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TinyML-Based Fall Detection for connected Personal Mobility Vehicles

computers, Materials & continua 2022年第5期71卷 3869-3885页

作者： Ramon Sanchez-Iborra Luis Bernal-Escobedo Jose Santa Antonio Skarmeta University center of Defense General Air Force AcademySan Javier30720Spain University of Murcia Murcia30100Spain Technical University of cartagena Cartagena30202Spain

A new wave of electric vehicles for personal mobility is currently crowding public spaces.They offer a sustainable and efficient way of getting around in urban environments,however,these devices bring additional safety issues,including serious accidents for riders.Thereby,taking advantage of a connected personal mobility vehicle,we present a novel on-device Machine Learning(ML)-based fall detection system that analyzes data captured from a range of sensors integrated on an on-board unit(OBU)prototype.Given the typical processing limitations of these elements,we exploit the potential of the TinyML paradigm,which enables embedding powerful ML algorithms in constrained units.We have generated and publicly released a large dataset,including real riding measurements and realistically simulated falling events,which has been employed to produce different TinyML models.The attained results show the good operation of the system to detect falls efficiently using embedded OBUs.The considered algorithms have been successfully tested on mass-market low-power units,implying reduced energy consumption,flash footprints and running times,enabling new possibilities for this kind of vehicles.

关键词： Personal mobility machine learning on-board unit C-ITS IoT

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面向C-ITS基于匿名认证的区域加密方案

面向C-ITS基于匿名认证的区域加密方案

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作者：曾帅帅沈阳工业大学

学位级别：硕士

在协同智能交通系统（collaborative Intelligent Transportation System,C-ITS）中,车辆间交互携带有速度、位置和身份等信息的协同意识信息（collaborative Awareness Messages,cAMs）以获得交通服务,但cAMs通常以明文的形式在不安全的网络上进行广播,很容易被恶意人员窃听或截获,并从中分析出用户的敏感信息。由于C-ITS的高开放性、实时性要求以及用户量大、流动性强的特点和在不断变化的车辆之间密钥难以管理的问题,现有的隐私保护方案普遍存在隐私保护覆盖不足、密钥管理机制的适用性差、密钥泄露和安全性缺陷等问题。本文针对目前存在的问题,提出了一个面向C-ITS基于匿名认证的区域加密方案。本文首先面向C-ITS下cAMs通信的安全需求给出了方案的模型和方案的形式化定义,然后主要利用可随机化签名及完全子树方法给出了方案的具体构建。在隐私保护方面,本文基于车辆的长期凭证和周期性更新的撤销令牌,利用非交互式零知识证明技术和区域加密的思想,同时满足了认证匿名性和cAMs的隐藏性这两个重要的隐私性质。在区域密钥管理机制方面,本文利用完全子树方法提出了基于区域管理员的密钥管理机制,不仅解决了密钥难以协商、更新和撤销等管理问题,而且降低了密钥泄露的风险。在安全性方面,除了正确性、匿名性和cAMs的隐藏性之外,本文还满足可追踪性、可撤销性、后向安全性以及抗非法信息的传播性。在性能方面,本文的基于完全子树方法的撤销令牌机制实现的可撤销性不仅撤销效率高,而且较传统的撤销方法降低了纪元开始前需要更新的撤销令牌的数量。此外,在方案部署方面,本文介绍了在C-ITS实际部署应用阶段面临的跨区域通信挑战、丢包挑战以及基础设施故障挑战并给出了相应的解决策略。最后,本文利用Python语言、Pycharm开发环境和Py cryptodome V3.10.1密码学库对本文方案的算法或协议进行了仿真实验。综上分析结果表明,本文以一个合理的时间和通信代价满足了更多的安全性需求,并解决了密钥难以管理和可撤销性以及可追踪性在效率和局限性上的缺陷问题,因此本文方案在C-ITS下提供了安全性和性能之间的更好的权衡,具有一定的实际应用意义。

关键词： C-ITS 可撤销性区域加密匿名认证完全子树方法

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