CN111212396B - 用于车对外界信息交互(v2x)通信的车辆系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车辆系统(1)，该系统包括：用于车对外界信息交互(V2X)通信的一种车对外界信息交互(V2X)通信装置(2)和一种用于借助车对外界信息交互(V2X)通信处理待发送数据的处理装置(3)，其中处理装置(3)设置用于，传输车对外界信息交互(V2X)通信装置(2)的待发送数据，其中车对外界信息交互(V2X)通信设备(2)设置用于，在使用所传输待发送数据的情况下建立一未经签名的车对外界信息交互(V2X)消息，并将未经签名的车对外界信息交互(V2X)消息传输给处理装置(3)，其中，处理装置(3)还设置用于，对所传输车对外界信息交互(V2X)消息进行签名，并将经签名的车对外界信息交互(V2X)消息传输给车对外界信息交互(V2X)通信装置(2)以供发送。此外，本发明还涉及一相应方法。

Description

用于车对外界信息交互(V2X)通信的车辆系统和方法
技术领域
本发明涉及一种用于车对外界信息交互(V2X)通信的车辆系统和一种相应方法。
背景技术
车对外界信息交互(V2X)通信目前正处于批量引进市场阶段。在此，尤其预定的是，车辆在特定间隔或在特定事件时发送车对外界信息交互(V2X)消息，例如包括有关速度、位置、线路、加速度等信息，或诸如故障或紧急制动操作等特殊事件的信息。目前相关的标准是IEEE802.11(p)、IEEE1609、SAE 2735、SAE 2945和ETSI ITS-G5。此外，当前第三代合作伙伴计划(3GPP)正在为蜂窝车对外界信息交互(C-V2X)编制新的标准。
一种例如能实现自动驾驶功能的系统通常由诸如雷达或摄像装置等多个传感器和一中央处理装置组成。一车对外界信息交互(V2X)通信装置可作为附加传感器整合在该系统中。为确保必要的功能安全性(Safety(安全性))，必须对从发射装置或传感器直至处理装置的所有信息加以保护，或识别所有信息的变化。为此，通常使用诸如时间戳、CRC(循环冗余校验)和单调消息计数器等已知技术来识别通信中的信息变化。
对车对外界信息交互(V2X)数据，不仅在车辆中，而且在车辆之间都必须对数据传输进行安全可靠的变化保护。为此，ETSI标准和IEEE/SAE标准提供一种数据安全性签名(Security-Signierung(保全性签名))，它一方面确保不会有意或无意地以1/2256 的概率更改消息，另一方面，通过一附加的证书确保消息是可信的，请参阅IEEE 1609.2。
例如借助相应的汽车开放系统架构(AUTOSAR)软件模式可在诸如以太网等一车载通信网络中遵守例如ASIL B或更高数据传输标准等的标准要求确保功能的安全性。
发明内容
本发明的任务是提供一种车对外界信息交互(V2X)通信系统，该系统满足对一所要求安全完整性等级(safety(安全性))的要求，并可达到待传输数据的信息安全性(security(保全性))，同时能以尽可能低的工本加以实现。
该任务通过独立权利要求的标的解决。在从属权利要求中阐述了例如有益的设计方案。明确摘录的权利要求内容构成了说明的内容。
本发明描述一种车辆系统，该系统包括：
- 一种用于车对外界信息交互(V2X)通信的车对外界信息交互(V2X)通信装置，以及
- 一种用于借助车对外界信息交互(V2X)通信处理待发送数据的处理装置，其中
- 处理装置设置用于，传输车对外界信息交互(V2X)通信装置的待发送数据，其中
- 车对外界信息交互(V2X)通信装置设置用于，在使用所传输待发送数据的情况下建立一未经签名的车对外界信息交互(V2X)消息，并将车对外界信息交互(V2X)消息传输给处理装置，以及
- 处理装置还设置用于，对所传输车对外界信息交互(V2X)消息进行签名，并将经签名的车对外界信息交互(V2X)消息传输给车对外界信息交互(V2X)通信装置以供发射。
本发明的基本理念是，借助处理装置建立待发送车对外界信息交互(V2X)消息的签名。由此，可以有益的方式确保所要求整个车辆系统功能安全性的一安全完整性等级，例如ASIL B。由此，车辆系统的车对外界信息交互(V2X)通信装置可被开发为基本上不与安全相关，尤其是ASIL QM，因为所耗用的研发工本较少，甚至也可使用更经济合理的组件，因此相对于一种作为替代选择的、例如被设计为具有车对外界信息交互(V2X)通信装置ASIL B性能的解决方案而言，更经济合理。此外，根据本发明所述，不必对车辆中的车对外界信息交互(V2X)数据的数据传输进行保全(Security(保全性))。
根据另一结构形式，处理装置设置用于对所传输未经签名的车对外界信息交互(V2X)消息进行检查，确定车对外界信息交互(V2X)消息是否包含待发送数据。根据一实施方式，处理装置设置用于，仅当未经签名的车对外界信息交互(V2X)消息包含待发送数据时，才进行车对外界信息交互(V2X)消息的签名。
根据使用目的，车对外界信息交互(V2X)通信装置包括至少一套用于发送或接收车对外界信息交互(V2X)消息的天线，其中，车对外界信息交互(V2X)通信装置设置用于，借助至少一套天线发送经签名的车对外界信息交互(V2X)消息。
根据另一结构形式，在通过处理装置传输后和在经签名的车对外界信息交互(V2X)消息发送前，车对外界信息交互(V2X)通信装置不对经签名的车对外界信息交互(V2X)消息进行改变。
根据本发明一实施方式，车对外界信息交互(V2X)通信装置设置用于，尤其是仅用于，实现车对外界信息交互(V2X)通信或待发送和/或所接收车对外界信息交互(V2X)消息的一位元传输层(所谓Physical Layer)，一安全层，尤其一逻辑链路控制(所谓LogicalLink Control)和/或媒体访问控制(所谓Media Access Control)，一网络层(所谓NetworkLayer)和/或一传输层(所谓Transport Layer)。
根据本发明一实施方式，处理装置设置用于，尤其是仅用于，实现处理借助车对外界信息交互(V2X)通信待发送和/或接收到数据的一服务设施层(所谓Facilities Layer)和/或一应用层(所谓Application Layer)。
因此，根据使用目的，车对外界信息交互(V2X)通信装置设置方式为，没有实现用于处理借助车对外界信息交互(V2X)通信待发送和/或接收到数据的一服务设施层(所谓Facilities Layer)和/或一应用层(所谓的Application Layer)。
因此，根据本发明一实施方式，处理装置设置为，没有用于实现车对外界信息交互(V2X)通信的一位元传输层(所谓Physical Layer)，没有安全层，尤其没有逻辑链路控制(所谓Logical Link Control)和/或媒体访问控制(所谓Media Access Control)，没有网络层(所谓Network Layer)和/或没有传输层(所谓Transport Layer)。
上述层的命名是根据OSI模型或ETSI ITS-G5的术语表为导向的。
根据一实施方式，车对外界信息交互(V2X)通信装置设置为，对接收到的车对外界信息交互(V2X)消息进行一安全检查(Security(保全性))，尤其是一认证证书和可信度检查。如果通过检查，或被认为通过检查，则将车对外界信息交互(V2X)消息发送到处理装置。根据使用目的，检查不合格的车对外界信息交互(V2X)消息会被丢弃。由此，可确保接收到数据的信息安全性，并通过丢弃被视为不安全的消息减轻处理装置的计算任务。车对外界信息交互(V2X)通信装置尤其设置为，将车对外界信息交互(V2X)通信以不改变或基本不改变的形式传输给处理装置。
根据另一结构形式，处理装置设置用于，对经由车对外界信息交互(V2X)通信装置传输的、接收到的车对外界信息交互(V2X)消息重新执行一安全性检查(Security(保全性))。由此可以有益方式，确保从车对外界信息交互(V2X)通信装置到处理装置的传输中，消息内容不会由于例如硬件或软件或访问错误而发生变化。此外，可由处理装置进行车对外界信息交互(V2X)消息所包含数据的处理。
因此，从信息安全角度看，车对外界信息交互(V2X)通信装置是透明的，可与一数据总线系统相比拟，其中，在此可假定数据传输装置具有信息安全性。
此外，本发明涉及一种用于车对外界信息交互(V2X)通信的方法，该方法包括以下步骤：
- 通过一处理装置将待发送数据传输给一车对外界信息交互(V2X)通信装置，
- 通过车对外界信息交互(V2X)通信装置在使用所传输待发送数据情况下建立一未经签名的车对外界信息交互(V2X)消息，
- 将未经签名的车对外界信息交互(V2X)消息传输给处理装置，
- 通过处理装置对所传输的车对外界信息交互(V2X)消息进行签名，以及
- 将所签名的车对外界信息交互(V2X)消息传输给车对外界信息交互(V2X)通信装置。
根据另一结构形式，通过处理装置对由车对外界信息交互(V2X)通信装置所传输的、未经签名的车对外界信息交互(V2X)消息进行检查。确定车对外界信息交互(V2X)消息是否包含待发送数据。
根据一实施方式，仅当通过车对外界信息交互(V2X)通信装置传输的未经签名车对外界信息交互(V2X)消息包含待发送数据时，才通过处理装置进行车对外界信息交互(V2X)消息的签名。
根据一实施方式，车对外界信息交互(V2X)通信装置借助至少一套天线发送经签名的车对外界信息交互(V2X)消息。
车对外界信息交互(V2X)通信装置按照使用目的对接收到的车对外界信息交互(V2X)消息进行一安全检查，尤其是一认证证书和可信度检查，并根据另一结构形式将车对外界信息交互(V2X)消息传输给处理装置，其中，车对外界信息交互(V2X)消息尤其以不改变或基本不改变的形式传输给处理装置。
根据另一结构形式，对接收到的、由车对外界信息交互(V2X)通信装置传输的车对外界信息交互(V2X)消息重新执行一安全性检查。
根据本发明的另一观点，所述车辆系统设置用于，执行一根据至少一种上述实施方式的方法。
在指定车辆系统的另一结构形式中，车对外界信息交互(V2X)通信装置和/或处理装置分别各有至少一个存储器，并分别各有至少一个处理器。其中，指定方法以至少一个计算机程序的形式存储在存储器中，并当计算机程序被从存储器加载到处理器中时，预先规定由处理器执行所述方法，其中，根据待执行所述方法的装置情况，可考虑进行一相应的任务分配。
根据本发明的另一观点，一计算机程序包括程序代码装置，用于如果在一计算机或指定装置之一上执行计算机程序时，执行所述方法之一的所有步骤。
根据本发明的另一观点，一计算机程序产品包括存储在一计算机可读数据载体上的一程序代码，在一数据处理装置上执行所述程序代码时，所给出方法之一会被执行。
在从属权利要求中给出了本发明的一些特别有益的设计方案。根据参考附图实施例的以下描述还可得出其他优选的实施方式。
附图说明
在示意图中显示：
图1 这是根据本发明所述一车辆系统的一实施例，以及
图2 这是根据本发明一所述方法的一示例性实施方式。
实施方式
图1展示一车辆系统1，该系统带有一用于车对外界信息交互(V2X)通信的车对外界信息交互(V2X)通信装置2和一处理借助车对外界信息交互(V2X)通信待发送数据的处理装置3，其中，车对外界信息交互(V2X)通信装置2和处理装置3借助一数据传输装置5，例如借助一数据总线，尤其是借助控制器区域网络(CAN)或以太网以适宜于数据传输的方式相互连接。此外，车辆系统根据使用目的包含一用于发送和/或接收车对外界信息交互(V2X)消息的天线4。此外，处理装置3尤其可连接至一车辆数据网络6，以进行数据传输。处理装置3设置为，首先将待发送数据传输给车对外界信息交互(V2X)通信装置2，其中，车对外界信息交互(V2X)通信装置2设置为，在使用所传输的待发送数据情况下，建立一未经签名的车对外界信息交互(V2X)消息，另一方面将未经签名的车对外界信息交互(V2X)消息传输给处理装置3。所述处理装置3还设置用于，对由处理装置传输的车对外界信息交互(V2X)消息进行签名，并将经签名的车对外界信息交互(V2X)消息传输给车对外界信息交互(V2X)通信装置2，以借助天线4进行发送。
在车对外界信息交互(V2X)通信装置2和处理装置3上用于通过车对外界信息交互(V2X)通信系统1执行车对外界信息交互(V2X)通信的任务分配根据示例如下设置。对车对外界信息交互(V2X)通信，车对外界信息交互(V2X)通信装置实现一位元传输层PHY、一安全层DLL，其中，在安全层DLL中可预先规定图1中未展示的子层—逻辑链路控制层和媒体访问控制层，一网络层NL和一传输层TL。另一方面，处理装置实现用于处理借助车对外界信息交互(V2X)通信待发送和/或所接收数据的一服务设施层FL和一应用层AL。
图2展示一根据本发明所述方法的一示例性实施方式，其中，在一第一步骤10中，通过一处理装置3将待发送的数据传输给一车对外界信息交互(V2X)通信装置。在一第二步骤20中，通过车对外界信息交互(V2X)通信装置2在使用所传输的待发送数据情况下生成一未经签名的车对外界信息交互(V2X)消息，并随后在一第三步骤30中将其传输给处理装置。处理装置3在一第四步骤40中对由车对外界信息交互(V2X)通信装置传输的车对外界信息交互(V2X)消息进行签名，并在一第五步骤50中将经签名的车对外界信息交互(V2X)消息传输给车对外界信息交互(V2X)通信装置。
只要在对专利申请进行处理的过程中发现，某项特征或某组特征已无必要，则须由申请人现就重新编写至少某个不再包含该特征或该组特征的、独立的权利要求。这可能会涉及例如在申报日呈交的权利要求的一从属组合，或申报日呈交的权利要求被其他特征限定的一从属组合。这类重新编写的权利要求或特征组合属于本专利申请发布内容的范畴。
此外还须注意，本发明在不同设计方案或实施例中所述的和/或图示中描述的设计方案、特征和变异应可彼此任意组合。单项或多项特征可彼此任意替换。由此构成的特征组合属于本专利申请公布内容的范畴。
在关联的权利要求中参照的内容并不放弃对所参照从属权利要求的特征进行保护。这些特征也可与其他特征任意组合。
仅在说明部分公布，并在说明中或某项权利要求中只与其他特征一起联合公布的特征，原则上都拥有自身的发明意义。因此也可单一收录到权利要求中，以作为现有技术的界定。
通常应注意的是，车对外界信息交互(V2X)通信尤其是指车辆之间和/或车辆和基础设施装置之间的一种直接通信。通常，它可是例如车对车的通信，车对基础设施的通信或车对交通参与者的通信。只要在本专利申请框架内涉及的是一种车辆之间的通信，原则上例如可在一车对车通信范围内实现，典型情况下不需要通过一移动无线电网络或一类似外部基础设施进行调制解调，因此可有别于例如基于一移动无线电网络的其他解决方案。例如，一车对外界信息交互(V2X)通信可根据IEEE 802.11p标准或IEEE 1609.4标准实现。一车对外界信息交互(V2X)通信也可被称为C2X通信。部分范围内可被称为C2C(车对车)或C2I(车对基础设施)通信。根据本发明所述解决方案不限于所谓的通信技术。本发明不明确排除例如带调制解调功能，尤其是通过一移动无线电网络的车对外界信息交互(V2X)通信。

Claims (8)

1.车辆系统(1)，包括：
- 用于车对外界信息交互(V2X)通信的一种车对外界信息交互(V2X)通信装置(2)和
- 一种用于借助车对外界信息交互(V2X)通信处理待发送数据的处理装置(3)，其中
- 处理装置(3)设置用于，将待发送数据传输给车对外界信息交互(V2X)通信装置(2)，其中
- 车对外界信息交互(V2X)通信装置(2)设置用于，在使用所传输待发送数据的情况下建立一未经签名的车对外界信息交互(V2X)消息，并将未经签名的车对外界信息交互(V2X)消息传输给处理装置(3)，其中，
- 处理装置(3)还设置用于，对所传输车对外界信息交互(V2X)消息进行签名，并将经签名的车对外界信息交互(V2X)消息传输给车对外界信息交互(V2X)通信装置(2)，以供发射；
其中，处理装置(3)用于确保整个车辆系统的功能安全性处于一安全完整性等级，车对外界信息交互(V2X)通信装置(2)被开发为不与安全完整性等级相关。
2.根据权利要求1所述的车辆系统，其中，处理装置设置用于，仅当未经签名的车对外界信息交互(V2X)消息包含待发送数据时，才进行车对外界信息交互(V2X)消息的签名。
3.根据权利要求1所述的车辆系统，其中，车对外界信息交互(V2X)通信装置设置用于，在通过处理装置传输后和在经签名的车对外界信息交互(V2X)消息发送前，不对经签名的车对外界信息交互(V2X)消息进行改变。
4.根据权利要求1所述的车辆系统，其中，车对外界信息交互(V2X)通信装置具有实现车对外界信息交互(V2X)通信用的一位元传输层(PHY)、一安全层(DLL)、一网络层(NL)和/或一传输层(TL)。
5.根据权利要求1所述的车辆系统，其中，所述处理装置具有一服务设施层(FL)和一应用层(AL)，用于借助车对外界信息交互(V2X)通信处理待发送和/或所接收的数据。
6.根据权利要求1所述的车辆系统，其中，车对外界信息交互(V2X)通信装置设置用于，对接收到的车对外界信息交互(V2X)消息执行一安全性检查，如果认为检查通过，则将车对外界信息交互(V2X)消息传输给处理装置。
7.根据权利要求1所述的车辆系统，其中，所述处理装置设置用于，对所接收到的、由车对外界信息交互(V2X)通信装置传输的车对外界信息交互(V2X)消息重新执行一安全性检查。
8.用于车对外界信息交互(V2X)通信的方法，它具有下列步骤：
- 通过一处理装置将待发送的数据传输给一车对外界信息交互(V2X)通信装置，
- 通过车对外界信息交互(V2X)通信装置在使用所传输的待发送数据情况下建立一未经签名的车对外界信息交互(V2X)消息，
- 将未经签名的车对外界信息交互(V2X)消息传输给处理装置，
- 通过处理装置对所传输的车对外界信息交互(V2X)消息进行签名，以及
- 将所签名的车对外界信息交互(V2X)消息传输给车对外界信息交互(V2X)通信装置；
其中，处理装置用于确保整个车辆系统的功能安全性处于一安全完整性等级，车对外界信息交互(V2X)通信装置(2)被开发为不与安全完整性等级相关。
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