VANETs系統(tǒng)安全面臨的挑戰(zhàn)與對策

張　晶, 張小軍

(河南教育學(xué)院 信息技術(shù)系 ，河南 鄭州 450046)

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VANETs系統(tǒng)安全面臨的挑戰(zhàn)與對策

張晶, 張小軍

(河南教育學(xué)院 信息技術(shù)系 ，河南 鄭州 450046)

摘要：VANETs為智能交通提供了豐富的便捷服務(wù).介紹了VANETs的網(wǎng)絡(luò)模型、信道接入技術(shù)、路由技術(shù)、安全技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，探討了VANETs系統(tǒng)安全面臨的挑戰(zhàn)與對策.

關(guān)鍵詞：VANETs； 系統(tǒng)安全；網(wǎng)絡(luò)通信

0引言

車載自組網(wǎng)(Vehicular Ad-hoc Networks，VANETs)也稱自組織交通系統(tǒng),是智能交通系統(tǒng)(Intelligent Transportation System，ITS)的一個重要研究方向.為了提高車輛駕駛的安全性，增強(qiáng)導(dǎo)航和車輛預(yù)警等功能，該網(wǎng)絡(luò)在集成無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)以及傳感技術(shù)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了車輛動態(tài)網(wǎng)絡(luò)的信息交換和互聯(lián)網(wǎng)的接入.VANETs在提供這些服務(wù)的同時，其系統(tǒng)安全性也面臨著潛在的威脅.

1VANETs概述

VANETs是應(yīng)用于道路交通的車輛移動自組織網(wǎng)絡(luò)，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動態(tài)性強(qiáng)，信號變化頻繁，路由機(jī)制復(fù)雜，對網(wǎng)絡(luò)中車輛的存儲計算能力要求較高.VANETs的系統(tǒng)參考模型如圖1所示.

圖1　VANETs 系統(tǒng)參考模型 Fig.1　System reference model of VANETs

基于無線網(wǎng)絡(luò)平臺，VANETs系統(tǒng)在車輛行進(jìn)過程中提供實時的多信息服務(wù)，使駕駛者及時獲得車輛擁堵信息、道路狀況信息、交通事故以及交通管制信息等，減少或避免交通堵塞；同時，還能為車輛提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù),即使在行車旅途中，也能像在桌面電腦上訪問互聯(lián)網(wǎng)一樣獲取信息[1].

1.1VANETs 的主要特點(diǎn)

(1)車輛節(jié)點(diǎn)的移動性.這個特點(diǎn)決定了VANETs具有移動網(wǎng)絡(luò)的特性，即自治性、無固定結(jié)構(gòu)、多跳路由以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭討B(tài)變化等.

(2)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性.VANETs網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的元素多樣、復(fù)雜.網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也會隨著時間的變化而變化.此外，網(wǎng)絡(luò)不同區(qū)域的歸屬也不同，增加了管理的復(fù)雜度.

(3)運(yùn)算能力的超強(qiáng)性.移動網(wǎng)絡(luò)的特性決定了其網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)車輛必須具備較強(qiáng)的儲存計算能力.一般地，這種強(qiáng)大的存儲計算功能主要是通過在節(jié)點(diǎn)車輛中裝備多個處理器實現(xiàn).

1.2VANETs常見應(yīng)用

(1)駕駛安全應(yīng)用.常見的急剎車警告就是這類應(yīng)用的典型例子，其基本工作原理是在車輛急剎車時，向網(wǎng)絡(luò)中的鄰居車輛播報剎車警示信息，附近其他車輛接到該信息后，會及時做出相應(yīng)的調(diào)整.

(2)駕駛輔助應(yīng)用.在保障車輛安全行駛的同時，還可以為駕駛者提供便利的交通指示.

(3)豐富的娛樂及生活服務(wù)應(yīng)用.除了傳統(tǒng)的娛樂類服務(wù)外，由于能訪問Internet, 還能獲取諸如瀏覽服務(wù)、定制服務(wù)等功能.

2VANETs 的工作機(jī)制

2.1VANETs的網(wǎng)絡(luò)組成

VANETs 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)主要包括車輛單元、路邊單元以及認(rèn)證機(jī)構(gòu)，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)根據(jù)車輛單元位置、速度等參數(shù)的變化而不斷地修正.

(1)車輛單元，又稱為移動節(jié)點(diǎn).在VANETs系統(tǒng)中，每個車輛單元中都安裝了相關(guān)的無線通信設(shè)備，能實時捕獲本車信息并廣播到網(wǎng)絡(luò)轄區(qū)中，附近的車輛節(jié)點(diǎn)也能及時收到來自相鄰移動節(jié)點(diǎn)的廣播信息，并根據(jù)接受的其他車輛位置、速度等信息情況，對自己車輛的行駛計劃做出相應(yīng)的安排.

(2)路邊單元.該節(jié)點(diǎn)的功能是作為車輛單元與互聯(lián)網(wǎng)連接的網(wǎng)關(guān)，優(yōu)化VANETs的信息發(fā)布和數(shù)據(jù)聚合，通過動態(tài)播報交通信息，為網(wǎng)絡(luò)中移動節(jié)點(diǎn)的合理布局提供實時情報.

(3)認(rèn)證機(jī)構(gòu).該機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)用戶信息的維護(hù)、密鑰及證書的分發(fā)和注銷等.認(rèn)證機(jī)構(gòu)的職責(zé)分工明確、具體，一個VANETs里面可能有多個認(rèn)證機(jī)構(gòu)，而每個轄區(qū)只對應(yīng)一個認(rèn)證機(jī)構(gòu).

2.2VANETs的網(wǎng)絡(luò)通信

VANETs的網(wǎng)絡(luò)通信主要分為兩大類：汽車節(jié)點(diǎn)與汽車節(jié)點(diǎn)之間的通信，汽車節(jié)點(diǎn)與路邊節(jié)點(diǎn)之間的通信.由于基于WAVE(Wireless Access for Vehicular Enviroment)的應(yīng)用比較容易部署，成本低，更符合商業(yè)模式，因此，在VANETs研究領(lǐng)域里主流的應(yīng)用模型是WAVE模型，其協(xié)議棧參考模型如圖2所示.

圖2　WAVE協(xié)議棧參考模型 Fig.2　Protocol stack reference model of WAVE

3VANETs的關(guān)鍵技術(shù)

3.1信道接入技術(shù)

VANETs的信道一般是多跳共享的無線信道，主要采用信道接入技術(shù)控制節(jié)點(diǎn)接入無線信道的方式.該項技術(shù)主要負(fù)責(zé)分配信道并消除信道切換造成的沖突，其差異性主要來源于不同的MAC機(jī)制.此外，在實際傳輸信息時，VANETs的實時性要求對帶寬、時延和時延抖動等QoS(Quality of Service)參數(shù)也提出了很高的標(biāo)準(zhǔn).

3.2路由技術(shù)

路由協(xié)議是VANETs關(guān)鍵技術(shù)之一，對提升VANETs的性能起到重要的作用.目前，廣泛使用的是基于地理位置信息和貪婪算法的路由機(jī)制協(xié)議——GPSR(Greedy Perimeter Stateless Routing)協(xié)議.由于車輛的高速移動而造成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭討B(tài)性以及在道路擁堵的狀況下，信息轉(zhuǎn)發(fā)的效率和穩(wěn)定性等都有待進(jìn)一步優(yōu)化.

3.3安全技術(shù)

VANETs對用戶及車輛的身份認(rèn)證、信任管理都是在一定區(qū)域內(nèi)進(jìn)行的，每個車輛單元和路邊單元的身份是唯一的.但是，由于VANETs網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，規(guī)模龐大，車輛移動范圍廣，車輛管理的區(qū)域化差異大等因素，導(dǎo)致傳統(tǒng)的中央認(rèn)證協(xié)議的推廣還有很多問題需要解決.

在應(yīng)用推廣中發(fā)現(xiàn)，一方面，車輛的增加會促使該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的用戶遞增，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)大，該類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)很容易成為黑客的攻擊目標(biāo)；另一方面，由于VANETs拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的動態(tài)性、MAC層和路由層的設(shè)計復(fù)雜性等，在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)受到非法入侵后不容易被檢測到.VANETs系統(tǒng)設(shè)計的安全性逐漸暴露出來.所以，尋求解決這些安全隱患的對策，提升網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全品質(zhì)，成為VANETs的一個很有價值的研究點(diǎn)[2].

從理論上講，信息安全問題涉及的內(nèi)容復(fù)雜多樣，特別是有些個性化的隱私對信息的安全性要求很高[3].根據(jù)較多的研究闡述，解決這個問題的基本方法主要是通過使用可靠的通信協(xié)議保證VANETs系統(tǒng)的信息安全，提高其工作穩(wěn)定性.因此，提升VANETs系統(tǒng)安全性的研究集中在設(shè)計可靠的通信協(xié)議上，這是目前研究工作的一個熱點(diǎn)，也是一個難點(diǎn).

4結(jié)束語

VANETs與互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合，拓展了其應(yīng)用的巨大空間，也成為ITS研究的焦點(diǎn).隨著各類可靠通信協(xié)議的推出，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，系統(tǒng)安全性的增強(qiáng)，其應(yīng)用必將成為人們生活中的一個重要組成部分.

參考文獻(xiàn)

[1]常促宇, 向勇, 史美林. 車載自組網(wǎng)的現(xiàn)狀與發(fā)展 [J]. 通信學(xué)報，2007, 28 (11): 116-121.

[2]陳辰，韓偉立，王新，等.VANET安全技術(shù)綜述[J].小型微型計算機(jī)系統(tǒng)，2011，32(5)：896-904.

[3]趙寶康．無線傳感器網(wǎng)絡(luò)隱私保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究 [D]．長沙：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2009．

Challenges and Countermeasures of System Safety of VANETs

ZHANG Jing, ZHANG Xiao-jun

(DepartmentofInformationTechnology,HenanInstituteofEducation,Zhengzhou450046,China)

Abstract:VANETs is able to support convenient service intelligent transportation applications. Its network model and main technology of access channel, routing and safety were introduced, while the challenges and countermeasures of the system safety were discussed.

Key words:VANETs; system safety; network communication

中圖分類號：TP393

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1007-0834(2015)02-0034-02

doi：10.3969/j.issn.1007-0834.2015.02.009

作者簡介：張晶(1969—)，女，河南信陽人，河南教育學(xué)院信息技術(shù)系教授，主要研究方向：計算機(jī)應(yīng)用技術(shù).

基金項目：河南省基礎(chǔ)與前沿計劃項目(132300410033)

收稿日期：2015-01-25