Araçlar arası geçici ağlarda veri yayma protokollerinin güvenlik açısından incelenmesi ve iyileştirilmesi
Investigation of safety related data dissemination protocols in vehicular ad hoc network
Yazar: MOHAMMAD JAN HAİDARİ
Danışman: PROF. DR. ZEKİ YETGİN
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control
Dizin: Ağlar = Networks ; Uyarı = Warning ; Veri yayımı = Data dissemination

Özet:
Araçlar arası geçici ağ (Vehicular Ad hoc Network/VANET) , gezgin geçici ağların(Mobile Ad Hoc Network/MANET) özel bir dalıdır. VANET araçların kendi arasında  veya araçlar ile altyapılar arasında iletişim  için standart protokoller kullanır. Karayolu ağlarında meydana gelen kazalar veya beklenmedik olaylar nedeniyle birçok insan hayatını kaybetmekte veya yaralanmaktadır. Bunun dışında kazalar veya trafik sıkışıklığı sebebiyle  hem zaman hem de yakıt kaybı büyük ölçüde artmaktadır. VANET, yollardaki potansiyel engellerle ilgili ağdaki araçlar arasında uyarı mesajlarının dağıtılmasıyla, yol güvenliğini artırmak için etkili bir teknolojidir. Araçlara karayolu trafik koşulları, beklenmedik olaylar veya kazalar ile ilgili zamanında bilgiler verilirse, ulaşım sisteminin güvenliği ve verimliliği, zaman, mesafe, yakıt tüketimi v.b. bir çok ölçüler açısından iyileştirilebilir. VANET üzerinden çeşitli veri yayılımı yaklaşımları, araçları dinamik karayolu trafik durumu hakkında bilgilendirmek için kullanılabilir, böylece güvenli ve verimli bir ulaşım sistemi elde edilebilir.
 Bu tezde VANET üzerinden gerçekçi senaryolar üretilmiş ve bu senaryolar altında Sayaç, Sel, Olasılık, Sorumsuz Yönlendirme gibi veri yayma protokolleri araştırılmıştır. Veri yayma protokollerinin performansı, özellikle güvenlik mesajlarının yayılmasındaki etkisi göz önüne alınarak çalışılmış ve VANET için güvenlik mesajlarından haberdar olan  yeni bir veri yayma yöntemi geliştirilmiştir. Önerilen yöntem, ağdaki veri trafiğinin ne kadar güvenlik mesajı içerdiğini ölçerek, yolla ilgili genel bir acil durum derecesi üretir ve Sorumsuz Yönlendirme yaklaşımına acil durum derecesini sokarak,Aciliyet  Bilinçli Sorumsuz Yönlendirme(Emergency-aware Irresponsible Forwarding/EIF) yaklaşımını benimser. Önerilen yöntem, veri ve güvenlik mesajları arasındaki ağ bant genişliği kullanımını etkin bir şekilde kontrol etmek için Olasılık, Sayaç ve Sorumsuz Yönlendirme yöntemlerinin yayılma davranışlarını genişletir. Örneğin, önerilen yaklaşımla, ağın acil durum derecesi arttığında, güvenlik mesajları (uyarılar) nedeniyle, ağ bant genişliği daha yüksek olasılıkla güvenlik trafiğine açık hale gelir. Bu şekilde, acil durumlarda güvenlik mesajlarının etkin bir şekilde yayılması sağlanır. Bu tezde, adı geçen veri yayma protokolleri Veins(Vehicle in Network Simulator) simülatörü kullanılarak geliştirilmiştir.  VANET uygulamalarını gerçekte uygulamak, yoğun emek ve yüksek masraf gerektirir. Araştırmacılar genellikle mevcut araç trafik simülatörlerini, mevcut ağ simülatörleri ile birleştirerek çalışmaktadırlar. Bu tür melez yaklaşımlar arasında, Veins simulatörünün popülerliği giderek artmaktadır. Veins, OMNeT++ ağ simülatörü ile yaygın olarak kullanılan kentsel hareketlilik simülasyonunu (Simulation of Urban Mobility /SUMO) TCP/IP iletişimi ile birleştirerek çalışmaktadır. Tez çalışmasında, adı geçen yaklaşımların, veri yayma performanları,  farklı tipte mesajların (normal mesajlar, uyarı mesajları, bekon mesajları) oluşturduğu veri trafiği senaryosu altında, yayılan toplam mesaj sayısı, uyarı sayısı, tekrarsız mesaj sayısı, tekrarsız uyarı sayısı, mesaj kayıp sayıları ve uyarı kayıp sayıları metrikleri kullanılarak kıyaslamalı olarak çalışılmıştır.  Çalışılan veri trafik senaryosu, yoğun bir veri trafiği ve gerçekçi bir uyarı mesaj dağıtımını kapsayarak, en kötü durum analizine katkı sunmaktadır. Deneysel sonuçlar, önerilen veri yayma yaklaşımının, hem normal mesajları hemde uyarı mesajlarını VANET üzerinden daha iyi yaydığını, ve daha az mesaj kayıpları ürettiğini göstermiştir. Son olarak, okuyucuya VANET uygulamaları için ayrıntılı bir el kitabı sunulmaktadır. Bu kılavuz Veins simülatörünün ve bileşenlerinin Linux sistemlerine nasıl kurulacağını ve ayrıca OpenStreetMap'ten çıkarılan bir haritadan nasıl senaryo oluşturulacağını göstermektedir.

Abstract:
Vehicular Ad hoc Network (VANET) is a special type of Mobile Ad Hoc Networks (MANETs) where vehicles communicate with the other vehicles or the infrastructure units around using standard protocols. Many people lose their lives and/or are injured due to accidents or unexpected events taking place on road networks. Accidents and traffic jams generate a tremendous waste of time and fuel. VANETs have an effective tool for improving road safety through the dissemination of warning messages among the vehicles in the network about potential obstacles on the road ahead. If the vehicles are provided with timely and dynamic information related to road traffic conditions, and unexpected events or accidents, the safety and efficiency of the transportation system can be improved with respect to time, distance, fuel consumption. Various Approaches of data dissemination in vehicular network can be used to inform vehicles about dynamic road traffic condition so that a safe and efficient transportation system can be achieved. 
In this thesis, realistic scenarios are generated, some data dissemination protocols such as counter-based, flooding, probability and irresponsible forwarding are investigated under these scenarios on VANET and a new data dissemination method namely Emergency-aware Irresponsible Forwarding (EIF) is proposed to improve the data dissemination performance, particularly dissemination of security messages. The proposed method measures amount of  security messages contained in the data traffic network and generates a general emergency rating about the road. The proposed method extend the dissemination behaviors of the probability, counter and irresponsible forwarding methods to efficiently control the network bandwidth usage between data and security messages. For example in proposed method, when the emergency ratio of the network is increased, due to security messages (warnings), the network bandwidth is probabilistically more open to security traffic. In this way, it is ensured that the security messages are disseminate effectively in emergency situations.In this thesis Vehicle in Network Simulator (Veins) simulator is used to analyze the data dissemination protocols from security perspective. Deploying VANET applications require intensive labor and high expenses. Usually researchers combined existing mobility simulators with the existing network simulators. Among such hybrid schemes, Veins have an increasing popularity. Veins incorporates the widely used Simulation of Urban Mobility (SUMO) and the OMNeT++ network simulator with TCP/IP communication. In this work, compared the data dissemination performances of the mentioned approaches by using the total number of messages, total number of warnings, number of non-repeated messages, number of non-repeated warnings, and the number of total lost metrics under the data traffic scenario created by different types of messages (normal messages, warning messages, beacon messages). This data traffic scenario analysis the worst case of intense data traffic and realistic warning message distribution. Experimental results have shown that the proposed data dissemination approach disseminates both normal messages and warning messages better and has less message losses on VANET. Finally, a detailed manual is presented to the reader. This manual shows how to install the Veins simulator and its components in the Linux systems and also presents how to create a scenario from an extracted map from OpenStreetMap.