Platform for efficient and secure data collection and exploitation in intelligent vehicular networks
Platforme pour la collecte et l'exploitation efficaces et sécurisées de données dans les réseaux véhiculaires intelligents
Résumé
Nowadays, automotive area is witnessing a tremendous evolution due to the increasing growth in communication technologies, environmental sensing & perception aptitudes, and storage & processing capacities that we can find in recent vehicles. Indeed, a car is being a kind of intelligent mobile agent able to perceive its environment, sense and process data using on-board systems and interact with other vehicles or existing infrastructure. These advancements stimulate the development of several kinds of applications to enhance driving safety and efficiency and make traveling more comfortable. However, developing such advanced applications relies heavily on the quality of the data and therefore can be realized only with the help of a secure data collection and efficient data treatment and analysis. Data collection in a vehicular network has been always a real challenge due to the specific characteristics of these highly dynamic networks (frequent changing topology, vehicles speed and frequent fragmentation), which lead to opportunistic and non long lasting communications. Security, remains another weak aspect in these wireless networks since they are by nature vulnerable to various kinds of attacks aiming to falsify collected data and affect their integrity. Furthermore, collected data are not understandable by themselves and could not be interpreted and understood if directly shown to a driver or sent to other nodes in the network. They should be treated and analyzed to extract meaningful features and information to develop reliable applications. In addition, developed applications always have different requirements regarding quality of service (QoS). Several research investigations and projects have been conducted to overcome the aforementioned challenges. However, they still did not meet perfection and suffer from some weaknesses. For this reason, we focus our efforts during this thesis to develop a platform for a secure and efficient data collection and exploitation to provide vehicular network users with efficient applications to ease their travel with protected and available connectivity. Therefore, we first propose a solution to deploy an optimized number of data harvesters to collect data from an urban area. Then, we propose a new secure intersection based routing protocol to relay data to a destination in a secure manner based on a monitoring architecture able to detect and evict malicious vehicles. This protocol is after that enhanced with a new intrusion detection and prevention mechanism to decrease the vulnerability window and detect attackers before they persist their attacks using Kalman filter. In a second part of this thesis, we concentrate on the exploitation of collected data by developing an application able to calculate the most economic itinerary in a refined manner for drivers and fleet management companies. This solution is based on several information that may affect fuel consumption, which are provided by vehicles and other sources in Internet accessible via specific APIs, and targets to economize money and time. Finally, a spatio-temporal mechanism allowing to choose the best available communication medium is developed. This latter is based on fuzzy logic to assess a smooth and seamless handover, and considers collected information from the network, users and applications to preserve high quality of service.
De nos jours, la filiale automobile connait une évolution énorme en raison de la croissance évolutive des technologies de communication, des aptitudes de détection et de perception de l’environnement, et des capacités de stockage et de traitement présentes dans les véhicules. En effet, une voiture est devenue une sorte d'agent mobile capable de percevoir son environnement et d’en collecter des informations, de communiquer avec les autres véhicules ou infrastructures présentes sur la route, et de traiter les données collectées. Ces progrès stimulent le développement de plusieurs types d'applications qui vont permettre d'améliorer la sécurité et l'efficacité de conduite et de rendre le voyage des automobilistes plus confortable. Cependant, ce développement repose beaucoup sur les données collectées et donc ne pourra se faire que via une collecte sécurisée et un traitement efficace de ces données détectées. La collecte de données dans un réseau véhiculaire a toujours été un véritable défi en raison des caractéristiques spécifiques de ces réseaux fortement dynamiques (changement fréquent de topologie, vitesse élevée des véhicules et fragmentation fréquente du réseau), qui conduisent à des communications opportunistes et non durables. L'aspect sécurité, reste un autre maillon faible de ces réseaux sans fils vu qu'ils sont par nature vulnérables à diverses types d'attaques visant à falsifier les données recueillies et affecter leur intégrité. En outre, les données recueillies ne sont pas compréhensibles par eux-mêmes et ne peuvent pas être interprétées et comprises si montrées directement à un conducteur ou envoyées à d'autres nœuds dans le réseau. Elles doivent être traitées et analysées pour extraire les caractéristiques significatives et informations pour développer des applications utiles et fiables. En plus, les applications développées ont toujours des exigences différentes en matière de qualité de service (QdS). Plusieurs travaux de recherche et projets ont été menées pour surmonter les défis susmentionnés. Néanmoins, ils n'ont pas abouti à la perfection et souffrent encore de certaines faiblesses. Pour cette raison, nous focalisons nos efforts durant cette thèse au développement d’une plateforme de collecte efficace et sécurisée de données dans un réseau de véhicules ainsi que l’exploitation de ces données par des applications améliorant le voyage des automobilistes et la connectivité des véhicules. Pour ce faire, nous proposons une première solution visant à déployer de manière optimale des véhicules, qui auront la tâche de recueillir des données, dans une zone urbaine. Ensuite, nous proposons un nouveau protocole de routage sécurisé permettant de relayer les données collectées vers une destination en se basant sur un système de détection et d'expulsion des véhicules malveillants. Ce protocole est par la suite amélioré avec un nouveau mécanisme de prévention d'intrusion permettant de détecter des attaquants au préalable en utilisant les filtres de Kalman. En deuxième partie de thèse, nous nous sommes concentré sur l’exploitation de ces données en développant une première application capable de calculer de manière fine l’itinéraire le plus économique pour les automobilistes ou tout gestionnaire de flottes de véhicules. Cette solution est basée sur les données influents sur la consommation de carburant et collectées à partir des véhicules eux mêmes et aussi d’autres sources d’informations dans l’Internet et accessibles via des API spécifiques. Enfin, un mécanisme spatio-temporel permettant de choisir le meilleur médium de communication disponible a été développé. Ce dernier est basé sur la logique floue et considère les informations recueillies sur les réseaux, les utilisateurs et les applications pour préserver de meilleure qualité de service.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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