本發(fā)明屬于車輛編隊(duì)安全控制，尤其涉及一種防御竊聽攻擊的車輛編隊(duì)行駛控制方法。

背景技術(shù)：

1、隨著通信技術(shù)的發(fā)展，車間通信保證了狀態(tài)信息在車輛之間實(shí)時(shí)共享，使得車輛根據(jù)相鄰車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及時(shí)改變自身狀態(tài)，從而使整個(gè)車隊(duì)形成穩(wěn)定的編隊(duì)，有助于提高道路通行能力與通行效率、節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境。然而，共享的信息包括敏感信息，如領(lǐng)航者的軌跡。開放的通信環(huán)境下，竊聽者通過(guò)竊聽通信信道，可以非法的獲取敏感信息，破壞編隊(duì)任務(wù)的順利完成，甚至威脅駕駛員人身安全。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，申請(qǐng)?zhí)枮閏n201910294303.1，名稱為“一種基于隱私保護(hù)的車輛編隊(duì)評(píng)價(jià)方法”的專利提出了一種方案，該方案通過(guò)雙線性映射保證信息的真實(shí)性，通過(guò)同態(tài)加密算法和時(shí)間戳保護(hù)車輛信任值的不可篡改性，通過(guò)可過(guò)濾真值計(jì)算車輛的信任值，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛編隊(duì)的安全評(píng)價(jià)。但該方法僅對(duì)編隊(duì)車輛行為進(jìn)行安全評(píng)價(jià)，沒有保護(hù)傳輸信息的隱私性。而編隊(duì)車輛數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_放通信環(huán)境使竊聽者容易獲取車輛狀態(tài)并進(jìn)一步破壞編隊(duì)任務(wù)的完成。此外，申請(qǐng)?zhí)枮閏n202410140826.1，名稱為“一種基于遠(yuǎn)程駕駛的車輛編隊(duì)安全監(jiān)控系統(tǒng)”的專利提出了一種方案，該方案通過(guò)監(jiān)控中心對(duì)車輛編隊(duì)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控與管理，對(duì)異常情況進(jìn)行預(yù)警與處理。該方法提高了編隊(duì)駕駛的安全性，但沒有為數(shù)據(jù)的隱私安全提供保護(hù)。

3、綜上所述，如何設(shè)計(jì)一種具有實(shí)際的工程運(yùn)用價(jià)值、輕量化、計(jì)算復(fù)雜度低且能有效防御竊聽攻擊推斷車輛狀態(tài)的編隊(duì)控制通信協(xié)議，保護(hù)車主隱私，成為亟待解決的難點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決竊聽攻擊對(duì)車輛編隊(duì)任務(wù)帶來(lái)的威脅，本發(fā)明提供了一種防御竊聽攻擊的車輛編隊(duì)行駛控制方法。

2、技術(shù)方案：本發(fā)明公開了一種防御竊聽攻擊的車輛編隊(duì)行駛控制方法，包括步驟：

3、(1)初始化n輛車輛編隊(duì)行駛?cè)蝿?wù)，設(shè)置車輛隊(duì)伍最前方的車輛為領(lǐng)航車，編號(hào)為0，領(lǐng)航車前進(jìn)的方向?yàn)榫庩?duì)的行駛方向；設(shè)置車輛隊(duì)伍中的其他車輛為跟隨車，編號(hào)為{1,...,(n-1)}；領(lǐng)航車分別與每一輛跟隨車建立通信連接，每一輛跟隨車還分別與其前后方的相鄰車輛通信。

4、(2)建立加權(quán)有向圖g(v,e,a)表示車輛編隊(duì)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及車輛之間的通信關(guān)系，v＝{v1,v2,...,vn}表示網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)集，每個(gè)節(jié)點(diǎn)代表編隊(duì)中一輛車輛，表示邊集，a＝[aij]n×n表示圖g的鄰接矩陣；

5、(3)選取車輛的位置和速度作為系統(tǒng)狀態(tài)，建立領(lǐng)航車與跟隨車的二階車輛動(dòng)力學(xué)模型，從所述系統(tǒng)狀態(tài)中提取狀態(tài)信息，添加模糊向量和隨機(jī)噪聲，并根據(jù)車輛間的通信關(guān)系，周期性地交換所述狀態(tài)信息；

6、(4)跟隨車基于自身狀態(tài)與接收到來(lái)自領(lǐng)航車和相鄰車輛的狀態(tài)信息，設(shè)計(jì)編隊(duì)控制通信協(xié)議，使跟隨車與領(lǐng)航車達(dá)到相同的速度且編隊(duì)車輛間保持相同的安全車距。

7、進(jìn)一步的，步驟(2)所述的鄰接矩陣a＝[aij]n×n在滿足條件i≠j且(i,j)∈e時(shí)，aij＝1，否則aij＝0。

8、進(jìn)一步的，步驟(3)所述的添加模糊向量，具體為：

9、在編隊(duì)控制過(guò)程中的第k個(gè)采樣周期，領(lǐng)航車隨機(jī)生成n-1個(gè)二維向量δj＝[δ1,j,δ2,j]t，(j∈{1,2,...,n-1})，使得對(duì)于i＝1,2，都有成立；

10、領(lǐng)航車向編隊(duì)中的1號(hào)跟隨車輛發(fā)送數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包的信息包括領(lǐng)航車被向量δ1模糊后的虛假狀態(tài)信息；

11、向編隊(duì)中的n∈{2,...,n-1}號(hào)跟隨車輛發(fā)送數(shù)據(jù)包，其中包括領(lǐng)航車被向量δn模糊后的虛假狀態(tài)信息，以及添加到(n-1)號(hào)車的模糊向量δn-1。

12、進(jìn)一步的，領(lǐng)航車向1號(hào)車發(fā)送的數(shù)據(jù)包為其中表示在第k個(gè)采樣周期領(lǐng)航車被向量δ1模糊后的虛假位置和速度，并將其傳輸給1號(hào)跟隨車；

13、領(lǐng)航車向n∈{2,...,n-1}號(hào)車輛發(fā)送的數(shù)據(jù)包為其中[δ1,n-1,δ2,n-1]t表示領(lǐng)航車添加到n-1號(hào)車輛的模糊向量，表示領(lǐng)航車傳輸給n號(hào)車輛的虛假位置和速度信息，計(jì)算公式為：

14、

15、第(n-1)輛車接收到來(lái)自第n輛車，添加模糊向量后的狀態(tài)信息，表示為：

16、

17、進(jìn)一步的，步驟(3)所述的添加隨機(jī)噪聲，具體為：

18、第(n-1),n∈{2,...,n-1}輛車生成隨機(jī)噪聲ωn-1(k)＝[ω1,n-1(k),ω2,n-1(k)]t，向n號(hào)車發(fā)送添加隨機(jī)噪聲ωn-1(k)后的虛假位置和速度信息，并接收來(lái)自n號(hào)車輛的數(shù)據(jù)包，該數(shù)據(jù)包包括被-δn-1模糊后的n號(hào)車輛狀態(tài)信息。

19、進(jìn)一步的，第(n-1)輛車隨機(jī)生成的噪聲信號(hào)表示為：

20、

21、

22、其中，隨機(jī)變量vn-1(k)，服從均值為0，方差為1的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，且集合{vn-1(k)}n＝2,...,n-1；k＝0,1,2，...和中的這些變量聯(lián)合獨(dú)立，0<μ1<1，0<μ2<1對(duì)所有的車輛均成立；

23、第(n-1)輛車發(fā)送給第n輛車添加隨機(jī)噪聲后的狀態(tài)信息表示為

24、

25、

26、進(jìn)一步的，步驟(3)所述的領(lǐng)航車的二階動(dòng)力學(xué)模型表示為：

27、

28、式中x0(k)表示領(lǐng)航車的位置，v0(k)表示領(lǐng)航車的速度，u0(k)表示控制輸入；

29、第j,j∈{1,...,n-1}輛跟隨車的二階動(dòng)力學(xué)模型表示為：

30、

31、式中xj(k)，vj(k)，uj(k)分別表示第j輛跟隨車的位置、速度和控制輸入；

32、車輛編隊(duì)任務(wù)目標(biāo)是跟隨車以和領(lǐng)航車相同的速度行駛，且編隊(duì)中的車輛保持相同的安全車距，描述為：

33、

34、式中r表示相鄰兩車間的安全車距，d表示車身長(zhǎng)度。

35、進(jìn)一步的，步驟(4)所述設(shè)計(jì)編隊(duì)控制通信協(xié)議，具體為：

36、(4.1)定義在第k個(gè)采樣周期，車輛n與車輛(n-1)之間的位置誤差△xn(k)、速度誤差△vn(k)，表示為：

37、

38、

39、(4.2)定義竊聽者竊取傳輸數(shù)據(jù)后推斷的位置誤差與速度誤差表示為：

40、

41、

42、(4.3)設(shè)計(jì)編隊(duì)控制通信協(xié)議為：

43、

44、

45、v(hn-1,n(k)＝v1+v2?tanh(c1hn-1,n(k)-c2)

46、

47、其中α,β,κ,λ,p,q,η,γ,v1,v2,c1,c2為控制參數(shù)；rn-1,n表示車輛n-1與n之間期望的車距，有rn-1,n＝-rn,n-1；rn表示領(lǐng)航車與車輛n之間的期望距離；kn表示車輛n與領(lǐng)航車之間的通信鏈路，有連接時(shí)，取值為1，否則為0；表示車輛n-1與n之間的偽車距；γ＝(κ/α)kn，為模糊向量增益；tanh(·)表示雙曲正切函數(shù)；θn表示第n輛車電子油門的輸入，即油門開度；c,b是表示電子油門開度和車輛加速度關(guān)系的系統(tǒng)參數(shù)。

48、進(jìn)一步的，所述電子油門的開度大小和車輛的加速度an(k)有關(guān)，車輛n電子油門的開度隨車速變化的動(dòng)態(tài)方程表示為：

49、an(k)＝-b(vn(k)-v0)+c(θn(k)-θ0)+dn

50、其中v0表示油門輸入為θ0時(shí)對(duì)應(yīng)的穩(wěn)態(tài)速度，dn表示擾動(dòng)。

51、進(jìn)一步的，所述設(shè)計(jì)編隊(duì)控制通信協(xié)議，令k＝k+1，重復(fù)步驟(4.1)至(4.3)，直到位置誤差與速度誤差趨于0。

52、本發(fā)明為防御車輛編隊(duì)控制過(guò)程中的竊聽攻擊，保證編隊(duì)傳輸信息的安全性，設(shè)計(jì)了一種保證數(shù)據(jù)隱私的編隊(duì)控制通信協(xié)議。領(lǐng)航車向跟隨車發(fā)送自身信息的過(guò)程中，添加模糊向量，保護(hù)自身狀態(tài)不被竊聽者非法獲??；為了保證編隊(duì)任務(wù)的完成，將添加到n-1號(hào)車輛的模糊向量δn-1傳輸給n號(hào)跟隨車。并在n號(hào)跟隨車傳輸自身狀態(tài)給n-1號(hào)車的過(guò)程中，添加模糊向量δn-1。n-1號(hào)車傳輸自身狀態(tài)給n號(hào)跟隨車的過(guò)程中，添加模糊向量ωn-1保護(hù)自身狀態(tài)不被竊取，有效的實(shí)現(xiàn)車輛編隊(duì)過(guò)程中，車輛隱私信息的安全性，為車輛編隊(duì)的信息安全性提供了一種新的編隊(duì)控制通信協(xié)議。