车载自组织网络中格基签密的可认证隐私保护方案

针对车载自组织网络(VANET)中用户的隐私泄露和信息传输过程中的安全认证问题,提出一种VANET中格基签密的可认证隐私保护方案。首先,消息发送方利用接收方的公钥对消息进行签密,只有拥有私钥的接收车辆才能解密出消息,以保证消息内容在传输过程中只对授权用户可见;其次,车辆接收方解密出消息后,利用单向安全的哈希函数计算消息的哈希值,并判断是否与签密过程中的哈希值相等,实现对消息的认证;最后,采用快速数论变换(NTT)算法降低格中环上多项式乘法的计算开销,提高方案的计算效率。在随机预言机模型下证明了所提方案在适应性选择密文攻击下具有不可区分性,在适应性选择消息攻击(IND-CCA2)下具有强不可伪造性。此外,所提方案的安全性基于格上困难问题,可以抵抗量子算法攻击。仿真实验结果表明,与同类具有消息认证功能的隐私保护方案以及基于格上困难问题的签名方案相比,所提方案的通信时延至少减少了10.01%,消息丢失率至少减小了31.79%,通信开销至少减少了31.25%。因此,所提方案更适用于资源有限的VANET环境。

面向车载自组织网络的混合信任管理方案研究

随着智能交通的快速发展,车载自组织网络(VANETs)具有广阔的发展前景,但也面临多种安全威胁。针对车载自组织网络中可能存在的内部攻击者和虚假消息,提出了一种分布式的混合信任管理方案HTMS-V。该方案考虑到车载自组织网络的特性,基于改进的主观逻辑模型结合直接信任和间接信任对网络中的车辆节点进行信任评估,基于节点间的交互记录建立节点间的信任关系;基于节点信任和节点间距离进行消息信任评估,并根据信任评估结果识别网络中的虚假消息和恶意节点。为了验证所提出方案的性能,设计了四种不同的攻击场景,在车辆网络仿真平台Veins上进行对比实验,测试HTMS-V方案在各种攻击场景下的表现。实验结果表明,HTMS-V方案能有效抵抗车载自组织网络中的各种攻击,在40%恶意节点率的情况下仍能识别大部分虚假消息和恶意节点,且HTMS-V方案的表现明显优于由主观逻辑模型和基于距离的加权投票构成的基线方案。

车载自组织网络下基于区块链与量子密钥的组密钥分发方案

为提高车载自组织网络(VANET)的通信效率和安全性,提出了一种基于区块链与量子密钥的匿名身份认证与组密钥分发方案。利用车端随机数与云端随机数共同生成车辆匿名凭证,实现路端对车辆身份认证过程中的隐私保护;使用区块链进行组密钥的安全下发,降低量子密服平台的计算开销,实现车辆身份的撤销与追溯;提出了两段式组密钥生成方式,保证不同场景下组密钥分发的安全性与高效率,同时实现了前向安全与后向安全。信令开销与计算开销分析结果表明,该方案信令开销减少近50%,组密钥分发过程中车端计算开销减少44%,路端计算开销约为对比方案的20%。形式化安全分析结果证明了该方案的安全性和可行性。

车载自组织网络的竞争窗口自适应退避算法

随机多址接入协议对于保障车载自组织网络的服务质量(QoS)至关重要。由于该网络中车辆节点的高速移动特性使得网络拓扑变化频繁,固定的媒体接入控制协议机制会限制高动态自组织网络的整体服务质量。本文针对该问题,在CSMA/CA系列协议退避算法基础上,提出了一种基于车辆节点密度、信道占用因子和冲突门限的竞争窗口自适应退避算法(NCW-COCT)。首先,为使冲突概率最小化,以车辆节点密度和竞争窗口值为基础建立一维马尔可夫模型进而构造目标函数;其次,提出信道占用因子并结合最优冲突门限值,实现以车载自组织网络通信服务质量最优化为目标的竞争窗口自适应退避。仿真结果表明,NCW-COCT算法与同类的DCW算法和IM-BEB算法进行比较,吞吐量性能分别提升了11.64%和6.77%,丢包率分别降低了19.46%和13.29%。

车载自组织网络路由协议分析

对车载自组织网络(Vehicular Ad-hoc Network,VANET)路由协议进行研究,通过对不同类型的现有路由协议的分析,特别是对基于强化学习和群智能算法的改进路由协议的分析,比较各类路由协议的工作原理、特点和适用场景。采用数据包投递率(Packet Delivery Rate,PDR)、吞吐量和延迟等3个评价指标对比和分析两种改进路由协议与基于拓扑、位置和分簇等3种路由协议在通信质量、数据传输效率和车辆分簇等方面的性能差异,以及存在的训练成本高和计算复杂的问题。

车载自组织网络中基于停车骨干网络的数据传输

车载自组织网络(vehicular ad hoc networks,简称VANETs)具有网络间歇连通、节点高速移动及动态的网络拓扑结构等特性,如何有效地实现车辆间的数据传输,成为VANETs的重大挑战.现有研究工作基于历史交通流量或历史延迟预测路段当前交通状况的方法并不可靠.此外,要实现高效的数据路由传输,配置大量路边基础设施节点(deploying roadside unit,简称RSU)是一种可行方案,但通常需要额外开销.基于城市区域长时间拥有大量地上停放车辆这一事实,提出了基于停车骨干网络的数据传输策略PBBD(parking backbone based data delivery),不需要配置任何地面基础设施,而是把地面的停放车辆组成一个虚拟的停车覆盖网络,通过该停车覆盖网实现数据的传输.为此,首先,对于每一条道路,把路边和非路边停放车辆组成一个尽可能长的停车簇,并基于这些停车簇组织城市停车骨干网络.其次,设计基于停车覆盖网络的全新数据传输算法来实现车辆间的有效数据传输.基于真实城市地图和交通数据的模拟实验结果表明,与现有的几种数据传输算法相比,PBBD能够以较低的网络传输开销和较小的传输延迟获得较高的数据传输成功率.

车载自组织网络在智能交通中的应用研究综述

对基于车载网络的智能交通技术进行了全面的总结和分析。首先,通过分析智能交通系统的需求和车辆自组织网络的特点,指出将车载网络应用于智能交通系统面临的问题和挑战。然后,对现有的基于车载网络的智能交通应用进行了分类:安全性相关、效率相关和资讯娱乐3个大类,以及进一步按照技术方法进行详细分类。按照这个分类,对研究现状进行了深入分析,比较了不同方法的利弊。基于对现有工作的分析,总结出了存在的问题和不足,并对未来的研究工作发展进行了展望。

面向应用的车载自组织网络跨层多信道MAC协议

提出了一种面向应用的车载网络跨层多信道MAC协议。对来自应用层不同类型的消息进行实时统计,预测出最优控制信道周期,确保控制信道上安全消息的及时、可靠传输,同时采用预约机制实现消息在服务信道上的无竞争传输,提高服务信道的吞吐量。本协议适合饱和与非饱和的一般VANET环境,具有较低的计算复杂度,扩展性较好。与现存的其他协议相比较,仿真结果证实了所提协议的优越性。

车载自组织网络中基于椭圆曲线零知识证明的匿名安全认证机制

依据车载自组织网络的特点,提出了一种基于椭圆曲线零知识证明的匿名安全认证机制,利用双向匿名认证算法避免消息收发双方交换签名证书,防止节点身份隐私在非安全信道上泄露;利用基于消息认证码的消息聚合算法,通过路边单元协助对消息进行批量认证,提高消息认证速度,避免高交通密度情形下大量消息因得不到及时认证而丢失。分析与仿真实验表明,该机制能实现车辆节点的隐私保护和可追踪性,确保消息的完整性。与已有车载网络匿名安全认证算法相比,该机制具有较小的消息延迟和消息丢失率,且通信开销较低。

车载自组织网络路由协议及研究进展

近年来,车载自组织网络(VANET)快速发展,路由协议的准确分类归纳和对比分析对未来研究有重要的意义。针对VANET中路由协议归类分析不完善和未来发展趋势进行综述,依次从基于拓扑、地理和混合路由等方面进行分类归纳,着重介绍了一些经典的地理路由协议并对其特点和性能进行分析,提出了优缺点和改进意见。重点分析地理路由中未来研究热点的延时容忍路由(DTN)和机会路由协议,提出了VANET路由所面临的主要挑战和潜在的机遇,并指出明确的研究路径。

车载自组织网络中网络连通特性研究

研究了3个典型车辆移动模型和真实车辆行驶轨迹对车载自组织网络连通特性的影响,评价了车辆移动模型的合理性。仿真结果表明,相邻车辆的速度相关性对连接持续时间产生显著影响;交通"热点"和红绿灯规则造成的节点聚簇行为增强了网络连通度;节点分布不均匀使得车载自组织网络具有较高中心度的结论。

基于道路分段的车载自组织网络路由协议

针对城市车载自组织网络中由于车辆运行速度快、网络拓扑结构变化频繁导致的路由链路不稳定问题,提出一种基于道路分段的车载路由协议RSRP。考虑交通灯对车辆速度和空间分布的影响,对不同区域的道路进行分段,选择路段上骨干节点,建立稳定的道路骨干网。在交叉路口选择桥节点,连接相邻路段上的骨干节点,获取路段上传输包所产生的延迟,并更新路段上的网络拓扑信息,通过桥节点获取的车辆状态信息,对路段分配相应权重,并选择最低权重所对应的路段作为路由路径,进而提高数据包传输的投递率,减小端到端时延。在NS2实验仿真平台下模拟真实的城市道路与车辆交通场景,结果表明,与GPSR、GyTAR等路由协议相比,RSRP协议能更好地适用于城市道路场景。

车载自组织网络中基于时分复用的异步多信道MAC协议

为解决车载自组织网络负载较重时控制信道拥塞和信道利用率低的问题,提出一种时分复用机制的异步车载自组织网多信道MAC(Media Access Control)协议——ATMP(Asynchronous TDMA-based multi-channel MAC Protocol).ATMP协议采用时分复用的异步接入机制实现节点分时段接入控制信道,减少并发接入控制信道的节点数目,降低碰撞概率;进一步,为了解决多信道协调信息丢失问题,ATMP协议使用节点协作机制来获取节点遗漏的信道协调信息,有效降低因协调信息缺失造成的数据信道服务信息碰撞概率.仿真结果表明,ATMP协议在碰撞概率、安全消息时延及控制信道吞吐量指标上优于IEEE1609.4标准、AMCP协议和AMCMAC协议.

车载自组织网络中基于身份的匿名认证方案

针对于车载自组织网络中的身份认证问题,提出一种新颖的基于身份的匿名认证方案,该方案在保护了车辆的身份隐私信息的同时不仅满足了车辆节点与路边单元节点间的身份认证的需求,而且确保了车辆节点之间的身份认证。该方案利用基于身份的密码技术,减少了系统管理公钥证书的工作量和对节点证书认证的代价。最后通过安全性和复杂性分析,结果表明该方案不仅易于实现,而且安全可靠并具有较低的计算复杂度及通信开销。

基于“端—管—云”体系的车载自组织网络关键技术

随着道路拥堵等交通问题的日益严峻,智能交通系统成为解决当前交通问题的有效途径。车载自组织网络及车辆作为智能交通的重要组成部分也成为了当前的研究热点。首先介绍了车联网在国内外的发展历史和现状,然后分别从端系统、管系统、云系统3个方面对车联网进行了分析研究,着重介绍了管系统中的V2V(vehicle to vehicle)和V2R(vehicle to roadside)两种通信技术。此外,对于面向车联网的交通云和大数据技术进行了概括介绍。最后,探讨了车载自组织网络的应用场景和未来发展趋势。

车载自组织网络环境下基于软件定义网络的数据协作调度算法

针对车载自组织网络(VANET)中路侧单元(RSU)应答车辆请求效率低下的问题,提出基于软件定义网络(SDN)的数据调度算法SDDS。首先,依据车辆状态信息生成策略冲突图,并求解其最大权重独立集,实现单个周期内被应答请求数目最大化;其次,通过分析数据在车辆节点中的冗余度对系统服务能力的影响确定最优参数,设计了一种基于地理位置的协助车辆挑选机制;最后,分析跨区切换车辆的特点和影响多RSU协作的因素,提出一种基于冲突避免的多RSU协作机制;此外,提出了新的评价指标——服务效能来评价系统的整体服务质量。仿真实验中,相比请求数目优先算法(MRF)和协作数据分发算法(CDD),SDDS的服务效能最高增幅达到15%和20%。仿真结果表明,SDDS能显著提高调度系统的服务效率和质量。

基于复杂网络的车载自组织网络抗毁性分析

针对车载自组织网络(VANET)的抗毁性问题,分析了其在随意攻击和蓄意攻击下网络的抗毁性特征。首先,提出以最大连通度、连通分支平均规模、临界点移除比例及网络效率为评价指标的VANET拓扑抗毁性参数;然后,基于带有车辆换道功能的智能驾驶员模型,应用Vanet Mobisim仿真软件建立VANET;最后,通过仿真实验分析了网络节点数、通信半径以及攻击模式对VANET抗毁性的影响。实验结果表明由于车辆节点度分布的不均匀性,VANET对随意攻击具有较强的抗毁性,而在蓄意攻击下显得比较脆弱;基于节点介数的蓄意攻击对网络的破坏更快、更强。这些规律为优化VANET拓扑控制、网络协议开发和网络管理提供新的指导。

基于车流信息的车载自组织网络路由协议

车载自组织网络(VANET)具有高移动性和间歇连通性,而且拓扑变化频繁,特别是在事故或交通堵塞的时候,因此,采用了携带并转发的方式,即移动车辆携带数据直到遇见有可转发的车辆。与现有携带并转发的解决方法不同,本文采用分布式实时估计各路段延时的方法。基于对各路段延时的估计,车辆就能计算车低延时的路由路径,然后提出了分布式实时数据流统计辅助的路由协议(DRTAR)来转发数据。实验结果显示,提出的DRTAR协议性能优于其他算法。

车载自组织网络拓扑特性及控制

传统的车载自组织网络体系结构研究专注于通信协议及其拓扑,未从宏观角度揭示其网络本质.针对这种情况,提出基于复杂网络理论的车载自组织网络模型.首先介绍模型算法.然后采用平均场理论进行度分布分析,讨论模型特殊情况,判定度分布指数范围,计算度分布及度与次序之间的关系,以度分布满足幂率分布规律验证车载自组织网络的无标度特征.最后以网络状态方程为基础,导出被牵制控制到平衡点的网络状态方程,计算矩阵最大特征值和网络特征值,提出车辆自组织网络牵制控制策略.仿真结果表明,车载自组织网络度分布指数γ>2,网络若被牵制到平衡点-X,重点控制网络的最大特征值λ1.

基于通用单向累加器的车载自组织网络隐私保护撤销机制

针对车载自组织网络(vehicular Ad hoc network,VANET)中撤销异常行为车辆可能导致敏感信息泄露的问题,提出了一种基于通用单向累加器的隐私保护撤销机制(privacy protection revocation mechanism based on one-way accumulator,OWA-PPRM)。首先,将所有撤销信息累加到一个值并将其传播给网络中的所有实体节点;然后,车辆与没有泄露个人信息的公共道路路边系统(road-side units,RSU)进行通信来更新证书;最后,利用移动存储库从RSU下载和更新单向累加器的副本以及目击证人的必要信息。仿真结果表明,OWA-PPRM显著降低了认证管理计算复杂度,大大提高了认证效率,同时保护了用户的隐私。