一种车联网环境下数据传输与防护并行的群体感知方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于车联网环境下数据传输与防护并行的群体感知方法，属于群智感知领域，涉及区块链在车联网环境下的结合与使用。主要包括系统注册及初始化、设备层、边缘层和云计算层间设备的搭建及具体通信过程、区块链中主动矿工的选择、子信道的选取和分配等。一方面通过运用区块链技术对车联网中车辆上传的信息进行上链操作，保护了节点信息的安全性。另一方面，借助深度强化学习和子信道上传交易信息，减少了主动矿工被攻击的可能性及通信中的传输延迟。信中的传输延迟。信中的传输延迟。

【技术实现步骤摘要】
一种车联网环境下数据传输与防护并行的群体感知方法


[0001]本专利技术涉及一种车联网环境下数据传输与防护并行的群体感知方法，属于群智感知领域，涉及区块链在车联网环境下的结合与使用。

技术介绍

[0002]随着信息通信技术的发展，车辆群体感知被广泛应用于智能传输系统，进而为实时的交通运行提供依据。近几年，由于自动驾驶的驱动，以及用户关注隐私保护所引发的数据安全认知，车辆已经被消费者理所当然地认定为电子产品。因此，为了保证车辆群体感知的连通性，并确保智能交通管理网络更好地为车辆提供服务，这对于高速动态拓扑和不信任的车联网通信环境而言尤为重要。
[0003]然而，车辆群体感知在面对车联网中数据收集、传输和处理的过程中，也会出现一些不可避免的问题。首先，在信息的传输过程中，由于智能传输系统需要对车辆群体感知的数据进行采集，其中涉及车辆的隐私信息，如用户的身份和车辆位置等，当车辆上传自己的感知信息给其他车辆或者系统管理中心时，隐私信息极有可能会被第三方或者恶意的攻击者进行攻击，如窃取隐私信息、上传与原有信息不一致的假信息等。因此，如何保证不可信信道中传输信息的完整性，并识别传输过程中是否存在攻击者仍具有极大挑战性。然后，是信息的即时性，车辆传输的信息具有时效性，如信息生成后传输至交通管理服务器所需要的时间，当车联网中大量的终端需要访问服务器时，由于带宽的限制，如何在车辆和基站之间实现低时延和可靠通信来保证信息的时效性也变得尤其重要。针对通信中信息被攻击的可能性，借助区块链去中心化、透明化和不可篡改的特性来保护用户的隐私数据，以确保通信更加安全。然而，在共识机制的选取中，基于权益证明的共识机制会因大量的权益拥有者可能会选取攻击者作为主动矿工，从而破坏区块链系统的正常运行，这对如何设置一种可兼容的主动矿工选择机制来弥补攻击的存在也迫在眉睫。
[0004]针对上述车辆群体感知及其通信过程中遇到的安全和延迟问题，本专利技术提出一种适用于车联网环境下数据传输与防护并行的群体感知方法，通过借助深度强化学习自主选择主动矿工，使感知平台的安全性得到最大化体现，并减小区块链的传输延迟；对于传输过程中信息的即时性，借助子信道及双边匹配算法来减少上传通信的延迟。
[0005]上述这种车联网环境下数据传输与防护并行的群体感知方法的主要机制在于：在保护车辆节点设备数据隐私方面，可以借助区块链去中心化、透明化、防篡改等特性，保证通信中传输信息的安全性；依托深度强化学习的等级评分机制，选择主动矿工，避免区块链系统受到其他第三方攻击；采用双边的信道分割子信道方法，减少了网络中的通信延迟。这种平台的设置目的不仅确保了网络中通信节点数据的安全性，同时借助降低网络通信的子信道上传方法，保证了通信中的网络时延。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要内容是一种适用于车联网环境下数据传输与防护并行的群体感知
方法，主要包括区块链中矿工选择机制和智能传输系统的集成。其采用的技术方案为：1)智能传输系统集成，包括系统注册及初始化、设备层、边缘层和云计算层间设备的搭建及具体通信模式；2)矿工选择：包括区块链中主动矿工的选择；3)子信道访问：包括子信道的选取和分配。
[0007]本专利技术采用的技术方案为适用于车联网环境下数据传输与防护并行的群体感知方法，该方法的实现步骤如下：
[0008]步骤S1:系统注册及初始化；
[0009]步骤S2：基站负载平衡设计；
[0010]步骤S3：设备层搭建及信息传输；
[0011]步骤S4：边缘层搭建及区块生成；
[0012]步骤S5：云计算层搭建及信息传输；
[0013]步骤S6：主动矿工机制选择；
[0014]步骤S7：子信道选择及信息传输。
[0015]上述技术方案中，在步骤S1中，假设该系统中注册中心完全可信安全，其主要负责路边单元(RSU)和车辆在系统中进行注册；车辆可以通过所属的真实身份信息在注册中心中进行注册，进而进行服务访问；路边单元主要承担区块链中矿工的角色，为车辆安全存储上传的采集信息提供可靠和安全的通信环境。具体注册过程如下：
[0016]步骤S101：每个申请对象(包括车辆和RSU)生成两对密钥，即(PK
e
,SK
e
)和 (PK
s
,SK
s
)，可用RSA实现加密和解密操作，用椭圆曲线的数字签名算法 (ECDSA)实现签名操作；
[0017]步骤S102：申请对象创建一条关于其身份信息的消息(例如， (PK
e
||PK
s
||identity))，并用其私钥SK
s
对消息进行签名，签名后的信息使用注册中心的公钥进行加密，然后发送给注册中心；
[0018]步骤S103：注册中心收到消息后，用自己的私钥对签名的信息进行解密，并用公钥PK
s
验证申请对象的签名，并验证申请对象身份是否有效，以判断是否将其身份信息存储于注册中心；
[0019]步骤S104：注册中心对PK
s
进行签名，并将签名信息返回给申请对象；如果申请对象验证了注册中心的签名信息，则基于自身的PK
s
生成对应的匿名帐户。
[0020]上述技术方案中，在步骤S2中，为了更好地采集信息并降低基站的负载，车辆根据其所在的位置进行划分，选择簇头节点(Cluster Head，CH)，同一簇类中除了簇头车辆，其余车辆都可作为簇内成员使用。具体操作过程如下：
[0021]步骤S201：簇内的车辆成员需要对自己所属的车辆信息进行采集，并将其采集后的信息上传至簇头节点；
[0022]步骤S202：簇头节点对簇内其他车辆采集的信息进行精确提取，通过基站转发至交通管理系统；
[0023]步骤S203：交通管理系统对从基站转发过来的信息进行验证，向车辆发送路况信息。
[0024]上述技术方案中，在步骤S3中，簇内成员通过车辆网中的通信信道将收集的消息上传到簇头节点。由于通道和车辆不可信，如何确保簇内成员上传的消息已被簇头节点接收，并确保信息安全。车辆运用从系统注册阶段生成的匿名帐户进行通信，以保护其隐私。
具体通信过程如下：
[0025]步骤S301：簇内成员感知到紧急情况(例如，交通事故或者拥堵)，该成员即可生成一条消息来报告这些情况(例如，(time||location||description))，然后创建一笔交易来记录发送的信息。具体交易信息如下：
[0026]Pre_hash(Current_hash,CM_account,CM_signature,Time_stamp,
[0027]Message,CH_account,CH_signature,Fee)
[0028]其中，Pre_hash和Current_hash分别是由簇内成员节点生成的上一次交易和当前交易的哈希值；CM_account和CM_si本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种车联网环境下数据传输与防护并行的群体感知方法，其特征在于，该方法的实现步骤如下：步骤S1：系统注册及初始化；步骤S2：基站负载平衡设计；步骤S3：设备层搭建及信息传输；步骤S4：边缘层搭建及区块生成；步骤S5：云计算层搭建及信息传输；步骤S6：主动矿工机制选择；步骤S7：子信道选择及信息传输。2.根据权利要求1中所述的一种车联网环境下数据传输与防护并行的群体感知方法，其特征在于，在步骤S1中，具体注册过程如下：步骤S101：每个申请对象(包括车辆和RSU)生成两对密钥，即(PK
e
,SK
e
)和(PK
s
,SK
s
)，可用RSA实现加密和解密操作，用椭圆曲线的数字签名算法(ECDSA)实现签名操作；步骤S102：申请对象创建一条关于其身份信息的消息(例如，(PK
e
||PK
s
||identity))，并用其私钥SK
s
对消息进行签名，签名后的信息使用注册中心的公钥进行加密，然后发送给注册中心；步骤S103：注册中心收到消息后，用自己的私钥对签名的信息进行解密，并用公钥PK
s
验证申请对象的签名。验证申请对象身份是否有效，以判断是否将其身份信息存储于注册中心；步骤S104：注册中心对PK
s
进行签名，并将签名信息返回给申请对象。若申请对象验证了注册中心的签名信息，则基于自身的PK
s
生成对应的匿名帐户。3.根据权利要求1中所述的一种车联网环境下数据传输与防护并行的群体感知方法，其特征在于，在步骤S2中，具体操作过程如下：步骤S201：簇内的车辆成员需要对自己所属的车辆信息进行采集，并将其采集后的信息上传至簇头节点(CH)；步骤S202：簇头节点对簇内其他车辆采集的信息进行精确提取，通过基站转发至交通管理系统；步骤S203：交通管理系统对从基站转发过来的信息进行验证，向车辆发送路况信息。4.根据权利要求1中所述的一种车联网环境下数据传输与防护并行的群体感知方法，其特征在于，在步骤S3中，具体通信过程如下：步骤S301：簇内成员感知到紧急情况(例如，交通事故或者拥堵)，该成员即可生成一条消息来报告这些情况(例如，(time||location||description))，然后创建一笔交易来记录发送的信息。具体交易信息如下：Pre_hash(Current_hash,CM_account,CM_signature,Time_stamp,Message,CH_account,CH_signature,Fee)其中，Pre_hash和Current_hash分别是由簇内成员节点生成的上一次交易和当前交易的哈希值；CM_account和CM_signature分别是簇内成员的帐户和签名信息；Time_stamp是交易事务生成的时间戳；Message是簇内成员生成的消息；Fee是簇内成员为区块链中的矿工提供的交易费用；
步骤S302：簇内成员通过使用其私钥对交易中的消息进行签名来填充CM_signature，并将消息和交易发送给所属的簇头节点；步骤S303：当簇头节点收到对应的交易信息后，验证簇内成员的签名来确保消息的有效性和完整性，如果簇内成员通过验证，则簇头节点对该交易进行签名，并将此签名交易信息返回给簇内成员；步骤S304：簇内成员对簇头的签名进行验证(即，交易消息已被簇头节点成功接收)，通过其最近的RSU将交易上传到区块链支持的网络进行验证和存储。5.根据权利要求1中所述的一种车联网环境下数据传输与防护并行的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓琴，李青青，国林，
申请(专利权)人：张晓琴，
类型：发明
国别省市：