 분석하기 위하여 AES 암호화 알고리즘의 CTR과 CBC모드를 각각 적용하여 분석하였다. 또한 변조방식은 OQPSK(Offset Quadrature Phase-Shift Keying)와 16APSK(Amplitude Phase-Shift Keying)의 방식을 적용 하였고, 채널 코드는 CTC(Convolutional Turbo code)를 사용하고 채널 디코드는 MAP 알고리즘을 사용하여 적용하였다. 자원 할당 방식은 DAMA(Demand Assigned Multiple Access) 방식의 RCP-fit 방식을 사용하여 MF-TDMA 기법을 적용하였다.
또한 변조방식은 OQPSK(Offset Quadrature Phase-Shift Keying)와 16APSK(Amplitude Phase-Shift Keying)의 방식을 적용 하였고, 채널 코드는 CTC(Convolutional Turbo code)를 사용하고 채널 디코드는 MAP 알고리즘을 사용하여 적용하였다. 자원 할당 방식은 DAMA(Demand Assigned Multiple Access) 방식의 RCP-fit 방식을 사용하여 MF-TDMA 기법을 적용하였다. 마지막으로, 성능을 비교하기 위하여 비트 오류율(BER ; Bit Error Rate)은 신호 대 잡음비(SNR ; Signal to Noise Ratio)로 나타내었다.
성능/효과
[그림 7]의 (a)는 OQPSK 변조방식과 (b)는 16APSK 변조방식을 사용하여 각각 암호화 방식을 변화시켜 BER의 성능을 비교하였다. 두 변조방식에서 모두 암호화를 사용하지 않은 방식이 가장 좋은 성능을 보였고, 전단의 암호화 블록이 손상되면 그 다음 암호화 블록에도 영향을 미치는 CBC 모드 에서 성능이 제일 좋지 않음을 보였다. 또한, 변조 심볼 간의 위상간격이 넓어 오류가 날 확률이 적은 OQPSK가 16APSK 보다 성능이 향상하는 것을 확인하였다.
두 변조방식에서 모두 암호화를 사용하지 않은 방식이 가장 좋은 성능을 보였고, 전단의 암호화 블록이 손상되면 그 다음 암호화 블록에도 영향을 미치는 CBC 모드 에서 성능이 제일 좋지 않음을 보였다. 또한, 변조 심볼 간의 위상간격이 넓어 오류가 날 확률이 적은 OQPSK가 16APSK 보다 성능이 향상하는 것을 확인하였다. OQPSK는 약 SNR 이 3dB이상인 경우 모든 정보 비트가 오류 없이 수신되었으며, 16APSK인 경우는 10dB 이상에서 오류 없이 수신되었다.
비교 분석하기 위하여 이를 위하여 채널 환경을 기본적인 열잡음인 AWGN, 장애물이 많은 Urban 환경, 장애물이 없는 Open 환경을 모두 고려하여 성능을 확인하였다. 이 결과 채널을 고려하지 않은 AWGN 이 가장 성능이 좋았으며, 장애물이 없는 Open 환경에서 다소 성능이 감소되었고, Urban 환경에서는 대부분의 데이터가 손실됨을 확인할 수 있었다. 이는 위성통신에서 장애물의 영향을 많이 받는 것으로 확인 할 수 있다.
후속연구
이 논문의 연구 결과는 고속 위성통신에서 암호화와 Blockage에 따른 수신 성능을 향상시키기 위해 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
위성통신의 장점은 무엇인가?
위성통신은 대기권 밖의 상공에 있는 인공위성을 통신의 중계기로 이용한 통신 방법으로 통신가능 구역이 넓고, 마이크로파를 사용하기 때문에 고속 대용량 전송이 가능하여 멀티미디어 데이터 통신이 가능하다는 장점이 있다. 하지만 왕복시간이 길어 전파 지연이 발생하고, 정보의 보안성이 없다는 단점이 있다.
본 논문에서 위성통신의 단점을 보완하기 위해 무엇을 적용하였는가?
위성통신은 상공에 있는 인공위성으로 통신하는 방식으로 고속 대용량 전송이 가능하며, 통신 구역이 넓다는 장점이 있는 반면 정보의 보안성이 없다는 단점이 있다. 이를 보완하기 위해 AES 암호화를 CTR과 CBC 모드를 적용하였다. 또한, 송신기와 수신기 사이에 나무나 건물 등의 장애물로 인해 발생하는 영향을 알아보기 위해 Markov chain을 이용하여 Blockage channel을 Urban과 Open 환경으로 구성하였다.
위성통신은 무엇인가?
위성통신은 대기권 밖의 상공에 있는 인공위성을 통신의 중계기로 이용한 통신 방법으로 통신가능 구역이 넓고, 마이크로파를 사용하기 때문에 고속 대용량 전송이 가능하여 멀티미디어 데이터 통신이 가능하다는 장점이 있다. 하지만 왕복시간이 길어 전파 지연이 발생하고, 정보의 보안성이 없다는 단점이 있다.
참고문헌 (11)
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