【摘 要】
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在轨道交通行业业务和应用日渐多元化的当下,构建轨道交通物联网(Internet of Things,IoT)是支持轨道交通数智化发展的有效手段。然而,专建专享的行业专网成本高昂、资源受限,难以满足轨道交通IoT新兴业务的需求;引入公网专用的概念,借助5G公网能力和资源隔离技术,能够为轨道交通IoT应用提供充足的网络能力。而使用开放的5G公网承载高安全需求的轨道交通IoT业务,必须保障整个系统的安全
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在轨道交通行业业务和应用日渐多元化的当下,构建轨道交通物联网(Internet of Things,IoT)是支持轨道交通数智化发展的有效手段。然而,专建专享的行业专网成本高昂、资源受限,难以满足轨道交通IoT新兴业务的需求;引入公网专用的概念,借助5G公网能力和资源隔离技术,能够为轨道交通IoT应用提供充足的网络能力。而使用开放的5G公网承载高安全需求的轨道交通IoT业务,必须保障整个系统的安全可信,包括数据安全和节点可信。本文针对轨道交通公网专用IoT场景,以实现数据安全和节点可信为目标,结合边缘计算(Mobile Edge Computing,MEC)、区块链和零信任网络等技术理论,采用系统架构设计、资源联合智能调度、仿真验证及对比分析等方法,进行了安全可信机制研究。本文主要的创新工作如下:(1)针对轨道交通IoT应用的数据安全问题,提出了基于边缘算力网络的数据安全处理机制,设计了资源联合调度方案,在有效保护隐私数据的同时提升了系统能量效率。首先,设计公网专用的系统架构,基于多MEC所构成的边缘算力网络,实现了隐私数据不出场;其次,针对IoT设备能量受限特性,以最大化系统能量效率为目标,考虑计算时延、设备功率、服务器算力和任务完整性构建优化问题,使用最优化方法求解优化问题,并借助深度神经网络(Deep Neural Network,DNN)实现资源的智能预调度;最后,仿真结果表明本方案能够实现高能效的数据安全处理。(2)针对公网专用IoT应用的节点可信问题,构建了基于区块链的零信任可信模型,设计了公网MEC服务的信誉评估机制,提出了双向身份认证流程,在提升身份认证效率的同时实现了公网服务的有效监管。首先,借助区块链和默克尔树结构,提出网络中各方多维度身份信息的分布式的高效存储方案,在消除单点故障、提升数据更新效率、节约网络传输开销的同时,提高了用于身份认证的数据可信度;其次,设计针对公网MEC服务的信誉值评估机制,实现了MEC服务的有效监管,提高了公网MEC服务器的节点可信度;然后,利用零信任模型,提出双向身份认证协议,降低了轨道交通IoT系统中潜在的横向攻击和纵向攻击威胁;最后,仿真分析结果说明,本方案在提升节点可信度方面具有积极效果。
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