一種車載自組網(wǎng)中基于信任度檢測的安全路由協(xié)議的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及車載自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具體涉及一種車載自組網(wǎng)中基于信任度檢測的 安全路由協(xié)議。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著智能交通系統(tǒng)的發(fā)展，車載自組網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的研究受到了人們的追捧，為了 滿足車載自組網(wǎng)特殊環(huán)境的通信需求，IEEE協(xié)會于2000年制定了專門用于車載自組網(wǎng)的 底層通信協(xié)議IEEE802.llp，該協(xié)議采用多信道方案，將5. 9GHz的75MHz帶寬分為1個控 制信道（用CH178表示）以及6個服務(wù)信道（用CH174、CH176、CH180、CH182和CH184表 示），為車輛節(jié)點提供安全警告、輔助駕駛、數(shù)據(jù)共享、車間娛樂等應(yīng)用。而路由協(xié)議作為車 載自組網(wǎng)的基礎(chǔ)研究，對整個車載網(wǎng)絡(luò)的性能起到了決定性的作用，車載自組網(wǎng)所有應(yīng)用 的開展也都離不開路由協(xié)議的支持，因此路由協(xié)議的研究一直受到人們的關(guān)注。車載自組 網(wǎng)的最主要特點是網(wǎng)絡(luò)拓撲變化迅速導(dǎo)致鏈路容易出現(xiàn)斷裂，這給車載自組網(wǎng)路由協(xié)議的 設(shè)計提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。另一方面，車載自組網(wǎng)是一種無線開放式的AdHoc網(wǎng)絡(luò)，無線網(wǎng) 絡(luò)的特點使得車載網(wǎng)絡(luò)易受惡意節(jié)點的攻擊破壞，而針對路由協(xié)議的攻擊會導(dǎo)致車載網(wǎng)絡(luò) 無法正常運作甚至癱瘓，因此路由協(xié)議的設(shè)計需要重視其安全性。目前針對車載自組網(wǎng)安 全研究集中在密碼體制上且主要在應(yīng)用層面上展開，雖然路由安全的相關(guān)問題也可以采用 傳統(tǒng)密碼體制來解決，然而密碼體制方案具有局限性，對于節(jié)點內(nèi)部的路由分組丟棄行為， 傳統(tǒng)的密碼體制并不能很好地解決，因為傳統(tǒng)密碼體制側(cè)重于對實體進行加解密來保證其 安全性，而對于消息分組的丟棄并不能有效地檢測到；同時由于車載自組網(wǎng)中節(jié)點數(shù)目多、 流動性強、分布范圍廣等特點，對傳統(tǒng)密碼體制中如證書發(fā)布及更新、密鑰管理等方面也提 出了很大的挑戰(zhàn)，而且拓撲變化頻繁的車載環(huán)境也容易導(dǎo)致交互式的認證過程存在過多失 敗。
[0003] 本發(fā)明將結(jié)合車載自組網(wǎng)多信道特點，從信任度檢測的角度入手，設(shè)計一種更具 柔性和穩(wěn)定性的車載自組網(wǎng)安全路由協(xié)議。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有車載自組網(wǎng)路由協(xié)議的不足，主要針對車載網(wǎng)絡(luò)鏈路 生存時間短暫及傳統(tǒng)密碼體制相關(guān)方法無法很好地解決惡意節(jié)點故意丟棄數(shù)據(jù)分組的問 題，從車載自組網(wǎng)多信道特點入手，設(shè)計了一種基于信任度檢測的更具柔性及穩(wěn)定性的安 全路由協(xié)議，協(xié)議首先通過多信道選擇監(jiān)聽機制讓運動趨勢一致的車輛節(jié)點工作于同一個 服務(wù)信道，而運動趨勢一致的節(jié)點其信道傳輸鏈路較為穩(wěn)定，且在相同信道上進行數(shù)據(jù)傳 輸和監(jiān)聽也可以減少信道同步時延及數(shù)據(jù)監(jiān)聽不到等問題，接著通過對節(jié)點的路由行為進 行監(jiān)聽和觀察，可以建立鄰居節(jié)點的信任度列表，用于輔助節(jié)點進行路由決策，可以有效避 開節(jié)點的惡意丟棄路由分組行為。本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)：
[0005] -種車載自組網(wǎng)中基于信任度檢測的安全路由協(xié)議，主要包括多信道選擇監(jiān)聽機 制和信任度檢測機制兩部分，車輛節(jié)點首先采用多信道選擇監(jiān)聽機制，也即根據(jù)建立的車 流密度分布感知模型，來對路段中兩個相反行駛方法的車流密度分布情況進行判斷，然后 根據(jù)判斷結(jié)果選擇相應(yīng)的信道分配方法，讓運動趨勢一致的車輛節(jié)點工作在同一個服務(wù)信 道上，并在同一個服務(wù)信道上實現(xiàn)數(shù)據(jù)的監(jiān)聽和傳輸任務(wù)；然后車輛節(jié)點在同一個信道進 行數(shù)據(jù)傳輸及監(jiān)聽的過程中，通過信任度檢測機制可以實現(xiàn)對鄰居節(jié)點的直接信任度進行 檢測，同時對接收到的鄰居節(jié)點周期性hello消息分組進行檢測并通過分組中附帶的節(jié)點 信任度列表可以對鄰居節(jié)點進行推薦信任度檢測，從而可以計算并維護鄰居節(jié)點的信任度 列表，輔助節(jié)點進行路由決策。
[0006] 上述的車載自組網(wǎng)中基于信任度檢測的安全路由協(xié)議，所述的多信道選擇監(jiān)聽機 制具體包括如下內(nèi)容：
[0007] (1)車流密度分布感知：主要用于對當前路段的車流密度分布情況進行判斷，以 此作為車輛信道分配方案的選擇依據(jù)，車流密度分布感知中，首先將當前道路分割成k個 單元格，每個單元的間隔為單個通信距離R，單元格數(shù)量k的取值由每條道路的長度與單個 通信距離的比值決定，根據(jù)單元格的劃分，將該道路的不同單元格中兩個相反行駛方向的 車輛數(shù)量分布定義為兩個一維數(shù)組，分別表示為M[k] = [IIi1,m2，…，IIii, "Smk], 1彡i彡k 和N[k] =Qi1, n2，…，Iii,…，nk], 1彡i彡k，其中叫和n ;分別表示兩個相反行駛方向中第 i個單元格的車輛數(shù)，那么通過下式可計算路段車輛密度分布因子P反映當前路段的車輛 密度分布情況：
[0009] 其中k。參數(shù)表示路段中相反兩個方向的車輛數(shù)目都為0的單元格個數(shù)，當P越接 近1，說明路段中的車流密度分布區(qū)別越大，當P越接近〇,說明路段中的車流密度分布區(qū)別 越小。
[0010] (2)全局信道分配方法：由車流密度分布感知方法可以知道，當計算得出的路段 車輛密度分布因子P越接近0,說明路段中兩個相反行駛方向的車輛分布較為均勻，針對這 種情況，采用全局信道分配方法，該方法主要根據(jù)車輛在道路上的運動方向和運動速度來 進行全局的信道分配：
[0011] 首先，通過道路與正北方向的夾角以及車輛行駛方向同正北方向的夾角，判斷車 輛沿道路的行駛方向，對于行駛方向同道路方向相同的車輛，將選擇IEEE802.Ilp通信協(xié) 議規(guī)定的六個服務(wù)信道中的兩個服務(wù)信道CH174和CH176進行監(jiān)聽和數(shù)據(jù)傳輸，而對于行 駛方向同道路方向相反的車輛，將選擇IEEE802.Ilp通信協(xié)議規(guī)定的六個服務(wù)信道中的另 兩個服務(wù)信道CH180和CH182進行監(jiān)聽和數(shù)據(jù)傳輸；
[0012] 然后，在同一個行駛方向上的車輛節(jié)點則根據(jù)當前區(qū)域的總體運動速度與車輛節(jié) 點自身速度進行比較，若速度相差在設(shè)定范圍V內(nèi)，則選擇服務(wù)信道CH174進行監(jiān)聽和數(shù)據(jù) 傳輸，對于另一個行駛方向則選擇服務(wù)信道CH180 ;若速度相差超過設(shè)定的范圍，則說明當 前車輛的速度與當前區(qū)域車輛的運動趨勢不一致，因此選擇服務(wù)信道CH176進行監(jiān)聽和數(shù) 據(jù)傳輸，另一個行駛方向的車輛節(jié)點則選擇服務(wù)信道CH182 ;
[0013] 上述的車載自組網(wǎng)中基于信任度檢測的安全路由協(xié)議，所述的信任度檢測機制具 體包括如下內(nèi)容：
[0014] (1)直接信任度檢測：直接信任度檢測方法針對上一跳和下一跳節(jié)點可以分成前 向信任度更新和后向信任度檢測兩部分，其中前向信任度更新的具體內(nèi)容是：
[0015] 當一個車輛節(jié)點X接收到一個轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包時，如果轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包為一個未經(jīng)篡改的 正常數(shù)據(jù)包，那么節(jié)點X可以推斷轉(zhuǎn)發(fā)這個正常數(shù)據(jù)包的上一跳車輛節(jié)點y目前不存在故 意丟棄數(shù)據(jù)分組的行為，因此可以進一步提高上一跳車輛節(jié)點y的信任度，為了對上一跳 車輛節(jié)點y做出的正確轉(zhuǎn)發(fā)行為進行肯定的評價，這里會相應(yīng)提高其直接信任度，前向信 任度更新的計算公式滿足下式
[0017] 其中Td' "是轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包的上一跳車輛節(jié)點y的當前直接信任度，通過上式的 計算后，得到最新的直接信任度Td"，并取代上一跳車輛節(jié)點y當前的直接信任度成為最 新直接信任度。
[0018] 對于后向信任度檢測，其具體內(nèi)容是通過車輛節(jié)點X的下一跳車輛節(jié)點z的成功 轉(zhuǎn)發(fā)比T，也即在設(shè)定時間tl內(nèi)監(jiān)聽到的下一跳車輛節(jié)點z成功轉(zhuǎn)發(fā)分組數(shù)同轉(zhuǎn)發(fā)給下一 跳車輛節(jié)點z的分組總數(shù)的比值，來對下一跳車輛節(jié)點z的信任度進行檢測。為了防止由 于信道的繁忙導(dǎo)致轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)監(jiān)聽不到，從而對檢測結(jié)果造成誤判，采用了信道繁忙因子〇 來修正成功轉(zhuǎn)發(fā)比T，信道繁忙因子〇的計算采用信道使用率比CUP和信道沖突比CCP兩 部分進行加權(quán)結(jié)合得到，其表達式如下式：
[0019] 〇 = ?CUP+(1_?)CCP，
[0020] 修正后的成功轉(zhuǎn)發(fā)比T'如下所示：
[0022] 由前面得到的修正成功轉(zhuǎn)發(fā)比T'和信道繁忙因子〇