CN102308325B - 用于确保车-车通信的基于信任的方法 - Google Patents

Abstract

一种利用基于提问/回答的过程确保从车辆接收的信息是可靠的车-车通信系统。主体车辆向可疑车辆发送询问问题，以确定所述可疑车辆是否是可靠信息源。如果询问问题的回答正确，则所述过程增加用于所述可疑车辆的标记桶中的标记数量，如果询问问题的回答不正确，则所述过程减少用于所述可疑车辆的标记桶中的标记数量。如果用于所述可疑车辆的桶中的标记数量大于预定上限阈值，则所述主体车辆接受来自所述可疑车辆的信息，如果用于所述可疑车辆的桶中的标记数量低于预定下限阈值，则所述主体车辆抛弃来自所述可疑车辆的信息。

Description

用于确保车-车通信的基于信任的方法

技术领域

本发明总地涉及用于在车-车通信系统中识别可靠车辆的系统和方法，更特别地，涉及用于在车-车通信系统中确认从车辆接收的信息是可靠的和非恶意的系统和方法。

背景技术

交通事故和道路交通堵塞是车辆行驶的重大问题。基于主动安全的车辆自组织网络和驾驶员辅助系统是已知的，其允许车辆通信系统向在特定区域中的其它车辆发送具有有关危险道路情形、驾驶事件、事故等警告信息的信息。在这些系统中，通常使用本领域技术人员已知的多跳区播路由协议来扩展警告信息的可达性，即，发送主动信息至距道路状况几千米远的车辆，作为一次多跳发送过程（one-time multi-hop transmission process）。换句话说，因为一辆车辆的传播距离通常比较短，所以使用区播路由协议将通知驾驶员潜在危险道路状况的初始信息从车辆发送至车辆，使得距离很远的车辆会接收到该信息。

车-车和车辆-基础设施应用需要最少一个实体发送信息至另一实体。例如，许多车-车安全应用可通过简单地从相邻车辆接收广播信息而在一辆车上执行。这些信息不专用于任一具体的车辆，而是意味着可被车辆群体共享，以支持安全应用。在这些类应用中，在期望避免碰撞的情况下，由于两辆或多辆车彼此对话，可能发生碰撞，因此车辆系统可警告车辆驾驶员，或者可能为驾驶员采取避车动作，例如应用制动器。同样，交通控制单元可发现信息的广播，并对通过给定路口或道路的交通流量产生统计。一旦车辆广播信息，信息的所有消费者就可以是未知的。

通常从这些类车-车通信系统中的车辆接收的信息必须是可靠的，以确保车辆不会试图广播导致有害活动（例如，撞车）的恶意信息。用于提供信息广播的信任的一种当前方案是通过发送公共密钥，称为公共密钥基础设施（PKI），使得发送特定密钥的车辆被确认为可信任源。然而，在车辆间为确认目的发送密钥具有许多缺点，特别是在系统可扩展性上。例如，仅在美国可能参与车-车通信系统的车辆数量就会超过250,000,000辆车。并且，密钥的发送关于在行驶的同时访问PKI的及时性、从任意处PKI的可用性、同时访问的PKI带宽以及PKI认证、再发送所需的计算等方面具有局限性。

发明内容

根据本发明的教导，公开了一种车-车或车辆-基础设施通信系统，其采用基于提问/回答的过程和算法来确保从车辆接收的信息是可靠的。主体车辆可从可疑车辆接收信息。所述主体车辆确定在所述主体车辆上是否为所述可疑车辆存储了存储桶，如果没有，主体车辆则为所述可疑车辆创建桶。所述主体车辆从所述主体车辆向所述可疑车辆发送询问问题，以确定所述可疑车辆是否是可靠信息源。如果询问问题的回答正确，则所述算法增加用于所述可疑车辆的所述桶中的标记数量，如果询问问题的回答不正确，则减少用于所述可疑车辆的标记桶中的标记数量。如果所述可疑车辆的桶中的标记数量大于预定上限阈值，则所述主体车辆接受来自所述可疑车辆的信息，如果所述可疑车辆的桶中的标记数量低于预定下限阈值，则所述主体车辆抛弃来自所述可疑车辆的信息。如果所述主体车辆有预定时间期限未接收到来自所述可疑车辆的信息，则算法删除用于该可疑车辆的标记桶。

结合附图，从下面的描述和所附权利要求可清楚本发明的其它特征。

附图说明

图1为彼此紧邻的多个车辆的平面图，这些车辆通过车-车通信系统发送信息；以及

图2为示出根据本发明实施例的用于确定通过车-车通信系统从车辆接收的信息是否值得信任和可靠的过程的流程图。

具体实施方式

下面对涉及车间通信系统的本发明实施例的描述实质上仅仅是示意性的，绝不是意图限制本发明或其应用或使用，其中所述车间通信系统利用确保从车辆接收的信息是可靠的程序。

本发明提出了车-车和车辆-基础设施通信系统中的基于信任的模型，其增加了车辆接收的通信是可靠的和非恶意的认知。通信系统的基于信任的模型是一种提问/回答的过程，意欲将受信任车辆与恶意车辆或其它节点区分开。在基于信任的模型中进行某种假定，包括每个车辆都配备有使车辆能够知道其空间坐标的GPS装置。每辆身为通信系统一部分的车辆都具有许多标记桶或存储计数的数字缓存，对应于其可与之通信的所有车辆。桶中标记的数量对应于该车辆被给予的信任量。如果未发生与该车辆的通信，那么在一定的时间期限过去之后删除车辆中的各标记桶。删除标记桶的目的是尽可能低地保持车辆中的内存需求。

图1为车-车或车辆-基础设施通信系统10的平面图，其中信息和数据在车辆12和16与基础设施14之间传递。某一车辆12可能注意到另一车辆16已经进入其通信范围，并且正在发送信息。车辆12可能希望确定车辆16是否是该车辆12可从其接收可靠信息的值得信任的车辆。为了提供该信任，车辆12可向车辆16发出将由车辆16回答的提问通信。如果车辆16对车辆12的提问发出正确的答案，那么为车辆16增加车辆12上存储的标记桶中标记的数量，以提高信息的信任度。对于每个不正确的答案，桶中与车辆16相关的标记数量被减少，以降低车辆16是可靠信息源的可能性。因此，随着时间的过去，当车辆12遇到车辆16时，车辆16在车辆12中的桶可被增加或减少，以确定车辆16是否有可能发送可靠信息。

一辆车向另一辆车发送的用来确定其信任度的提问问题可为任何适于发送车辆知道答案的问题。例如，车辆12可询问车辆16它在哪里。因为发送距离或其它认知，如果车辆16以车辆12知道是可靠的答案回答，那么车辆12可假定来自车辆16的其它信息是可靠的。

当车辆沿着其每天的行程或其它行程行驶时，它会不断地与其它车辆通信，以确定它们是否值得信任。因此，每次车辆12遭遇其它车辆时，它就至少一般地可发送所述其它车辆要回答并且发送车辆知道答案的问题。车辆12遇到的每辆车都具有用于该车辆的存储在车辆12上的桶，并且每次被询问的车辆以正确答案回答时，用于该车辆的桶中的标记数量都被增加，表示被询问的车辆更加可靠。对于被询问车辆给出的每个错误答案，都从该车辆桶中去除标记，因此降低了该车辆是可靠信息源的可能性。因为车辆12上的存储器是非常珍贵的，所以只保持用于一种车辆的桶或缓冲，车辆12经常遇到该车辆使得保持用于该车辆的桶是有价值。因此，如果在该车辆未再次遇到已经过去了预定的时间期限，例如三个月，那么用于该车辆的桶可被删除。

图2为示出增加或减少用于特定车辆的桶中的标记以识别车辆为可靠信息源的可能性的过程的流程图20。该过程为事件驱动型。在框22处，只要车辆从另一车辆（称为第k辆车）接收到信息或数据包，就触发算法。从第k辆车接收的数据包可包括与通信系统一致的任何适当信息，例如车辆位置、车辆行驶方向、车辆速度、车辆加速度、有关交通事故的信息、车道位置等。当接收到信息时，算法在决定菱形框24处确定在主体车辆中是否为第k辆车创建或存储了桶。如果没有对应于第k辆车的桶，那么算法在框26为第k辆车创建桶，并设定N=αN_Q和D_k=0，其中N为主体车辆在提问/回答访问中询问的问题数量，α为小于1的正常数，D_k为从第k辆车接收的否定答案的数量，其中当创建所述桶时，否定答案为零。值β、γ 和ε也是小于1的正常数。

如果在决定菱形框24具有对应于第k辆车的桶，那么算法在决定菱形框28从前一次询问确定错误答案数量D_k是否大于预定阈值Th，并回答第k辆车。如果在决定菱形框28错误答案的数量大于阈值Th，那么算法在框30将未来主体车辆询问的问题数量设定为N=εN_Q以确定可靠性。因为从第k辆车接收的错误答案数量大于允许的阈值Th，需要更多时间和问题来允许为第k辆车建立信任。因此，算法将要问的问题数量N_Q设定为分数，即εN_Q 。

如果在决定菱形框28错误答案的数量D_k不大于阈值Th ，那么算法在决定菱形框32确定桶中的标记数量T_k是否大于预定上限阈值U_th，该阈值为在第k辆车中将建立信任的标记数量。如果在决定菱形框32桶中标记数量大于上限阈值U_th，那么算法在框34将要询问的问题数量设定为N=βN_Q。因为标记数量T_k超过阈值U_th，所以车辆信任第k辆车，并将要询问的问题数量设定为问题数量N_Q的分数β，其为低。

如果在决定菱形框32桶中的标记数量T_k不大于上限阈值U_th，那么算法在决定菱形框36确定桶中的标记数量T_k 是否低于下限阈值L_th。如果在决定菱形框36桶中的标记数量T_k低于下限阈值L_th，那么算法在框38将要询问问题数量设定为N=αN_Q。因为桶中的标记数量T_k低于下限阈值L_th，那么对第k辆车的信任度低，这或者是因为该车辆不是非常频繁地见到第k辆车，或者因为第k辆车过去给出了太多的错误答案。无论哪种情形，第k辆车可靠的可能性都低，所以问题的数量被设定为分数N=αN_Q。如果在决定菱形框36桶中的标记数量T_k不低于下限阈值L_th，那么算法在框40将要询问的问题数量设定为N=N_Q。

如果标记数量T_k在两个阈值U_th与L_fh之间，那么算法会对有关是否信任来自第k辆车的信息作出更加快速的决定，所以算法会在询问回答阶段问更多的问题，其中问题数量被设定为N_Q。

从框26、30、34、38和40，算法然后在决定菱形框42继续问问题数量N是否等于0。如果在决定菱形框42问题数量N不等于0，那么询问车辆会在框44发出询问或问题。然后算法在决定菱形框46确定该询问的回答是否正确。如果在决定菱形框46回答正确，那么算法在框48增加用于该车辆的桶中的标记数量。同样，如果在决定菱形框46的询问回答错误，那么在框50增加第k辆车的错误答案数量D_k，并且桶中的标记数量T_k通过γ被设定为标记数量T_k的分数。然后算法在框52减少要询问的问题数量。

如果在决定菱形框42要询问的问题数量N等于0，那么该算法在决定菱形框54确定第k辆车的标记桶中的标记数量T_k是否低于下限阈值L_th。如果在决定菱形框54标记数量T_k低于下限阈值L_th，那么因为第k辆车已经被确定为是不可靠的，所以车辆在框56抛弃从第k辆车接收的信息。如果在决定菱形框54标记数量T_k不低于下限阈值L_th，那么算法在决定菱形框58确定标记数量T_k 是否大于上限阈值U_th，并且如果是的话则在框60接受从第k辆车接收的信息。如果在决定菱形框58标记数量T_k低于上限阈值U_th，并因此在上限阈值U_th与下限阈值L_th之间，那么算法在框62以一定的可能性接受来自第k辆车的信息。在一个实施例中，所述可能性定义为：

。

前面的说明仅仅公开和描述了本发明的示意性实施例。在不脱离由所附权利要求限定的本发明实质和范围的情况下，本领域的技术人员从该说明及附图和权利要求可容易地认识到可在其中进行各种变化、修改和变型。

Claims (18)

1.一种用于在车-车通信系统中确定从车辆接收的信息是否可靠的方法，所述方法包括：

由主体车辆从可疑车辆接收信息；

确定在所述主体车辆上是否为所述可疑车辆存储了存储桶；

如果在所述主体车辆上不存在用于所述可疑车辆的存储桶，则为所述可疑车辆创建存储桶；

从所述主体车辆向所述可疑车辆发送询问问题，以确定所述可疑车辆是否可靠；

如果所述可疑车辆以正确答案回答所述询问问题，则增加用于所述可疑车辆的所述存储桶中的标记数量；

如果所述询问问题的回答是不正确的，则减少用于所述可疑车辆的所述存储桶中的标记数量；

如果用于所述可疑车辆的存储桶中的标记数量大于预定上限阈值，则接受来自所述可疑车辆的信息；以及

如果用于所述可疑车辆的存储桶中的标记数量小于预定下限阈值，则抛弃来自所述可疑车辆的信息。

2.如权利要求1的方法，还包括如果所述存储桶中的标记数量在所述上限阈值与所述下限阈值之间则以预定的可能性接受来自所述可疑车辆的信息。

3.如权利要求2的方法，其中所述可能性为：

其中P为可能性，T_k为标记桶中的标记数量，L_th为下限阈值，U_th为上限阈值。

4.如权利要求1的方法，还包括用于确定之前从所述可疑车辆接收的错误答案数量是否大于预定阈值，如果是，则将要询问所述可疑车辆的询问问题数量设定为预定问题数量的第一分数。

5.如权利要求4的方法，还包括确定用于所述可疑车辆的存储桶中的标记数量是否大于所述上限阈值，如果是，则将要询问所述可疑车辆的询问问题数量设定为预定问题数量的第二分数。

6.如权利要求5的方法，还包括确定用于所述可疑车辆的存储桶中的标记数量是否小于所述下限阈值，如果是，则将要询问所述可疑车辆的询问问题数量设定为预定问题数量的第三分数。

7.如权利要求6的方法，还包括如果之前从所述可疑车辆接收的错误答案数量不大于所述预定阈值、用于所述可疑车辆的存储桶中的标记数量低于所述上限阈值并且用于所述可疑车辆的存储桶中的标记数量大于所述下限阈值，则将要询问所述可疑车辆的询问问题数量设定为所述预定问题数量。

8.如权利要求1的方法，其中减少所述标记桶中的标记数量包括如果所述询问问题的回答不正确则以所述桶中标记数量的分数减少标记数量。

9.如权利要求1的方法，其中所述询问问题为所述可疑车辆的位置。

10.如权利要求1的方法，还包括如果所述主体车辆有预定时间期限未接收到来自所述可疑车辆的信息，则删除用于该可疑车辆的标记桶。

11.一种用于在车-车通信系统中确定从车辆接收的信息是否可靠的方法，所述方法包括：

由主体车辆从可疑车辆接收信息；

确定在所述主体车辆上是否为所述可疑车辆存储了存储桶；

如果在所述主体车辆上不存在用于所述可疑车辆的存储桶，则为所述可疑车辆创建存储桶；

从所述主体车辆向所述可疑车辆发送询问问题，以确定所述可疑车辆是否可靠；

如果所述可疑车辆以正确答案回答所述询问问题，则增加用于所述可疑车辆的所述存储桶中的标记数量；

如果所述询问问题的回答是不正确的，则减少用于所述可疑车辆的所述存储桶中的标记数量；

如果用于所述可疑车辆的存储桶中的标记数量大于预定上限阈值，则接受来自所述可疑车辆的信息；

如果用于所述可疑车辆的存储桶中的标记数量小于预定下限阈值，则抛弃来自所述可疑车辆的信息；

如果所述存储桶中的标记数量在所述上限阈值与所述下限阈值之间则以预定的可能性接受来自所述可疑车辆的信息；以及

如果所述主体车辆有预定时间期限未接收到来自所述可疑车辆的信息，则删除用于该可疑车辆的标记桶。

12.如权利要求11的方法，其中所述可能性为：

其中P为可能性，T_k为标记桶中的标记数量，L_th为下限阈值，U_th为上限阈值。

13.如权利要求11的方法，还包括确定之前从所述可疑车辆接收的错误答案数量是否大于预定阈值，如果是，则将要询问所述可疑车辆的询问问题数量设定为预定问题数量的第一分数。

14.如权利要求13的方法，还包括确定用于所述可疑车辆的存储桶中的标记数量是否大于所述上限阈值，如果是，则将要询问所述可疑车辆的询问问题数量设定为预定问题数量的第二分数。

15.如权利要求14的方法，还包括确定用于所述可疑车辆的存储桶中的标记数量是否小于所述下限阈值，如果是，则将要询问所述可疑车辆的询问问题数量设定为预定问题数量的第三分数。

16.如权利要求15的方法，还包括如果之前从所述可疑车辆接收的错误答案数量不大于所述预定阈值、用于所述可疑车辆的存储桶中的标记数量低于所述上限阈值并且用于所述可疑车辆的存储桶中的标记数量大于所述下限阈值，则将要询问所述可疑车辆的询问问题数量设定为所述预定问题数量。

17.如权利要求11的方法，其中减少所述标记桶中的标记数量包括如果所述询问问题的回答不正确则以所述桶中标记数量的分数减少标记数量。

18.如权利要求11的方法，其中所述询问问题为所述可疑车辆的位置。