Visible light communication assisted secure and efficient architecture for autonomous platoon

Otonom taşıtlar bir çok sensörü birlikte kullanarak ileri yazılım sistemleri tarafından insan girdisi olmaksızın seyahat etmektedir. Otonom taşıt grupları otonom davranışın gelişmiş hali olup, taşıtların kablosuz iletişim vasıtası ile yakın mesafelerde trafik verimliliğini, seyahat güvenliğini, yakıt tüketimini ve gaz emisyonunu iyileştimeyi hedeflemektedir. Diğer taraftan, birbirini takip eden otonom taşıt grupları çoklu otonom taşıt grupları olarak bilinmektedir. Otonom taşıt grupları ve çoklu otonom taşıt grupları yürürlükte olan radyo frekans (RF) bazlı IEEE 802.11p'yi (DSRC) taşıtlar arası iletişim için kullanmaktadır. Fakat, DSRC tıkanıklık kaynaklı başarım verim kaybı, RF kıtlığı ve güvenlik gibi problemlerden olumsuz yönde etkilenmektedir. Görünür Işık ile İletişim (VLC) oldukça yeni bir alternatif teknoloji olup, ışık yönlülük ve geçirmezlik özellikleri ile DSRC problemlerini hedeflemekte ümit vadetmektedir. Fakat, otonom taşıt gruplarında VLC kullanımı VLC'nin dış ortam koşullarına duyarlılığı örneğin sis, taşıtlar arası uzaklık ve/veya virajlı yol kaynaklı kısa süreli iletişim kesintileri nedeni ile otonom taşıt grubu kararlılığını sekteye uğratmaktadır. Bu tez kapsamında melez DSRC ve VLC kullanım temelli güvenli ve verimli iletişim yapılarına odaklanmaktayız. İlk olarak, VLC iletişim sınırlarını belirleyebilmek için taşıtsal VLC iletişim nitelikleri deneysel olarak tekil ve ikili kanal bazlı veri iletimi halinde olacak şekilde değişken ışık karartma düzeyleri ve açılarında taşıtsal ortamda analiz edilmiştir. Yapılan deneysel çalışma Lambertian ışınım modelinin hızlı anahtarlama diyot içeren lamba (LED) ışınım modelini doğru bir şekilde yansıtmadığını, ikili kanal kullanımının açısal sınırı tekil kanal veri iletimine göre 10 derece arttırdığını ve ışık karartma seviyesinin VLC veri iletimini ve ölçümlenen sinyal gücünü etkilediği gösterilmiştir. İkinci olarak, veri çarpıtma, veri yeniden gönderme, sahte grup manevra paketi oluşturma ve sinyal boğma saldırıları altında otonom taşıt grubu kararlılığı ve güvenli grup manevraları sağlanması için melez DSRC ve VLC temelli, SP-VLC isimli güvenlik protokolü önermekteyiz. Farklı senaryolarda sahte grup isteği ve sahte grup yanıtı veri paketlerinin yol kenarında varsayılan saldırgan tarafından gönderildiği sahte otonom grup manevra saldırısı tanımlanmıştır. SP-VLC sadece hedeflenen taşıt ile iletişim için gizli anahtar oluşturumu ve VLC ile peryodik anahtar güncellemesi, mesaj aslıyla aynılık kodu kullanımı ile paket bozulmamışlığı ve aslıyla aynılık kanıtlanımı, ardışık taşıtlar arasında oluşturulan gizli anahtar ile şifrelenen ve çözülen verinin DSR ve VLC tümleyici nitelikleri kullanımı ile iletilmesi, paket alınım nitelikleri temelli sinyal boğma saldırısı saptanımı ve sadece VLC ile iletişime geçiş ve ortak DSRC ve VLC kullanımı ile güvenli otonom taşıt grubu manevra gerçeklenim süreçlerini içermektedir. Önerilen SP-VLC protokol işlevselliği detaylı analizler yapılarak var olan tüm saldırılar altında gösterilmiştir. Gerçekçi taşıt devinimlik, VLC ve DSRC kanal modelleri ve otonom taşıt grubu yönetimi kullanılarak simülasyon platformu geliştirilmiş, daha önce önerilen ve otonom taşıt grubu üyeleri arasında hız ve uzaklık değişiminin sırası ile 25% ve 10% olduğu DSRC ve DSRC-VLC melez yönetim protokollerine göre SP-VLC otonom grup üyeleri arasında 0.1%'den az hız ve uzaklık değişimi ile grup kararlılığını sağlamıştır. Üçüncü olarak, uygulama katmanı veri trafiği altında gecikme süresi ve veri paketi dağıtım yüzdesi gereksinimlerini sağlamak için DSRC ve VLC temelli çoklu otonom taşıt grubu veri iletim protokolü önermekteyiz. Taşıt yoğunluğun yüksek ve kanal tıkanıklığına neden olduğu çoklu otonom taşıt gruplarında grup üyeleri veri iletimi için VLC kullanmaktadır. Önerilen melez veri iletim protokolünün kanal erişim çekişmesini görüş açısında bulunan taşıtlara kısıtlayarak veri paketi dağıtım yüzdesini ve gecikme süresini iyileştirdiği gösterilmiştir.