CN107509228A - 一种车联网下的数据可信传输方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车联网下的数据可信传输方法，包括建立车联网中节点的可动态更新信誉值，从而得到车联网的信誉评价模块；对车联网中的节点进行监控，建立车联网的可信程度评价模块；基于信誉评价模块的评价结果建立路由，并且对多个路由进行筛选，得到安全可靠的路由；然后建立数据传输过程，对数据传输过程进行实时检验，从而完成数据的传输。在路由建立和数据传输过程中及时检验节点信誉度并更新节点的信誉度，以节点的行为可信度评估节点的身份可信度，保证数据传输的可靠性和稳定性。

Description

一种车联网下的数据可信传输方法
技术领域
本发明属于城市智能技术领域；具体涉及一种车联网下的数据传输方法；具体的是一种车 联网环境下的基于AODV通信协议的可信数据传输方法。
背景技术
随着物联网技术在交通领域的快速发展，车联网作为城市智能交通的关键技术也随之有了 长足的发展。由于车联网自身具有网络拓扑结构动态多变、车辆交互时间短暂等特点，当前车 联网环境下普遍采用的AODV(Ad hoc On-demand Distance VectorRouting)等通信协议在安全 可靠性方面面临巨大挑战。其中SAR(Security-Aware ad hocrouting protocol)协议是移动Ad hoc 下具有代表性的网络安全路由协议，然而该方法亦未能充分考虑到车联网环境中网络的动态变 化特点，将节点的信任值进行固化，不符合实际车联网的实际应用，同时还存在路由建立失效 问题。
发明内容
本发明提供了一种车联网下的数据可信传输方法，在路由建立和数据传输过程中及时检验 节点信誉度并更新节点的信誉度，通过路由请求和路由回复双向交互过程，结合路由信誉、路 由跳数和路由稳定性多重评价标准体系，以节点的行为可信度评估节点的身份可信度，选取可 信路由，从而保证数据传输的可靠性和稳定性。
本发明的技术方案是：一种车联网下的数据可信传输方法，包括建立车联网中节点的可动 态更新信誉值，从而得到车联网的信誉评价模块；对车联网中的节点进行监控，建立车联网的 可信程度评价模块；基于信誉评价模块的评价结果建立路由，并且对多个路由进行筛选，得到 安全可靠的路由；然后进入数据传输过程，对数据传输过程进行实时检验，从而完成数据的传 输。
更进一步的，本发明的特点还在于：
其中该方法的具体过程包括以下步骤：
步骤1，建立车联网的信誉评价模块；具体过程是：设计路由建立阶段的信誉更新模块和 建立数据传输阶段的信誉更新模块；
步骤2，建立路由；具体过程是：查找源节点至目的节点的路由信息，获到路由信息，进 入数据传输阶段；
步骤3，路由筛选；具体过程是：建立路由回复消息缓存数组，在缓存数组中选择信誉值 高、路由跳数少、稳定性高的路由作为数据传输路径；
步骤4，检验数据传输过程中数据的完整性和传输过程中节点的安全性。
其中步骤1中设计路由建立阶段的信誉更新模块的具体过程是：当某节点尝试返回路由回 复消息(RREP)时，即准备建立反向路由时，验证当前节点所含路由表中的信息是否同路由 发现请求消息(RREQ)中的目的节点描述信息目的相等，若验证结果不等，则降低目的节点 的信誉值；若验证结果相等，则该路由上的节点转发当前RREP，并提高当前路由上各节点的 信誉值。
其中步骤1中建立数据传输阶段的信誉更新模块包括四种状态：接收消息并原文转发；接 收消息并修改转发；接收消息不转发；拒绝接收消息。
其中步骤2中查找源节点至目的节点的路由信息，没有得到路由信息，则进行以下步骤： 源节点以扩展环搜索的模式广播路由发现请求消息，并且建立路由发现过程。
其中步骤3中路由筛选的条件为路由跳数、路由整体信誉值和全网均值下的当前路由信誉 方差的综合运算结果。
其中步骤4中数据的完整性包括将转发的数据分为原文转发和修改转发。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该方法充分考虑了现实车联网环境中节点可信程 度的动态变化，在路由建立和数据传输过程中及时检验节点信誉度并更新节点的信誉度，通过 路由请求和路由回复双向交互过程，以及路由信誉、路由跳数和路由稳定性多重评价标准体系， 以节点的行为可信度去评估节点的身份可信度，选取可信路由，建立了一种基于节点信誉度动 态更新的AODV路由机制，保证数据传输的可靠性和稳定性，从而有效的提高了车联网中数 据传输的安全性。
更进一步的，基于AODV协议，融合SAR思想，赋予车联网中的节点可动态更新的信誉 值，建立全网络信誉评价机制，通过定期对广播和转发过程中的节点行为的监控，进而实时对 相关节点的可信程度进行评价，评价结果将用于网络节点过滤和路由建立及传输过程，通过路 由建立和数据传输过程中的实行路由请求和路由回复双向交互过程，并结合路由跳数、路由信 誉度和路由信誉方差，最终筛选出安全稳定性较高的可靠路由，并在传输过程中进行实时检验， 从而有效地优化整个车联网的数据传输环境，有助于提高交通服务信息的传输效率。
更进一步的，各个阶段之间相互作用形成全网实时动态的信誉体系为车辆节点选择可信路 由提供必要保障，并且在数据传输过程中也能实行有效的监督机制，保证数据的完整性，车联 网中的车辆节点在动态机制信誉模型下经过相互评价，不断剔除恶意节点和自私节点，从而实 现逐步排除车辆节点恶意行为、有效抑制车辆节点的自私行为，稳步激励节点合作的积极行为， 提高交通服务信息的传输效率，营造安全、稳定、高效的车联网环境。
附图说明
图1为本发明中建立路由的流程示意图；
图2为本发明中路由信息上各节点的信誉值示意图；
图3为本发明中建立路由后信息传递示意图；
图4为本发明中检验数据传输过程的流程示意图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进一步说明。
本发明提供了一种车联网下的数据传输方法，其具体实施过程如下：
步骤1，建立车联网的信誉评价模块；包括设计路由建立阶段的信誉更新模块和数据传输 阶段的信誉更新模块。
设计路由建立阶段的信誉更新模块的具体过程是：当某节点尝试返回RREP时，即准备建 立反向路由时，验证当前节点所含路由表中的信息是否同RREQ中的目的节点描述信息目的 相等，若验证结果不等，则迅速降低目的节点的信誉值：
其中α是该点出现验证不符情况的次数；若验证结果相等，则该路由上的各点陆续转在转发 RREP后触发其邻节点对其进行信誉更新，即针对该路由上各点进行缓慢的信誉提升：
其中β是该点转发路由回复消息的次数。
建立数据传输阶段的信誉更新模块的具体过程是：假设在某个时间段T内，节点的数据传输 的状态可以分为4种状态，具体为，接收消息并原文转发m次；接收消息并修改转发n次； 接收消息不转发p次；拒绝接收消息q次。(在某个时间段T内，统计信息)则定义信任因子：
定义惩罚因子：
节点信誉度：R(i)data＝θ*ε。
λ(λ<1)和μ(μ<1)为权重，且λ+μ＝1。节点以AODV自带的hello消息为触发开关更新对邻居节点当前时段下的总信誉即：
R(i)entire＝ηR(i)build-now+(1-η)R(i)data。
其中η(η<1)为权重。
通过RSU定期收集范围内各个节点的信誉表数据R(i)entire，上传到控制中心，进行分析 处理，计算出实时的、合适的门限值，并汇总恶意节点即信誉值低于门限的节点和可疑节点即 信誉波动较大的节点，建立黑名单后下发至各个RSU，再由RSU剔除或警告范围内相关节点， 从而保证网络实时安全可靠。
通过上述步骤，各个阶段之间相互作用形成全网实时动态的信誉体系为车辆节点选择可信 路由提供必要保障，并且在数据传输过程中也能实行有效的监督机制，保证数据的完整性，车 辆网中的车辆节点在动态机制信誉模型下经过相互评价，不断剔除恶意节点和自私节点，从而 实现逐步排除车辆节点恶意行为、有效抑制车辆节点的自私行为，稳步激励节点合作的积极行 为，提高交通服务信息的传输效率，营造安全、稳定、高效的车联网环境。
步骤2，建立路由。如图1所示，首先明确改进过的路由发现的宏观过程：源节点NS需 要传输数据到目的节点Nd，查找自身路由表是否有相关的路由信息，如果有则进入数据传输 阶段，如果没有相关路由，源节点NS则以扩展环搜索的模式广播RREQ，以形成路由发现过 程；中间节点Ni若发现持有的对上游节点的信誉值>门限值，则接收消息，否则丢弃；中间节 点Ni判断自身是否是目的节点Nd或者有Nd的路由信息，如果判断为真，则单播回复RREP 并开始检验该节点。如果判断为假，则检测除上游节点外的信誉表中对其余邻居节点的信誉度， 若都小于门限值，则将RREQ丢弃(无处可发)；否则继续广播RREQ。
由于恶意节点一般不会丢弃控制包，否则其无法参与到数据的交互过程中，所以针对路由 建立阶段主要面对的是黑洞效应即谎称自身是目的节点或有目的节点的路由，所以路由检验阶 段也主要针对这一状况设立。收到RREP的第一个节点Ni-1对RREP信息进行缓存，并触发检 验机制，启动定时器T，向通信范围内的RSU发送请求消息MSGask，借助此类RSU对节点 Ni即发送RREP的源节点，进行强制检验过程。RSU检索Ni节点的路由表中路由信息，和 MSGask信息中携带的目的节点地址对比。对比结果传回Ni-1，若对比结果相等，则Ni-1传回 RREP至NS节点；若对比结果不等，或定时器结束前未收到相关信息，说明Ni拒绝接受RSU 的访问，则丢弃RREP，回传NS节点路由错误消息(RRER)信息，源节点重新发起路由查找。 定时器结束后，借助RSUs向U的所有邻居节点发送信息Update信息，触发其邻居节点对其 进行信誉更新机制，从而进入信誉更新阶段。之后每个节点在回传RREP过程中自动触发邻居 节点对其进行信誉更新，此后过程不必再比较信息的可靠性，由于回传过程主要是为了确定目 的节点的可靠性，此时已经确定为可靠，所以这个过程中的信誉更新是对路由上各个节点信誉 提升。
步骤3，路由筛选；在源节点NS收到第一条RREP后对其进行缓存进RREP数组(数组容量为3或大于3)，等待之后的两条RREP信息，待数组元素个数达到3之后，进入路由遴 选阶段，即在已经保证路径正确的前提下，选择信誉度较高、跳数较少、稳定性较好的路由作为数据传输的路径。路由遴选阶段主要的评价指标是路由跳数、路由整体信誉度、全网均值下 的当前路由信誉方差。
以RREP数组中选定的某条路径而言，各节点持有的该条路由的相关信誉值如图2所示。 源节点NS到目的节点Nd共计n个点，则含有2n-2条互相评价的信誉记录：
1.路由信誉度：
其中Rrouting在(0,1)区间内；
2.路由稳定性：
方差Rstability越大路由越不稳定，将方差 映射到(0,1)区间，假设存在K条路由，那么映射过程：
Rwhole-net为当前时段的全网信誉均值，从离源节点最近 的有效通信范围内的RSU处计算获取。
3.路由跳数：由于跳数也不在(0,1)区间，所以采用线性模式映射，K条路由中有hmax 和hmin，设f(h)＝ah+b，则代入a*hmin+b＝0.1；a*hmax+b＝1；解得a＝0.9/hmax-hmin，b＝(0.1hmax -hmin)/(hmax-hmin)；之后逐一代入各个跳数，进而得到映射值Hmap。
最终路由选择结果如下：
其中τ是权重，计算RREP数组中的三条缓存路由对应的ω1、ω2、ω3值并进行比较，之后 将其中的较大值所对应的路由确定为最优路径，之后进入数据传输阶段。
步骤4，检验数据传输过程。该部分主要是检测数据的完整性，以及传输过程中节点被劫 持的可能性。数据完整性部分主要是包括可以将转发的数据分为原文转发和修改转发。转发行 为的可靠性可以分为接收信息并转发、接收信息不转发以及拒绝接收信息。路由建立完成后形 成如图3所示的信息传递样式。
该过程的具体过程如图4所示，根据节点的下标判断：如果是第1跳即源节点NS，则利 用的随机函数Radom()，并传参m1生成相关的标记信息mark；并设置定时器T1、T2(其中时长T1<T2)，等待下一跳的接收信息ack1。
T1时间内源节点收到ack1(A发送)，则表明下一跳A接收了该信息。否则，源节点NS重新发起RREQ过程，并触发对A的信誉更新。
T2时间内源节点收到ack2(B发送),则表明下一跳A转发了该信息且B接收了信息，否 则，有可能是A转发了B不接收或者A没有转发，所以判定A和B均不可靠，NS节点借助 周边的RSUs对AB进行信誉更新。
收到ack2的源节点回传ack3信息至B节点，触发B节点调用Radom()函数并传参m2生 成相关的验证信息verification，若verification＝mark，则说明是原文转发，A节点可靠；否则 丢弃数据包，回传RRER信息至源节点S，重新发起路由建立的过程。S节点借助周边的RSUs 对A进行信誉更新。
若A节点被验证为可靠，则开始验证B节点，此时A节点可以被视作是验证群组的头结 点，用于接收ack1和ack2，并发送ack3。如此以3个节点为群组循环校验，保证链路可靠性。

Claims (7)

1.一种车联网下的数据传输方法，其特征在于，包括建立车联网中节点的可动态更新信誉值，从而得到车联网的信誉评价模块；对车联网中的节点进行监控，建立车联网的可信程度评价模块；基于信誉评价模块的评价结果建立多个路由，并且对多个路由进行筛选，得到安全可靠的路由；然后建立数据传输过程，对数据传输过程进行实时检验，从而完成数据的传输；
其中通过源节点到目的节点之间的路由信息获取多个路由，并且通过计算各个路由信誉值、路由跳数和路由稳定性筛选路由。
2.根据权利要求1所述的车联网下的数据传输方法，其特征在于，该方法的具体过程包括以下步骤：
步骤1，建立车联网的信誉评价模块；设计路由建立阶段的信誉更新模块和数据传输阶段的信誉更新模块；
步骤2，建立路由；查找源节点至目的节点的路由信息，获到路由，并进入数据传输阶段；
步骤3，路由筛选；并且将路由存储在建立的路由回复消息缓存数组中，并且计算每个路由信誉值、路由跳数和路由稳定性；计算公式为：
路由信誉值：
其中R(i)为节点信誉值，其范围为(0,1)，
路由跳数映射值为Hmap，其范围为(0,1)，
路由稳定性：
其中Rwhole-net为当前时段的全网信誉均值；
步骤4，检验数据传输过程中数据的完整性和传输过程中节点的安全性。
3.根据权利要求2所述的车联网下的数据传输方法，其特征在于，所述步骤1中设计路由建立阶段的信誉更新模块的具体过程是：验证目的节点信息后，验证结果不等，降低目的节点的信誉值；验证结果相等，则该路由上的节点转发其路由回复消息，并提高当前路由上各节点的信誉值。
4.根据权利要求2所述的车联网下的数据传输方法，其特征在于，所述步骤1中建立数据传输阶段的信誉更新模块包括四种状态：接收消息并原文转发；接收消息并修改转发；接收消息不转发；拒绝接收消息。
5.根据权利要求2所述的车联网下的数据传输方法，其特征在于，所述步骤2中查找源节点至目的节点的路由信息，没有得到路由信息，则进行以下步骤：源节点以扩展环搜索的模式广播路由发现请求消息，并且建立路由发现过程。
6.根据权利要求2所述的车联网下的数据传输方法，其特征在于，所述步骤3中路由筛选的条件为路由跳数、路由整体信誉值和全网均值下的当前路由信誉方差；具体为：
其中τ为路由回复消息缓存数组中多个路由的权重。
7.根据权利要求2所述的车联网下的数据传输方法，其特征在于，所述步骤4中数据的完整性包括将转发的数据分为原文转发和修改转发。
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