车联网OBU多级安全架构及通信方案研究
发布时间：2020-11-21 17:01
车联网(IoV,Internet of Vehicles)作为物联网在智能交通领域的重要分支,融合了多学科和技术体系,将车-路-网连接成为一个有机整体,实现车与车,车与人,车与基础设施以及车与云服务器的智能协同和交互。随着5G移动通信技术的应用,IoV不断向智能化和网联化方向推进,多网络融合、主动的信息提供和车辆控制等成为车载单元(OBU,On Board Unit)在汽车辅助驾驶设计理念和相关技术的发展趋势。然而,传统的车内网一直被视为一种绝对安全的闭式网络,一旦允许外部网络和设备接入,将会引入重大的信息安全问题,严重威胁到IoV通信的机密性以及驾驶员的生命安全。本文针对车内网、终端直通(D2D,Device-to-Device)通信网络、专用短程通信(DSRC,Dedicated Short Range Communications)以及蜂窝网路等多网络接入与融合引发的安全问题,综合分析了现有的车内网和OBU安全方案存在的不足,旨在研究一种安全可靠的OBU及通信方案,防止车辆被非法控制,并提高多网络交互的安全性。本文的主要研究工作概括为:(1)提出了一种面向车联网三级安全架构的新型OBU(NOTSA,Novel OBU with Three-level Security Architecture for Internet of Vehicles)。本方案针对车辆攻击模型,以及基于ISO 13335 GMITS标准的安全威胁评估,设计了多级安全区,部署了三层安全防护机制。在此基础上,构建了硬件仿真平台,验证了NOTSA设计方案的可行性。此外,基于可靠性框图(RBD,Reliability Block Diagrams)的可靠性分析,以及多种方案的实验分析和对比,体现了NOTSA拥有更高的可靠性。(2)基于NOTSA提出了多级安全协议。该协议包括外部网络和设备的强安全认证、多处理器认证和硬隔离,综合考虑了时间和内存开销,适用于硬件资源受限的设备。此外,基于有限状态机(FSM,Finite State Machine)验证了协议的正确性,并通过证明分析了所提方案的安全性。在理论分析的基础上,利用构建的硬件仿真平台,进一步评估了方案的性能,表明多级安全协议可实现对NOTSA更好的安全性防护。(3)基于NOTSA提出了安全协作通信方案。在5G车载异构网络通信背景下,该方案实现了基于IEEE 802.11p标准的DSRC、基于D2D的V2V(D2D-V,D2D-based Vehicle-to-Vehicle)通信网络和蜂窝网络等异构网络之间的协作通信。考虑到异构网络中存在的窃听问题,基于随机几何理论和物理层安全技术,提出了协作通信的模式选择和优化算法,进一步提高了多网络接入和信息传输的安全性。仿真结果与理论分析验证了方案的可行性,同时与IEEE 802.11p标准的DSRC和贪婪的D2D通信方案相比,该方案更加安全可靠。
【学位单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U463.6
【部分图文】：
其次，在硬件仿真与评估环境中，NOTSA 中的U 由 3 个处理器模拟。配备移动终端作为可视化电子设详细说明。其中，MCU1 和 S_MCU 使用基于 PowerPC表 3.1 硬件规格的详细说明类别 处理器 架构 频率MCU1 MPC8315 PowerPC 400 MHzMCU2 Exynos4412 Cortex-A9 1.4 GHzS_MCU MPC8315 PowerPC 400 MHz率为 400MHz。MCU2 为 Cortex-A9 多核处理器 ExynoHz。对于软件评估环境，MPC8315 和 Exynos4412 处理用于任务管理和分配。MPC8315 处理器驱动双 NICs (A)，实现了 UD 的交互以及基于 IEEE 802.11p 标准的 V方面的需求。
图 3.10 OBU 硬件可靠性分析与比较图 3.10 为 NOTSA 的可靠性分析和对比，实验结果显示出 NOTSA 的可靠性随着时间的增加而降低。通过对比图 3.10 中的曲线可知，在 OBU 硬件架构设计方面，本章所提出的 NOTSA 拥有比文献[58]中的 OBU 架构更好的可靠性。这主要因为 NOTSA 的多安全区的硬件架构设计除了考虑车联网智能化和网联化的功能及服务外，还充分考虑了车联网的安全需求，可以达到信息的分级可控和异常隔离，使 DoS 攻击等安全异常对
的 OBU 硬件设计更加可靠。图 3.11 RSU 硬件可靠性分析与比较图 3.11 为 RSU 硬件可靠性的分析与比较。由于在车联网中，RSU 与 OBU 自组织通信，RSU 的通信协议需要与 OBU 保持一致性，共同维护网络的可生存性。实验结果也显示出 BASIC 和 ENHANCED 硬件架构的可靠性随着时间的增加而降低。由对比的结果可知，本章基于 NOTSA 构建的 RSU 硬件架构的可靠性更好。从图 3.10 和 3.11 的实验结果体现出，5G 通信技术的引入促进了 OBU 和 RSU 硬件在通信模式以及硬件的可靠性设计方面不断创新，使硬件架构具有更好的可扩展性以及兼容性。3.7 本章小结本章分析了由多网络接入与融合引入的针对真实车辆的攻击模型和威胁。然后，基于安全等级和威胁的评估提出了 NOTSA
【参考文献】
本文编号：2893318
【学位单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U463.6
【部分图文】：
其次，在硬件仿真与评估环境中，NOTSA 中的U 由 3 个处理器模拟。配备移动终端作为可视化电子设详细说明。其中，MCU1 和 S_MCU 使用基于 PowerPC表 3.1 硬件规格的详细说明类别 处理器 架构 频率MCU1 MPC8315 PowerPC 400 MHzMCU2 Exynos4412 Cortex-A9 1.4 GHzS_MCU MPC8315 PowerPC 400 MHz率为 400MHz。MCU2 为 Cortex-A9 多核处理器 ExynoHz。对于软件评估环境，MPC8315 和 Exynos4412 处理用于任务管理和分配。MPC8315 处理器驱动双 NICs (A)，实现了 UD 的交互以及基于 IEEE 802.11p 标准的 V方面的需求。
图 3.10 OBU 硬件可靠性分析与比较图 3.10 为 NOTSA 的可靠性分析和对比，实验结果显示出 NOTSA 的可靠性随着时间的增加而降低。通过对比图 3.10 中的曲线可知，在 OBU 硬件架构设计方面，本章所提出的 NOTSA 拥有比文献[58]中的 OBU 架构更好的可靠性。这主要因为 NOTSA 的多安全区的硬件架构设计除了考虑车联网智能化和网联化的功能及服务外，还充分考虑了车联网的安全需求，可以达到信息的分级可控和异常隔离，使 DoS 攻击等安全异常对
的 OBU 硬件设计更加可靠。图 3.11 RSU 硬件可靠性分析与比较图 3.11 为 RSU 硬件可靠性的分析与比较。由于在车联网中，RSU 与 OBU 自组织通信，RSU 的通信协议需要与 OBU 保持一致性，共同维护网络的可生存性。实验结果也显示出 BASIC 和 ENHANCED 硬件架构的可靠性随着时间的增加而降低。由对比的结果可知，本章基于 NOTSA 构建的 RSU 硬件架构的可靠性更好。从图 3.10 和 3.11 的实验结果体现出，5G 通信技术的引入促进了 OBU 和 RSU 硬件在通信模式以及硬件的可靠性设计方面不断创新，使硬件架构具有更好的可扩展性以及兼容性。3.7 本章小结本章分析了由多网络接入与融合引入的针对真实车辆的攻击模型和威胁。然后，基于安全等级和威胁的评估提出了 NOTSA
【参考文献】
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4 田新广;邱志明;孙春来;李文法;段洣毅;;基于硬件分区和IP报文还原的网络隔离与信息交换[J];计算机科学;2008年02期
本文编号：2893318
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