CN104718530A - 用于车辆对环境通信的通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆对环境通信的通信系统，其中，要传输的数据被作为数据包无线传输，该通信系统具有通信单元(2)和应用单元(3)，该通信单元和应用单元通过内部通信连接(4)相互连接，其中，通信单元(2)具有高频天线(5)和用于物理地传输数据的收发器(6)以及用于物理地控制传输的计算单元(7)，应用单元(3)具有至少一计算单元，该计算单元设计用于执行应用程序(12)并且控制应用程序在车辆对环境通信上的存取并且执行数据技术的安全性应用(10)。在此规定，所述应用单元(3)的计算单元(9)设计用于在通信参与者之间继续传输包括寻找路径在内的数据包并且分割数据流。

Description

用于车辆对环境通信的通信系统
技术领域
本发明涉及一种用于车辆对环境通信的通信系统，其中，要传输的数据被作为数据包无线传输——尤其基于标准IEEE 802.11p。
背景技术
按照本发明，所述通信系统配有通信单元和应用单元，该通信单元和应用单元通过内部通信连接相互连接。所述内部通信连接尤其可以是在机动车内部的电缆连接的连接，例如车辆总线系统如CAN总线、柔性线或者类似的总线系统。原则上也可以考虑以太网连接。
所述通信单元具有至少一尤其用于参与按照标准IEEE 801.11p的WLAN通信的高频天线、至少一用于物理地传输数据的收发器以及一用于物理地控制传输的计算单元。所述高频天线和收发器形成用于激活物理的通信连接和对应于通信协议的OSI层模型的比特传输层(物理层)传输比特数据信息的装置。
用于控制传输的计算单元对应于通信协议的OSI层模型的安全层(数据链路层)设计用于，组织物理的数据传输并且控制在传输介质上的存取。
与通信单元通信连接的通信系统应用单元也具有至少一计算单元，该计算单元设计用于执行应用程序，控制应用程序在车辆对环境通信上的存取并且执行数据技术的安全性应用、尤其是数据鉴定。
控制应用程序在车辆对环境通信上的存取尤其意味着对应于通信协议的OSI层模型的安全层(会话层)控制用于两个系统的过程通信的逻辑连接，对应于通信协议的OSI层模型的表示层将与系统有关的数据说明转换成与系统无关的、用于在不同的系统之间的符号正确的数据交换的形式，并且对应于通信协议的OSI层模型的应用层传输在应用程序上的存取。
在通信协议的OSI层模型范围内还设有用于在通信参与者之间继续传输包括寻找路径(路由)在内的数据包的交换层(网络层)，用于分割数据流和监控数据流的传输层。
专业人员公知所述OSI层模型的各个层的更详细的功能，因此在此无需更仔细地解释，尤其也可以在许多标准中、尤其用于无线通信的按照WLAN的标准中找到这些功能。
ETSI(欧洲电信标准化协会)与此相关地在所谓的ITS站模型范围内提出了用于智能传输系统通信(ITS-智能传输系统)的标准，如同它们在车辆对环境通信中所使用的那样，这个模型在内容上源自OSI层模型。
因此OSI层模型的比特传输层和安全层形成了被称为“ITS接入技术”的层。交换层和传输层在ITS站模型中总称为“ITS-网络&传输”层。这些层被定向传输，即，它们涉及在物理意义上的数据传输，与要传输的数据的内容无关。
所述OSI层模型的衔接上述层的层(安全层，表示层和应用层)在ITS站模型中总称为“ITS工具”层。它们是针对应用的，即，对于各个应用提供传输的且在通信网中供使用的数据，应用无需顾及到，以何种物理方式进行数据传输。这能够以一定的信息标准使用应用程序，应用程序本身无需掌握通信技术或者为了传输数据而预处理数据。因此ITS工具层是应用程序与技术上的通信过程之间的一种接口。
因此由于上述各个层的任务目前一般将ITS网络&传输层、即交换层和传输层按照OSI层模型(它经常也称为通信栈)一起组合到通信单元中，该通信单元控制物理数据通信的进程。
但是在这个由现有技术已知的方案中存在的缺陷是，在通信模型中处理通信栈期间、即在完成ITS网络&传输层的任务时对于数据还没有评价安全信息，否则在通信模块与应用单元之间的数据连接是不安全的或者必须重新受到保护。
发明内容
由这个背景出发，本发明的目的是，在处理通信栈、即完成ITS-网络&传输层的任务期间可以考虑安全性信息，例如用于数据优先。
该目的按照本发明由此实现，所述应用单元的计算单元设计用于在也被称为网络节点的通信参与者之间继续传输包括在路由的意义上的寻找路径在内的数据包，即承担对应于通信协议的OSI层模型的交换层(网络层)的任务。此外，所述应用层的计算单元按照本发明设计用于分割数据流，即，对应于通信协议的OSI层模型的传输层(Transport Layer)的任务设计。
因为数据技术的安全性应用也在应用单元上处理，因此已经在处理通信栈期间对应于ITS网络&传输层由数据技术的安全性应用提供关于数据鉴定的信息供使用。总体上，这种按照本发明的网络&传输层在应用单元中的分区不与在整个通信系统中更高的硬件费用相关，因为经常由天线单元构成的通信单元只需微少的计算功率。在应用单元中更高的计算功率可以容易地供使用，因为这个单元大多时候本来就良好地配备有处理器功率。在这里必要时也可以再一次提高处理器功率。附加地这个配置能够实现更小的通信单元，由于在对于天线有意义的安置点上的空间问题，这是极其重要的优点。对于应用单元略微更大的空间需求一般不是问题。同样产生废热，该废热对于处于热技术上更困难的环境中的通信单元更少地排出，并对于处于容易冷却且在热技术上更简单的环境中的应用单元略微增加。
按照本发明的所提出方法的变型方案甚至能够实现，如果正好对于通信栈的处理不存在计算需求时，使这个附加地供使用的计算功率例如也灵活地一起用于应用程序在那里增加的计算需求。此外，通过这种方式实现应用单元的良好安全性，它部分地执行安全性重要的驾驶员辅助系统，同时也可能与车辆对环境通信的数据有关。
如果取而代之将数据技术的安全性应用从应用单元转移到通信单元，用于在处理通信栈时在通信单元中已经可以存取数据技术的安全性应用的信息，则在通信单元与应用单元之间的内部通信连接——该内部通信连接一般也还通过其它车辆单元一起利用——易于防止可能的人为操作。通过将对应于ITS-网络&传输层的通信处理转移到应用单元中甚至提高安全性，因为在通信栈范围内处理的数据经常通过密码加密或者标记，并且比明码信息更难失真，例如在车辆对环境通信范围内的通信参与者的位置或速度。
按照优选的按照本发明的通信系统的另一改进方案规定，所述通信单元的计算单元设计用于预处理数据，其中，对发送的和接收的数据进行过滤和可信度测试。这种按照本发明的可信度测试尤其可以在数据的通信路径和/或数据量方面实现，即，通过检验与数据内容无关的通信参数和/或通信伙伴抽象地表示。
在此已经证实特别有意义的是，所述预处理设计为具有动态参数化的预过滤。由此能够实现，将在安全层范围内提取的数据、例如MAC地址(Medium Acces Control)用于可信度测试，并且基于动态化也考虑数据在时间上的发展或变化。附加还可能的是，检验通信头的数据并且以其为基础已经进行对继续传输的数据的过滤、即实现数据还原。
按照另一按照本发明的通信系统的有利方面可以规定，所述应用单元的计算单元设计为多处理器单元，该多处理器单元具有多个处理器和/或至少一个带有多个处理器芯的处理器，该处理器可以设计用于或者设计用于独立地处理程序说明或者不同的应用。也可以将多个处理器与一个或多个带有多个处理器芯的处理器组合在一起。由此总体上实现应用单元的模块化构造，其因此可以灵活地适配于在不同车辆中确定的使用目的并且可以对于特殊的任务最佳化。
按照这个实施例的一个特别优选的改进方案规定，所述多处理器单元的第一处理器或第一处理器芯设计用于，由GNSS系统的数据、行驶动态数据和必要时接收的数据推导出自身位置——必要时相对于数据发送者的位置以及行驶动态信息——的本地化。在此也可以实现通信网络的不同参与者的时间基础的平衡，例如主时钟的时间在通信网络中承担同步化功能。
为此使用的处理器优选是数字的信号处理器(DSP)，具有在要执行的计算运算上最佳化的结构，因为必须尽可能快速地执行经常性的且近似连续的总是重复的同一计算任务。为此使用的处理器或处理器芯则专门针对这些任务构成。
此外优选地规定，所述多处理器单元的第二处理器/另外的处理器或第二处理器芯/另外的处理器芯设计用于，执行针对通信的任务，用于继续交换包括寻找路径在内的数据包并且用于对应于ITS网络&传输层的任务分割数据流。为此作为最佳方式的处理器设有可自由配置的微处理器，因为在此出现的任务可能是相当不同的，因此灵活布置的处理器是有利的。
此外，所述多处理器单元的第三处理器/另外的处理器或第三处理器芯/另外的处理器芯设计用于，执行不同的应用程序。基于不同程序的多样性，微处理器在这里也适合作为处理器或处理器芯。
此外，所述多处理器单元的第四处理器/另外的处理器或第四处理器芯/另外的处理器芯设计用于，执行数据技术的安全性应用(Security)，它尤其也可以在硬件加速的意义上设计为独立的芯片。
当然按照本发明也能够实现，将上述第一至第四处理器或处理器芯相互组合，尤其当时间水平和计算功率允许在处理器/处理器芯中完成多个任务时。
也可以考虑，当供使用的处理器或处理器芯不满负荷并且在其它处理器或处理器芯中出现增加的工作负荷时，使一个处理器或处理器芯的计算功率暂时供完成其它处理器或处理器芯的计算任务使用。
本发明还涉及一种程序编码措施，用于相应于上述的通信系统或其一部分设置通信单元和/或应用单元的计算单元。
按照本发明的通信系统的一种特别优选的应用在于机动车。
附图说明
由下面的实施例描述和附图给出本发明的其它优点、特征和应用可能性。在此所有描述的和/或图形示出的特征形成独立的或任意组合的本发明内容，也与其在权利要求或其相关背景中的概述无关。
附图示出：
图1已知的ITS站模型和OSI层模型的模型一览图，和
图2按照本发明的通信系统的结构的示意图，该通信系统具有通信单元和应用单元。
具体实施方式
在图1中再一次以图形表示已经详细描述过的、在智能传输系统(ITS)和OSI层模型范围内的用于通信过程的ITS站模型的对比，其中，各相互从属的任务范围通过水平的虚线表示。严格地说，上面所述的应用不再属于OSI层模型，但是它在ITS-应用层方面已经相应地表述并且涉及在通信上的应用。
已给给出了一览图的详细描述，因此在这里可以省去进一步解释。
在图2中所示的本发明的通信系统1以ITS-站模型为基础并且在下面详细描述。
通信系统1安装在未示出的车辆中，该通信系统具有通信单元2和应用单元3，该通信单元和应用单元可以通过设计为车辆总线系统的内部通信连接4相互通信。
通信系统1设计用于对应于标准IEEE 802.11p参与车辆对环境通信。为此，通信单元2配有高频天线5和收发器6，用于按照该标准的WLAN通信。
除了用于参与车辆对环境通信的高频天线5和收发器6以外，通信单元还具有未用附图标记标出的天线和收发器，它们例如用于移动无线通信和接收全球卫星定位信号(GNSS)。但是在本发明的范围内不再考虑这种通信。
通信单元2还具有用于物理地控制传输的计算单元7，该计算单元组织物理的数据传输并且借助于收发器6和高频天线5协调在传输介质上的存取。在该协调范围内例如实现MAC控制(Medium Access Control)。
用于控制传输的计算单元7、收发器6和高频天线5属于ITS站模型的ITS接入层。
在接收到数据以后，可以选择性地使该数据经受预过滤8，用于例如基于通信地址和/或通信量和/或通信头内容滤掉在通信中的错误消息或欺诈尝试或者说减少继续传输到应用单元的信息。
接着将必要时经受预过滤的数据通过车辆总线系统4传输到应用单元3，在其中在计算单元9中为了在通信参与者之间继续交换包括寻找路径(路由)在内的数据包并且为了分割数据流而继续处理数据。这些任务对应于ITS网络&传输层。
与其并行地，在优选地作为组合的硬件和软件解决方案执行的数据技术的安全性应用中检验数据，由此例如已经在处理通信栈期间提供了对数据的鉴定，如同通信栈对应于ITS站模型的ITS网络&传输层。优选地并行地实现在计算单元9中处理ITS-网络&传输层的任务以及处理数据技术的安全性应用10。
处理这个属于ITS网络&传输层的、要考虑通信管理的任务优选地在应用单元的自身处理器或自身处理器芯中处理。数据技术的安全性应用的处理优选地在专用的处理器中执行，该专用的处理器优选地设计为用于数据技术的安全性应用的专用加速器。
接着在ITS工具层范围内进行处理，在其中对于多个系统的过程通信组织逻辑连接，将确定的信息的与系统有关的描述转换成与系统有关的形式并且交换应用程序在通信上的存取。
在这个处理范围内在车辆对环境通信时尤其进行本地化11，在本地化时获得车辆位置和车辆动态的数据。附加地以车辆数据提供商的形式由车辆提供数据，它们优选由车辆总线截取。
为了准备并且为了在后面的应用12上中央表示——该应用优选地仍然在自身处理器或处理器芯中运行，以在本地化11中得到的数据为基础在数据处理13中产生本地的动态地图和/或相关过滤。此外产生用于持久发送的协作意识消息14(CAM)，它们汇编参与车辆对环境通信的车辆和基础设施单元的基础信息并且被所有参与者接收。
本地化11、数据处理13和协作意识消息14(CAM)的处理附属于ITS工具层，通过它结束实际的通信过程。
然后将这样产生的数据供应用12使用，在识别危险消息的情况下例如发送所谓的DENM-消息15(Decentralized Environmental NotificationMesage)也属于该应用。
优选地，也在自身的处理器或处理器芯中进行本地化11处理。相应地适用于应用12以及DENM消息15。优选地在用于通信管理的处理器或处理器芯上与用于ITS网络&传输层的模块一起进行数据处理13和协作意识消息14的处理。
每个参与的单元、即尤其是通信单元2、应用单元3和必要时也包括其它连接在内部通信连接4上的单元具有计时器16，该计时器的主时钟可以给定或者同步化系统时间。
通过对于应用单元3的不同任务使用多个处理器或处理器芯和为了继续交换数据包而移动计算单元9和在应用单元3中分割数据流，可以使数据技术的安全性应用10最佳地引入到按照ITS站模型的通信过程的通信栈中，由此可以将安全性信息、例如数据鉴定已经加入到通信流的处理中。

Claims (10)

1.一种用于车辆对环境通信的通信系统，其中，要传输的数据被作为数据包无线传输，该通信系统具有通信单元(2)和应用单元(3)，该通信单元和应用单元通过内部通信连接(4)相互连接，其中，通信单元(2)具有高频天线(5)和用于物理地传输数据的收发器(6)以及用于物理地控制传输的计算单元(7)，应用单元(3)具有至少一计算单元，该计算单元设计用于执行应用程序(12)并且控制应用程序在车辆对环境通信上的存取并且执行数据技术的安全性应用(10)，其特征在于，所述应用单元(3)的计算单元(9)设计用于在通信参与者之间继续传输包括寻找路径在内的数据包并且分割数据流。
2.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述通信单元(2)的计算单元(7)设计用于预处理(8)数据，其中，对发送和接收的数据进行过滤和可信度测试。
3.根据权利要求2所述的通信系统，其特征在于，所述预处理设计为具有动态参数化的预过滤(8)。
4.根据上述权利要求中任一项所述的通信系统，其特征在于，所述应用单元的计算单元(9)设计为多处理器单元，该多处理器单元具有多个处理器和/或一个带有多个处理器芯的处理器。
5.根据权利要求4所述的通信系统，其特征在于，所述多处理器单元的第一处理器或第一处理器芯设计用于，由接收的数据推导出包括行驶动态信息在内的自身位置的本地化(11)。
6.根据权利要求4或5所述的通信系统，其特征在于，所述多处理器单元的第二处理器或第二处理器芯设计用于，执行针对通信的任务(9)。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的通信系统，其特征在于，所述多处理器单元的第三处理器或第三处理器芯设计用于，执行应用程序(12)。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的通信系统，其特征在于，所述多处理器单元的第四处理器或第四处理器芯设计用于，执行数据技术的安全性应用(10)。
9.一种程序编码装置，用于相应于根据权利要求1至8中任一项所述的通信系统设置通信单元和/或应用单元的计算单元。
10.一种在机动车中对根据权利要求1至8中任一项所述的通信系统的应用。
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