基于边缘计算的智能停车系统设计开发及边缘端安全机制研究

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目前人们驾车出行普遍存在停车困难、车位信息不透明、乱停乱放等问题,对此还没有很好的解决方案,同时停车场内缺乏有效的安全管理机制,车辆被盗、车辆刮蹭等安全事故频出。如何建立高效的智能停车系统是一项重大挑战。边缘计算具有就近处理、低延时、节省资源的特点,适用于资源受限停车场节点的计算任务处理。为解决用户驾车出行的停车难题,本文设计并实现了一个基于边缘计算的智能停车系统(XDSmart Park)。本系统由车辆用户(Mobile端),停车场端(边缘服务器端),云端三部分组成。针对系统内Mobile节点与停车场节点的通信问题,设计了一个基于P2P技术的混合分层P2P网络(Hybrid Hierarchical P2P,HP2P)架构,该网络由下层的非结构化网络与上层的结构化Chord网络组成,并在此基础上设计了相应的通信协议。结合边缘计算的思想,从下层网络众多停车场节点中选出计算存储能力最强的节点作为边缘服务器节点,与云端协同完成停车场内车辆安全智能管理、路况信息共享等计算任务。在系统的整体架构下,主要对边缘服务器端的功能进行了实现与测试,边缘服务器有两个主要功能:1.作为下层网络的管理者,完成节点加群引导和上下层消息的路由转发等计算任务;2.作为停车场节点为车辆用户提供停车场信息查询、停车场车位预约、车辆识别与自动计费、车辆安全管理等智能化服务,并在边缘服务器端运用动态目标识别算法完成停车场内监控视频的预处理计算任务,以及Mobile节点上传的路况信息预处理计算任务。测试结果表明系统各部分功能正常运行,相比目前的大多数停车管理系统,本系统更加智能、高效,具有较强的先进性。针对系统中边缘服务器端可能存在的拒绝服务(Denial of Service,Do S)攻击,本文提出了基于HP2P架构的联合防御方法,主要包括两点:1.基于HP2P架构的攻击信息的存储与共享机制,系统内的边缘服务器在检测到恶意节点的Do S攻击后,将其加入到本地的恶意节点黑名单中,并将元数据信息上传到HP2P网络中由其它的边缘服务器协同存储,实现攻击信息的共享,边缘服务器可以随时查询黑名单信息;2.群内的协同应急机制,边缘服务器实时统计群内备用边缘服务器的闲置资源,当遭受Do S攻击时,向群内备用边缘服务器节点转发攻击流量,通过流量负载均衡来缓解Do S攻击,并设置评价奖励机制实现有效的正反馈,以提高边缘服务器的安全防护能力。实验结果表明,该方法具有很好的防御攻击效果。
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