面向可信消息传输的车辆碰撞预警系统研究与设计

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车辆交通安全极大影响着道路上人类的生命财产安全。车辆碰撞预警(Vehicular Collision Warning,VCW)系统通过对潜在的碰撞事故提前预警,降低事故发生风险,极大提升道路安全性。传统基于激光、雷达等VCW系统可实现实时高效的碰撞预警,但受限于视距约束。随着车联网的迅速发展,基于车-云通信的VCW系统可实现超视距碰撞预警,但存在服务时延高、可扩展性差等问题。此外,车载通信中消息的可信性是基于车联网的VCW系统另一亟待解决的关键问题。针对以上问题,本文在车载边缘计算架构的基础上结合区块链技术,提出了一种面向可信消息传输的车辆碰撞预警系统。本文主要的研究内容和创新点包括:(1)基于车载边缘计算的超视距车辆碰撞预警研究针对传统基于激光、雷达等技术在非视距场景下的局限性,以及基于传统云计算的碰撞预警存在的服务时延高的问题,设计了一种基于车载边缘计算(Vehicular Edge Computing,VEC)的超视距车辆碰撞预警系统。首先,提出了基于VEC的车辆碰撞预警系统架构,该架构由用户层与边缘计算层组成。其中位于用户层的车辆负责车辆状态信息的采集,并向位于边缘计算层的边缘节点发送实时采集的数据;位于边缘计算层中的边缘节点对数据进行处理,并为车辆提供实时的碰撞预警服务。其次,提出了一种面向超视距场景的车辆碰撞预警算法,基于车辆状态信息(实时地理位置、速度、加速度、方向等)以及预警阈值,对潜在碰撞进行检测与预警。最后,在真实车联网环境实现了系统原型,并通过与传统云计算架构下的碰撞预警系统对比,验证了本系统在实现安全服务时延低的优越性。(2)车辆可信消息传输机制的研究与设计针对车辆碰撞检测系统中消息不可信赖问题,设计了一种车辆可信消息传输机制。首先,将原始碰撞预警双层架构扩展为三层,云层负责全局车辆的身份认证、授权以及系统全局维护等功能;将区块链搭建在分布式边缘节点集群中以满足数据高效维护的需求。其次,提出了数据存储智能合约防止车辆消息在传输过程中被恶意篡改。再次,设计了信誉评估智能合约实现对车辆消息可信度的评估。具体地,针对传统主观逻辑(Traditional Subjective Logic,TSL)信誉模型在车辆信誉评估过程存在的缺陷,提出了一种通信信任链与加权推荐信誉的主观逻辑信誉评估模型。最后,通过在以太坊平台下进行了仿真,验证了该模型相比于TSL模型在恶意车辆识别和消息安全性上的优越性。
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