CN110149413A - 一种跨空中通信底层技术的车联网应用的交互方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种跨空中通信底层技术的车联网上层应用的交互方法，其特征在于，交通参与者和路边子系统（RSS,Road Side Sub‑System）之间采用跨多种底层空中（移动/无线）通信技术的交互步骤，包括：首次注册步骤、信息同步与分发步骤、离开或老化步骤，为车联网上层应用提供了一套统一的交互方法。本发明具有简单、实用的优点；极大提升了车联网应用的灵活性和扩展性。

Description

一种跨空中通信底层技术的车联网应用的交互方法
技术领域
本发明涉及车联网技术领域，具体地，涉及一种跨空中（移动/无线）通信底层技术的车联网上层应用的交互方法。
背景技术
车联网是利用空中（移动/无线）通信技术、以摄像头和雷达为代表的传感/探测技术和定位等技术收集以车为代表的交通参与者（带空中通信接口）的信息；并在以车为代表的交通参与者之间通过自带的空中通信接口组成网络交换这些信息，从而实现智能交通管理、车辆智能驾驶等，是物联网在交通领域的延伸。
最初以汽车厂商的研发机构为代表的研发力量，大多专注基于车的改进和提升，例如：增加车基的空中（移动/无线）通信功能、加强或提升车载摄像头和雷达等传感器并增加人工智能算法、提升定位为高精度定位等等。主要应用是车与车的协同、半自动和自动驾驶。
随着信息技术和汽车交通技术的融合，车路协同成为车联网的一个新的方向，单独车基的智能和联网总会受到车基空中（移动/无线）通信和车基传感器的距离或角度的限制；而且，将车基的智能和联网与公路交通的割裂开来，将导致信息数据和智能计算的局限，车路协同可以减少限制、割裂和局限。
车路协同的最终形式是车辆连接一切（V2X, Vehicle to Everything）。X代表所有具有空中通信接口的交通参与者，包括各种类型的机动车，非机动车，行人等等。
道路交通领域最先使用空中信号通道进行车路协同的是专用短程通信
（DSRC，Dedicated Short Range Communications）技术，该技术基于IEEE802.11P无线通信（跟Wi-Fi是同源技术）；比较成熟的应用是不停车电子收费系统
（ETC，Electronic Toll Collection）。
目前新兴的技术是LTE-V(在第四代移动通信LTE的基础上增加V2X解决方案)。
现有技术的解决方案如专利文献CN109686095A，公开了一种基于LTE-V的车路协同方法及系统；该系统由车载协同处理设备、路测处理设备、远程服务器构成，三者设备中均包含LTE-V通信模块，并通过LTE-V协议进行通信，这类方法明显的缺陷是没有向前兼容已经成熟商用的基于DSRC技术的车辆和向后支持基于第五代移动通信技术的车辆。现实场景中，道路上的车辆是基于旧技术的存量与基于新技术的增量共存的，实际应用时必须考虑跨技术的解决方法。
即将大量部署商用的第五代移动通信技术（简称5G）除了带宽更高，时延更小，V2X也是其重要内容之一。
发明人经过深入研究，发现目前没有一套跨空中（移动/无线）通信底层技术的车联网上层应用的交互协议，在DSRC技术成熟应用之后，到LTE-V技术走向实用，再到今后5G技术，将各自提供一套上层应用的交互协议，因此，提供一种跨空中（移动/无线)通信底层技术的车联网上层应用的交互方法具有很高的实用价值和现实意义。
发明内容
针对现有技术中的缺失，本发明的目的是提供一种跨空中（移动/无线）通信底层技术的车联网上层应用的交互方法。
根据本发明提供的一种跨空中（移动/无线）通信底层技术的车联网上层应用的交互方法，包括首次注册步骤、信息同步与分发步骤、离开或老化步骤；
首次注册步骤：交通参与者在公路上，通过空中（移动/无线）通信底层技术（例如：DSRC或LTE-V或5G或其他）定时（时间间隔毫秒级）广播注册信息（所有广播注册信息均采取非对称加密方式加密，交通参与者在进入该区域之初，就已经通过移动数据网获取到了本区域的非对称加密的公钥，如果遇到获取不到的极端情况，则使用预先设置的缺省公钥）。当车辆行驶至路边子系统（RSS, Road Side Sub-System）空中信号覆盖范围（通常在几百到几千米，取决于采用的底层通信技术，例如：波长频率、发射功率等参数）时，交通参与者通过空中发出的广播注册信息（含交通参与者的非对称加密的公钥）被路边子系统接受到（并通过非对称加密的私钥解密），路边子系统先进行判断（可选）是否合法，然后记录该交通参与者的信息（例如：空中通信底层技术是DSRC/LTE-V/5G）；
注册过程采取非对称加解密，后续注册成功后的交互采取对称性加解密，这样可以兼顾安全和效率，因为后面的交互比较频繁且信息量大，如果采取对称加解密，效率更高；
路边子系统记录完刚才注册的交通参与者信息到本地后，将后续交互用的对称加解密密钥、本路边子系统基本信息等连同注册结果一并用该交通参与者给的公钥加密后通过对应的空中通信底层技术发送给该交通参与者；
最后路边子系统将所有信息更新到它自己维护的交通参与者列表。
信息同步与分发步骤：路边子系统定时（时间间隔毫秒级）通过空中广播（对称加密，密钥已经在注册过程中通知给各个交通参与者）它自己维护的道路交通参与者列表中的每个成员同步位置、方向和速度等信息，包括但不局限于向每个成员查询实时的位置、方向和速度等信息；
路边子系统根据需要触发对某个或某一组交通参与者查询指定或者全部信息；
路边子系统根据需要触发对某个或某一组交通参与者推送信息；
交通参与者根据需要触发向所属路边子系统查询定制化信息或全部信息；
交通参与者根据需要触发向所属路边子系统报告信息。
离开或老化步骤：交通参与者在驶离路边子系统空中通信覆盖范围时，交通参与者可以根据距离或者因为更新、更近的路边子系统注册上了，主动跟原先的路边子系统发送离开信息；如果交通参与者没有主动发送离开信息，则路边子系统可以根据在信息同步和分发步骤中多次没有应答同步的交通参与者从他维护的列表中删除（也称为老化）。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、跨各种空中（移动/无线）通信底层技术，支持基于LTE-V技术的，向前兼容基于DSRC技术的，向后支持基于5G或其他移动/无线新技术；
2、支持基于DSRC技术的车辆和LTE-V技术的车辆在同一套系统里车路协同，包括今后基于5G技术或其他空中移动/无线通信新技术的车辆；
3、本发明充分利用空中移动/无线通信的广播特性，在保证通信安全的前提下，最大限度的提升交互的效率和性能。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的系统框图；
图2为本发明的流程时序图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
根据本发明提供的一种跨空中（移动/无线）通信底层技术的车联网上层应用的交互方法，包括首次注册步骤、信息同步与分发步骤、离开或老化步骤；
首次注册步骤：交通参与者在公路上，通过空中（移动/无线）通信底层技术（例如：DSRC或LTE-V或5G或其他）定时（时间间隔毫秒级）广播注册信息（所有广播注册信息均采取非对称加密方式加密，交通参与者在进入该区域之初，就已经通过移动数据网获取到了本区域的非对称加密的公钥，如果遇到获取不到的极端情况，则使用预先设置的缺省公钥）。
具体的，不同的空中通信底层技术需要单独的物理天线和射频芯片及其电路；交通参与者可以只一套物理天线射频芯片及其电路来支持空中通信接口功能，路边子系统则需要根据其支持情况，拥有多套不同空中通信底层技术的物理天线和射频芯片及其电路。
更具体的，毫秒级的定时向空中发送广播消息，一般的实时操作系统无法做到，需要硬实时（例如通过硬件来毫秒级的定时发送已经由软件放到硬件buffer缓冲区的广播消息；或者通过FPGA逻辑来毫秒级的定时发送）。
当车辆行驶至路边子系统（RSS, Road Side Sub-System）空中信号覆盖范围（通常在几百到几千米，具体由采用的底层通信技术决定，例如：波长频率、发射功率等参数）时，交通参与者通过空中发出的广播注册信息（含交通参与者的非对称加密的公钥）被路边子系统接受到（并通过非对称加密的私钥解密），路边子系统先进行判断（可选）是否合法，然后记录该交通参与者的信息（例如：空中通信底层技术是DSRC/LTE-V/5G）；
更具体的，注册过程采取非对称加解密，后续注册成功后的交互采取对称性加解密，这样可以兼顾安全和效率，因为后面的交互比较频繁且信息量大，如果采取对称加解密，效率更高；路边子系统记录完刚才注册的交通参与者信息到本地后，将后续交互用的对称加解密密钥、本路边子系统基本信息等连同注册结果一并用该交通参与者给的公钥加密后通过对应的空中通信底层技术发送给该交通参与者；最后路边子系统将所有信息更新到它自己维护的交通参与者列表。
更具体地，首次注册步骤中，交通参与者广播，路边子系统接收的空中信号通道，可以是监管机构指定的某些频段（例如5.9GHZ）或者是监管机构分配给合法运营商的某些频段（例如今后第五代移动通信工信部分配给移动、联通的），也可以是使用公共频段（例如2.4GHZ或者5.0GHZ），本发明没有限定空中（移动/无线）通信底层技术的具体参数。
信息同步与分发步骤包括如下子步骤：
路边子系统广播子步骤：路边子系统定时（时间间隔毫秒级）通过空中广播（对称加密，密钥已经在注册过程中通知给各个交通参与者）它自己维护的道路交通参与者列表中的每个成员同步位置、方向和速度等信息，包括但不局限于向每个成员查询实时的位置、方向和速度等信息；
指定查询子步骤：路边子系统在它覆盖范围内使用对称加密（密钥为注册过程中通知给各个交通参与者）空中广播查询指定某个或一组交通参与者的指定相关信息或者全部信息；此子步骤为路边子系统根据需要随机触发；
指定推送子步骤：路边子系统在它覆盖范围内使用对称加密（密钥为注册过程中通知给各个交通参与者）空中广播推送一些特定信息给指定的某个或一组交通参与者；此子步骤为路边子系统根据需要随机触发；
查询定制化的信息子步骤：某个交通参与者向它所属区域已经注册的路边子系统使用对称加密（密钥为注册过程中路边子系统给的）空中广播查询指定或者全部信息；此子步骤为交通参与者根据需要随机触发；
报告信息子步骤：某个交通参与者向它所属区域已经注册的路边子系统使用对称加密（密钥为注册过程中路边子系统给的）空中广播报告信息；此子步骤为交通参与者根据需要随机触发。
离开或老化步骤分如下两种情形：
1. 交通参与者主动向所注册的路边子系统发出离开请求，分如下几种情况：
交通参与者通过实时距离等信息判断它即将与现注册的路边子系统失去空中信号通道的连接；
交通参与者新注册上一个更新、更近的路边子系统；
2. 路边子系统删除它本地维护的某个交通参与者的信息，分如下几种情况：
路边子系统通过实时距离等信息判断某个交通参与者即将驶出它的实际信号覆盖范围；
路边子系统连续多次(例如：三次)没有收到某个交通参与者的实时同步信息。
在本申请的描述中，需要理解的是，交通参与者包括各种带有通过空中（移动/无线）通信接口的车辆（包括燃油、燃气、电动、混动、四轮、三轮、两轮、机动或非机动等等）和行人等等。本发明为了描述的易理解性在部分语句中使用了“车”或者“车辆”，而不是“交通参与者”，只是为了达到更容易理解的目的，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种跨空中通信底层技术的车联网应用的交互方法，其特征在于，交通参与者和路边子系统（RSS, Road Side Sub-System）之间采用跨多种空中（移动/无线）通信底层技术的交互步骤，包括：首次注册步骤、信息同步与分发步骤、离开或老化步骤，为上层的车联网应用提供了一套统一的交互方法。
2.根据权利要求1所述的一种跨空中通信底层技术的车联网应用的交互方法，其特征在于，所述首次注册步骤中，交通参与者定时（毫秒级）向空中广播注册请求信息（带非对称加密的公钥）；广播注册请求信息采取非对称加密，其中加密用的公钥在进入该区域之初就通过移动数据网获取，未成功获取的情况下使用缺省公钥；路边子系统接收到注册请求后，先用自己的私钥解密，然后进行处理，最后连同后续对称加密的密钥等信息一并回复给交通参与者（使用交通参与者给的非对称加密公钥进行加密）。
3.根据权利要求1所述的一种跨空中通信底层技术的车联网应用的交互方法，其特征在于，所述信息同步与分发步骤中包括如下子步骤：
路边子系统广播子步骤：路边子系统定时（毫秒级）向空中广播其本地维护的所覆盖区域交通参与者的速度、方向和速度等信息，对称加密；
指定查询子步骤：路边子系统根据需要（随机，非定时）触发向单个或一组交通参与者查询指定的信息；
指定推送子步骤：路边子系统根据需要（随机，非定时）触发向单个或一组交通参与者推送指定的信息；
查询定制化信息子步骤：交通参与者根据需要（随机，非实时）触发向路边子系统发送查询单个或一组相关信息；
报告信息子步骤：交通参与者根据需要（随机，非实时）触发向路边子系统发送报告信息。
4.根据权利要求1所述的一种跨空中通信底层技术的车联网应用的交互方法，其特征在于，所述离开或老化步骤包括如下子步骤：
交通参与者主动离开子步骤：交通参与者主动向所注册的路边子系统发出离开请求；
路边子系统老化掉某个交通参与者子步骤：路边子系统删除它本地维护的某个交通参与者的信息。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的一种跨空中通信底层技术的车联网应用的交互方法，其特征在于，交通参与者和路边子系统向空中定时广播（毫秒级的）的信息都是采取硬实时（硬件或FPGA –Field Programmable Gate Array逻辑毫秒级定时向空中发送）。
6.根据权利要求2至4中任一项所述的一种跨空中通信底层技术的车联网应用的交互方法，其特征在于，充分利用空中信号通道的广播优势，路边子系统对其覆盖范围的所有交通参与者推送信息时或者对一组（包含多个）交通参与者交互时采取空中广播一次，所有相关车辆都可以接收到；避免了采取点对点通信方式需要重复跟每个交通参与者交互完全相同的信息。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111951420A (zh) * 2020-08-27 2020-11-17 深圳成谷智能科技有限公司 一种etc广播消息的安全传输的方法及装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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