CN113138885A - 用于评估信号的方法和设备 - Google Patents

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CN113138885A CN202110066651.0A CN202110066651A CN113138885A CN 113138885 A CN113138885 A CN 113138885A CN 202110066651 A CN202110066651 A CN 202110066651A CN 113138885 A CN113138885 A CN 113138885A
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Abstract

本发明涉及用于评估信号的方法和设备。用于评估尤其是经由总线系统传输的和/或可接收的信号的方法，其具有：确定信号；至少暂时影响信号和/或至少一个从中导出的参量，其中获得受影响的信号；评估受影响的信号。

Description

用于评估信号的方法和设备
技术领域
本公开涉及一种用于评估（尤其是经由总线系统传输的和/或可接收的）信号的方法。
此外，本公开涉及一种用于评估（尤其是经由总线系统传输的和/或可接收的）信号的设备。
发明内容
优选的实施形式涉及一种用于评估（尤其是经由总线系统传输的和/或可接收的）信号的方法，该方法具有：确定信号；至少暂时影响该信号和/或至少一个从中导出的参量，其中获得受影响的信号；评估受影响的信号。
影响信号有利地能够实现对总线系统的至少一个部件（例如信号的发送器）的必要时出现的漂移效应的补偿，所述漂移效应例如通过温度和/或供电电压的改变等引起。借此，可以有利地提高如下方法的稳健性（Robustheit）：所述方法涉及对信号或受影响的信号的（例如基于模型的）评估。尤其是，在其他优选实施形式中可以通过如下方式来实现：不必不断地改变针对信号的基于模型的评估而存在的模型。
在优选实施形式中，确定信号例如可以具有接收所述信号。在其他实施形式中，信号例如可以作为模拟信号（时间和值连续地）存在。
在其他优选实施形式中，该信号是差分信号。在其他优选实施形式中，该信号也可以是非差分的（英语为：“single-ended（单端）”）信号。
在其他优选实施形式中，总线系统可以是CAN（Controller Area Network（控制器局域网））总线系统，或者为CAN FD（带有灵活数据速率的CAN）类型或CAN-XL类型。在其他优选实施形式中，总线系统也可以具有与前面示例性提到的类型不同的类型。
在其他优选实施形式中，总线系统可以具有线形的或者环形的或者星形的或者树形的拓扑，或者具有至少一个由此构成的混合形式。
在其他优选实施形式中，可以在针对总线系统或所述总线系统的至少一个总线用户（尤其是接收器）中使用根据所述实施形式的原理，其中尤其是接收器例如也可以与发送器组合（“收发器”，英语为：transceiver）。例如，按照其他优选实施形式，可以在针对车辆的CAN总线系统的CAN接收器或者CAN收发器中使用根据所述实施形式的原理。
在其他优选实施形式中设置了，本方法进一步具有：确定信号的至少一个特征（例如电压电平、时间响应特性等等），其中至少一个特征表征所述信号的至少一个可能的发送器；影响至少一个特征，其中获得至少一个受影响的特征；并且可选地，评估至少一个受影响的特征。在其他优选实施形式中，因此前面示例性地依据所述（受影响的）信号所描述的原理可应用到所述信号上，和/或可应用到从中可导出的特征中的一个或者多个特征上。换言之，在有些实施形式中，信号本身可以被影响；而在其他实施形式中，至少一个特征（但是例如不是信号本身）被影响。再者，在其他实施形式中可设想的是，不仅影响信号本身，而且影响至少一个特征。
在其他优选实施形式中，（受影响的）特征中的一个或者多个特征也可以被用于形成“指纹”（英语为：fingerprint），那就是说形成如下信息：所述信息例如表征总线系统的确定的发送器（或者一组发送器），并且例如基于一个或者多个从发送器接收到的数据帧，所述信息例如能够实现对所述发送器的标识。
在其他优选实施形式中设置了，所述影响具有下列元素中的至少一个元素：a）根据信号和/或至少一个特征来影响信号和/或至少一个特征，b）根据至少一个可预先给定的函数来影响信号和/或至少一个特征，所述至少一个可预先给定的函数尤其是：b1）尺度函数（Skalierungsfunktion），和/或b2）表征总线系统的和/或总线系统的至少一个总线用户的电气-电子架构的函数，和/或b3）表征（尤其是总线系统的至少一个部件的）至少一个物理参数（尤其是温度）的改变和/或老化效应或漂移效应的函数。
在其他优选实施形式中，例如如果信号（和/或至少一个特征）作为时间和值连续的信号存在，则在模拟域中可执行所述影响。在其他优选实施形式中，例如如果信号（和/或至少一个特征）作为时间和值离散的信号存在，如例如在模拟/数字转换之后可能情况如此，则在数字域中可执行所述影响。
在其他优选实施形式中设置了，本方法进一步具有：基于下列元素中的至少一个元素来形成表征信号的至少一个发送器的模型：a）信号，b）至少一个从所述信号中导出的参量，c）受影响的信号，d）至少一个受影响的特征。例如针对发送器标识和/或执行入侵检测（Intrusion-Detection）方法，这例如能够实现对信号的基于模型的评估。
在其他优选实施形式中设置了，本方法进一步具有：基于至少一个模型，推断出信号的发送器的身份，和/或推断出总线系统的总线用户的攻击尝试。
在其他优选实施形式中，例如在第一运行阶段（尤其是学习阶段）中可以确定或形成表征所述信号的至少一个发送器的模型。在其他优选实施形式中，表征信号的至少一个发送器的模型可以例如在第二运行阶段（尤其是“正常运行”）中被用于进行评估（例如发送器标识）。在其他优选实施形式中，在第一运行阶段期间和/或在第二运行阶段期间可以执行根据优选实施形式的影响。
其他优选实施形式涉及一种用于执行按照前面的权利要求中的至少一项所述的方法的设备。
在其他优选实施形式中设置了，所述设备具有：具有至少一个计算核的计算装置（“计算机（Computer）”）；分配给计算装置的存储装置，用于至少暂时存储下列元素中的至少一个元素：a）数据，b）计算机程序，尤其是用于执行根据所述实施形式的方法。
在其他优选实施形式中，数据可以至少暂时地具有信号或所述信号的或受影响的信号的（尤其是也是时间和/或值离散的）表示，和/或具有从中可导出的数据（例如至少一个特征）。
在其他优选实施形式中，存储装置具有易失性存储器（例如工作存储器（RAM）），和/或具有非易失性存储器（例如闪存（Flash）-EEPROM），或者具有由此构成的组合或者与另外的未明确提到的存储器类型的组合。
在其他优选实施形式中，所述设备具有至少一个模拟/数字（A/D）转换器，所述至少一个模拟/数字转换器构造为，将接收到的模拟的（时间和/或值连续的）信号变换成时间和/或值离散的信号。
其他优选实施形式涉及一种计算机可读取的存储介质，所述计算机可读取的存储介质包括指令，所述指令在通过计算机执行时促使该计算机，执行根据所述实施形式的方法。
其他优选实施形式涉及一种计算机程序，所述计算机程序包括指令，所述指令在通过计算机执行程序时促使该计算机，执行根据所述实施形式的方法。
其他优选实施形式涉及一种数据载体信号，所述数据载体信号表征和/或传输根据所述实施形式的计算机程序。数据载体信号例如可经由设备的可选的数据接口来接收。
其他优选实施形式涉及根据所述实施形式的方法和/或根据所述实施形式的设备和/或根据所述实施形式的计算机可读取的存储介质和/或根据所述实施形式的计算机程序和/或根据所述实施形式的数据载体信号针对下列元素中的至少一个元素的应用：形成至少一个模型，所述至少一个模型表征总线系统的至少一个发送器；b）标识发送器，尤其是确定（尤其是接收到的）数据帧来自哪个发送器；c）确定是否存在有缺陷的和/或恶意的数据帧；d）实施和/或运行入侵检测系统IDS；e）影响信号和/或至少一个从所述信号中导出的参量；f）提高模型或所述模型的稳健性。
附图说明
从随后对本发明的实施例的描述中得出本发明的其他特征、应用可能性和优点，所述实施例在附图的图中图示出。在此，所有所描述的或者所图示的特征单独地或者任意组合地形成本发明的主题，而与这些特征在权利要求中的概括或者其引用关系无关，以及与这些特征在说明书的表述或在附图中的图示无关。
在附图中：
图1示意性地示出了根据优选实施形式的简化框图，
图2A示意性地示出了根据其他优选实施形式的方法的简化流程图，
图2B至2D分别示意性地示出了根据其他优选实施形式的方法的简化流程图，
图3示意性地示出了根据其他优选实施形式的设备的简化框图，
图4示意性地示出了根据其他优选实施形式的应用的方面，
图5根据其他优选实施形式以关于数据帧绘制的方式示意性地示出了信号变化，
图6以关于数据帧绘制的方式示意性地示出了表征系统的性能的值，和
图7以关于数据帧绘制的方式示意性地示出了表征系统的性能的值。
具体实施方式
图1示意性地示出了根据优选实施形式的总线系统10的简化框图。总线系统10在本发明示例性地具有线形拓扑和多个总线用户1、2、3，其中尤其是总线用户2是可选的并且根据其他优选实施形式也可以取消。在其他优选实施形式中，总线用户2也可以表示多个其他总线用户。总线用户1、2、3例如可以是针对车辆（尤其是机动车）的控制设备。
在其他优选实施形式中，总线用户3经由总线系统10从对此示例性地作为发送器行动的总线用户1接收到信号Sig，并且根据随后示例性地参照图2A所描述的方法来评估信号Sig。优选地，总线用户3可以具有设备200，该设备200构造用于执行所述方法。设备200的细节进一步在下面尤其参照图3来描述。
根据图2A的方法至少具有下列步骤：确定100信号Sig；至少暂时影响102信号Sig和/或至少一个从中导出的参量，其中获得受影响的信号Sig＇；评估104受影响的信号Sig＇。
影响102信号Sig有利地能够实现对总线系统10的至少一个部件1、2、3（例如信号Sig的发送器1）的必要时出现的漂移效应的补偿，该漂移效应例如通过温度和/或供电电压的改变等引起。借此，可以有利地提高如下方法的稳健性：所述方法涉及对信号Sig或受影响的信号Sig＇的（例如基于模型的）评估。尤其是，在其他优选实施形式中可以通过如下方式来实现：不必不断地改变针对信号的基于模型的评估而存在的模型。
在优选实施形式中，确定100信号Sig例如可以具有接收信号Sig。在优选实施形式中，信号Sig例如可以作为模拟信号（时间和值连续地）存在。
在其他优选实施形式中，信号Sig是差分信号。在其他优选实施形式中，信号Sig也可以是非差分的（英语为：“single-ended”）信号。
在其他优选实施形式中，总线系统10（图1）可以是CAN（Controller AreaNetwork）总线系统，或者为CAN FD（带有灵活数据速率的CAN）类型或CAN-XL类型。在其他优选实施形式中，总线系统10也可以具有与前面示例性提到的类型不同的类型。
在其他优选实施形式中，总线系统10可以具有线形的或者环形的或者星形的或者树形的拓扑，或者具有至少一个由此构成的混合形式。
在其他优选实施形式中，在针对总线系统10或所述总线系统10的至少一个总线用户3（尤其是接收器）中可以使用根据所述实施形式的原理，其中尤其是接收器例如也可以与发送器组合（“收发器”，英语为：transceiver）。例如，按照其他优选实施形式，在针对车辆的CAN总线系统的CAN接收器或者CAN收发器中可以使用根据所述实施形式的原理。
在其他优选实施形式（参见图2B）中，设置了，该方法进一步具有：确定110信号Sig的至少一个特征M1、M2、...（例如电压电平、时间响应特性等等），其中至少一个特征M1、M2、...表征信号Sig的至少一个可能的发送器1（图1）；影响112（图2B）所述至少一个特征M1、M2、...，其中获得至少一个受影响的特征M1＇、M2＇、...；并且可选地，评估114所述至少一个受影响的特征M1＇、M2＇、...。在其他优选实施形式中，因此前面示例性地依据（受影响的）信号Sig、Sig＇所描述的原理可应用到信号Sig上，和/或可应用到从中可导出的特征中的一个或者多个特征M1、M2、...上。换言之，在有些实施形式中，信号Sig本身可以被影响（根据图2A的步骤102）；而在其他实施形式中，至少一个特征M1、M2、...（但是例如不是信号Sig本身）被影响（根据图2B的步骤112）。再者，在其他实施形式中可设想的是，不仅影响信号Sig本身，而且影响至少一个特征M1、M2、...。
在其他优选实施形式中，（受影响的）特征中的一个或者多个特征也可以被用于形成“指纹”（英语为：fingerprint），那就是说形成如下信息：所述信息例如表征总线系统10的确定的发送器1（或者一组发送器），并且例如基于一个或者多个从发送器1接收到的数据帧，所述信息例如能够实现对发送器1的标识。
在其他优选实施形式（参见图2C）中，设置了，影响102、112具有下列元素中的至少一个：a）根据信号和/或至少一个特征来影响102a、112a信号和/或至少一个特征；b）根据至少一个可预先给定的函数来影响102b、112b信号和/或至少一个特征，所述至少一个可预先给定的函数尤其是：b1）尺度函数，和/或b2）表征总线系统的和/或总线系统的至少一个总线用户的电气-电子架构的函数、和/或b3）表征（尤其是总线系统10的至少一个部件1、2、3的）至少一个物理参数（尤其是温度）的改变和/或老化效应或漂移效应的函数。
在其他优选实施形式中，例如如果信号Sig（和/或至少一个特征M1、M2、...）作为时间和值连续的信号存在，则在模拟域中可执行所述影响102、112。在其他优选实施形式中，例如如果信号Sig（和/或至少一个特征M1、M2、...）作为时间和值离散的信号存在（如例如在模拟/数字转换之后可能情况如此），则在数字域中可执行所述影响102、112。在其他优选实施形式中，由此构成的混合形式同样是可设想的。
在其他优选实施形式（参见图2D）中，设置了，该方法进一步具有：基于下列元素中的至少一个元素来形成120表征信号Sig的至少一个发送器1的模型Mod1：a）信号Sig，b）至少一个从所述信号中导出的参量M1、M2、...，c）受影响的信号Sig＇，d）至少一个受影响的特征M1＇、M2＇、...。例如针对发送器标识和/或执行入侵检测方法，这例如能够实现对信号的可选的基于模型的评估。
在其他优选实施形式中设置了，该方法进一步具有：基于至少一个模型Mod1，推断出122信号Sig的发送器1的身份，和/或推断出122总线系统10的总线用户的攻击尝试。
在其他优选实施形式中，例如在第一运行阶段（尤其是学习阶段）中可以确定或形成表征信号的至少一个发送器的模型Mod1。在其他优选实施形式中，表征信号Sig的至少一个发送器的模型Mod1可以例如在第二运行阶段（尤其是“正常运行”）中被用于进行评估（例如发送器标识）。在其他优选实施形式中，在第一运行阶段期间和/或在第二运行阶段期间，可以执行根据优选实施形式的影响102、112（图2）。
在其他优选实施形式中，学习阶段在受保护的环境中（例如在生产装置和/或车间中）被执行。
其他优选实施形式涉及用于执行按照前面的权利要求中的至少一项所述的方法的设备200，参见图3。
在其他优选实施形式中设置了，设备200具有：具有至少一个计算核202a的计算装置202（“计算机”）；分配给该计算装置202的存储装置204，用于至少暂时存储下列元素中的至少一个元素：a）数据DAT，b）计算机程序PRG，尤其是用于执行根据所述实施形式的方法。
在其他优选实施形式中，数据DAT可以至少暂时地具有信号Sig或信号Sig的或受影响的信号Sig＇的（尤其是也是时间和/或值离散的）表示，和/或具有从中可导出的数据、例如至少一个特征M1、M2、...、M1＇、M2＇、...。
在其他优选实施形式中，存储装置204具有易失性存储器204a（例如工作存储器（RAM）），和/或具有非易失性存储器204b（例如闪存-EEPROM），或者具有由此构成的组合或者与另外的未明确提到的存储器类型的组合。
其他优选实施形式涉及计算机可读取的存储介质SM，所述计算机可读取的存储介质SM包括指令PRG，所述指令PRG在通过计算机202执行时促使计算机202，执行根据所述实施形式的方法。
其他优选实施形式涉及计算机程序PRG，所述计算机程序PRG包括指令，所述指令在通过计算机202执行程序PRG时促使计算机202，执行根据所述实施形式的方法。
其他优选实施形式涉及数据载体信号DCS，所述数据载体信号DCS表征和/或传输根据所述实施形式的计算机程序PRG。数据载体信号DCS例如可以经由设备200的可选的数据接口206来接收。
在其他优选实施形式中，设备200具有至少一个模拟/数字（A/D）转换器208，所述至少一个模拟/数字转换器208构造为，将接收到的模拟的（时间和/或值连续的）信号Sig变换成时间和/或值离散的信号。
其他优选实施形式涉及根据所述实施形式的方法和/或根据所述实施形式的设备200和/或根据所述实施形式的计算机可读取的存储介质SM和/或根据所述实施形式的计算机程序PRG和/或根据所述实施形式的数据载体信号DCS针对下列元素中的至少一个元素的应用300（参见图4）：形成302至少一个模型Mod1，所述至少一个模型Mod1表征总线系统10的至少一个发送器1；b）标识304发送器1，尤其是确定（尤其是接收到的）数据帧来自哪个发送器；c）确定306是否存在有缺陷的和/或恶意的数据帧；d）实施308和/或运行入侵检测系统IDS；e）影响309（也参见根据图2的步骤102、112）信号Sig和/或至少一个从该信号中导出的参量M1、M2、...；f）提高310（图4）模型Mod1或所述模型Mod1的稳健性。
根据其他优选实施形式，以关于数据帧（对应于时间轴）绘制的方式，图5示意性地示出了经由总线系统10（图1）传输的信号Sig（图1）的信号变化，其中各个曲线C1、C2、C3、C4、C5、C6分别对应于不同的发送器1、2、...。这些信号变化例如可能由于总线系统10的部件的漂移效应和/或老化等而出现，并且这些信号变化可能通过前面所描述的实施形式有利地被减小或被补偿（参见例如根据图2C的步骤102、112），尤其是使得例如尽管有提到的漂移效应仍可能基于模型地标识（参见例如根据图2A、2B的块104、114）发送器1、2、...。
图6以关于数据帧（对应于时间的变化过程）绘制的方式示意性地示出了如下值：所述值表征示例性的发送器标识系统的性能，其中曲线C10对应于标识率，其中曲线C11对应于真阳性率（True-Positive-Rate），其中曲线C12对应于真阴性率（True-Negative-Rate），并且其中曲线C13对应于置信度。示例性地在使用根据所述实施形式的原理的情况下，可以得出在图6中描绘的值。
类似于图6，图7以关于数据帧绘制的方式示意性地示出了如下值：所述值表征示例性的发送器标识系统的性能。对于在图7中描绘的场景假设，基于相应的发送器的前200个数据帧，已形成了用于标识发送器的模型Mod1（也参见根据图2D的步骤120）。在较大信号变化的情况下，发送器标识系统的性能可以如从图7中可看到的那样减小。与此相应地，如果在考虑信号变化的情况下（例如根据影响102、112（图2C）的原理）形成模型Mod1，则可以实现发送器标识系统的更好的性能，参见图6。

Claims (10)

1.一种用于评估尤其是经由总线系统（10）传输的和/或可接收的信号（Sig）的方法，所述方法具有：确定（100）所述信号（Sig）；至少暂时影响（102）所述信号（Sig）和/或至少一个从中导出的参量（M1、M2、...），其中获得受影响的信号（Sig＇）；评估（104）所述受影响的信号（Sig＇）。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步具有：确定（110）所述信号（Sig）的至少一个特征（M1、M2、...），其中尤其是所述至少一个特征（M1、M2、...）表征所述信号（Sig）的至少一个可能的发送器（1）；影响（112）所述至少一个特征（M1、M2、...），其中获得至少一个受影响的特征（M1＇、M2＇、...）；并且可选地，评估（114）所述至少一个受影响的特征（M1＇、M2＇、...）。
3.根据上述权利要求中至少一项所述的方法，其中，所述影响（102；112）具有下列元素中的至少一个元素：a）根据所述信号（Sig）和/或所述至少一个特征（M1、M2、...）来影响（102a；112a）所述信号（Sig）和/或所述至少一个特征（M1、M2、...）；b）根据至少一个可预先给定的函数来影响（102b；112b）所述信号（Sig）和/或所述至少一个特征（M1、M2、...），所述至少一个可预先给定的函数尤其是：b1）尺度函数，和/或b2）表征所述总线系统（10）的和/或所述总线系统（10）的至少一个总线用户（1、2、3）的电气-电子E-E架构的函数，和/或b3）表征尤其是所述总线系统（10）的至少一个部件（1、2、3）的至少一个物理参数的改变和/或老化效应或漂移效应的函数，所述至少一个物理参数尤其是温度。
4.根据上述权利要求中至少一项所述的方法，进一步具有：基于下列元素中的至少一个元素来形成（120）表征所述信号（Sig）的至少一个发送器（1）的模型（Mod1）：a）信号（Sig），b）至少一个从所述信号（Sig）中导出的参量（M1、M2、...），c）受影响的信号（Sig＇），d）至少一个受影响的特征（M1＇、M2＇、...）。
5.根据权利要求4所述的方法，进一步具有：基于至少一个模型（Mod1），推断出（122）所述信号（Sig）的发送器（1）的身份，和/或推断出（122）所述总线系统（10）的总线用户的攻击尝试。
6.一种用于执行根据上述权利要求中至少一项所述的方法的设备（200）。
7.一种计算机可读取的存储介质（SM），其包括指令（PRG），所述指令（PRG）在通过计算机（202）执行时促使所述计算机（202），执行根据权利要求1至5中至少一项所述的方法。
8.一种计算机程序（PRG），其包括指令，所述指令在通过计算机（202）执行所述程序（PRG）时促使所述计算机（202），执行根据权利要求1至5中至少一项所述的方法。
9.一种数据载体信号（DCS），所述数据载体信号（DCS）传输和/或表征根据权利要求8所述的计算机程序。
10.一种根据权利要求1至5中至少一项所述的方法和/或根据权利要求6所述的设备（200）和/或根据权利要求7所述的计算机可读取的存储介质（SM）和/或根据权利要求8所述的计算机程序（PRG）和/或根据权利要求9所述的数据载体信号（DCS）针对下列元素中的至少一个元素的应用（300）：a）形成（302）至少一个模型（Mod1），所述至少一个模型（Mod1）表征总线系统（10）的至少一个发送器（1）；b）标识（304）发送器（1，2），尤其是确定（304）尤其是接收到的数据帧来自哪个发送器（1，2）；c）确定（306）是否存在有缺陷的和/或恶意的数据帧；d）实施（308）和/或运行入侵检测系统IDS；e）影响（309）信号（Sig）和/或至少一个从所述信号（Sig）中导出的参量；f）提高（310）模型（Mod1）或所述模型（Mod1）的稳健性。
CN202110066651.0A 2020-01-20 2021-01-19 用于评估信号的方法和设备 Pending CN113138885A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

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