Tez No	İndirme	Tez Künye	Durumu
456328		Visible light communication assisted secure and efficient architecture for autonomous platoon / Görünür ışık ile iletişim destekli güvenli ve verimli otonom taşıt grubu mimarisi Yazar:SEYHAN UÇAR Danışman: DOÇ. DR. SİNEM ÇÖLERİ ERGEN ; DOÇ. DR. ÖZNUR ÖZKASAP Yer Bilgisi: Koç Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar Bilimleri ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı Konu:Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control Dizin:Dağıtık bilgisayar sistemi = Distributed computer system ; Grup iletişimi = Group communication ; Hareketli iletişim = Mobile communication ; Kablosuz iletişim = Wireless communication ; Veri iletişimi = Data communication	Onaylandı Doktora İngilizce 2017 120 s.
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.
Autonomous vehicles use a variety of sensors together with advanced software to drive without any human input. Autonomous vehicle platoon is an enhancement of autonomous behaviour where vehicles are organized into groups of close proximity through wireless communication with the goal of improving traffic throughput, transportation safety, fuel consumption and emissions. The chain of platoons that follow each other, on the other hand, refer to multiplatoon. Autonomous platoon and multiplatoon systems mostly adopt the current dominant vehicular radio frequency (RF) technology, IEEE 802.11p (DSRC), for communication among vehicles. However, DSRC suffers from problems of performance degradation due to congestion, the scarcity of RF and security. Visible Light Communication (VLC) is a recently proposed alternative communication technology with the potential of addressing problems by exploiting the directivity and impermeability of light. However, utilizing only VLC in vehicle platoon may degrade platoon stability since VLC is sensitive to environmental effects, i.e. fog, and might have short-term unreachability due to the increase in the inter-vehicle distance and/or loss of line-of-sight on a curvy road. In this thesis, hybrid usage of DSRC and VLC is investigated to achieve secure and efficient architecture for the vehicular platoons. First, we experimentally analyze the characteristics of vehicular VLC in different scenarios including single and dual channel data transmission considering various light dimming level and bearing angle of values with the goal of determining the usage limitation of VLC in the vehicular environment. We demonstrate that state of the art Lambertian radiation pattern does not represent the automotive light emitting diode (LED) radiation pattern accurately. Dual channel usage increases the angular limitation by up to 10\degree ~compared to the single channel VLC and dimming is a key parameter in VLC, which affects data dissemination and received power signal strength. Second, we propose an DSRC and VLC based hybrid security protocol for platoon communication, namely SP-VLC, with the goal of ensuring platoon stability and securing platoon maneuvers under data packet forgery, data packet replay, fake maneuver packet and jamming attacks. We define platoon maneuver attack based on the identification of various scenarios where a fake maneuver request packet or a fake maneuver response packet is transmitted by a malicious actor on the road side. SP-VLC includes mechanisms for secret key establishment and periodic update via VLC to ensure the participation of only the target vehicle in communication; authentication using of message authentication code to ensure the packet integrity; data transmission over both DSRC and VLC incorporating the encryption and decryption of the packets using the secret key generated between consecutive platoon members to exploit the complementary propagation characteristics of data transmission; jamming detection and reaction to switch to VLC only communication based on packet reception characteristics; and secure platoon maneuvering based on the joint usage of DSRC and VLC. We demonstrate the functionality of the proposed SP-VLC protocol under all possible security attacks by both providing a detailed analysis and performing extensive simulations. We develop a simulation platform combining realistic vehicle mobility model, realistic VLC and DSRC channel models and vehicle platoon management and demonstrate that SP-VLC protocol generates less than 0.1\% difference in the speed and distance variation of platoon members during attacks in comparison to 25\% and 10\% in that of previously proposed DSRC and DSRC-VLC hybrid protocols, respectively. Third, we propose a DSRC and VLC based safety message dissemination protocol for multiplatoon to satisfy the hard delay and high packet delivery ratio constraints of the safety application under application level data traffic. Vehicles utilize VLC for safety message dissemination within the platoon when the multiplatoon has high vehicle density leading to high medium contention. DSRC is adopted for platoon based data dissemination when VLC is disconnected within the dissemination distance. We demonstrate that the proposed hybrid protocol improves both packet delivery ratio and delay by limiting the contention to the line-of-sight vehicles.