Design and Implementation of Low Power Container Security Device based on IEEE 802.15.4

A container security device (CSD) monitors intrusions through the cargo door; it is a reduced function device that uses IEEE 802.15.4 with a beacon mode. However, in the beacon mode, the CSD consumes too much battery power in periodical idle listening and sensing trials. Moreover, the CSD cannot send the message to the CSD reader actively, and it makes big latency problem. Therefore, we propose a low-power CSD to reduce the unnecessary power consumption. The proposed CSD follows the requirements of the U.S. Department of Homeland Security, and reduces battery consumption through a power-efficient hardware design, a night-watch mechanism for low-power operation and low-power sensing to reduce unnecessary monitoring. And the CSD sends alert message to the CSD reader. Simulation results show that our CSD reduces battery consumption by over 70% through the night-watch mechanism and by approximately 80% through the low-power sensing. And the CSD can send the alert message to the remote CSD reader by over 94%.

IEEE 802.15.4 기반 저전력 컨테이너 보안장치의 설계 및 구현

컨테이너 보안장치(CSD)는 컨테이너의 도어를 통한 침입을 감시하는 장치이며, IEEE 802.15.4의 비컨 모드에서 RFD로 동작한다. 그러나 비컨 모드에서는 CSD 리더가 없어도 주기적으로 리더의 신호를 탐지하게 되므로 배터리 소모가 크다. CSD는 목적지에 도착할 때까지 이상없이 동작해야 하므로 배터리 소모를 줄이고, 위험 발생 시 CSD 리더에게 능동적으로 메시지를 전달해야 한다. 본 논문에서는 미국 DHS의 CSD 규격에 부합하는 저전력 CSD를 제안한다. 제안하는 CSD는 전력 소모를 최소화한 하드웨어 디자인과 저전력 동작기법인 불침번 기법, 저전력 센싱 기능을 통해 배터리 소모를 줄인다. 또한 위험 상황 발생 시 리더에게 능동적으로 경고 메시지를 전달한다. 성능 평가 결과 제안한 CSD는 불침번 기법을 통해 배터리 소모를 70% 이상 줄이고, 저전력 센싱 기능을 통해 불필요한 센싱을 80% 이상 감소시키며, 직접적인 통신 거리 밖에 있는 리더에게 94%가 넘는 확률로 메시지를 전달할 수 있음을 보였다.