Contribution to the Intelligent Transportation System : security of Safety Applications in Vehicle Ad hoc Networks
Contribution aux systèmes de transport intelligents : sécurité des applications de sureté dans les réseaux de véhicules ad hoc
Résumé
The development of transportation all over the world has been providing a lot of benefits for many aspects of human life. Intelligent Transportation Systems (ITS) are advanced applications that aim to make the transport networks safer, more convenient and smarter. According to their usages, they can be classified into two types of ITS applications, which are safety applications and non-safety applications. Vehicular ad hoc network (VANET) is a key component of ITS since it enables communications among transportation units. These communications support different ITS applications with various properties. Between two types of applications, we are interested in safety applications which have tighter quality and security constraints. Depending on an applied scenario of a given safety application, the exchanged information among vehicles must be broadcast locally within one-hop communication and/or also be notified to vehicles in large range. The main objective of this thesis is to improve the performance of safety applications in term of the quality of service and security, in both one-hop communication and multi-hop communication. We focus on reliability, connectivity and Denial of Services (DoS) attack. We study and propose technical solutions coming from lower layers (Physical, MAC and network layers) which play a fundamental role in mitigation to challenges created by the nature of the vehicular environment. Firstly, we introduce a reliable scheme to achieve the reliability for broadcasting. In our scheme, the safety messages are rebroadcast when the sender is solicited. This increases the percentage of vehicles receiving the messages while duplicated messages are limited. Secondly, with consideration of the fragmentation of the network, we study solutions that overcome the temporary disconnection in the network to bring the safety information to the recipients. Based on the social properties of vehicular networks, we propose a social-based forwarding protocol to support the communication between vehicles to points of interest that provide safety services with looser time constraints, such as search and rescue. Thirdly, we investigate jamming attack, a kind of DoS attacks, which is crucial for safety applications because of the adequate condition of the attack at the lower layers. We model jamming attack on broadcasting in order to study the degradation caused by the attack on network performance. The degradation at a certain level in network performance is an indication of a jamming attack presence in the network; therefore results from this analysis will allow us to determine network performance thresholds to distinguish between normal and attacked scenarios. However, according to our analysis, the method using the degradation as an indication to detect a jamming attack is not feasible for real-time applications. Hence, we propose methods to detect jamming attacks in real-time. Our methods allow real-time detection with high accuracy, not only at the central monitor but also at each vehicle. Therefore, vehicles are noticed about the attack soon enough to recover the communication and react to these attacks.
Le développement du transport partout dans le monde a fourni un grand nombre d'avantages pour de nombreux aspects de la vie humaine. Les systèmes de transport intelligents (ITS) sont des applications avancées qui visent à rendre les réseaux de transport plus sûrs, plus pratiques et plus intelligents. Selon leurs usages, ils peuvent être classés en deux types d'applications ITS, qui sont des applications de sûreté et des applications non-sûreté. Le réseau de véhicules ad hoc (VANET) est un élément clé des systèmes ITS, car il permet la communication entre les unités de transport. Ces communications prennent en charge différentes applications ITS avec différentes propriétés. Parmi les deux types d'applications, nous nous intéressons aux applications de sûreté qui ont des contraintes de qualité de service et des contraintes de sécurité plus strictes. Selon le scénario considéré et l'application de sûreté donnée, les informations échangées entre les véhicules doivent être diffusé localement dans une communication à un seul saut et / ou également notifiées aux véhicules à large dimension. L'objectif principal de cette thèse est d'améliorer les performances des applications de sûreté en termes de qualité de service et de sécurité, à la fois dans une communication à un saut et dans une communication multi-sauts. Nous nous intéressons à la fiabilité, la connectivité et le déni de service (DoS). Nous étudions et proposons des solutions techniques provenant de couches inférieures (Physique, Liaison et Réseaux) qui jouent un rôle fondamental dans l'atténuation des défis créés par la nature de l'environnement des véhicules. Tout d'abord, nous introduisons une nouvelle méthode efficace pour fiabiliser la radiodiffusion. Dans notre système, les messages de sécurité sont rediffusés lorsque l'expéditeur est sollicité. Cela augmente le pourcentage de véhicules qui reçoivent les messages alors que le nombre de messages dupliqués reste limité. En second lieu, en tenant compte de la fragmentation du réseau, nous étudions des solutions qui permettent de pallier la déconnexion temporaire du réseau pour apporter l'information de sécurité aux destinataires. Basé sur les propriétés sociales des réseaux de véhicules, nous proposons un protocole de transfert basé sur des relations sociales pour relayer la communication entre les véhicules et des points d'intérêt qui fournissent des services de sécurité avec des contraintes de temps plus souples, telles que la recherche et le sauvetage. Troisièmement, nous étudions l'attaque de brouillage, une sorte d'attaques DoS, qui est cruciale pour les applications de sûreté et qui et facilement réalisable au niveau des couches inférieures. Nous modélisons l'attaque de brouillage afin d'étudier la dégradation causée par l'attaque sur les performances du réseau. La dégradation à un certain niveau dans les performances du réseau est une indication de présence d'attaques de brouillage dans le réseau; donc les résultats de cette analyse nous permettent de déterminer les seuils de performance du réseau pour distinguer entre les scénarios normaux et les scénarios attaqués. Toutefois, selon cette analyse, le procédé utilisant la dégradation comme une indication pour détecter une attaque de brouillage est impossible pour des applications temps réel. Par conséquent, nous proposons des nouvelles méthodes afin de détecter les attaques de brouillage temps réel. Nos méthodes permettent la détection en temps réel avec une grande précision, non seulement chez le moniteur central mais aussi au niveau de chaque véhicule. Par conséquent, les véhicules sont avertis sur l'attaque assez tôt pour récupérer la communication et réagir à ces attaques.
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