論文の概要: Towards Reliable Service Provisioning for Dynamic UAV Clusters in Low-Altitude Economy Networks

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.06112v1
• Date: Sun, 07 Sep 2025 15:54:11 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-09 14:07:03.863959
• Title: Towards Reliable Service Provisioning for Dynamic UAV Clusters in Low-Altitude Economy Networks
• Title（参考訳）: 低高度経済ネットワークにおける動的UAVクラスタの信頼性サービス提供に向けて
• Authors: Yanwei Gong, Ruichen Zhang, Xiaoqing Wang, Xiaolin Chang, Bo Ai, Junchao Fan, Bocheng Ju, Dusit Niyato,
• Abstract要約: 無人航空機(UAV)クラスタサービスは、スケーラブルでフレキシブルで適応的な航空ネットワークを実現することにより、低高度経済を促進するために不可欠である。 低高度経済ネットワークにおける動的UAVクラスタに対する軽量・プライバシ保護クラスタ認証とセッションキー更新(LP2-CA)方式を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 48.73244147035607
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Unmanned Aerial Vehicle (UAV) cluster services are crucial for promoting the low-altitude economy by enabling scalable, flexible, and adaptive aerial networks. To meet diverse service demands, clusters must dynamically incorporate a New UAVs (NUAVs) or an Existing UAV (EUAV). However, achieving sustained service reliability remains challenging due to the need for efficient and scalable NUAV authentication, privacy-preserving cross-cluster authentication for EUAVs, and robust protection of the cluster session key, including both forward and backward secrecy. To address these challenges, we propose a Lightweight and Privacy-Preserving Cluster Authentication and Session Key Update (LP2-CASKU) scheme tailored for dynamic UAV clusters in low-altitude economy networks. LP2-CASKU integrates an efficient batch authentication mechanism that simultaneously authenticates multiple NUAVs with minimal communication overhead. It further introduces a lightweight cross-cluster authentication mechanism that ensures EUAV anonymity and unlinkability. Additionally, a secure session key update mechanism is incorporated to maintain key confidentiality over time, thereby preserving both forward and backward secrecy. We provide a comprehensive security analysis and evaluate LP2-CASKU performance through both theoretical analysis and OMNeT++ simulations. Experimental results demonstrate that, compared to the baseline, LP2-CASKU achieves a latency reduction of 82.8%-90.8% by across different UAV swarm configurations and network bitrates, demonstrating strong adaptability to dynamic communication environments. Besides, under varying UAV swarm configurations, LP2-CASKU reduces the energy consumption by approximately 37.6-72.6%, while effectively supporting privacy-preserving authentication in highly dynamic UAV cluster environments.
• Abstract（参考訳）: 無人航空機(UAV)クラスタサービスは、スケーラブルでフレキシブルで適応的な航空ネットワークを実現することにより、低高度経済を促進するために不可欠である。 多様なサービス要件を満たすために、クラスタは、新しいUAV(NUAV)または既存のUAV(EUAV)を動的に組み込む必要がある。 しかし、効率よくスケーラブルなNUAV認証、EUAVのためのプライバシ保護のクロスクラスタ認証、前方と後方の両方の機密を含むクラスタセッションキーの堅牢な保護の必要性により、継続的なサービスの信頼性を達成することは依然として困難である。 これらの課題に対処するために、低高度経済ネットワークにおける動的UAVクラスタに適した軽量・プライバシ保護クラスタ認証およびセッションキー更新(LP2-CASKU)方式を提案する。 LP2-CASKUは、複数のNUAVを最小の通信オーバーヘッドで同時に認証する効率的なバッチ認証機構を統合する。 さらに、EUAV匿名性と非リンク性を保証する軽量なクラスタ間認証機構も導入されている。 さらに、セキュアなセッションキー更新機構が組み込まれて、キーの機密性を経時的に維持し、前方および後方の両方の機密保持を行う。 我々は,理論解析とOMNeT++シミュレーションの両方を用いて,総合的なセキュリティ解析を行い,LP2-CASKUの性能を評価する。 実験の結果、LP2-CASKUはベースラインと比較して、異なるUAVスウォーム構成とネットワークビットレートをまたいで82.8%-90.8%のレイテンシ低減を実現し、動的通信環境への強い適応性を示した。 さらに、様々なUAVスワム構成の下で、LP2-CASKUは、高ダイナミックなUAVクラスタ環境でのプライバシー保護認証を効果的にサポートしながら、エネルギー消費を約37.6-72.6%削減する。

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