CN103167019A - 一种车载自组网中的混合式信任系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车载自组网中的混合式信任系统及方法，包括：车载组件及基础设施组件，其中：车载组件安装和运行在车辆上，它包括：界面模块、决策模块、实体声誉计算模块、事件声誉计算模块、事件传播模块、通信模块、事件处理模块、传感模块；基础设施组件安装和运行在路边单元(RSU)上，这些RSU通过宽带有线或无线网络相连接，基础设施组件包括：声誉存储模块、声誉同步模块。本发明保证了车辆能够快捷、准确的查询、更新声誉，并以此判断告警消息的正确性，保证接收到虚假消息的车辆不会被其误导。

Description

一种车载自组网中的混合式信任系统及方法

技术领域

本发明属于计算机无线网络领域，具体来说是针对车载自组织网络的一种信任系统及实现方法。

背景技术

随着汽车电子化产业的发展，有关车载自组网(Vehicular Ad hocNetworks)的研究得到了快速发展，VANETs是一类以节点高速移动、移动受拓扑(路网)限制、并且网络拓扑快速变化为特征的特殊的移动Ad hoc网络(MANET)。通过车辆和路边基站以及车辆和车辆间的通信，车载自组网可以提供事故告警、事故隐患提示等道路信息安全类应用；交通状况查询，娱乐、旅游信息下载等娱乐类应用；以及停车点查找等便利类应用。

但所有这些应用的实现都需要一个重要的前提：结点间的协作，因为VANETs的所有应用都建立在组成网络的节点间的有效、可靠的通信基础之上，因此其可用性很大程度上依赖于参与节点无偿与他人协作的意愿及其协作程度。由于组成VANTEs的车辆节点通常是理性的、自私的，如果缺乏控制机制来确保协作的实施，节点行为就会呈现出一定的理性化趋势，对于VANETs来说，这不仅表现在车辆节点可能丢弃需转发的包，更重要的是车辆可能发送虚假的消息来误导别的车辆。目前针对Ad Hoc网络中协作增强的研究使用外部机制一般通过引入信任系统、虚拟信用点等机制来迫使节点协作。在车载自组网中建立信任系统的常见技术主要有基于基础设施的信任建立、以及基于自组织的信任建立。对于前者来说，主要是使用公钥基础设施来实现；对于后者来说，声誉系统是最常见的方式。基于基础设施的信任建立其中具有挑战性的问题是如何能够高效实现证书的撤销，因为证书通常都是集中存储一个或几个权威机构中，而车辆和路边基础设施的连接是不连续的，因此通知权威机构撤销证书以及查询某个证书是否有效是相当费时和困难的。采用PKI技术来建立信任系统其信任模型较为简单，并且也无法针对用户的偏好来建立信任，一旦某个节点的证书被撤销，则对于所有的别的节点，该节点都是不可信赖的。建立信任的另一种常见技术是采用声誉系统，在ad hoc网络中建立声誉系统的方式主要可以分为实体为中心的机制以及事件为中心的机制。使用实体为中心的机制建立声誉的过程相对缓慢、复杂，这种相对“静态”的声誉维护方案不太适合VANETs的高度动态的环境，目前在VANETs环境下的声誉系统构建大都采用事件为中心的机制。但是考虑到在VANETs布置初期，所谓智能车辆的密度并不能很好的实现邻居节点转发，同时基于事件的声誉系统不能够累积车辆节点的声誉，所以只能局限于对事件本身的处理，不能惩戒伪造消息的车辆。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种车载自组网中的混合式信任系统及方法，设计基于车辆日常路线的混合声誉管理系统，保证车辆能够快捷、准确的查询、更新声誉，并以此判断告警消息的正确性，保证接收到虚假消息的车辆不会被其误导。

本发明技术解决方案：一种车载自组网中的混合式信任系统，其特点在于包括车载组件以及基础设施组件，其中车载组件安装和运行在车辆上，包括：界面模块、决策模块、实体声誉计算模块、事件声誉计算模块、事件传播模块、通信模块、事件处理模块、传感模块；

传感模块，通过车辆安装的GPS、以及红外传感器对路况、交通状况、以及车辆速度、位置信息实行监测，检测到的数据传送到事件处理模块；

事件处理模块，接收传感模块传送来的监测到的原始数据，进行归一化处理，根据事先定义的阙值进行判断，如果超过一定的限量则启动报警信息传播，报警消息发送到事件传播模块，同时发送界面模块；

事件传播模块，接收事件处理模块发送的报警消息，调用通信模块，按照系统定义的无线传播算法实现事件的传播，以及别的车辆的事件传播模块发送的报警消息的接收，报警消息发送到通信模块；

通信模块，接收事件传播模块发送的报警消息，通过底层无线接口将消息传播出去，还负责“HELLO”消息的发送，“HELLO”消息为定时发送的车辆状态消息，消息中包含了车辆自身的一些状态信息，其格式为：<消息ID，车辆经纬度，车辆速度，发送时戳，数字签名>。附近车辆的通信模块接收到该报警信息，并将报警信息上报到事件传播模块；

实体声誉计算模块，根据声誉模型，在对车辆进行行为分析、以及参考历史数据的基础上计算车辆当前的声誉，车辆的行为数据来自通信模块发送的“HELLO″消息，计算出的声誉值发送到声誉存储同步模块及决策模块；

事件声誉计算模块，针对事件传播模块接收到的报警消息，根据事件声誉计算模型，以及通信模块发送的“HELLO″消息，计算该事件的声誉值，并发送到决策模块；

决策模块，查询车辆的目前声誉，如在规定时间内得到数值，则进行判断是否需要启动报警，如没有得到车辆的声誉值，则接收事件声誉计算模块发送的事件的声誉值，并判断是否需要启动报警，报警信息发送到界面模块；

界面模块，实现人机界面，通过声音、图形信号将报警信息传递给驾驶员，报警信息来源于决策模块、事件处理模块；

基础设施组件安装和运行在路边单元(RSU)上，这些RSU通过宽带有线或无线网络相连接，基础设施组件包括：声誉存储模块、声誉同步模块；

声誉存储模块，收集车辆途径路线上的路边单元(RSU)信息，采用蚂蚁路由算法将这些路边单元组成组，分布式存储该车辆的声誉信息，并响应对存储的车辆声誉的查询请求；声誉信息来源于实体声誉计算模块，查询请求来源于决策模块；

声誉同步模块，负责路边单元组中所有单元存储信息的同步，当车辆的声誉信息需要更新时，对所有该组里的路边单元存储的该车辆的声誉信息进行同步；车辆的声誉更新信息来自实体声誉计算模块，数据最终保存在路边单元里。

本发明的车载自组网中的混合式信任方法实现过程如下：

(1)车辆A在日常行驶过程中，声誉存储同步模块负责收集沿途的路边单元(RSU)信息，采用蚂蚁路由算法将这些路边单元组成组，分布式存储该车辆的声誉信息；

(2)车辆A行驶过程中事件处理模块接收到传感模块发送的路况信息，如超过阙值，则发送报警信息到界面模块报警，同时将报警信息发送到事件传播模块，事件传播模块调用通信模块将报警信息传播出去；

(3)车辆周期性通过通信模块向周围发送“HELLO”消息；

(4)车辆A周边的车辆B的通信模块接收到车辆A通信模块发来的报警消息，将之发送到车辆B的事件传播模块，接着转发到车辆B的决策模块，决策模块首先调用通信模块向声誉存储模块发送查询请求，查询车辆A的当前声誉值，如在规定时间内接收到该值，则根据事先定义的阙值决定是否发送报警消息到界面模块进行告警。如在规定时间内没有接收到该值，则调用事件声誉计算模块对该报警消息计算其声誉值，并根据事先定义的阙值决定是否发送报警消息到界面模块进行告警。

(5)车辆B进行事后实体声誉更新，调用车辆B的实体声誉计算模块对车辆A的声誉进行计算，并将结果发送到声誉同步模块，对组里所有的路边单元存储的A车辆的声誉信息进行同步。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明通过RSUs组成的虚拟环实现声誉信息的存储，在绝大多数情况下，车辆能够在最近的一个RSU直接查询到发送事件的车辆的最近声誉，大大提高了分布式环境下声誉查询的效率；

(2)本发明通过RSUs间的同步算法，保证了车辆可以在最近的一个RSU更新发送事件的车辆的声誉值，并保证新值能够同步到虚拟环中的其余RSUs；；

(3)如果车辆行驶在一条新的路线，通过以事件为中心的声誉计算机制，也能够实现对事件的判断。

附图说明

图1为本发明的组成架构图；

图2为本发明的功能模块图；

图3为本发明方法的实现流程图；

图4为本发明中的虚拟环的形成示意图。

具体实施方式

在大多数时间，大多数人往往日常生活中驾驶车辆行走的路线是较为固定的，如去工作地点、上学、去市场等，因此大部分车辆有预定义的每日轨迹常量。在此基本上本发明创新性的提出了一个混合了以事件和以实体为中心的声誉系统。

如图1所示，将交通事件从发生、传播、到终止的整个生命周期所参与的车辆分为三类：直接感知到交通事件的发生，并首先发送事件的车辆称之为事件报告者；在其单跳范围内的接收消息车辆我们称之为事件观察者；其余参与事件传播的中继节点称为事件参与者。该框架的核心思想是充分利用分布式路边单元(RSU)实现以实体为中心的声誉建立机制，并辅之以事件声誉机制。

如图2所示，本发明系统包括车载组件以及基础设施组件，其中车载组件安装和运行在车辆上，包括：界面模块、决策模块、实体声誉计算模块、事件声誉计算模块、事件传播模块、通信模块、事件处理模块、传感模块。

传感模块，通过车辆安装的GPS、以及红外传感器等对路况、交通状况、以及车辆速度、位置信息实行监测，检测到的数据传送到事件处理模块；

事件处理模块，接收传感模块传送来的监测到的原始数据，进行归一化处理，根据事先定义的阙值进行判断，如果超过一定的限量则启动报警信息传播，报警消息发送到事件传播模块，同时发送界面模块；

事件传播模块，接收事件处理模块发送的报警消息，调用通信模块，按照系统定义的无线传播算法实现事件的传播，以及别的车辆的事件传播模块发送的报警消息的接收，报警消息发送到通信模块；

通信模块，接收事件传播模块发送的报警消息，通过底层无线接口将消息传播出去，还负责“HELLO″消息的发送，附近车辆的通信模块可以接收到该报警信息，并将报警信息上报到事件传播模块；

实体声誉计算模块，根据声誉模型，在对车辆进行行为分析、以及参考历史数据的基础上计算车辆当前的声誉，车辆的行为数据来自通信模块发送的“HELLO″消息，计算出的声誉值发送到声誉存储同步模块、以及决策模块；

事件声誉计算模块，针对事件传播模块接收到的报警消息，根据事件声誉计算模型，以及通信模块发送的“HELLO″消息，计算该事件的声誉值，并发送到决策模块；

决策模块，查询车辆的目前声誉，如在规定时间内得到数值，则进行判断是否需要启动报警，如没有得到车辆的声誉值，则接收事件声誉计算模块发送的事件的声誉值，并判断是否需要启动报警，报警信息发送到界面模块；

界面模块，实现人机界面，通过声音、图形信号将报警信息传递给驾驶员；，报警信息来源于决策模块、事件处理模块。

基础设施组件安装和运行在路边单元(RSU)上，这些RSU通过宽带有线或无线网络相连接，基础设施组件包括：声誉存储模块、声誉同步模块。

声誉存储模块，从性能上考虑，希望车辆能够从任意的临近RSU直接获取节点的最新信任数据，因此引入了云存储技术，来实现实体声誉在RSU间的分布式存储，将所有的RSU作为一个私有云来建设，由于存储的信任信息通常数据量不大，系统的存储方案采用SCATTERED KEY-VALUE STORE方式，首先为每台车辆预先设置一个RSU作为其代理，车辆在行进过程中和路途中经过的RSU通信，发送包含自己的ID以及途径的所有RSU的信息包。采用修改的蚂蚁路由算法将这些路边单元组成一个虚拟环，分布式存储该车辆的声誉信息。如图4所示，甲车的日常行经路线为R1、R2、R7、R4，然后到达学校，而已车的日常行经路线为R6、R2、R3、R4、R5，然后到达办公地点，因此经过一段时间的累积，则对于甲车来说，R1、R2、R7、R4组成虚拟环1，该4个RSU均存储甲车的声誉；对于乙车来说，R6、R2、R3、R4、R5组成虚拟环2，该5个RSU均存储乙车的声誉。为提高性能，环内的各RSU采用一个类似于O(1)DHT算法实现环内RSU的路由。环内的所有RSU均存储该车辆的声誉，并保持更新。声誉存储模块还响应对存储的车辆声誉的查询请求，例如当虚拟环2的车辆如乙车在任意的地点向别的车辆发送告警消息，别的车辆在该环内邻近的任一RSU均可直接查询到该车辆的当前信任值。声誉信息来源于实体声誉计算模块，查询请求来源于决策模块；

声誉同步模块，负责路边单元组中所有单元存储信息的同步，当车辆的声誉信息需要更新时，对所有该组里的路边单元存储的该车辆的声誉信息进行同步；车辆的声誉更新信息来自实体声誉计算模块，数据最终保存在路边单元里。

如图3所示，本发明方法的实现过程如下：

(1)车辆A在日常行驶过程中，声誉存储同步模块负责收集沿途的路边单元(RSU)信息，采用蚂蚁路由算法将这些路边单元组成组，分布式存储该车辆的声誉信息；

(2)车辆A行驶过程中事件处理模块接收到传感模块发送的路况信息，采用预先定义的计算函数设置该事件的声誉，如超过阙值，则发送报警信息到界面模块报警，同时作为事件报告者将报警信息发送到事件传播模块，事件传播模块调用通信模块向所有单跳范围内的节点(即事件观察者)广播报警信息，并在消息中附上自身的地理位置信息以及该事件的声誉值；

(3)车辆周期性通过通信模块向周围发送“HELLO”消息；

(4)车辆A周边的车辆B的通信模块接收到车辆A通信模块发来的报警消息，将之发送到车辆B的事件传播模块，接着转发到车辆B的决策模块，决策模块首先调用通信模块向邻近的RSU的声誉存储模块发送查询请求，查询针对事件报告者车辆A的当前声誉值，并启动计时器，在Δt时间内收集别的报告者和观察者发送或转发的该事件消息及其声誉值，邻近的RSU的声誉存储模块如果存储了该事件报告者的声誉，则直接返回数值，如没有，则联系其代理RSU的声誉存储模块查询其声誉值。如在Δt时间内接收到该值，则根据事先定义的阙值决定是否发送报警消息到界面模块进行告警。如在规定时间内没有接收到该值，则调用事件声誉计算模块对该报警消息计算其声誉值，并根据事先定义的阙值决定是否发送报警消息到界面模块进行告警。事件参与者与事件观察者处理消息的方式基本一致，但由于其不在事件报告者邻近，因此不启动异常行为分析算法。节点接收到警报事件消息后的处理算法如下所示：

(5)车辆B进行事后实体声誉更新，调用B的实体声誉计算模块对A的声誉进行计算，并将结果发送到声誉同步模块，对组里所有的路边单元存储的A车辆的声誉信息进行同步。

本发明中，假设车辆和车辆间主要通过DSRC协议实现车辆和车辆之间、以及车辆和路边单元间的无线通信，而路边单元间则通过高速、高带宽有线、或无线网络连接，路边单元一般建设在十字路口、加油站等地，以保证车辆尽可能有足够的停留时间实现车辆和路边单元间的信息交换，其间隔一般在1公里或以上。

本发明未详细阐述部分属于本领域技术人员的公知技术；另外以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种车载自组网中的混合式信任系统，其特征在于包括：车载组件及基础设施组件，其中：

(1)车载组件安装和运行在车辆上，它包括：界面模块、决策模块、实体声誉计算模块、事件声誉计算模块、事件传播模块、通信模块、事件处理模块、传感模块；

传感模块，通过车辆安装的GPS以及红外传感器对路况、交通状况以及车辆速度、位置信息实行监测，监测到的数据传送到事件处理模块；

事件处理模块，接收传感模块传送来的监测到的原始数据，进行归一化处理，根据事先定义的阙值进行判断，如果超过一定的限量则启动报警信息传播，报警消息发送到事件传播模块，同时发送界面模块；

事件传播模块，接收事件处理模块发送的报警消息，调用通信模块，按照系统定义的无线传播算法实现事件的传播，以及别的车辆的事件传播模块发送的报警消息的接收，报警消息发送到通信模块；

通信模块，接收事件传播模块发送的报警消息，通过底层无线接口将消息传播出去，还负责“HELLO”消息的发送，附近车辆的通信模块接收到该报警信息，并将报警信息上报到事件传播模块；

实体声誉计算模块，根据声誉模型，在对车辆进行行为分析、以及参考历史数据的基础上计算车辆当前的声誉，车辆的行为数据来自通信模块发送的“HELLO″消息，计算出的声誉值发送到声誉存储同步模块及决策模块；

事件声誉计算模块，针对事件传播模块接收到的报警消息，根据事件声誉计算模型，以及通信模块发送的“HELLO″消息，计算该事件的声誉值，并发送到决策模块；

决策模块，查询车辆的目前声誉，如在规定时间内得到数值，则进行判断是否需要启动报警，如没有得到车辆的声誉值，则接收事件声誉计算模块发送的事件的声誉值，并判断是否需要启动报警，报警信息发送到界面模块；

界面模块，实现人机界面，通过声音、图形信号将报警信息传递给驾驶员，报警信息来源于决策模块、事件处理模块；

(2)基础设施组件安装和运行在路边单元(RSU)上，这些RSU通过宽带有线或无线网络相连接，所述基础设施组件包括：声誉存储模块、声誉同步模块；

声誉存储模块，收集车辆途径路线上的路边单元(RSU)信息，采用蚂蚁路由算法将这些路边单元组成组，分布式存储该车辆的声誉信息，并响应对存储的车辆声誉的查询请求；声誉信息来源于实体声誉计算模块，查询请求来源于决策模块；

声誉同步模块，负责路边单元组中所有单元存储信息的同步，当车辆的声誉信息需要更新时，对所有该组里的路边单元存储的该车辆的声誉信息进行同步；车辆的声誉更新信息来自实体声誉计算模块，数据最终保存在路边单元里。

2.一种车载自组网中的混合式信任方法，其特征在于实现步骤如下：

(1)车辆A在日常行驶过程中，声誉存储同步模块负责收集沿途的路边单元(RSU)信息，采用蚂蚁路由算法将这些路边单元组成组，分布式存储该车辆的声誉信息；

(2)车辆A行驶过程中事件处理模块接收到传感模块发送的路况信息，如超过阙值，则发送报警信息到界面模块报警，同时将报警信息发送到事件传播模块，事件传播模块调用通信模块将报警信息传播出去；

(3)车辆周期性通过通信模块向周围发送“HELLO”消息；

(4)车辆A周边的车辆B的通信模块接收到车辆A通信模块发来的报警消息，将之发送到车辆B的事件传播模块，接着转发到车辆B的决策模块，决策模块首先调用通信模块向声誉存储模块发送查询请求，查询车辆A的当前声誉值，如在规定时间内接收到该值，则根据事先定义的阙值决定是否发送报警消息到界面模块进行告警；如在规定时间内没有接收到该值，则调用事件声誉计算模块对该报警消息计算其声誉值，并根据事先定义的阙值决定是否发送报警消息到界面模块进行告警；

(5)车辆B进行事后实体声誉更新，调用车辆B的实体声誉计算模块对车辆A的声誉进行计算，并将结果发送到声誉同步模块，对组里所有的路边单元存储的A车辆的声誉信息进行同步。

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