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车载自组织网络的竞争窗口自适应退避算法

电子测量技术 2023年第17期46卷 43-50页

作者：张显飞赵一帆高明虎姚应东周思达云南民族大学电气信息工程学院昆明650000 云南民族大学无人自主系统研究院昆明650000

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... 详细信息

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%。

关键词：车载自组织网络 CSMA/CA协议退避算法竞争窗口马尔可夫模型

车载自组织网络中格基签密的可认证隐私保护方案

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计算机应用 2024年第1期44卷 233-241页

作者：崔剑阳蔡英张宇范艳芳北京信息科技大学计算机学院北京100101

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... 详细信息

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。

关键词：车载自组织网络认证隐私保护格签密

车载自组织网络中停放车辆合作的多媒体内容分发

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电子科技大学学报 2018年第4期47卷 566-572,620页

作者：朱金奇孙华志刘念伯马春梅天津师范大学计算机与信息工程学院天津西青区300387 电子科技大学计算机科学与工程学院成都611731

车载自组织网络(VANETs)中,如何实现车辆间多媒体文件的高效分发成为研究热点。基于城市区域长时间拥有大量地面停放车辆的情况,该文提出停放车辆合作的内容分发策略(CPVC),该策略不需要配置任何地面基础设施(RSUs),而是把地面停放车辆... 详细信息

车载自组织网络(VANETs)中,如何实现车辆间多媒体文件的高效分发成为研究热点。基于城市区域长时间拥有大量地面停放车辆的情况,该文提出停放车辆合作的内容分发策略(CPVC),该策略不需要配置任何地面基础设施(RSUs),而是把地面停放车辆作为天然基础设施为车辆用户提供内容存储和内容分发服务。为此首先把每条道路的路边和非路边停放车辆组成停车簇;其次提出停车簇合作进行内容分发的方式并设计相应内容分发算法。基于真实城市地图和交通数据的实验结果表明,CPVC能以较低的下载延迟和网络开销获得较高的数据传输成功率,尤其在交通流量密度稀疏和多请求者下载情况下。

关键词：内容分发多媒体停放车辆车载自组织网络

车载自组织网络下的身份认证与群密钥管理方案研究

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车载自组织网络下的身份认证与群密钥管理方案研究

作者：董斌海杭州电子科技大学

学位级别：硕士

物联网与5G通信技术的快速发展打破了信息壁垒,为建设未来智慧城市带来了无限可能,各个国家所出台的各项与智慧城市相关的政策,正在逐步提高人们的生活质量。在交通方面,车流量剧增所导致的各种交通事故使得人们的生命财产安全面临巨大... 详细信息

物联网与5G通信技术的快速发展打破了信息壁垒,为建设未来智慧城市带来了无限可能,各个国家所出台的各项与智慧城市相关的政策,正在逐步提高人们的生活质量。在交通方面,车流量剧增所导致的各种交通事故使得人们的生命财产安全面临巨大的威胁。VANET作为未来智慧城市建设中的重要一环,通过车辆之间的信息互通,实现交通事件、路况变化等各类道路信息及时共享,以此提高道路行车安全。但是VANET自身极易遭受来自各方面的安全威胁,因此需要设计一个安全高效的认证方案,避免恶意用户进入网络,抵御各类安全攻击。本文在车载自组织网络的组成结构与体系结构的基础上,根据VANET的各类安全需求,提出了一种高效安全的身份认证与群密钥管理方案。该方案主要包含以下几点贡献:1)保证通信安全,车辆与路边单元进行通信前,需要互相认证其是否具备由可信中心颁发的身份证书,防止未经认证的设备进入网络,对网络安全性造成威胁;2)确保用户隐私,车辆在通信过程中发送的所有信息均进行匿名化,用户可以在本地对涉及自身安全的信息进行匿名处理,避免中心化设备集中管理假名带来的弊端;3)提高认证效率,通过双线性映射的性质实现认证过程中的批量消息验证,对比现有方案可以更大程度降低车辆数量对验证速度的影响;4)动态群密钥管理,车辆在进入或离开区域时的动态群密钥管理方案,能够保证车辆之间安全通信的前提下提高通信效率,也适应了VANET频繁变化的网络拓扑结构。从形式化验证与非形式化验证两个方面说明了该方案的安全性,通过归约与随机预言模型进行形式化验证,并结合VANET的安全需求进行非形式化验证,说明该方案符合VANET的安全需求,能够抵御安全攻击。此外,在通信效率与通信成本上,通过与其他三个方案的实验对比,表明该方案在批验证上耗时更少的要求下能够维持较低的通信成本,具备通信效率高、通信成本低等特性,与VANET的短程通信性质具备良好的适配性。

关键词：车载自组织网络双线性映射群密钥管理身份认证批认证

车载自组织网络中的连通性分析与资源分配研究

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车载自组织网络中的连通性分析与资源分配研究

作者：任世海华东交通大学

学位级别：硕士

城市车载自组织网络的发展给网络拓扑带来了更大的复杂性,因为车辆的高速移动导致多普勒频偏增大,无线传播环境变得更加复杂多变。此外,由于资源碰撞、远近效应等因素,高密度、多点对多点的车车(Vehicle to Vehicle,V2V)之间的通信也变... 详细信息

城市车载自组织网络的发展给网络拓扑带来了更大的复杂性,因为车辆的高速移动导致多普勒频偏增大,无线传播环境变得更加复杂多变。此外,由于资源碰撞、远近效应等因素,高密度、多点对多点的车车(Vehicle to Vehicle,V2V)之间的通信也变得更加复杂。因此,车载自组织网络技术必须要应对各种挑战,如网络连通性及资源分配。然而,现有的工作缺乏对城市车载自组织网络中V2V通信链路在同信道干扰影响下连通性的讨论,尤其缺少在时变环境下以及信息不完备时V2V通信链路连通性的探讨。不仅如此,在城市车载自组织网络中,智能地为链路分配频谱资源可以控制车辆间的同信道干扰,提高车载自组织网络整体连通性。也是本文研究的重点内容。本文利用Nakagami-m衰落模型来描述信号在城市街区场景中的衰落,以更贴近实际情况。并在信息完备以及信息不完备两种情况下分析V2V通信的连通性。在完备信息场景中,通过将同信道干扰和信道环境的时变性建模为时延抖动,分析时变场景下V2V通信的连通性。在信息不完备场景中,利用多种与同信道干扰有关参数如车辆距离、传输功率和衰落系数的分布,结合自由空间传播模型(Free space propagation Model,Friss)和Nakagami-m衰落模型,推导出同信道干扰的概率分布,并据此估计V2V通信链路的连通性。仿真表面,同信道干扰对V2V通信的影响不可忽视。本文还探讨了将连通性与多智能体强化学习结合的可能,以提升车载自组织网络的整体性能。通过智能的资源分配方案,在保证自身的连通性的前提下,最小化对其他通信链路的干扰。具体地,本文采用了异构智能体近端策略优化(Heterogeneous-Agent Proximal Policy Optimization,HAPPO)算法,旨在提高车辆之间的协作效率,并通过联合优化子信道和传输功率来实现这一目标。在该算法中,通过全局状态价值函数计算整体性能的提升,保证智能体之间的合作。由于车载自组织网络中智能体众多,环境稳定性降低,而导致多智能体强化学习难以收敛。因此本文在多智能体强化学习算法中结合平均场理论(Mean-field theory,MFT),将其他智能体的行动和状态近似为一个平均场。最后仿真表明,本文提出的方案提升了车载自组织网络的整体连通性,尤其在车辆数量较多时。

关键词：车载自组织网络同信道干扰连通概率时延抖动多智能体强化学习资源分配

车载自组织网络中条件隐私保护与认证方案研究

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车载自组织网络中条件隐私保护与认证方案研究

作者：周彦孜博南昌大学

学位级别：硕士

随着物联网技术的快速发展,车载自组织网络(Vehicular ad hoc Network,VANET)逐渐成为了研究的热点。为了保护VANET通信的安全性和隐私性,研究人员们提出了许多条件隐私保护认证(Conditional Privacy-Protecting Authentication,CPPA)... 详细信息

随着物联网技术的快速发展,车载自组织网络(Vehicular ad hoc Network,VANET)逐渐成为了研究的热点。为了保护VANET通信的安全性和隐私性,研究人员们提出了许多条件隐私保护认证(Conditional Privacy-Protecting Authentication,CPPA)方案。现有的方案大都能很好的满足其设计需求,但在计算效率,通信效率,安全性以及实用性等方面仍然存在着改进的空间。本论文通过对基于身份密码体制(Identity-based Public Key Cryptosystem,ID-PKC)以及基于无证书密码体制(Certificateless Public Key Cryptosystem,CL-PKC)的CPPA方案进行研究,尝试解决一些现有方案中所面临的挑战。主要研究结果如下:1.提出了一种基于广义环签密的VANET条件隐私保护认证方案。现有的大多数CPPA方案只能提供签名和签密之间的一种功能,难以满足复杂应用场景的需求。此外,大多数CPPA方案允许一个追踪机构在必要时揭露恶意消息的发送者身份,但难以证明追踪结果的真实性。因此,我们的方案引入了广义环签密这一密码学原语,在一种算法中同时提供了环签名和环签密两种模式以满足复杂应用场景下不同的安全需求。我们还设计了一种方便的公开验证算法,使得追踪结果可以被证明,提高了追踪结果的可信度。2.提出了一种安全高效的无证书VANET条件隐私保护认证方案。基于防篡改装置(Tamper-Proof Device,TPD)的CPPA方案是众多CPPA方案中的一个重要分支。传统基于TPD的CPPA方案通常假设系统中的私钥生成机构(Private Key Generator,PKG)绝对可信,这导致了众所周知的密钥托管问题。此外,现有方案大都需要TPD预加载系统的主私钥,这无疑增加了主私钥泄露的风险。我们方案中的TPD不需要预加载系统的主私钥。只需预加载车辆自身的私钥。此外,我们的方案支持车辆在不安全信道中更新其私钥,因此能够可以有效地抵抗侧信道攻击。

关键词：车载自组织网络条件隐私保护匿名认证环签名假名

车载自组织网络中基于竞争的时分多址MAC协议

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计算机工程 2021年第5期47卷 154-159页

作者：张本宏吴浩浩俞磊合肥工业大学计算机与信息学院合肥230601 安徽中医药大学医药信息工程学院合肥230012

车辆的高速移动及网络拓扑变化频繁等特性,使得可靠的介质访问控制(MAC)协议仍难满足车载自组织网络的低延迟和高吞吐量的要求。提出一种基于竞争的时分多址MAC协议,将道路按照通信半径分段,周期性地为每个路段的车辆组织通信,每个通信... 详细信息

车辆的高速移动及网络拓扑变化频繁等特性,使得可靠的介质访问控制(MAC)协议仍难满足车载自组织网络的低延迟和高吞吐量的要求。提出一种基于竞争的时分多址MAC协议,将道路按照通信半径分段,周期性地为每个路段的车辆组织通信,每个通信周期根据功能分为静态段和动态段两部分,静态段使用时分复用的方式进行通信,动态段用于新接入的车辆竞争静态段中的发送时隙。仿真实验结果表明,与DTMAC协议相比,该协议能够提高数据传输的吞吐量,降低车辆之间发生冲突的概率,减少新加入车辆发送数据的等待时延。

关键词：车载自组织网络介质访问控制协议分布式调度通信竞争时隙分配

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车载自组织网络中高效的无证书认证方案研究

车载自组织网络中高效的无证书认证方案研究

作者：欧阳玉豪闽南师范大学

学位级别：硕士

作为智能交通领域一种新兴的应用形态,车载自组织网络(Vehicular Ad-hoc Network,VANET)因其有助于改善交通状况和道路安全管理近年来备受关注和探索,并有望提供无处不在的连接、超可靠和低延迟的传输。由于无线链路的开放性,VANET中的... 详细信息

作为智能交通领域一种新兴的应用形态,车载自组织网络(Vehicular Ad-hoc Network,VANET)因其有助于改善交通状况和道路安全管理近年来备受关注和探索,并有望提供无处不在的连接、超可靠和低延迟的传输。由于无线链路的开放性,VANET中的通信容易受到未经授权的访问和各种类型的安全攻击,如窃听、篡改及伪造等,从而导致危险的情况发生。同时,车辆的高机动性以及短时间内大量路况数据的收发也对车载设备、路端和云端设备的快速响应提出了更高的要求。因此,实现严格延迟下的数据安全和隐私保护对于VANET的广泛部署至关重要。针对车载通信中高效率和高安全性这两个突出问题,本文研究和分析了VANET的系统模型及安全需求,并将无证书技术运用到高安全、轻量级需求的VANET认证方案设计中,取得的研究成果归纳如下:(1)针对现有的VANET认证方案并不能很好地克服应用场景中的关键安全缺陷以及跟计算成本相关的问题,导致其无法在计算资源受限的车载设备上执行等问题,本文提出了一种抗串谋攻击的无证书VANET隐私保护认证方案。首先,给出一种公钥聚合方程分析方法,证明了一些文献中的方案不具有存在不可伪造性,并总结了敌手攻击成功的本质原因。其次,重新定义了无证书聚合签名更为严谨的安全模型,通过引入在线/离线签名方法,并充分利用哈希函数的抗碰撞特性,在新模型下构造了一种VANET隐私保护认证新方案,其保证由路侧单元聚合而成的签名是有效的当且仅当所有车载单元的签名都是有效的。最后,通过形式化的安全性证明确保了方案的正确性和健壮性。(2)针对现有的基于VANET的路况监测方案存在高通信延迟及缺乏对动态车辆更新的有效管理等问题,本文提出了一种高效的雾辅助VANET隐私保护实时路况监测方案。首先,该方案基于具有消息恢复功能的无证书群签名来实现快速授权报告和源认证,采用批量加入或退出机制来提高动态成员更新的效率,确保即使在出现大量车流的情况下,雾服务器仍然可以有效地验证消息。同时,每辆车都可以自由地加入和离开不同的群组,只需要执行轻量级的模乘运算即可。最后,通过详细的理论分析表明,该方案能够提供多种安全保障,满足动态VANET环境下严格的延迟要求。最后,基于Interlli J IDEA和JPBC集成环境的性能评估实验结果表明,所提的两种方案在计算成本以及通信效率方面的综合性能要优于该领域的相关方案。通过在SUMO和OMNET++集成平台进行了大量的实验仿真,验证了所提方案的平均端到端通信延迟可以保持很低,满足在高度动态的VANET环境中对延迟的苛刻要求。

关键词：车载自组织网络无证书聚合签名群签名隐私保护认证

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车载自组织网络中路由协议的研究及算法改进

车载自组织网络中路由协议的研究及算法改进

作者：刘欣南京林业大学

学位级别：硕士

随着社会的发展,车辆需求变大,由此引发的交通问题成为了社会关注的重点。车载自组织网络VANETs(Vehicular Adhoc Networks)是智能交通系统的基础之一,它为车辆提供了一个高速变化和移动的通信网络,可以有效预防交通事故、提升交通效率... 详细信息

随着社会的发展,车辆需求变大,由此引发的交通问题成为了社会关注的重点。车载自组织网络VANETs(Vehicular Adhoc Networks)是智能交通系统的基础之一,它为车辆提供了一个高速变化和移动的通信网络,可以有效预防交通事故、提升交通效率,其网络拓扑结构变化频繁、带宽有限的特性对车载网路由协议提出了更高的要求。本文首先介绍车载自组织网络的研究背景和国内外研究现状,接着对车载自组织网络中具有代表性的路由协议进行分类和比较,随后分析目前最热门的基于地理位置的路由协议——贪婪周边无状态路由GPSR(geographic perimeter stateless routing),结合路网模型分析其缺陷并提出了一种优化改进的VANETs路由协议——DATD协议,其主要研究内容如下:(1)VANETs路由协议设计的目标是利用最少的网络资源来实现最短的通信时间,本文提出的DATD路由协议中设计出一种综合权值LWF(link weight function)算法用于评估下一跳候选节点,除了将目标节点与邻居节点之间的距离作为下一跳节点选择的路由决策准则,还考虑将邻居节点的运动角度、链路生存时间、车流密度三种新的度量引入基于权值算法的贪婪转发策略中,从而达到增加链路可靠性、降低传输时延的目的。(2)结合实际交通场景中的特点,将车辆节点分为道路节点与路口节点,设计出一种基于层次分析法的权重占比分配策略,并且结合权值算法设计出一种路口节点优先的节点转发算法,从而优化障碍物对数据转发的负面影响,根据源节点以及邻居节点的类型采用不同权重占比的权值算法去寻找最优节点,提高了链路质量。(3)针对传统GPSR路由协议中基于右手法则的周边转发修复策略中存在的问题,设计出一种基于最小运动方向的路由修复策略,有效降低了算法的复杂度并且解决了路由空洞问题。将改进后的贪婪转发策略与修复策略相结合,有效提高了路由性能。最后,本文通过NS2网络仿真与SUMO交通仿真的联合仿真,实现实际交通场景的仿真和路由协议的设计。在三种仿真场景下,通过改变节点数量、恒定比特率(CBR,con stant bit rate)以及节点最大移动速度,从数据分组投递率和平均端到端时延对DATD路由协议的性能进行评估,并与传统的GPSR协议和GPCR协议进行比较。研究结果表明DATD路由协议在数据包分组投递率和平均端到端时延等性能优于GPSR协议和GPCR协议。

关键词：车载自组织网络 GPSR协议权值算法 SUMO NS2