Efficient secure target tracking in wireless sensor network based critical area surveillance systems

Son yıllarda algılayıcı teknolojilerindeki gelişmeler ile birlikte kablosuz algılayıcı ağlar, gözetleme ve takip gibi çeşitli uygulamalar için düşük maliyetli çözümler sunmaktadır. Bu uygulamaların çoğunda yönlü algılayıcılar kullanılmakta ve algılayıcı düğümlerin insanların ulaşamayacağı ortamlarda otonom olarak çalışmaları istenmektedir. 360 derecelik algılama kapasitesine sahip algılayıcıların aksine, yönlü algılayıcılarda hedef tespit ve takip doğruluğunu arttırmak için yerleştirme yaklaşımları oldukça önem arz etmektedir. Bu nedenle tez çalışmasının ilk aşamasında hedef tespit ve takip uygulamalarında sıklıkla kullanılan Pasif KızılÖtesi (PKÖ) hareket algılayıcıları için yerleştirme yaklaşımları kapsama problemi açısından analiz edilmiş ve PKÖ algılayıcı yerleştirme problemi, hesaplanabilir geometrik alanlara dayalı yerleştirme yaklaşımları kullanılarak ele alınmıştır. Önerilen yerleştirme şemalarının performansları Java tabanlı benzetim ortamında değerlendirilmiştir. Hedef tespit ve takip sistemleri, kritik öneme sahip kablosuz algılayıcı ağlar için önemli uygulamalardan bir tanesidir. Bu tür uygulamalarda algılayıcı düğümler, veri bütünlüğünü ve güvenliğini bozmak amacıyla çeşitli ataklarla saldırganlar tarafından ele geçirilebilir. Özellikle sınır güvenliği gibi kritik alan gözetleme uygulamalarında bu tür saldırılar, telafi edilemeyecek tahribatlara sebep olabilir. Tez çalışmasının ikinci aşamasında bu saldırıları engellemek için Beta İtibar ile Güvenli Hedef İzleme protokolü (BİGHİ) geliştirilmiştir. BİGHİ protokolün temel fikri, her bir algılayıcı düğüm için geçmiş hedef tespit ve takip aktivitelerinin beta dağılımı oluşturularak itibar ve güven değerlerinin hesaplanmasıdır. Hedef tespit ve takip işleminde kullanılacak olan algılayıcılar, hesaplanan itibar ve güven değerlerine göre seçilerek ele geçirilmiş düğümler üzerinden gerçekleşebilecek saldırıların engellenmesi ve sistemin güvenliğinin sağlanması amaçlanmıştır. Performans analizi sonuçları göstermektedir ki; önerilen protokolün kullanılması ile ele geçirilen algılayıcı düğümlerin varlığında bile güvenli hedef tespit ve takip görevleri yüksek doğrulukla gerçekleştirilmektedir.With the developments in sensor techniques in recent years, wireless sensor networks are able to offer cost-effective solutions to various surveillance and tracking applications. Many of these applications operate autonomously in unattended environments and sensor nodes are equipped with directional sensors. Compared to omni-directional sensor nodes, the deployment strategy of directional sensor nodes is critical to improve target detection and tracking accuracy. Therefore, in the first part of this theses deployment of passive infrared motion (PIR) sensors that are commonly used in target detection and tracking applications is analyzed in terms of coverage issue. The PIR sensor deployment problem is addressed using several deployment schemes that are based on computational geometry and the performance of deployment schemes is evaluated in a Java based simulation environment. Target detection and tracking is one of the important applications for mission critical wireless sensor networks that are deployed into a remote and hostile environment. In such environments, sensor nodes may be compromised by intruders to distort the integrity of data by sending false data reports, injecting false data during target tracking, and disrupting transmission of sensed data. For mission critical wireless sensor networks, such as border protection systems, the result of above attacks may be catastrophic. In order to prevent these attacks, in the second part of this thesis, we propose a secure and reliable target tracking protocol that considers target detection and tracking tasks in terms of security. The basic idea behind the proposed protocol is to ensure tracking security using beta reputation based trust concept for individual sensor nodes. The performance evaluation results show that the use of proposed protocol allows the network to retain the trustworthiness of data even in the presence of compromised nodes thereby achieving secure target detection and tracking tasks