CN113194441A - 一种工程机械车辆通信系统、方法及远程升级方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了工程机械技术领域的一种工程机械车辆通信系统、方法及远程升级方法，包括用于采集车辆数据并将车辆数据传输至云端服务器进行数据交互的通信模块，所述通信模块包括车内通信模块、车际通信模块和车云通信模块；所述车内通信模块采用总线通信方式构建车内网络；所述车际通信模块通过车际中转模块与车内网络进行数据交互；所述车云通信模块通过信息终端与云端服务器通信并进行数据交互。该系统综合考虑了工程机械车辆各种通信场景和通信需求，适用于传统工程机械车辆和智能化工程机械车辆，适用范围广，采用数据密码算法提高数据安全性，提升车辆抵抗外部攻击的能力，增加仿制成本；且支持远程升级功能提高车辆智能化水平，方便维护。
Description
技术领域
本发明涉及一种工程机械车辆通信系统、方法及远程升级方法，属于工程机械技术领域。
背景技术
工程机械是装备工业的重要组成部分。概括地说，凡土石方施工工程、路面建设与养护、流动式起重装卸作业和各种建筑工程所需的综合性机械化施工工程所必需的机械装备，称为工程机械。它主要用于国防建设工程、交通运输建设，能源工业建设和生产、矿山等原材料工业建设和生产、农林水利建设、工业与民用建筑、城市建设、环境保护等领域。
当前工程机械车辆多为单机独立工作，每个车辆由单独的操作人员控制，因此多关注于车内通信部分，随着人工智能、大数据时代的来临，多机协同、无人驾驶成为趋势，因此车际、车云通信对工程机械车辆越来越重要，另外，通信方式多样化之后，为了防止外部攻击，增加仿制难度，需要对数据进行加密传输，因此需要采用数据密码技术进行加密保护，为此，我们提出一种工程机械车辆通信系统、方法及远程升级方法解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种工程机械车辆通信系统、方法及远程升级方法，适用于具有车内、车际、车云通信及数据加密传输需求的工程机械车辆，该系统综合考虑了工程机械车辆的各种通信场景和通信需求，能够适用于传统工程机械车辆和智能化工程机械车辆，适用范围广。
为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
第一方面，本发明提供了一种工程机械车辆通信系统，包括用于采集车辆数据并将车辆数据传输至云端服务器进行数据交互的通信模块，所述通信模块包括车内通信模块、车际通信模块和车云通信模块；所述车内通信模块采用总线通信方式构建车内网络；所述车际通信模块通过车际中转模块与车内网络进行数据交互；所述车云通信模块通过信息终端与云端服务器通信并进行数据交互。
进一步的，所述车内网络包含至少一个总线网络，所述总线网络间可进行数据转发，且每个总线网络包含多个节点，所述节点中包含主控制器。
进一步的，所述总线网络的节点包括可收发数据且根据数据执行相应指令并输出相应信号的数据处理单元，所述主控制器用于判断和执行逻辑且控制车辆功能流程。
进一步的，所述通信模块包括密码算法模块，所述密码算法模块包括用于车内通信模块和车际通信模块的对称密码算法模块和用于车云通信模块的非对称密码算法模块。
第二方面，本发明提供了一种工程机械车辆通信方法，其应用于上述任一工程机械车辆通信系统，所述方法由主控制器执行，包括如下步骤：
发送指令判断车内网络中各总线网络的节点是否已就绪；
在总线网络的节点均就绪后，通过自身端口采集数据，根据通信协议将数据整理为指定格式，并通过总线通信方式发送至车内网络，同时接收网络上其他节点发来的数据；
判断接收数据是否有车际网络数据：如果有，根据车际网络数据类型，处理车际网络数据并回传相关参数数据，或者执行指定动作；如果没有车际网络数据，判断是否有远程升级数据：如果有，停止当前工作，接收远程升级数据并转换格式，进行数据校验；
重新启动，将校验无误的数据写入非易失性存储器内，替换原有程序数据，并执行新程序。
第三方面，本发明提供了一种工程机械车辆通信方法，其应用于上述任一工程机械车辆通信系统，所述方法由车际中转模块执行，包括如下步骤：
广播发送自身已就绪指令，通知车内网络和车际网络各节点；
根据自身功能采集各数据，并按照车内通信协议或车际通信协议将数据整理为指定格式，同时接收网络内其它节点发来的数据；
判断接收数据是否有车内网络数据：如果有，根据接收到的车内数据的类型，处理车内数据并按照既定的通信协议回传相关参数数据，或者是将车内网络数据按照车际网络数据格式打包后转发至车际网络；如果没有车内网络数据，判断接收数据是否有车际网络数据：如果有，根据车际网络数据类型，处理车际网络数据并按照既定的通信协议回传相关参数数据，或者执行指定动作，或者是将车际网络数据按照车内网络数据格式打包后转发至车内网络，之后根据自身功能重新采集各数据；如果没有车际网络数据，则根据自身功能重新采集各数据。
第四方面，本发明提供了一种工程机械车辆通信方法，其应用于上述任一工程机械车辆通信系统，所述方法由信息终端执行，包括如下步骤：
广播发送自身已就绪指令，通知车内网络和车云网络各节点；
根据自身功能采集各数据，并按照车内通信协议或车云通信协议将数据整理为指定格式，同时接收网络内其它节点发来的数据；
判断接收数据是否有车内网络数据：如果有，根据接收到的车内数据的类型，处理车内数据并按照既定的通信协议回传相关参数数据，或者是将车内网络数据按照车云网络数据格式打包后转发至云服务器；如果没有车内网络数据，判断接收数据是否有车云网络数据：如果有，需进一步判断是否为远程升级数据：对于远程升级数据，在通过蜂窝网络接收后按照远程升级车内网络协议格式打包数据，并发送至车内网络；对于非远程升级数据，根据车云数据类型，处理车云数据并按照既定的通信协议回传相关参数数据，或者执行指定动作，或者是将车际网络数据按照车内网络数据格式打包后转发至车内网络，之后根据自身功能重新采集各数据；如果没有车云数据，重新根据自身功能采集各数据。
第五方面，本发明提供了一种工程机械车辆通信系统的远程升级方法，其应用于上述任一工程机械车辆通信系统中，由总线网络的节点执行，包括如下步骤：
接收并验证信息终端通过车内网络发送的数据，采用验证无误的数据替换原有程序以实现所述节点的远程升级；
其中，所述信息终端发送的数据是由云端服务器通过蜂窝网络发送且经过解析并重新打包的程序文件。
第六方面，本发明提供了一种工程机械车辆通信装置，包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行上述任一项所述方法的步骤。
第七方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：本发明提供一种工程机械车辆通信系统、方法及远程升级方法，包括数据通信、数据密码和远程升级三个方面，适用于具有车内、车际、车云通信及数据加密传输需求的工程机械车辆，该系统综合考虑了工程机械车辆的各种通信场景和通信需求，能够适用于传统工程机械车辆和智能化工程机械车辆，适用范围广，在通信过程中，采用数据密码算法提高了数据的安全性，提高了车辆抵抗外部攻击的能力，增加仿制成本；且支持远程升级功能提高车辆智能化水平，方便维护。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的一种车内网络的结构示意图；
图2为本发明实施例一提供的一种车际网络和车云网络的结构示意图；
图3为本发明实施例二提供的一种主控制器的工作流程图；
图4为本发明实施例三提供的一种车际中转模块的工作流程图；
图5为本发明实施例四提供的一种信息终端的工作流程图。
具体实施方式
随着工程机械行业的发展，工程机械车辆越来越呈现出智能化的趋势，多机协同、无人驾驶、远程升级、数据安全等方面的需求日益迫切，本发明方案从车内、车际、车云通信方面入手，结合数据密码技术和远程升级技术构建工程机械车辆通信系统，可以实现多种车辆之间的数据交互、车辆和云服务器之间的交互、车辆端程序更新和数据上传等功能，并通过数据密码算法保证整车数据通信的安全。
根据当前行业趋势和实际需求，设计了本发明的工程机械车辆通信系统，包括数据通信、数据密码、远程升级，其中数据通信包含车内、车际、车云通信，共同构成全方位的车辆数据通信；数据密码对于车内和车际通信采用对称加密算法进行数据处理，车云通信方面由于要抵抗外部攻击，采用符合GB 17691-2018(重型柴油车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段))的安全策略，采用国密SM2算法或RSA算法，保证车辆的安全；远程升级功能基于车云通信的车载信息终端和车内通信的总线网络完成，可以通过远程传输方式更新网络内任意设备的程序(需相应的程序支持)下面结合附图对本发明作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例一
本发明提供一种工程机械车辆通信系统，包括通信模块、数据密码和远程升级这三个方面，适用于具有车内、车际、车云通信及数据加密传输需求的工程机械车辆，通信模块采集车辆数据并将车辆数据传输至云端服务器，工程机械车辆通信系统通过通信模块将车辆数据传输至云端服务器进行数据交互，通信模块包括车内通信模块、车际通信模块和车云通信模块三个方面，具体表现为：
一、车内通信模块采用总线通信方式构建网络，例如CAN总线、CAN-FD总线、以太网等，整车包含一个或多个总线网络，网络间通过路由器或T-box进行数据转发，每个总线网络包含多个总线网络节点，且总线网络节点中包含主控制器；这里总线网络节点具有收、发数据功能，具有数据处理单元，例如MCU、CPU等，能够根据数据执行相应指令，输出相应信号；主控制器用于判断和执行主要逻辑，控制车辆功能流程；
二、车际通信模块采用无线通信方式，例如WiFi、蓝牙、ZigBee等，车际通信数据通过车际中转模块与车内通信网络进行数据交互，车际中转模块具有无线接口，用于与车际通信中的其它车辆通信，同时具有总线接口，用于与车内网络通信，车际中转模块既属于车内通信网络的一个节点，也属于车际通信网络的一个节点；
三、车云通信模块采用蜂窝网络方式，例如GSM网络、4G网络、5G网络等，通过信息终端与云端服务器通信，进行数据交互；信息终端具有蜂窝网络模块，用于与云端服务器通信，同时具有总线接口，用于与车内网络通信，车际信息终端既属于车内网络的一个节点，也属于车云通信网络的一个节点。
数据密码包括对称密码算法、非对称密码算法两种，对于车内通信模块和车际通信模块均采用对称密码算法，运行效率高成本低，对于车云通信模块，采用非对称密码算法，例如采用GB 17691-2018(重型柴油车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段))中规定的国密SM2算法或RSA算法，提高安全性抵抗外部攻击。
图1为本发明车内网络示意图，工程机械车辆车内网络可以包含若干个总线网络，每个总线网络包含若干个节点(不少于两个)，主控制器、车际中转模块、信息终端可以是任意总线网络的任意节点，不限制位置和编号，车内网络采用路由/T-BOX进行数据中转，车内网络的任意两个节点均可以通信，通信数据可以选择加密或者不加密。
图2为本发明车际网络和车云网络示意图，车际网络包含多个工程机械车辆，车与车之间采用无线通信方式(例如WiFi、Bluetooth、ZigBee、LoRa、RF433/315M等)传输数据，车际网络经过车际中转模块与车内网络交互数据，数据格式由车际中转模块负责转换。车云网络负责车辆与云服务器之间的通信，采用蜂窝网络(例如GSM网络、4G网络、5G网络等)传输数据，车云网络经过信息终端与车内网络交互数据，数据格式由信息终端负责转换，远程升级数据经车云网络、信息终端、车内网络，传输至节点，进行程序的更新。车内网络和车云网络通信数据均可以选择加密或者不加密。
实施例二
图3为本发明主控制器程序流程图，按照以下步骤执行：
S1-1车辆开始运行时，主控制器首先进行程序初始化，之后发送指令判断车内网络各主要节点是否已就绪；
S1-2在主要节点均就绪后，主控制器通过自身端口采集数据，根据通信协议将数据整理为指定格式，并通过总线通信方式发送至车内网络，同时接收网络上其他节点发来的数据；
S1-3判断接收数据是否有车际网络数据，如果有，根据车际网络数据类型，处理车际网络数据并回传相关参数数据，或者执行指定动作；如果没有车际网络数据，直接执行S1-4；
S1-4判断是否有远程升级数据，如果有，停止当前工作，接收远程升级数据并转换格式，进行数据校验；
S1-5主控制器重新启动，将校验无误的数据写入非易失性存储器内，替换原有程序数据，并执行新程序。
以上过程中，涉及到数据发送的步骤均可以根据实际要求增加数据密码算法，将数据加密，提高数据安全性，涉及到数据接收的步骤均可以根据实际要求增加数据密码算法，将数据解密。
实施例三
图4为本发明车际中转模块程序流程图，按照以下步骤执行：
S2-1车际中转模块开始运行时，首先进行程序初始化，之后广播发送自身已就绪指令，通知车内网络和车际网络各节点；
S2-2车际中转模块根据自身功能采集各数据，并按照车内通信协议或车际通信协议将数据整理为指定格式，同时接收网络内其它节点发来的数据；
S2-3判断接收数据是否有车内网络数据，如果有，根据接收到的车内数据的类型，处理车内数据并按照既定的通信协议回传相关参数数据，或者是将车内网络数据按照车际网络数据格式打包后转发至车际网络；如果没有车内网络数据，直接执行S2-4；
S2-4判断接收数据是否有车际网络数据，如果有，根据车际网络数据类型，处理车际网络数据并按照既定的通信协议回传相关参数数据，或者执行指定动作，或者是将车际网络数据按照车内网络数据格式打包后转发至车内网络，之后执行S2-2；如果没有车际网络数据，直接执行S2-2；
以上过程中，涉及到数据发送的步骤均可以根据实际要求增加数据密码算法，将数据加密，提高数据安全性，涉及到数据接收的步骤均可以根据实际要求增加数据密码算法，将数据解密。
实施例四
图5为本发明信息终端程序流程图，按照以下步骤执行：
S3-1信息终端开始运行时，首先进行程序初始化，之后广播发送自身已就绪指令，通知车内网络和车云网络各节点；
S3-2信息终端根据自身功能采集各数据，并按照车内通信协议或车云通信协议将数据整理为指定格式，同时接收网络内其它节点发来的数据；
S3-3判断接收数据是否有车内网络数据，如果有，根据接收到的车内数据的类型，处理车内数据并按照既定的通信协议回传相关参数数据，或者是将车内网络数据按照车云网络数据格式打包后转发至云服务器；如果没有车内网络数据，直接执行S3-4；
S3-4判断接收数据是否有车云网络数据，如果有，需进一步判断是否为远程升级数据，对于远程升级数据，在通过蜂窝网络接收后按照远程升级车内网络协议格式打包数据，并发送至车内网络，对于非远程升级数据，根据车云数据类型，处理车云数据并按照既定的通信协议回传相关参数数据，或者执行指定动作，或者是将车际网络数据按照车内网络数据格式打包后转发至车内网络，之后执行S3-2；如果没有车云数据，直接执行S3-2；
以上过程中，涉及到数据发送的步骤均可以根据实际要求增加数据密码算法，将数据加密，提高数据安全性，涉及到数据接收的步骤均可以根据实际要求增加数据密码算法，将数据解密。
实施例五
本发明的实施例五提供了一种工程机械车辆通信系统的远程升级方法，远程升级利用车内网络和车云网络实现，在车云通信模块方面，云端服务器通过蜂窝网络将程序文件传输至信息终端，信息终端将数据解析、重新打包后通过车内网络发送给指定的节点，例如控制器、传感器等，节点接受和验证数据无误后替换原有程序，完成程序的远程升级。
实施例六
本发明的实施例六提供了一种工程机械车辆通信装置，包括处理器及存储介质；
存储介质用于存储指令；
处理器用于根据指令进行操作以执行上述任一项方法的步骤。
实施例七
本发明的实施例七提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述任一项方法的步骤。
本发明通过提供一种工程机械车辆通信系统、方法及远程升级方法，包括数据通信、数据密码和远程升级三个方面，适用于具有车内、车际、车云通信及数据加密传输需求的工程机械车辆，该系统综合考虑了工程机械车辆的各种通信场景和通信需求，能够适用于传统工程机械车辆和智能化工程机械车辆，适用范围广，在通信过程中，采用数据密码算法提高了数据的安全性，提高了车辆抵抗外部攻击的能力，增加仿制成本；且支持远程升级功能提高车辆智能化水平，方便维护。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种工程机械车辆通信系统，其特征是，包括用于采集车辆数据并将车辆数据传输至云端服务器进行数据交互的通信模块，所述通信模块包括车内通信模块、车际通信模块和车云通信模块；所述车内通信模块采用总线通信方式构建车内网络；所述车际通信模块通过车际中转模块与车内网络进行数据交互；所述车云通信模块通过信息终端与云端服务器通信并进行数据交互。
2.根据权利要求1所述的一种工程机械车辆通信系统，其特征是，所述车内网络包含至少一个总线网络，所述总线网络间可进行数据转发，且每个总线网络包含多个节点，所述节点中包含主控制器。
3.根据权利要求2所述的一种工程机械车辆通信系统，其特征是，所述总线网络的节点包括可收发数据且根据数据执行相应指令并输出相应信号的数据处理单元，所述主控制器用于判断和执行逻辑且控制车辆功能流程。
4.根据权利要求1所述的一种工程机械车辆通信系统，其特征是，所述通信模块包括密码算法模块，所述密码算法模块包括用于车内通信模块和车际通信模块的对称密码算法模块和用于车云通信模块的非对称密码算法模块。
5.一种工程机械车辆通信方法，其特征是，其应用于权利要求1至4任一项所述的一种工程机械车辆通信系统，所述方法由主控制器执行，包括如下步骤：
发送指令判断车内网络中各总线网络的节点是否已就绪；
在总线网络的节点均就绪后，通过自身端口采集数据，根据通信协议将数据整理为指定格式，并通过总线通信方式发送至车内网络，同时接收网络上其他节点发来的数据；
判断接收数据是否有车际网络数据：如果有，根据车际网络数据类型，处理车际网络数据并回传相关参数数据，或者执行指定动作；如果没有车际网络数据，判断是否有远程升级数据：如果有，停止当前工作，接收远程升级数据并转换格式，进行数据校验；
重新启动，将校验无误的数据写入非易失性存储器内，替换原有程序数据，并执行新程序。
6.一种工程机械车辆通信方法，其特征是，其应用于权利要求1至4任一项所述的一种工程机械车辆通信系统，所述方法由车际中转模块执行，包括如下步骤：
广播发送自身已就绪指令，通知车内网络和车际网络各节点；
根据自身功能采集各数据，并按照车内通信协议或车际通信协议将数据整理为指定格式，同时接收网络内其它节点发来的数据；
判断接收数据是否有车内网络数据：如果有，根据接收到的车内数据的类型，处理车内数据并按照既定的通信协议回传相关参数数据，或者是将车内网络数据按照车际网络数据格式打包后转发至车际网络；如果没有车内网络数据，判断接收数据是否有车际网络数据：如果有，根据车际网络数据类型，处理车际网络数据并按照既定的通信协议回传相关参数数据，或者执行指定动作，或者是将车际网络数据按照车内网络数据格式打包后转发至车内网络，之后根据自身功能重新采集各数据；如果没有车际网络数据，则根据自身功能重新采集各数据。
7.一种工程机械车辆通信方法，其特征是，其应用于权利要求1至4任一项所述的一种工程机械车辆通信系统，所述方法由信息终端执行，包括如下步骤：
广播发送自身已就绪指令，通知车内网络和车云网络各节点；
根据自身功能采集各数据，并按照车内通信协议或车云通信协议将数据整理为指定格式，同时接收网络内其它节点发来的数据；
判断接收数据是否有车内网络数据：如果有，根据接收到的车内数据的类型，处理车内数据并按照既定的通信协议回传相关参数数据，或者是将车内网络数据按照车云网络数据格式打包后转发至云服务器；如果没有车内网络数据，判断接收数据是否有车云网络数据：如果有，需进一步判断是否为远程升级数据：对于远程升级数据，在通过蜂窝网络接收后按照远程升级车内网络协议格式打包数据，并发送至车内网络；对于非远程升级数据，根据车云数据类型，处理车云数据并按照既定的通信协议回传相关参数数据，或者执行指定动作，或者是将车际网络数据按照车内网络数据格式打包后转发至车内网络，之后根据自身功能重新采集各数据；如果没有车云数据，重新根据自身功能采集各数据。
8.一种工程机械车辆通信系统的远程升级方法，其特征是，其应用于权利要求1至3任一项所述的一种工程机械车辆通信系统，由总线网络的节点执行，包括如下步骤：
接收并验证信息终端通过车内网络发送的数据，采用验证无误的数据替换原有程序以实现所述节点的远程升级；
其中，所述信息终端发送的数据是由云端服务器通过蜂窝网络发送且经过解析并重新打包的程序文件。
9.一种工程机械车辆通信装置，其特征在于，包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求5至8任一项所述方法的步骤。
10.计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求5至8任一项所述方法的步骤。
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