論文の概要: Design and Performance Evaluation of Secure RF and WiFi-Based Communication in Drone Swarms via Testbed Implementation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.27028v1
- Date: Thu, 25 Jun 2026 13:36:12 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-06-26 18:46:32.296649
- Title: Design and Performance Evaluation of Secure RF and WiFi-Based Communication in Drone Swarms via Testbed Implementation
- Title（参考訳）: テストベッド実装によるドローン群におけるセキュアRFおよびWiFi通信の設計と性能評価
- Abstract要約: 我々は,MAVLink通信のための軽量暗号化フレームワークであるMAVShieldを提案する。
RFおよびWiFiチャネル上でセキュアな通信リンクを確立するために、4つのカスタムビルドUAVに統合されている。
それらの性能は、UAVのSwarmテストベッドを用いて飛行実験によって評価される。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5863360388454261
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Unmanned aerial vehicle (UAV) swarms rely on distributed coordination and cooperative communication to support scalable operations, extended coverage, and applications such as surveillance and real-time data exchange. Wireless technologies such as radio frequency (RF) and WiFi are widely used for UAV-to-UAV and UAV-to-ground control station (GCS) communication but introduce significant security challenges. MAVLink, the predominant communication protocol in UAV systems, provides message integrity and authentication but lacks built-in encryption, leaving telemetry traffic vulnerable to eavesdropping. In our previous work, we proposed MAVShield, a lightweight encryption framework for MAVLink communications. In this paper, MAVShield, AES-CTR, Speck-CTR, ChaCha20, and Rabbit are integrated into four custom-built UAVs to establish secure communication links over RF and WiFi channels. Their performance is evaluated through flight experiments using a UAV swarm testbed. Encrypted telemetry data enable autonomous formation control and collision avoidance during flight. For collision avoidance, we develop a modified artificial potential field (APF) algorithm that computes attractive and repulsive forces directly in geodetic coordinates, eliminating Cartesian transformations and reducing trajectory oscillations while avoiding local-minimum trapping. CPU utilization, memory consumption, and packet delivery ratio (PDR) are measured for each encryption scheme. Results show that MAVShield achieves performance comparable to unencrypted communication while outperforming AES-CTR, Speck-CTR, ChaCha20, and Rabbit in overall efficiency. Algebraic cryptanalysis and Wireshark-based traffic analysis demonstrate resistance to key-recovery attacks and protection of telemetry confidentiality. The results indicate that MAVShield is an efficient and secure solution for UAV swarm communication.
- Abstract（参考訳）: 無人航空機(UAV)の群れは、スケーラブルな運用、拡張されたカバレッジ、監視やリアルタイムデータ交換などのアプリケーションをサポートするために、分散協調と協調通信に依存している。
無線周波数(RF)やWiFiといった無線技術は、UAV-to-UAVやUAV-to-ground Control Station(GCS)通信に広く利用されているが、重大なセキュリティ上の課題が伴っている。
MAVLinkは、UAVシステムにおける主要な通信プロトコルであり、メッセージの整合性と認証を提供するが、暗号化が内蔵されていないため、テレメトリトラフィックは盗聴に弱いままである。
本稿では,MAVLink通信のための軽量暗号化フレームワークであるMAVShieldを提案する。
本稿では,MAVShield,AES-CTR,Speck-CTR,ChaCha20,Rabbitを4つのカスタムUAVに統合し,RFおよびWiFiチャネル上のセキュアな通信リンクを確立する。
それらの性能は、UAVのSwarmテストベッドを用いて飛行実験によって評価される。
暗号化されたテレメトリデータは、飛行中に自律的な形成制御と衝突回避を可能にする。
衝突回避のための改良された人工電位場 (APF) アルゴリズムを開発した。これはジオデティック座標において, 誘引力と反発力を直接計算し, カルト変換を排除し, 局所最小トラップを回避しながら軌道振動を低減する。
暗号化方式毎にCPU利用率、メモリ消費率、パケット配信率(PDR)を測定する。
その結果、MAVShieldは、AES-CTR、Speck-CTR、ChaCha20、Rabbitを全効率で上回りながら、暗号化されていない通信に匹敵する性能を実現していることがわかった。
Algebraic cryptanalysisとWiresharkベースのトラフィック分析は、キー回復攻撃に対する耐性とテレメトリシークレットの保護を示している。
その結果,MAVShieldはUAVSwarm通信の効率的かつセキュアなソリューションであることがわかった。
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