performance enhancement and security assistance for vanet using cloud computing

Nhưng do các vấn đềbảo m t phát sinh trong quá trình truy n thông tin bậ ề ằng các phương pháp thông thường của VANET, nên phương pháp thông thường dường như không hiệu qu... ấHình 1: Ve

TRƯỜNG ĐẠI H C BÁCH KHOA HÀ N I Ọ Ộ

VIỆN CÔNG NGH THÔNG TIN VÀ TRUY N THÔNG Ệ Ề

-

BÁO CÁO TIỂ U LU ẬN ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY LỚP CAO HỌC 2020B

Đề tài: PERFORMANCE ENHANCEMENT AND SECURITY

ASSISTANCE FOR VANET USING CLOUD COMPUTING

Giáo viên hướng d ẫn: TS Nguyễn Bình Minh

Học viên thực hiện: Lê Văn Thanh – 20202351M

Hà N ội – 2021

MỤC L C Ụ

1 Giới thi u ệ 1

2 Công trình liên quan 3

3 Đề ất 4 xu 3.1 Đặc điểm c a VANET ủ 4

3.2 S i vehicular- adhocNet ử đổ 5

4 K t qu ế ả 8

5 K t lu n ế ậ 10

6 Tài li u tham kh o ệ ả 10

DANH M C HÌNH V Ụ Ẽ

Hình 1: Vehicular- adhocNet thông thường 2

Hình 2: VANET được đề xuất 5

Hình 3: Đề xuất giao ti p giế ữa phương tiện và phương tiện 6

Hình 4: Đề xuất giao ti p giế ữa phương tiện và đường biên 7

Hình 5: Đỗ trễ phát sinh 8

Hình 6: Thông lượng 9

Hình 7: Tỷ l b o m t ệ ả ậ 9

1

Nâng cao hi u suệ ất và hỗ trợ b o mả ật cho VANET

sử dụng điện toán đám mây

1 Giới thi u ệ

Mạng adhoc được thiết kế cho một ục đích cụ thể là tạo khung giao tiếp, mạng m riêng c a nó mà không có b t k ủ ấ ỳ cơ sở hạ tầng nào, v i kh ớ ả năng truyề ải thông tin n t

có thể được chia nh thành mỏ ạng adhoc di động, m ng adhoc không dây, m ng cạ ạ ảm biến không dây, mạng adhoc cho xe cộ và mạng adhoc cho máy bay M ng adhoc ạ dành cho xe c (Vehicular- adhocNet (VANET)) là chiộ ến lược n i bổ ật đóng một vai trò quan trọng đối với s phát tri n cự ể ủa giao thông thông minh VANET v n ph ẫ ổ biến

vì nó ch yủ ếu liên quan đến an toàn đường b và qu n lý giao thông Chúng m ộ ả ở đường cho một cu c lái xe an toàn, tho i mái và hộ ả ữu ích cho người lái xe cũng như người đi cùng

Mạng lưới phương tiện giao thông (adhocNet) được gọi là phương thức truyền thông tin n i b t b ng cách s dổ ậ ằ ử ụng các phương tiện giao thông đóng một vai trò quan trọng trong s phát tri n cự ể ủa giao thông thông minh và an toàn, để tránh nh ng nguyên ữ nhân d n t i tai n n không mong mu n Mẫ ớ ạ ố ạng lưới tr giúp ợ lái xe và đi lại an toàn hơn; bằng cách cung c p thông tin chi tiấ ết đầy đủ ầ c n thi t cho vi c di chuy n, s ế ệ ể ử dụng thông tin t ừ các phương tiện gần đó và đơn vị bên đường Nhưng do các vấn đề bảo m t phát sinh trong quá trình truy n thông tin bậ ề ằng các phương pháp thông thường của VANET, nên phương pháp thông thường dường như không hiệu qu Vì ả vậy, bài báo đề xuất phương pháp VANET được sửa đổi s dử ụng điện toán đám mây thay cho thi t b ế ị bên đường để cung c p kh ấ ả năng bảo m t nâng cao trong vi c truyậ ệ ền thông tin, do đó cải thiện hiệu suất của VANET nói chung Việc đánh giá hiệu suất của phương pháp được đề xuất bằng cách s d ng NS-2 vử ụ ề c i thi n b o mả ệ ả ật, độ trễ

và thông lượng chứng minh t m quan tr ng c a nó ầ ọ ủ

2

Giao ti p thông qua ế VANET thường được th c hi n giự ệ ữa hai phương tiện hoặc phương ti n vệ ới cơ sở ạ t h ầng, thường là một đơn vị bên đường; điều này cung cấp thông tin rõ ràng v kề ịch b n th i gian thả ờ ực đang diễn ra trên đường và giúp tránh các tình hu ng gây tố ử vong Thông thường, VANET ậ c p nhật thông tin cho phương tiện tiếp theo bằng cách s dử ụng các đơn vị bên đường có s n hoẵ ặc phương tiện trung gian được k t n Chia sế ối ẻ thông tin liên quan đến tình hình giao thông, thiên tai gây ra trên đường, bản đồ tuyến đường, bãi đậu xe, Thông tin được truyền qua bằng việc

sử d ng m ng cụ ạ ục bộ không dây thông qua thi t b ế ị bên đường, vào m t sộ ố thời điểm

nhất đị thông tin không được điều hướng đúng cách hoặc bị tấn công ho c snh ặ ửa đổi dẫn đến việc các gói tin không được gửi đi hoặc bị m t ấ

Hình 1: Vehicular- adhocNet thông thường

Vì v y, bài báo nh m mậ ằ ục đích đề xuất m t sộ ửa đổi trong VANET, b ng cách thay ằ thế các đơn vị bên đường bằng điện toán đám mây, nhằm cải thiện hiệu suất và bảo mật

3

2 Công trình liên quan

Yousefi và c ng s : trình bày cu c kh o sát vộ ự ộ ả ề những thách th c và vứ ấn đề trong các mạng hiện tại và đưa ra lời gi i thích ng n g n v t m quan trả ắ ọ ề ầ ọng vehicular- adhocNet

Zeadally và c ng s : ộ ự khảo sát nêu chi ti t m t s l i ích nghiên c u gế ộ ố ợ ứ ần đây của vehicular- adhocNet

Hartenstein và c ng s : nêu chi tiộ ự ết hướng d n d a trên vehicular- adhocNet ẫ ự

Li và c ng s : trình bày kh o sát chi ti t v các thuộ ự ả ế ề ật toán định tuy n dành cho ế vehicular- adhocNet tích h p mợ ạng di động và mạng cục bộ không dây

Al-Sultan và c ng s : trình bày chi ti t các khái niộ ự ế ệm vehicular- adhocNet bằng cách cung c p mấ ột nghiên cứu so sánh v cùng ề chủ đề

Martinez và các c ng s : mô t các trình mô phộ ự ả ỏng đượ ử ục s d ng cho hành trình bằng cách cung c p mấ ột cu c kh o sát và nghiên c u so sánh ộ ả ứ

Eze và cộng ự s : tác gi trình bày chi tiả ết ý nghĩa và các chi tiết thiết y u liên quan ế đến tiềm năng của vehicular- adhocNet

Bitamet và c ng s : VANET s dộ ự ử ụng điện toán đám mây trong việc hi n th c hóa ệ ự các tuyến đường thay th v i vi c c i thi n hi u su t c a VANET ế ớ ệ ả ệ ệ ấ ủ được khám phá trong bài báo Ông và c ng sộ ự là tác gi s d ng xác th c b o vả ử ụ ự ả ệ quyền riêng tư có điều kiện để loại trừ các vấn đề trong vi c b o v ệ ả ệ quyền riêng tư của VANETS Abdelgadir và c ng s : ộ ự khám phá cách định tuy n phù h p cho VANET mế ợ ở ột thành ph c ố ụ thể

Contreras và c ng s : các gi i pháp c a d ộ ự ả ủ ữ liệu lớn có ý nghĩa trong việc x lý các ử vấn đề nổi lên trong VANET

Hasrouny và c ng s và Samara và c ng sộ ự ộ ự giải quy t: các vế ấn đề ả b o m t liên ậ quan đến vehicular- adhocNet

Hahn và c ng s : ộ ự đưa ra các chi tiế ềt v các vấn đề an ninh trong s phát tri n cự ể ủa các h ệ thống giao thông thông minh

4

3 Đề ất xu

Đề xuất sửa đổi VANET b ng cách sằ ửa đổi cách th c làm viứ ệc cơ bản của VANET thông thường, các thiết bị bên đường sẽ được thay thế bằng cách xen kẽ đơn vị phụ trợ v i các d ch vớ ị ụ điện toán đám mây được x lý b ng cách s d ng các thi t b ử ằ ử ụ ế ị đường biên, thi t bế ị đường biên đóng vai trò thay thế hoàn h o bả ằng cách cung cấp một phương thức truy n thông tin an toàn nh m nâng cao kh ề ằ ả năng cung c p k p thấ ị ời các gói thông tin

3.1 Đặc điểm c a VANET ủ

VANET có khả năng tương tác với các phương tiện được k t nế ối và nó cũng có khả năng thực hiện đủtương tác với cơ sở hạ tầng RSU trong trường hợp theo phương pháp thông thường, một số đặc điểm của nó làm cho h ệ thống là:

- Giao ti p di n ra b ng cách s dế ễ ằ ử ụng phương tiện không dây đòi hỏi một đường truyền an toàn để tránh các truy c p không mong muậ ốn

- VANET có tính chất di động nên r t khó hình dung v trí cấ ị ủa phương tiện và cấu trúc liên k t c a mế ủ ạng Vì vậy, b o m t là r t c n thi t cho ả ậ ấ ầ ế VANET

Việc cung c p b o mấ ả ật trong phương pháp thông thường của VANET gây ra s ự chậm tr không c n thi t làm gi m hi u su t c a h ễ ầ ế ả ệ ấ ủ ệ thống, gây ra s ự chậm tr không ễ cần thi t trong quá trình truyế ền các gói tin dẫn đến đường truy n b ngh n ề ị ẽ hoặc m t ấ

dữ liệu Vì v y, cài ti n VANET ậ ế trở nên c n thiầ ết để đảm bảo đường truyền cũng như phân phối chúng trong thời gian dài Điều này đã mở đường cho phương pháp

được đề xuất thay thlà ế các thi t bịế bên đường bằng các thiết b ờng biên và sử ịđư dụng các d ch vị ụ điện toán đám mây để ả c i thi n tính b o m t và hi u su t cệ ả ậ ệ ấ ủa VANET

5

3.2 S ử đổi VANET

Hình 2: VANET được đề xuất Phương pháp được đề xuất thay thlà ế thi t bị ế bên đường bằng thiết bị đường biên, do đó thiết bị đường biên khi nhận được bất k yêu c u d ch vỳ ầ ị ụ nào t bừ ất k ỳ phương tiện nào sẽ phản hồi ngay lập tức mà không có bất kỳ sự chậm trễ nào và gửi tóm tắt quá trình được thực hi n tệ ới dịch ụ điện toán đám mây Bước dưới đây v giải thích các giai đoạn trong hỗ trợ bảo mật và nâng cao hiệu suất được cung cấp bởi đường biên và điện toán đám mây cho VANET

Bước 1: Đối với mạng ( ) ch a m𝑁 ứ ộ ốt s lượng đáng kể phương tiện (V) trong đó

V = { V 1, V 2,…, V i}, giao tiếp được ti n hành qua m ng không dây b ng cách s ế ạ ằ ử dụng thi t b ế ị đường biên thay vì RSU để khắc phục độ trễ trong truy n thông tin và ề truyền thông tin nhanh chón

Bước 2: The approximate member query filter(AMQF) đượ ử ục s d ng cho mục đích bảo mật ở cả vùng biên và phương tiện để loạ ỏi b các v truy c p trái phép và ụ ậ tấn công gây m t thông tin Mấ ọi phương tiện trong m ng gi l i AMQF c a t t c ạ ữ ạ ủ ấ ả các phương tiện đang hiện hành trong m ng và t ghi danh vào thi t b ạ ự ế ị đường biên

6

gần đó mỗi khi nó đi vào khu vực của nút đường biên và các nút đường biên cập nhật thông tin bảng danh sách xe được duy trì, đăng ký bao gồm m t nh n d ng cho ộ ậ ạ phương tiện (𝑉𝑖𝑑) Nút đường biên trong phản hồi cung cấp một khóa công khai chung cho t t c ấ ả các phương tiện trong khu vực đường biên

Bước 3: Phương tiện yêu cầu tương tác với phương tiện hoặc đường biên phải được AMQF xác định xem đó là kẻ ấn công hay thành viên Sau khi nó đượ t c tìm thấy là thành viên thông qua 𝑉𝑖𝑑, sau đó tiến hành xác nh n mậ ở đường cho việc truyền và nh n thông tin N u không ậ ế phải là thành viên , ch m d t giao ti p sau khi ấ ứ ế xác minh xem đó có phải là thành viên hay không với bảng cập nhật trong trường hợp đường biên giao ti p giế ữa phương tiện với phương tiệ Trong trườn ng h p liên ợ lạc giữa phương tiện với đường biên, điều này không c n thiầ ết vì đường biên liên quan đến bảng cập nhật trước khi tương tác với bất kỳ người giao tiếp nào yêu cầu dịch vụ Lưu đồ trong hình 3 bên dưới giải thích các bước của việc tăng cường an ninh đạt được trong giao ti p giế ữa phương tiện với phương tiện cùng với các đường biên

Hình 3: Đề xuất giao ti p giế ữa phương tiện và phương tiện

7

Hình 3 cho thấy, khi phương tiện A g i yêu cử ầu đến phương tiện B, B sẽ kiểm tra trong AMQF xem A có ph i là m t thành viên không, n u không ph i B s gả ộ ế ả ẽ ửi yêu cầu đến thi t bế ị đường biên để kiểm tra Trong trường h p thi t bợ ế ị đường biên cũng không tìm thấy thông tin c a A, thì yêu c u c a A s b t ủ ầ ủ ẽ ị ừ chối Trong trường hợp B ho c tặ hiết bị đường biên tìm được thông tin của A thì sẽ tiến hành g i và ử nhận d ữ liệu

Hình 4: Đề xuất giao ti p giế ữa phương tiện và đường biên

Hình 4 cho th y s ấ ự tăng cường b o mả ật đạt được trong phương tiện đối với tương tác đường biên để ả c i thi n hi u su t cệ ệ ấ ủa VANET và d ng truy c p không mong ừ ậ muốn để tránh m t d ấ ữ liệu Khi phương tiện đi vào vùng gửi yêu cầu đến cho đường biên để đăng ký, đường biên s g i l i mẽ ử ạ ột public key cho phương tiện, khi phương tiện g i yêu cử ầu tương tác, đường biên sẽ kiểm tra trong bảng đã cập nhập để xác thực xem phương tiện vừa gửi yêu cầu có phải là một thành viên hay không thông qua public key đã gửi Nếu phương tiện không phải là một thành viên thì sẽ chấm dứt k t n i, n u là m t thành viên thì s p t c quá trình g i và nh n d ế ố ế ộ ẽ tiế ụ ử ậ ữ liệu

8

Các bước trên cho phép các phương tiện tiếp cận an toàn Hơn nữa vì thiết bị đường biên được đặt gần với phương tiện, yêu cầu được xử lý bởi chính thi t b ế ị đường biên vì v y s tránh s ậ ẽ ự chậm tr có th phát sinh khi s d ng RSU ễ ể ử ụ

4 Kết quả

Đánh giá mô hình đề xuất bằng cách sử dụng trình mô phỏng mạng 2 cho một số phương tiện trong mạng từ 100 đến 500, trên diện tích mô phỏng 1000 m , v2 ới kích thước gói 1000 byte, năng lượng ban đầu là 100 jun và thời gian mô phỏng 100 mili giây So sánh phương pháp đề xuấ ới phương pháp thông thường để kiểt v m tra hiệu suất của VANET được sửa đổi

Hình 5: Đỗ trễ phát sinh Hình 5 cho thấy độ trễ phát sinh trong quá trình truy n và nh n thông tin cề ậ ủa phương pháp được đề xuất và phương pháp thông thường, k t qu ế ả thu được cho thấy rằng vi c cung c p b o mệ ấ ả ật được th c hi n thông qua AMQF ự ệ tránh được vi c mệ ất thông tin và truy n lề ại thông tin do đó cải thiện độ trễ ủ c a VANET sửa đổi so với VANET thông thường

9

Hình 6: Thông lượng Hình 6 cho th y sấ ự tăng cường thông lượng của VANET được sửa đổi so với VANET thông thường và cho thấy thông lượng đạt được bằng phương pháp đề xuất được c i thi n 37,4% so vả ệ ới phương pháp hiện hành

Hình 7: T l b o mỷ ệ ả ật

10

Hình 7 cho th y t lấ ỷ ệ phần trăm tăng cường b o mả ật đạt được bằng phương pháp được đề xuất, đảm bảo truyền an toàn và tiếp nhận thông tin bằng AMOF cho vùng biên và các phương tiện, việc truyền an toàn này cũng cải thiện số lần truyền thành công và gi m thi u th t thoát thông tin ả ể ấ

5 Kết lu n ậ

Bài báo đề xuất sửa đổi và cải tiến về hiệu suất và bảo mật của VANET để đảm bảo có một đường truy n an toàn Các thi t b ề ế ị bên đường của VANET thông thường được thay th b ng các thi t b ế ằ ế ị đường biên và s dử ụng điện toán đám mây để c i thiả ện hiệu suất Hơn nữa, AMQF được sử ụ d ng ở cả thiết bị đường biên và phương tiện giao thông để tránh bị tấn công làm thay đổi và gây mất thông tin Kết quả đạt được trong quá trình mô ph ng cho thỏ ấy VANET sau khi đượ ửa đổi đạt được s c hiệu su t, ấ bảo mật cao hơn hẳn so với VANET thông thường Điều này cho th y r ng VANET ấ ằ sau khi đượ ửa đổc s i sử dụng sẽ an toàn và đạt hiệu quả cao hơn VANET hiện tại

6 Tài li u tham kh o ệ ả

[1] Performance enhancement and security assistance for vanet using cloud computing - https://www.irojournals.com/tcsst/V1/I1/04.pdf