一种基于网络切片的车联网分簇网络可信性保障方法

本发明涉及车联网，尤其涉及一种基于网络切片的车联网分簇网络可信性保障方法。

背景技术：

1、目前，为了提高城市交通系统中车联网的可信性，诸多学者已经在该领域进行了一些研究。为了保护iov(internet ofvehicle，车联网)免受恶意攻击并确保其安全，有学者提出了一种基于rsa认证算法的可信通信方案。使用该算法，与传统的无线通信系统相比，作者证明了数据传输的安全性和可信性得到了提高。为了增强iot(internet ofthings，物联网)网络的安全性能，还有学者提出了一种可信通信结构和相关防御策略。还有学者提出了一种改进的无线通信协议集，该协议集可以充分抵御各种安全攻击，以确保紧急无线通信网络的安全性和保密性。

2、对于安全关键型无线系统，还有学者提出了介质监护人的概念，以保证无线网络节点在时间域和价值域中的故障静默行为。通过使用这种方法，可以提高系统的安全性。还有学者首先讨论了与雾计算和边缘中心计算相关的可能概念元素。之后，就系统的可信性提出了建议。此外，还有学者通过分析两射线衰落模型下定向毫米波v2i通信的可信性，为可靠的车联网系统的设计提供了指导。

3、根据对车联网领域研究现状的简要回顾，术语可信性似乎常常局限于于车联网场景下处理恶意网络攻击的安全和安全性能措施的讨论。此外，一些旨在提高物联网可信度的研究通过研究车辆的信任价值管理并仅检查物联网中各个节点的信誉，将这一概念与信任混淆。在这些工作中，信誉通过获取、更新和共享信任值，使车辆能够评估彼此的行为，并确定另一辆车辆是否是恶意的，或者是否由于恶意行为而降低了信誉值，因此无法被其他车辆信任。

4、尽管现有技术在城市交通系统的车联网中进行了大量的可信性研究，但可信性分析和优化工作主要集中在安全优化、信任管理和传统qos(quality of service，服务质量)改进上，而缺乏基于统一可信性指标的定量分析。

技术实现思路

1、本发明的实施例提供了一种基于网络切片的车联网分簇网络可信性保障方法，以实现有效地保障车联网分簇网络的可信性。

2、为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

3、一种基于网络切片的车联网分簇网络可信性保障方法，包括：

4、将车联网网络中的车辆分为若干簇，将每个簇中的车辆分为簇首车辆chv和簇成员车辆cmv；

5、根据不同簇的服务质量要求基于车辆网络域内的资源集合给每个车辆分配网络切片，所述网络切片包括簇切片、汽车与汽车v2v切片和汽车与基础设施v2i切片，每个车辆利用网络切片通过v2v链路和v2i链路进行数据通信；

6、利用改进的aoi模型分别从安全关键和交通效率交通方面分析所述车联网网络的可信性。

7、优选地，所述的将车联网网络中的车辆分为若干簇，将每个簇中的车辆分为簇首车辆chv和簇成员车辆cmv，包括：

8、将车联网网络中的车辆分为若干簇，在每个簇中，设置一个chv，chv负责管理簇内的资源分配和网络切片，与其他车辆和rsu交换数据，每个簇中除chv外的车辆为cmv，cmv仅与簇中的其他cmv和chv交换数据，所述数据包括安全关键数据和交通效率数据。

9、优选地，cmv加入簇的过程包括三个阶段：簇接入、链路建立和数据交换；

10、1)簇接入阶段：在开始时，如果cmv i计划加入集群，cmv i首先与rsu建立传输链路，并完成授权和同步，rsu向cmv i发送包括pid和公钥的chv信息。一旦信息可用，cmv i启动入簇应用程序，chv检查来自cmv i的应用程序、授权和同步信息，并发回访问权限。

11、2)链路建立阶段：cmvi在获得chv的访问许可后，cmvi首先与chv建立v2i链路，并开始信息交换，一旦cmvi计划与另一个cmv连接，它将向chv发送v2v切片请求，其中包括qos要求和目标cmvj的信息，在chv的资源检查之后，将向cmvi和cmvj分配合适的v2v切片，建立cmvi和cmvj之间的通信链路建立。

12、3)数据交换阶段：一旦建立了v2v链路，两个相邻的cmv使用v2v切片来交换安全关键数据。

13、优选地，cmv离开簇的过程包括三个阶段：断簇、数据传输和链路建立；

14、1)断簇阶段：cmvi准备离开它以前所在的簇，并加入另一个簇，cmvi向chvp发送中断申请，并上传进一步的行动、目标rsu和chv，在授权和安全检查之后，chvp向cmvi发回中断许可，并将cmvi上传的相关信息发送至rsu，cmvi完成与chvp的链路断开；

15、2)数据传输阶段：链路中断后，rsu首先将cmvi的数据传输到目标chvq，并将包括pid和公钥的chv信息发送到cmvi，cmvi在chvq的帮助下启动新的簇接入阶段，以及簇应用程序、授权和同步，通过接入许可建立cmvi和chvq之间的v2i链路；

16、3)链路建立阶段：cmvi通过chvq启动新的v2v切片应用程序，完成v2v链路建立后，两个相邻的cmv使用专用v2v切片交换安全关键数据。

17、优选地，所述的根据不同簇的服务质量要求基于车辆网络域内的资源集合给每个车辆分配网络切片，所述网络切片包括簇切片、汽车与汽车v2v切片和汽车与基础设施v2i切片，每个车辆利用网络切片通过v2v链路和v2i链路进行数据通信，包括：

18、在chv与rsu之间通过授权和同步建立v2i链路，chv向rsu发送专用切片应用程序，rsu根据簇的服务质量要求给chv分配簇切片，设置簇切片的保留时段t1，将保留时段t1与簇切片许可信息一起发送到chv，每次数据传输完成后，t1减1，当t1达到零时，chv将向rsu申请分配新的簇切片；

19、当cmv加入簇后，与chv建立传输链路，chv选择v2i切片，chv利用v2i切片通过v2i链路与rsu交换数据，设置v2i切片的保留时段t2，每次数据传输完成后，t2减1，当t2达到零时，chv重新选择v2i切片；

20、在完成cmv侧的子切片检测后，cmv选择v2v切片，设置v2v切片的保留时段t3，将v2v切片的选择信息和保留时段t3信息上传到chv，每次数据传输完成后，t3减1，当t3达到零时，cmv检查保留的v2v切片资源是否合适，根据检查结果确定是继续使用相同的v2v切片资源还是以概率pk或pr重新选择新的v2v切片资源:

21、

22、其中p是0和0.8之间的概率。

23、优选地，所述的利用改进的aoi模型分别从安全关键和交通效率交通方面分析所述车联网网络的可信性，包括：

24、利用信息新鲜度aoi值表示自信息从发送端车辆发出，直至被接收端车辆接收并完成信息处理期间所经历的时间，aoi值越大代表了越差的信息传输性能；利用不同斜率的两条aoi曲线分别表示安全关键信息与交通效率信息的aoi数值，两条aoi曲线分别绘制在正y轴和负y轴上，y轴表示aoi值，两条aoi曲线组成圣诞树模型的闭合图，通过两个aoi曲线与x轴围成的面积表示安全关键信息与交通效率信息的可信性，通过整体aoi、均值aoi、峰值aoi完成对安全关键信息与交通效率信息可信性的综合分析；

25、通过对安全关键信息与交通效率信息可信性的综合分析分析完成对车联网网络可信性的分析与优化。

26、优选地，所述的方法还包括：

27、城市交通系统中物联网的系统aoi状态如下：

28、

29、

30、pi[n]表示与来自发送方的时间戳tn相关联的数据，aoii[n]表示第i辆车在第n个通信周期内的aoi数值，t代表时间，t′n-1代表第n-1个通信周期内，数据包被捕获处理的时间点，t′n代表第n个通信周期内，数据包被捕获处理的时间点，tn代表第n个通信周期开始的时间点，pi[n]代表了第i辆车在第n个通信周期内发送的数据包；

31、在一个区间(0，t)内，aoii的平均值表示如下：

32、

33、在数据传输期间，峰值aoi对应于用户处理数据之前的最大aoi，峰值aoi由下式给出：

34、

35、其中xn＝tn-tn-1表示分组发送间隔，yn＝t′n-tn表示数据包发送和处理之间的等待时间。

36、优选地，所述的方法还包括：

37、通过异步强化学习算法a3c为网络切片和切片保留时间提供合适的策略来优化系统aoi，在城市交通系统的iov中，车辆的动作由下式决定：

38、a(t)＝{ares(t),asel(t),aslic(t)}   (18)

39、其中ares(t)＝[2,3,…,20]表示子片保留持续时间，asel(t)∈[0,1]是子片选择结果，其中asel(t)＝1表示cmv仍然使用当前子片，而0表示cmv开始子片重置过程，asel(t)∈[g,b,m]是切片检查结果，其中g,b,m表示切片的良好、中等和不良结果；

40、基于a3c算法车辆状态定义为：

41、

42、其中，pos(t)是cmv在时间t的实时物理位置，sclu(t)为cmv的簇状态，表示cmv的相关chv，sslic(t)表示cmv切片状态，表示保留切片，sres-i(t),sres-v(t)∈[t,f]是v2i切片和v2v切片的切片保留状态，f表示切片保留周期不为0,t表示切片保留期达到0，μv2v(t),μv2i(t)∈[g,b,m]是v2i切片和v2v切片的切片检查状态，其中g,b,m表示切片的良好、中等和不良状态，σv2v(t),σv2i(t)∈[s,d]包含v2v和v2i切片的切片复位状态，s表示相同的片将用于传输安全相关数据，d表示片选择过程将重新启动；

43、对于(19)中的车辆状态s(t)和(18)中的生成动作a(t)，到下一状态s(t+1)的状态转移概率写为：

44、p{s(t+1)∣s(t),a(t)}＝p{pos(t+1)∣pos(t)}×p{sclu(t+1)∣sclu(t)}×p{sslic(t+1)∣sslic(t)}×p{sres-i(t+1)∣sres-i(t)}×p{sres-v(t+1)∣sres-v(t)}×p{μv2v(t+1)∣μv2v(t)}×p{μv2i(t+1)∣μv2i(t)}×p{σv2v(t+1)∣σv2v(t)}×p{σv2i(t+1)∣σv2i(t)} (20)

45、其中p{pos(t+1)∣pos(t)}是cmv物理位置的转移概率，p{sclu(t+1)∣sclu(t)}是cmvs簇状态的转移概率，p{sslic(t+1)∣sslic(t)}是cmvs切片状态的转移概率，p{sres-i(t+1)∣sres-i(t)}和p{sres-v(t+1)∣sres-v(t)}分别是v2i切片和v2v切片的切片保留状态的转移概率，p{μv2v(t+1)∣μv2v(t)}和p{μv2i(t+1)∣μv2i(t)}分别是v2v和v2i切片质量状态的转移概率，p{σv2v(t+1)∣σv2v(t)}和p{σv2i(t+1)∣σv2i(t)}分别是v2v和v2i切片的切片复位状态的转移概率。

46、由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例方法建立了具有网络切片的车联网分簇简化模型，以分析城市交通系统中的不同数据传输流量。本发明首先提出了城市交通系统中，车联网自适应网络切片组网方案。通过网络切片，可以从车联网网络的专用硬件虚拟化不同的资源，而不会出现任何互操作性和兼容性问题，从而增强了物联网系统的灵活性和可编程性。

47、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。