本技术介绍了一种无人机辅助的物联网设备并发接入与快速切换认证技术。该技术包括无人机与物联网设备簇通过地面网离线注册,引入长期共享密钥和PUF挑战值。在无人机接入验证阶段,利用共享密钥实现安全高效接入。在多簇物联网设备并发接入认证阶段,无人机辅助完成并发接入认证。在设备多簇并发切换认证阶段,基于UAV间共享密钥,实现多簇物联网设备与新无人机的快速安全切换。该技术提高了无人机辅助物联网设备并发接入与切换认证的安全性和效率。
背景技术
随着物联网(IoT,Internet of Things)设备数量的激增,网络基础设施需要依托大量低成本的无线传感器和能量受限的节点,以满足智慧城市、智能农业和工业智能制造等应用的需求。而随着这些应用的普及,对通信系统的要求也在不断提高,包括更高的传输速率和更大的覆盖范围。在这种背景下,无人机(UAV,Unmanned Aircraft Vehicle)因其灵活性和移动性,可扩展网络覆盖,将超出覆盖区域的物联网设备连接至网络,提供高可靠性、高吞吐量和低能耗的绿色通信。尤其是,考虑到未来第六代移动通信系统(6G,SixthGeneration Mobile Communication System)网络将支持数千亿的物联网设备接入,可能会导致信令冲突、关键节点拥塞故障等问题。
为解决此问题,学术界已经提出了较多的群主聚合方案,例如,大量设备的请求消息通过单个群主聚合后统一向接入点转发消息且群主可以向所有成员统一广播响应消息,从而有效减少信令开销。但是,当设备数目过大时,通过单个群主聚合的方案仍然可能导致信令冲突以及群主拥塞故障等问题。为确保这些超海量设备均可以通过UAV接入地面网,已有学者提出采用集群簇划分的原则,存在多个簇,每个簇中有大量簇成员且存在一个簇头可以聚合转发簇内的消息,不同簇可以同时通过正交频分多址等协议接入正交子信道,使得UAV可以同时辅助多个物联网设备簇接入地面网。但是,UAV辅助多簇物联网设备通信模型面临诸多的安全和性能挑战。首先,由于物联网设备与UAV之间、UAV与地面网间均是通过不安全的空口信道进行连接,易遭受窃听攻击、伪造攻击、中间人攻击等威胁。其次,由于物联网设备通常具有较弱的计算能力和存储能力,无法部署较为复杂的密码学算法。同时,物联网设备往往被部署在无人值守地区,如郊区、偏远地区等,易被攻击者攻陷。此外,当多个物联网设备簇中的超海量设备同时接入UAV,且各自执行单独的认证机制可能会产生较大的信令开销,甚至导致信令冲突、关键节点拥塞故障等问题。最后,由于UAV续航能力差且易于故障等特点,单一UAV无法保证网络服务的连续性,可采用新UAV替换旧UAV,因此需要考虑物联网设备与新旧UAV之间的切换机制。
综上所述,研究安全高效的UAV辅助的物联网设备多簇并发接入与切换认证方案至关重要。
实现思路