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Proactive Content Placement in Information-Centric Connected Vehicle Environments

  • Connected vehicles will have a tremendous impact on tomorrow’s mobility solutions. Such systems will heavily rely on information delivery in time to ensure the functional reliability, security and safety. However, the host-centric communication model of today’s networks questions efficient data dissemination in a scale, especially in networks characterized by a high degree of mobility. The Information-Centric Networking (ICN) paradigm has evolved as a promising candidate for the next generation of network architectures. Based on a loosely coupled communication model, the in-network processing and caching capabilities of ICNs are promising to solve the challenges set by connected vehicular systems. In such networks, a special class of caching strategies which take action by placing a consumer’s anticipated content actively at the right network nodes in time are promising to reduce the data delivery time. This thesis contributes to the research in active placement strategies in information-centric and computation-centric vehicle networks for providing dynamic access to content and computation results. By analyzing different vehicular applications and their requirements, novel caching strategies are developed in order to reduce the time of content retrieval. The caching strategies are compared and evaluated against the state-of-the-art in both extensive simulations as well as real world deployments. The results are showing performance improvements by increasing the content retrieval (availability of specific data increased up to 35% compared to state-of-the-art caching strategies), and reducing the delivery times (roughly double the number of data retrieval from neighboring nodes). However, storing content actively in connected vehicle networks raises questions regarding security and privacy. In the second part of the thesis, an access control framework for information-centric connected vehicles is presented. Finally, open security issues and research directions in executing computations at the edge of connected vehicle networks are presented.
  • Die voranschreitende Vernetzung von Fahrzeugen wird einen erheblichen Einfluss auf die Mobilitätslösungen von Morgen haben. Solche Systeme werden stark auf den zeitnahen Austausch von Informationen angewiesen sein, um die funktionale Zuverlässigkeit, Sicherheit von Fahrfunktionen und somit den Schutz von Insassen zu gewährleisten. Allerdings zeigt sich bei näherer Betrachtung der verwendeten Kommunikationsmodelle heutiger Netzwerke, wie beispielsweise dem Internet, dass diese Modelle einem host-zentrierten Prinzip folgen. Dieses Prinzip stellt das Management von Netzwerken mit einem hohen Grad an mobilen Teilnehmern vor große Herausforderungen hinsichtlich der effizienten Verteilung von Informationen. In den vergangen Jahren hat sich das Information-Centric Networking (ICN) Paradigma als vielversprechender Kandidat für zukünftige datenorientierte mobile Netzwerke empfohlen. Basierend auf einem lose gekoppelten Kommunikationsmodell unterstzützt ICN Funktionen wie das Speichern und Verarbeiten von Daten direkt auf der Netzwerkschicht. Insbesondere das aktive, gezielte Platzieren von Daten nahe der Benutzer stellt einen vielversprechenden Ansatz zur Erhöhung der Datenbereitstellung in mobilen Netzen dar. Die vorliegende Arbeit legt den Fokus auf die Erforschung von Strategien zum orchestrieren und aktiven Platzieren von Daten für Fahrzeuganwendungen im Netzwerk für mobile Teilnehmer. Im Rahmen einer Analyse unterschiedlicher Fahrzeugapplikationen und deren Anforderungen, werden neue Strategien für das aktive Platzieren vorgestellt. Unter Verwendung von Netzwerksimulationen werden diese Strategien umfangreich untersucht und in im Rahmen eines prototypischen Aufbaus unter realen Bedingungen ausgewertet. Die Ergebnisse zeigen Verbesserungen in der zeitnahen Zustellung von Inhalten (die Verfügbarkeit spezifischer Daten wurde im Vergleich zu existierenden Strategien um bis zu 35% erhöht), während die Auslieferungszeiten verkürzt wurden. Allerdings bedingt das aktive Platzieren und Speichern von Daten auch Risiken der Datensicherheit und Privatsphäre. Auf der Basis einer Sicherheitsanalyse stellt der zweite Teil der Arbeit ein Konzept zur Zugriffskontrolle von gespeicherten Daten in verteilten Fahrzeugnetzwerken vor. Abschließend werden offene Problemstellungen und Forschungsrichtungen im Kontext Sicherheit von verteilten Berechnungsarchitekturen für vernetze Fahrzeugnetzwerke diskutiert.

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Metadaten
Author:Dennis Grewe
URN:urn:nbn:de:kola-22465
Referee:Hannes Frey
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of completion:2021/10/26
Date of publication:2021/10/26
Publishing institution:Universität Koblenz-Landau, Universitätsbibliothek
Granting institution:Universität Koblenz-Landau, Campus Koblenz, Fachbereich 4
Date of final exam:2021/09/03
Release Date:2021/10/26
Tag:Connected Vehicles; Information Centric Networking; Named Function Networking; Placement Strategies; Proactive Caching
Number of pages:xi, 213
Institutes:Fachbereich 4 / Institut für Informatik
Licence (German):License LogoEs gilt das deutsche Urheberrecht: § 53 UrhG