Published January 1, 2020 | Version v1
Publication Open

A Beamforming Signal-Based Verification Scheme for Data Sharing in 5G Vehicular Networks

  • 1. Thai Nguyen University
  • 2. National Chung Cheng University

Description

Vehicle-to-Everything (V2X) communications are vital for autonomous vehicles to share sensing data about the surrounding environment, particularly in non-line-of-sight (NLOS) areas where the camera and radar systems often perform poorly. However, an insider adversary such as a compromised vehicle can disseminate false sensing data that even a signature scheme cannot counter. Trusting such shared data, the surrounding vehicles may be trapped to react unexpectedly and potentially poses the risk of a fatal crash. In this work, we introduce a prospective cooperative verification scheme to support both the host vehicles and V2X edge applications in validating the truthfulness of sharing data in the fifth-generation (5G) vehicular networks. First, the detection systems at the host vehicle (local detector) and the road-side unit (RSU) (global detector) separately recreate a trajectory of a target vehicle by extracting its status and attributes from the received Cooperative Awareness Messages (CAM). Simultaneously, they also build another trajectory of the vehicle by independently fusing real-time measurement metrics from signal-based positioning. We then perform a Student's t-test to detect any significant differences between the extracted trajectory and the corresponding measured one. Finally, the quantified evidence from the local and global detector tests will be fused through the Dempster-Shafer fusion for the final decision, i.e., whether the target vehicle is trustful. Besides the theoretical analysis of basic limits, we perform extensive evaluations of the work in cases of both sparse and heavy traffic densities. Through the simulation, this work demonstrates its significant effect in terms of detection performance and response time, particularly for detecting Sybil and false data attacks quickly.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تعد الاتصالات بين المركبات وكل شيء (V2X) أمرًا حيويًا للمركبات المستقلة لمشاركة بيانات الاستشعار حول البيئة المحيطة، لا سيما في المناطق غير خط البصر (NLOS) حيث غالبًا ما يكون أداء أنظمة الكاميرا والرادار ضعيفًا. ومع ذلك، يمكن لخصم داخلي مثل مركبة مخترقة نشر بيانات استشعار خاطئة لا يمكن حتى لمخطط التوقيع مواجهتها. مع الثقة في مثل هذه البيانات المشتركة، قد تكون المركبات المحيطة محاصرة للتفاعل بشكل غير متوقع ويحتمل أن تشكل خطر وقوع حادث مميت. في هذا العمل، نقدم مخطط تحقق تعاوني محتمل لدعم كل من المركبات المضيفة وتطبيقات V2X EDGE في التحقق من صحة مشاركة البيانات في شبكات المركبات من الجيل الخامس (5G). أولاً، تقوم أنظمة الكشف في المركبة المضيفة (الكاشف المحلي) ووحدة جانب الطريق (RSU) (الكاشف العالمي) بإعادة إنشاء مسار للمركبة المستهدفة بشكل منفصل عن طريق استخراج حالتها وسماتها من رسائل التوعية التعاونية المستلمة (CAM). في الوقت نفسه، يقومون أيضًا ببناء مسار آخر للمركبة من خلال دمج مقاييس القياس في الوقت الفعلي بشكل مستقل من تحديد المواقع القائم على الإشارة. ثم نجري اختبار t للطالب للكشف عن أي اختلافات كبيرة بين المسار المستخرج والمسار المقاس المقابل. أخيرًا، سيتم دمج الأدلة الكمية من اختبارات الكاشف المحلية والعالمية من خلال دمج Dempster - Shafe للقرار النهائي، أي ما إذا كانت السيارة المستهدفة موثوقة. إلى جانب التحليل النظري للحدود الأساسية، نقوم بإجراء تقييمات شاملة للعمل في حالات الكثافة المرورية المتفرقة والكثيفة. من خلال المحاكاة، يوضح هذا العمل تأثيره الكبير من حيث أداء الكشف ووقت الاستجابة، لا سيما للكشف عن هجمات Sybil وهجمات البيانات الخاطئة بسرعة.

Translated Description (French)

Les communications de véhicule à tout (V2X) sont essentielles pour que les véhicules autonomes partagent des données de détection sur l'environnement, en particulier dans les zones sans visibilité directe (NLOS) où les systèmes de caméra et de radar fonctionnent souvent mal. Cependant, un adversaire interne tel qu'un véhicule compromis peut diffuser de fausses données de détection que même un système de signature ne peut contrer. En faisant confiance à ces données partagées, les véhicules environnants peuvent être piégés pour réagir de manière inattendue et présentent potentiellement le risque d'un accident mortel. Dans ce travail, nous introduisons un programme de vérification coopérative prospective pour soutenir à la fois les véhicules hôtes et les applications V2X Edge dans la validation de la véracité du partage des données dans les réseaux de véhicules de cinquième génération (5G). Tout d'abord, les systèmes de détection au niveau du véhicule hôte (détecteur local) et de l'unité routière (RSU) (détecteur global) recréent séparément une trajectoire d'un véhicule cible en extrayant son statut et ses attributs des messages de sensibilisation coopérative (CAM) reçus. Simultanément, ils construisent également une autre trajectoire du véhicule en fusionnant indépendamment les métriques de mesure en temps réel à partir du positionnement basé sur le signal. Nous effectuons ensuite un test t de Student pour détecter toute différence significative entre la trajectoire extraite et celle mesurée correspondante. Enfin, les preuves quantifiées des tests de détection locaux et mondiaux seront fusionnées par la fusion Dempster-Shafer pour la décision finale, c'est-à-dire si le véhicule cible est fiable. Outre l'analyse théorique des limites de base, nous effectuons des évaluations approfondies du travail dans les cas de densité de trafic faible et importante. Grâce à la simulation, ce travail démontre son effet significatif en termes de performance de détection et de temps de réponse, en particulier pour détecter rapidement les attaques Sybil et les fausses données.

Translated Description (Spanish)

Las comunicaciones de vehículo a todo (V2X) son vitales para que los vehículos autónomos compartan datos de detección sobre el entorno circundante, particularmente en áreas sin línea de visión (nLos) donde los sistemas de cámara y radar a menudo funcionan mal. Sin embargo, un adversario interno, como un vehículo comprometido, puede difundir datos de detección falsos que ni siquiera un esquema de firma puede contrarrestar. Confiando en tales datos compartidos, los vehículos circundantes pueden quedar atrapados para reaccionar inesperadamente y potencialmente plantear el riesgo de un accidente fatal. En este trabajo, presentamos un esquema de verificación cooperativa prospectiva para apoyar tanto a los vehículos anfitriones como a las aplicaciones V2X Edge en la validación de la veracidad del intercambio de datos en las redes vehiculares de quinta generación (5G). Primero, los sistemas de detección en el vehículo anfitrión (detector local) y la unidad de carretera (RSU) (detector global) recrean por separado una trayectoria de un vehículo objetivo extrayendo su estado y atributos de los Mensajes de Conciencia Cooperativa (CAM) recibidos. Simultáneamente, también construyen otra trayectoria del vehículo fusionando de forma independiente las métricas de medición en tiempo real a partir del posicionamiento basado en la señal. A continuación, realizamos una prueba t de Student para detectar cualquier diferencia significativa entre la trayectoria extraída y la medida correspondiente. Finalmente, la evidencia cuantificada de las pruebas de detectores locales y globales se fusionará a través de la fusión Dempster-Shafer para la decisión final, es decir, si el vehículo objetivo es confiable. Además del análisis teórico de los límites básicos, realizamos extensas evaluaciones del trabajo en casos de densidades de tráfico tanto escasas como pesadas. A través de la simulación, este trabajo demuestra su efecto significativo en términos de rendimiento de detección y tiempo de respuesta, particularmente para detectar Sybil y ataques de datos falsos rápidamente.

Files

09268184.pdf.pdf

Files (245 Bytes)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:43ae760b0e8783dbff7e2fa52b0177e4
245 Bytes
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
مخطط تحقق قائم على الإشارة لتشكيل الحزم لمشاركة البيانات في شبكات مركبات الجيل الخامس
Translated title (French)
Un système de vérification basé sur le signal de formation de faisceau pour le partage de données dans les réseaux de véhicules 5G
Translated title (Spanish)
Un esquema de verificación basado en señales de formación de haces para el intercambio de datos en redes vehiculares 5G

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3109042733
DOI
10.1109/access.2020.3040000

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Vietnam

References

  • https://openalex.org/W1520813427
  • https://openalex.org/W180888040
  • https://openalex.org/W1969035815
  • https://openalex.org/W1981677125
  • https://openalex.org/W2053521124
  • https://openalex.org/W2061318694
  • https://openalex.org/W2107008217
  • https://openalex.org/W2144749388
  • https://openalex.org/W2146091262
  • https://openalex.org/W2343568200
  • https://openalex.org/W2539998920
  • https://openalex.org/W2594045169
  • https://openalex.org/W2737024666
  • https://openalex.org/W2776458791
  • https://openalex.org/W2789893592
  • https://openalex.org/W2792045232
  • https://openalex.org/W2805657678
  • https://openalex.org/W2888499187
  • https://openalex.org/W2908265534
  • https://openalex.org/W2913132074
  • https://openalex.org/W2932010921
  • https://openalex.org/W2941605400
  • https://openalex.org/W2946217016
  • https://openalex.org/W2967371873
  • https://openalex.org/W2975666822
  • https://openalex.org/W2980693850
  • https://openalex.org/W2984221606
  • https://openalex.org/W2986305485
  • https://openalex.org/W2993809815
  • https://openalex.org/W3006727493
  • https://openalex.org/W3014294587
  • https://openalex.org/W3015556910
  • https://openalex.org/W3037931769
  • https://openalex.org/W3048060641
  • https://openalex.org/W3081994579
  • https://openalex.org/W3084091615
  • https://openalex.org/W3088388249
  • https://openalex.org/W3099422176
  • https://openalex.org/W3100121400
  • https://openalex.org/W3101766543
  • https://openalex.org/W3105416263
  • https://openalex.org/W3110129244