区块链无人机网络

在工业4.0环境中,所有程序都应尽可能智能化和自动化。最近的一项被称为“无人机”的技术对工业4.0产生了巨大的影响。它几乎应用于运输、制造、制造和包装交付等所有行业。预计到2021年,商用无人机的应用将跨越1000亿美元的市场。Drone II 2019年的应用报告包含了80多家公司的730多个用例,分布在100多个国家。由此可见,无人机在工业领域的巨大潜力。我们将重点放在一个小型无人机的特例上,它用于将包裹、食物或其他货物从一个地方运送到另一个地方。交通运输是2019年无人机应用的第五大行业。自2013年以来,全世界运输业者都在致力于无人机包裹交付。像美泰网(Matternet)和轻浮公司(flingerey)这样的公司一直在使用无人机向农村地区运送药品,包括救灾物资。亚马逊(amazon)、谷歌(Google)和联邦快递(Fedex)等老牌公司一直在借助无人机获得更便宜的邮递和包裹递送服务。对于那些根本没有道路基础设施的地区,无人机将是首选。无人机可以通过无人机网络将药品、货物和其他轻量物资运送到偏远地区,与修建一条长长的公路基础设施相比,无人机网络成本仅为前者一小部分。为了实现上述用例,无人机必须与快速可靠的蜂窝网络连接(以连接和控制无人机)。移动网络非常适合低空和无人机网络。移动频谱可以提供广域、高质量和安全的连接,以增强无人机通信的安全性。有了5G技术,这些通信将变得更高效、更快。支持5G的无人机将拥有更大的带宽、更低的延迟(<1毫秒)和更高的可靠性(≡99.999%)。除了5G带来的好处外,它还存在一些尚未解决的缺点(安全和隐私问题)。无人机通信安全攻击的主要目的是控制、窃取其数据,或者在攻击向量中提及其定位传感器,如图1所示。将攻击向量分为三层:(i)数据采集层,(ii)无人机控制层,(iii)监控层。最顶层是数据监控层,它有地面军事系统。它从无人机的传感器获取数据并相应地采取行动。最底层有传感器,包括位置、空速、超声波、摄像头和温度传感器。该层称为数据采集层。中间层称为无人机控制层,它从底层获取数据并转发给地面军事系统,同时执行地面军事系统接收到的指令。最后,这一层还有一个无人机遥控器,在紧急情况下,如自动驾驶仪失灵或环境太复杂,没有经验丰富的飞行员和人类反应无法导航时,这是必要的。这个向量显示了对无人机可能的攻击。5G通信中可能存在的一些高风险攻击包括中间人(MIM)、注入、嗅探、GPS欺骗和拒绝服务,如图1所示。图1  支持5G的无人机网络中的攻击向量克服上述安全问题的一个可行解决方案是通过5G通信信道将区块链(BC)集成到无人机网络中。它有如下优点:(1)BC系统采用分散机制和5G通信网络,数据访问速度更快。(<1毫秒延迟);(2) 由于所有参与矿工节点都在验证数据包交付的可靠性(99.999%的可靠性),因此数据包交付的可靠性将更高;(3)支持5G的BC网络的高数据可用性是分布式账本;(4)容错网络,因为每个矿工节点都有完整的账本副本;(5) 在包裹递送中,发送者和接收者之间的自执行数字SCS消除了第三方系统的需要;(6)由于条目本质上是不可变的,因此接收方不能拒绝或更新包订单详细信息;(7)抵抗数据修改攻击(不变性)、MIM攻击(只有参与成员才能查看或添加事务)、sybil攻击(所有参与节点验证后可以添加新的miner节点)。基于无人机的包裹交付系统架构如图2所示。图2 区块链无人机网络中的包裹交付它被分为三层,即(i)卖方层,(ii)网络层和(iii)买方层。买方层通过以太坊客户端通过5G通信信道通过BC网络从卖方层请求产品。买方和卖方层之间的SC在卖方层发起交货之前结算付款。然后,卖家用加密格式的数据(发件人地址、目的地地址、路径节点和UAV实时位置)启动产品交付。然后,再次执行SC,并验证买方和卖方之间所述的条款和条件。数据验证后,详细信息存储在BC网络中。BC网络中的数据非常安全(记录是不可变的),可靠(数据在所有参与节点验证后存储),并且易于跟踪(新的更新被添加到块中)。5G通信信道的加入降低了包裹递送系统的时延。它的uRLLC组件可以将延迟管理到<1ms。

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