論文の概要: Blockchain-Enhanced UAV Networks for Post-Disaster Communication: A Decentralized Flocking Approach
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2403.04796v1
- Date: Tue, 5 Mar 2024 00:59:23 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-03-17 16:51:18.962541
- Title: Blockchain-Enhanced UAV Networks for Post-Disaster Communication: A Decentralized Flocking Approach
- Title（参考訳）: ブロックチェーンによるポストディザスタ通信のためのUAVネットワーク - 分散Flockingアプローチ
- Authors: Sana Hafeez, Runze Cheng, Lina Mohjazi, Yao Sun, Muhammad Ali Imran,
- Abstract要約: 無人航空機(UAV)は、事故後のシナリオにおいて、アジャイルコミュニケーションとリリーフコーディネートに重要な可能性を秘めている。
異なるサービスプロバイダからヘテロジニアスなUAVの群れを効率的に調整し、確保することは、プライバシ、スケーラビリティ、軽量コンセンサスプロトコル、包括的なサイバーセキュリティメカニズムに関連する重要な課題を引き起こす。
この研究では、コンセンサスプロトコル、スマートコントラクト、暗号化技術を組み合わせて、これらの技術的課題に取り組むために設計された、堅牢なブロックチェーン対応フレームワークを紹介します。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.249638174814088
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) have significant potential for agile communication and relief coordination in post-disaster scenarios, particularly when ground infrastructure is compromised. However, efficiently coordinating and securing flocks of heterogeneous UAVs from different service providers poses significant challenges related to privacy, scalability, lightweight consensus protocols, and comprehensive cybersecurity mechanisms. This study introduces a robust blockchain-enabled framework designed to tackle these technical challenges through a combination of consensus protocols, smart contracts, and cryptographic techniques. First, we propose a consortium blockchain architecture that ensures secure and private multi-agency coordination by controlling access and safeguarding the privacy of sensitive data. Second, we develop an optimized hybrid consensus protocol that merges Delegated Proof of Stake and Practical Byzantine Fault Tolerance (DPOS-PBFT), aiming to achieve an effective balance between efficiency, security, and resilience against node failures. Finally, we introduce decentralized flocking algorithms that facilitate adaptable and autonomous operations among specialized UAV clusters, ensuring critical disaster relief functions under conditions of uncertain connectivity. Comprehensive simulations demonstrate the system achieved linear scaling of throughput up to 500 UAV nodes, with only a 50ms increase in latency from 10 to 500 nodes. The framework maintained high throughput and low latency despite spoofing, denial-of-service (DoS), and tampering attacks, showing strong cyber resilience. Communication latencies were kept under 10ms for diverse UAV operations through self-optimizing network intelligence, with median values around 2-3ms.
- Abstract（参考訳）: Unmanned Aerial Vehicles (UAV) は、特に地上インフラが侵食された場合に、事故後のシナリオにおいて、アジャイルコミュニケーションと救済調整に重要な可能性を秘めている。
しかし、異なるサービスプロバイダからの異種UAVの群れを効率的に調整し、確保することは、プライバシ、スケーラビリティ、軽量コンセンサスプロトコル、包括的なサイバーセキュリティメカニズムに関する重大な課題を引き起こす。
この研究では、コンセンサスプロトコル、スマートコントラクト、暗号化技術を組み合わせて、これらの技術的課題に取り組むために設計された、堅牢なブロックチェーン対応フレームワークを紹介します。
まず、機密データへのアクセスを制御し、機密データのプライバシーを保護することによって、安全かつプライベートなマルチ緊急調整を保証するコンソーシアムブロックチェーンアーキテクチャを提案する。
次に,DPOS-PBFT(Delegated Proof of Stake and Practical Byzantine Fault Tolerance)を統合し,ノード障害に対する効率,セキュリティ,レジリエンスの効果的なバランスを実現するための,最適化されたハイブリッドコンセンサスプロトコルを開発した。
最後に,特定UAVクラスタ間の適応的かつ自律的な操作を容易にする分散型フラッキングアルゴリズムを導入し,不確実な接続条件下での災害救助機能を確保する。
総合シミュレーションでは,最大500UAVノードまでのスループットの線形スケーリングを実現した。
このフレームワークは、スプーフィング、DoS(DoS)、タンパリング攻撃にもかかわらず、高いスループットと低レイテンシを維持し、強力なサイバーレジリエンスを示している。
通信遅延は, 自己最適化ネットワークインテリジェンスによる多様なUAV運用において10ms以下に抑えられ, 中央値は約2～3msであった。
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