CN114762299B - 检测装置、车载系统及检测方法 - Google Patents
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Abstract
检测装置是在包含CAN总线及与所述CAN总线连接的多个功能部的车载网络使用的检测装置，CAN是指控制器局域网，所述检测装置具有：测量部，其对在所述CAN总线传送的帧的信号波形进行测量；计算部，其对由所述测量部测量出的所述信号波形的多个种类的特征量进行计算；以及检测部，其基于由所述计算部计算出的各所述特征量，对与所述CAN总线相关的异常进行检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测装置、车载系统及检测方法。
本申请基于2020年1月9日申请的日本申请特愿2020－2244号而要求优先权，这里引入其公开的全部内容。
背景技术
在专利文献1公开了如下述的检测方法。即，检测方法是对包含2个以上发送机的总线网络的存在故障的网络构成要素的故障进行检测的检测方法，该检测方法包含如下步骤：从2个以上发送机中的第1发送机将规定参数的第1信号向总线网络发送；由至少1个接收机接收第1信号；以及判定在第1信号之后是否跟着第1尾部(tail)，该第1尾部是表示存在故障的网络构成要素的回波(echo)。
另外，在非专利文献1中公开了如下技术，即，利用TDR(TimeDomainReflectometry)技术，观察网络的阻抗，对非法仪器的连接进行检测。
专利文献1：美国专利申请公开第2008/0043629号说明书
非专利文献1：跡部悠太、另3名、“TDRを用いた不正機器の車載ネットワーク接続検知に関する一検討”、2019Symposium on Cryptography and Information Security，TheInstitute of Electronics，Information and Communication Engineers
发明内容
本发明的检测装置是在包含CAN总线及与所述CAN总线连接的多个功能部的车载网络使用的检测装置，CAN是指控制器局域网，其中，所述检测装置具有：测量部，其对在所述CAN总线传送的帧的信号波形进行测量；计算部，其对由所述测量部测量出的所述信号波形的多个种类的特征量进行计算；以及检测部，其基于由所述计算部计算出的各所述特征量，对与所述CAN总线相关的异常进行检测。
本发明的车载系统具有：多个功能部，其与CAN总线连接；以及检测装置，所述功能部经由所述CAN总线向其他所述功能部发送帧，所述检测装置对在所述CAN总线传送的所述帧的信号波形进行测量，所述检测装置对测量出的所述信号波形的多个种类的特征量进行计算，所述检测装置基于计算出的各所述特征量，对与所述CAN总线相关的异常进行检测。
本发明的检测方法是在包含CAN总线及与所述CAN总线连接的多个功能部的车载网络使用的检测装置的检测方法，所述检测方法包含如下步骤：对在所述CAN总线传送的帧的信号波形进行测量；对测量出的所述信号波形的多个种类的特征量进行计算；以及基于计算出的各所述特征量，对与所述CAN总线相关的异常进行检测。
本发明的一个方式不仅能够作为具有如上述特征的处理部的检测装置而实现，还能够作为实现检测装置的一部分或全部的半导体集成电路而实现。另外，本发明的一个方式不仅能够作为具有如上述特征的处理部的车载系统而实现，还能够作为将相关特征的处理作为步骤的方法而实现，或能够作为实现车载系统的一部分或全部的半导体集成电路而实现。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式涉及的车载通信系统的结构的图。
图2是表示本发明的实施方式涉及的总线连接装置组的结构的图。
图3是表示在本发明的实施方式涉及的CAN总线传送的CAN帧的一个例子的图。
图4是表示在本发明的实施方式涉及的CAN总线传送的帧的其他例子的图。
图5是表示本发明的实施方式涉及的检测装置的结构的图。
图6是表示在本发明的实施方式涉及的CAN总线传送的CAN帧的信号波形的一个例子的图。
图7是表示在本发明的实施方式涉及的检测装置计算出的判定特征量的分布的一个例子的图。
图8是表示在本发明的实施方式涉及的检测装置计算出的得分值的分布的一个例子的图。
图9是表示在本发明的实施方式涉及的检测装置计算出的判定特征量的分布的其他例子的图。
图10是表示在本发明的实施方式涉及的检测装置计算出的得分值的分布的其他例子的图。
图11是规定本发明的实施方式涉及的车载系统的检测装置进行检测处理时的动作流程的一个例子的流程图。
图12是表示本发明的实施方式涉及的车载系统的检测处理的时序的一个例子的图。
具体实施方式
以往，开发有用于提高网络的安全的技术。
[本发明要解决的课题]
希望一种能够超越专利文献1及非专利文献1所记载的技术，以简单的结构更准确地对车载网络的与CAN总线相关的异常进行检测的技术。
本发明就是为了解决上述课题而提出的，其目的在于，提供能够以简单的结构更准确地对车载网络的与CAN总线相关的异常进行检测的检测装置、车载系统及检测方法。
[本发明的效果]
根据本发明，能够以简单的结构更准确地对车载网络的与CAN总线相关的异常进行检测。
[本发明的实施方式的说明]
首先，列举本发明的实施方式的内容而进行说明。
(1)本发明的实施方式涉及的检测装置是在包含CAN总线及与所述CAN总线连接的多个功能部的车载网络使用的检测装置，所述检测装置具有：测量部，其对所述CAN总线传送的帧的信号波形进行测量；计算部，其对由所述测量部测量出的所述信号波形的多个种类的特征量进行计算；以及检测部，其基于由所述计算部计算出的各所述特征量，对与所述CAN总线相关的异常进行检测。
如上所述，通过着眼于在CAN总线传送的帧的信号波形的特征量，对多个种类的特征量进行计算而检测与CAN总线相关的异常的结构，能够不使用例如向CAN总线施加脉冲信号的装置等，对例如在运转过程中与CAN总线相关的微小变化进行检测。因此，能够以简单的结构更准确地对车载网络的与CAN总线相关的异常进行检测。
(2)优选地，所述检测装置还具有取得部，该取得部取得参照分布，该参照分布是预先生成的所述各特征量的分布，所述检测部基于由所述计算部计算出的所述各特征量及由所述取得部取得的所述参照分布，对与所述CAN总线相关的异常进行检测。
根据上述结构，能够基于预先生成的参照分布，对以正常状态为基准的情况的特征量的异常程度进行检测，因此能够以简单的处理对与CAN总线相关的异常进行检测。
(3)优选地，所述计算部将通过对所述信号波形进行采样而得到的电压值的平均、方差、偏度、峭度、库里克霍夫(Krimphoff)的不规则性、詹森(Jensen)的不规则性、频谱波峰因数(Spectrum crest factor)及均方根中的至少任意2个，作为所述各特征量而进行计算。
根据上述结构，能够使用各种特征量更准确地对与CAN总线相关的异常进行检测。
(4)优选地，所述测量部对所述帧的从Control字段至CRC字段的范围的脉冲信号波形进行测量。
根据上述结构，能够在与来自其他功能部的帧重复的可能性低的定时对脉冲信号波形进行测量，因此能够更准确地对与CAN总线相关的异常进行检测。
(5)优选地，所述测量部对从多个所述功能部分别发送的多个所述帧各自的所述信号波形进行测量，所述计算部分别对由所述测量部测量出的各所述信号波形的多个种类的所述特征量进行计算，所述检测部基于由所述计算部计算出的所述各信号波形的多个种类的所述特征量，对与所述CAN总线相关的异常进行检测。
CAN总线的异常的检测精度依赖于异常部位与功能部的连接位置之间的距离，根据上述结构，能够实现CAN总线的广范部位处的异常的检测。
(6)本发明的实施方式涉及的车载系统具有：多个功能部，其与CAN总线连接；以及检测装置，所述功能部经由所述CAN总线向其他所述功能部发送帧，所述检测装置对在所述CAN总线传送的所述帧的信号波形进行测量，所述检测装置对测量出的所述信号波形的多个种类的特征量进行计算，所述检测装置基于计算出的各所述特征量，对与所述CAN总线相关的异常进行检测。
如上所述，通过着眼于在CAN总线传送的帧的信号波形的特征量，对多个种类的特征量进行计算而检测与CAN总线相关的异常的结构，能够不使用例如向CAN总线施加脉冲信号的装置等，对例如在运转中与CAN总线相关的微小变化进行检测。因此，能够以简单的结构更准确地对车载网络的与CAN总线相关的异常进行检测。
(7)本发明的实施方式涉及的检测方法是在包含CAN总线及与所述CAN总线连接的多个功能部的车载网络使用的检测装置的检测方法，所述检测方法包含如下步骤：对在所述CAN总线传送的帧的信号波形进行测量；对测量出的所述信号波形的多个种类的特征量进行计算；以及基于计算出的各所述特征量，对与所述CAN总线相关的异常进行检测。
如上所述，通过着眼于在CAN总线传送的帧的信号波形的特征量，对多个种类的特征量进行计算而检测与CAN总线相关的异常的方法，能够不使用例如向CAN总线施加脉冲信号的装置等，对例如在运转中与CAN总线相关的微小变化进行检测。因此，能够以简单的结构更准确地对车载网络的与CAN总线相关的异常进行检测。
以下，使用附图对本发明的实施方式进行说明。此外，对图中相同或相当部分标注相同标号，不重复其说明。另外，可以任意地将以下所记载的实施方式的至少一部分进行组合。
[结构及基本动作]
图1是表示本发明的实施方式涉及的车载通信系统的结构的图。
参照图1，车载系统301具有网关装置101、多个车载通信机111、多个总线连接装置组121。车载系统301搭载于车辆1。
车载通信机111经由总线14与网关装置101连接。总线14例如是依照CAN(注册商标)、Flex Ray(注册商标)、MOST(Media Oriented Systems Transport)(注册商标)、以太网(注册商标)、及LIN(Local Interconnect Network)等标准的总线。
另外，总线连接装置组121经由作为依照CAN的标准的总线的CAN总线13与网关装置101连接。
车载网络12包含网关装置101、车载通信机111、总线连接装置组121、CAN总线13及总线14。此外，车载网络12可以是不包含网关装置101、车载通信机111及总线14中的至少任意一个的结构。
在车载网络12，车载通信机111例如与车辆1的外部的装置进行通信。具体而言，车载通信机111例如是TCU(Telematics Communication Unit)、近距离无线终端装置及ITS(Intelligent Transport Systems)无线机。
图2是表示本发明的实施方式涉及的总线连接装置组的结构的图。图2示出1个CAN总线13及对应的总线连接装置组121。
参照图2，总线连接装置组121包含：与对应的CAN总线13连接的多个控制装置122；以及检测装置200。在图2所示的例子，总线连接装置组121包含控制装置122A、122B、122C而作为控制装置122。控制装置122及网关装置101是功能部的一个例子。控制装置122例如是ECU(Electronic Control Unit)。
CAN总线13例如按照系统而设置。具体而言，CAN总线13例如是驱动系统总线、底盘/安全系统总线、车身/电气系统总线及AV/信息系统总线。
在驱动系统总线连接有作为控制装置122的一个例子的发动机控制装置、AT(Automatic Transmission)控制装置及HEV(Hybrid Electric Vehicle)控制装置。发动机控制装置、AT控制装置及HEV控制装置分别对发动机、AT、及发动机和电动机的切换进行控制。
在底盘/安全系统总线连接有作为控制装置122的一个例子的制动控制装置、底盘控制装置及转向控制装置。制动控制装置、底盘控制装置及转向控制装置分别对制动、底盘及转向进行控制。
在车身/电气系统总线连接有作为控制装置122的一个例子的仪表显示控制装置、空调控制装置、防盗控制装置、气囊控制装置及智能门禁控制装置。仪表显示控制装置、空调控制装置、防盗控制装置、气囊控制装置及智能门禁控制装置分别对仪表、空调、防盗机构、气囊机构及智能门禁进行控制。
在AV/信息系统总线连接有作为控制装置122的一个例子的导航控制装置、音频控制装置、ETC(Electronic Toll Collection System)(注册商标)控制装置及电话控制装置。导航控制装置、音频控制装置、ETC控制装置及电话控制装置分别对导航装置、音频装置、ETC装置及移动电话进行控制。
此外，总线连接装置组121也可以是包含与CAN总线13连接的控制装置122及检测装置200以外的其他装置的结构。
控制装置122经由CAN总线13向其他控制装置122或网关装置101发送帧。以下，将在CAN总线传送的帧还称为CAN帧。
图3是表示在本发明的实施方式涉及的CAN总线传送的CAN帧的一个例子的图。
参照图3，CAN帧具有SOF(Start Of Frame：帧的开始)、Arbitration(仲裁)字段、Control(控制)字段、Data(数据)字段、CRC(Cyclic Redundancy Check：循环冗余校验)字段、ACK(Acknowledgement：确认)字段、EOF(End Of Frame：帧的结束)。
Arbitration字段具有ID、RTR(Remote Transmission Request：远程传输请求)。Control字段具有IDE(Identifier Extension：标识符扩展)、FDF(FD Format：格式)、DLC(Data Length Code：数据长度码)。CRC字段具有CRC、CRC Delimiter(定界符)。ACK字段具有ACK、ACK Delimiter。
图4是表示在本发明的实施方式涉及的CAN总线传送的帧的其他例子的图。
参照图4，该CAN帧是与图3所示的CAN帧相同的字段结构。而且，Arbitration字段具有ID、RRS(Remote Request Substitution：远程请求替换)。Control字段具有IDE、FDF、预留位、BRS(Bit Rate Indicator：位率指标)、ESI(Error State Indicator：错误状态指标)、DLC。CRC字段具有Stuff Count、CRC、CRC Delimiter。ACK字段具有ACK、ACKDelimiter。
再次参照图1，网关装置101例如是中央网关(Central Gateway：CGW)，能够与其他车载装置进行通信。
网关装置101例如执行在车辆1对与不同的CAN总线13连接的控制装置122之间交换的信息、各车载通信机111之间交换的信息、控制装置122及车载通信机111之间交换的信息进行中继的中继处理。
[检测装置]
图5是表示本发明的实施方式涉及的检测装置的结构的图。
参照图5，检测装置200具有测量部210、计算部220、取得部230、检测部240、通知部250以及存储部260。
测量部210、计算部220、取得部230、检测部240及通知部250例如由CPU(CentralProcessing Unit)及DSP(Digital Signal Processor)等处理器实现。存储部260例如是非易失性存储器。
检测装置200在包含CAN总线13及与CAN总线13连接的多个功能部的车载网络12使用，执行对与CAN总线13相关的异常进行检测的检测处理。例如，检测装置200在车辆1的用户将附属电源或点火装置电源接通时执行检测处理。此外，检测装置200例如也可以是在车辆1的电源被接通之后、直至电源被断开为止，定期或不定期地执行检测处理的结构。
[测量部]
测量部210对在CAN总线13传送的CAN帧的信号波形进行测量。
例如，CAN总线13是由高电压侧总线及低电压侧总线构成的双绞线。在CAN总线13传送的CAN帧的信号波形是高电压侧总线的电压与低电压侧总线的电压之间的差分电压Vd成为零V或2V的脉冲信号波形。
测量部210在检测处理中通过按照规定的采样周期对CAN总线13的差分电压Vd进行采样而对CAN帧的信号波形进行测量。
图6是表示在本发明的实施方式涉及的CAN总线传送的CAN帧的信号波形的一个例子的图。
参照图6，测量部210对CAN总线13的差分电压Vd进行监视，由此对从某个控制装置122发送的CAN帧的SOF进行检测。测量部210如果检测到CAN帧的SOF，则基于SOF的检测定时而对测量期间Tm进行设定，对测量期间Tm的差分电压Vd进行采样。
例如，测量部210对CAN帧的Control字段至CRC字段为止的范围的脉冲信号波形进行测量。更详细而言，测量部210对CAN帧的Control字段至CRC字段为止的范围的、信号波形的上升沿期间的差分电压Vd及信号波形的下降沿期间的差分电压Vd进行采样。
这里，CAN总线13的数据传输速率例如是500kbps。另外，CAN帧的SOF与Control字段之间的字段即Arbitration字段的数据长度是12位(Bit)。
因此，测量部210如果在时刻t0检测到CAN帧的SOF，则在从时刻t0起例如14位的数据的传输所需的时间即28μ秒后的时刻ts与从时刻ts起规定时间后的时刻te之间的期间即测量期间Tm，对信号波形的上升沿期间的差分电压Vd及信号波形的下降沿期间的差分电压Vd进行采样。
测量部210将通过对测量期间Tm的差分电压Vd进行采样而得到的多个采样数据Vsmp保存于存储部260。
而且，测量部210基于存储部260的采样数据Vsmp，对在测量期间Tm，差分电压Vd从零V上升而成为1V的时刻ta进行检测。
测量部210对存储部260的多个采样数据Vsmp中的、时刻ta的80n秒前的时刻ta0与时刻ta的125n秒后的时刻ta1之间的期间即对象期间Ta的差分电压Vd的采样数据Vsmp进行选择。以下，将由测量部210选择的、对象期间Ta的差分电压Vd的采样数据Vsmp还称为对象数据Sa。
相同地，测量部210基于存储部260的采样数据Vsmp，对在测量期间Tm，差分电压Vd从2V下降而成为1V的时刻tb进行检测。
测量部210对存储部260的多个采样数据Vsmp中的、时刻tb的80n秒前的时刻tb0与时刻tb的125n秒后的时刻tb1之间的期间即对象期间Tb的差分电压Vd的采样数据Vsmp进行选择。以下，将由测量部210选择的、对象期间Tb的差分电压Vd的采样数据Vsmp还称为对象数据Sb。
例如，测量部210如果检测到某个CAN帧的SOF，则如上述那样，从该CAN帧的多个采样数据Vsmp选择1组对象数据Sa、Sb。
另外，测量部210取得在CAN总线13传送的CAN帧的发送源的控制装置122的ID。更详细而言，取得测量对象的CAN帧的Arbitration字段的ID。
测量部210生成包含所取得的ID及所选择的对象数据Sa、Sb的测量信息，将生成的测量信息向计算部220输出。
例如，测量部210对从多个控制装置122分别发送的多个CAN帧各自的信号波形进行测量。
更详细而言，测量部210从自控制装置122A发送的CAN帧的差分电压Vd的采样数据Vsmp选择对象数据Sa、Sb，生成包含控制装置122A的ID及所选择的对象数据Sa、Sb的测量信息MA。
另外，测量部210从自控制装置122B发送的CAN帧的差分电压Vd的采样数据Vsmp选择对象数据Sa、Sb，生成包含控制装置122B的ID及所选择的对象数据Sa、Sb的测量信息MB。
另外，测量部210从自控制装置122C发送的CAN帧的差分电压Vd的采样数据Vsmp选择对象数据Sa、Sb，生成包含控制装置122C的ID及所选择的对象数据Sa、Sb的测量信息MC。
以下，将测量对象的CAN帧的发送源的控制装置122A、122B、122C分别还称为对象控制装置122。
测量部210将生成的测量信息MA、MB、MC向计算部220输出。
[计算部]
计算部220对由测量部210测量出的CAN帧的信号波形的多个种类的特征量进行计算。
例如，计算部220将通过对CAN帧的信号波形进行采样而得到的电压值的平均、方差、偏度、峭度、库里克霍夫的不规则性、詹森的不规则性、频谱波峰因数及均方根中的至少任意2个，作为上述特征量而进行计算。
更详细而言，计算部220如果从测量部210接收到测量信息，则进行使用由接收到的测量信息表示的对象数据Sa、Sb的运算，由此计算对象期间Ta、Tb的CAN帧的信号波形的多个种类的特征量。
这里，作为特征量的一个例子的平均由以下的式(1)表示。
[数式1]
另外，作为特征量的一个例子的方差由以下的式(2)表示。
[数式2]
另外，作为特征量的一个例子的偏度由以下的式(3)表示。
[数式3]
另外，作为特征量的一个例子的峭度由以下的式(4)表示。
[数式4]
另外，作为特征量的一个例子的库里克霍夫的不规则性由以下的式(5)表示。
[数式5]
另外，作为特征量的一个例子的詹森的不规则性由以下的式(6)表示。
[数式6]
另外，作为特征量的一个例子的频谱波峰因数由以下的式(7)表示。
[数式7]
另外，作为特征量的一个例子的均方根由以下的式(8)表示。
[数式8]
此外，在式(1)～式(8)，L是对象数据Sa所包含的电压值的数量及对象数据Sb所包含的电压值的数量的合计。yh是对象数据Sa、Sb的第h个的电压值。(y上带一横)是对象数据Sa、Sb的电压值的平均值。σ是对象数据Sa、Sb的电压值的标准偏差。另外，ah表示通过将对象数据Sa、Sb的电压值进行傅里叶变换而得到的频谱的第h个强度。h是1～L的整数。
以下，将由计算部220进行计算的多个种类的特征量的组还称为判定特征量。判定特征量例如是平均及方差。
例如，计算部220针对每个对象控制装置122，对由测量部210测量出的信号波形的判定特征量进行计算。
更详细而言，计算部220从测量部210接收包含控制装置122A的ID的测量信息MA，进行使用在接收到的测量信息MA包含的对象数据Sa、Sb的运算，由此对从控制装置122A发送的CAN帧的判定特征量FA进行计算，生成包含所计算出的判定特征量FA及控制装置122A的ID的计算信息CA。
另外，计算部220从测量部210接收包含控制装置122B的ID的测量信息MB，进行使用在接收到的测量信息MB包含的对象数据Sa、Sb的运算，由此对从控制装置122B发送的CAN帧的判定特征量FB进行计算，生成包含所计算出的判定特征量FB及控制装置122B的ID的计算信息CB。
另外，计算部220从测量部210接收包含控制装置122C的ID的测量信息MC，进行使用在接收到的测量信息MC包含的对象数据Sa、Sb的运算，由此对从控制装置122C发送的CAN帧的判定特征量FC进行计算，生成包含所计算出的判定特征量FC及控制装置122C的ID的计算信息CC。
计算部220将生成的计算信息CA、CB、CC向检测部240输出。
[取得部]
取得部230取得参照分布，该参照分布是预先生成的各特征量的分布。
例如，参照分布是在车辆1出厂前预先在其他装置生成的、从对象控制装置122发送的多个CAN帧的信号波形的判定特征量的分布。
例如，取得部230取得以下的式(9)所示的将变量设为x的混合正态分布的概率密度函数p(x)，作为参照分布。
[数式9]
式(9)的第k个多变量正态分布的概率密度函数N由以下的式(10)表示。
[数式10]
这里，x是[x1，x2，x3，…xm]。x1，x2，x3，…xm是各判定特征量的值。m是特征量的种类数。
n是正态分布的混合数。n是例如与对象控制装置122的数量对应的值，例如是3。μk是第k个正态分布的1×m的平均向量。西格玛k是第k个正态分布的m×m的协方差矩阵。πk是第k个多变量正态分布的概率密度函数N的混合比，满足以下的式(11)。k是1～n的整数。
[数式11]
例如，车辆1的制造者在车辆1出厂前，生成在进行了使3个对象控制装置122合计发送CAN帧500次的控制时在检测装置200计算出的、从3个对象控制装置122发送的合计500个CAN帧的信号波形的判定特征量的分布。
图7是在本发明的实施方式涉及的检测装置计算出的判定特征量的分布的一个例子的图。图7示出“平均”及“方差”这2种判定特征量的2维分布，作为判定特征量的分布的一个例子。
参照图7，在检测装置200计算出的、CAN帧的信号波形的平均及方差的2维分布具有3个集群。2维分布的集群的数量与对象控制装置122的数量对应。
具体而言，例如，形成于虚线框CLA内的集群与从对象控制装置122A发送的CAN帧的信号波形的平均及方差的分布对应，形成于虚线框CLB内的集群与从对象控制装置122B发送的CAN帧的信号波形的平均及方差的分布对应，形成于虚线框CLC内的集群与从对象控制装置122C发送的CAN帧的信号波形的平均及方差的分布对应。
车辆1的制造者基于生成的2维分布，使用GMM(Gaussian Mixture Model高斯混合模型)而生成混合正态分布的概率密度函数p(x)。此外，车辆1的制造者也可以实际上不使对象控制装置122发送CAN帧，而使用模拟技术而生成概率密度函数p(x)。
另外，车辆1的制造者使用所生成的概率密度函数p(x)，对根据500个CAN帧计算出的判定特征量的值x的、由以下的式(12)表示的得分值s进行计算。
[数式12]
s＝log(p(x))…(12)
图8是表示在本发明的实施方式涉及的检测装置计算出的得分值的分布的一个例子的图。在图8中，纵轴是得分值s，横轴是对500个CAN帧标注的1～500的帧编号。
参照图8，车辆1的制造者设定用于将例如与500个CAN帧对应的500个得分值s的分布的下位1％判定为异常的阈值Th，将设定的阈值Th登记于检测装置200的存储部260。
取得部230如果从检测部240接收到参照分布请求，则作为针对接收到的参照分布请求的响应，从存储部260取得概率密度函数p(x)及阈值Th而向检测部240输出。
[检测部]
检测部240基于由计算部220计算出的判定特征量，对与CAN总线13相关的异常进行检测。
检测部240将向CAN总线13的新的仪器例如ECU及测量仪器等的连接、CAN总线13自身的物理异常、以及控制装置122的异常等作为与CAN总线13相关的异常而进行检测。
更详细而言，检测部240如果从计算部220接收到计算信息，则基于接收到的计算信息，对与CAN总线13相关的异常进行检测。
例如，检测部240与由计算部220计算出的判定特征量及由取得部230取得的概率密度函数p(x)，对与CAN总线13相关的异常进行检测。
例如，检测部240基于由计算部220针对每个对象控制装置122而计算出的多组的判定特征量及概率密度函数p(x)，对与CAN总线13相关的异常进行检测。
更详细而言，检测部240如果从计算部220接收到计算信息CA、CB、CC，则从接收到的计算信息CA、CB、CC分别取得判定特征量FA、FB、FC及ID。另外，检测部240将参照分布请求向取得部230输出。
检测部240如果从取得部230接收到概率密度函数p(x)及阈值Th，则基于接收到的概率密度函数p(x)及判定特征量FA、FB、FC的各值x，按照式(9)、式(10)及式(12)而分别对3个得分值s进行计算。
而且，检测部240对计算出的3个得分值s、从取得部230接收到的阈值Th进行比较，在3个得分值s全部为阈值Th以上的情况下，判断为没有发生与CAN总线13相关的异常。另一方面，检测部240在3个得分值s中的至少任1者小于阈值Th的情况下，判定为发生了与CAN总线13相关的异常。
图9是表示在本发明的实施方式涉及的检测装置计算出的判定特征量的分布的其他例子的图。图9表示在车辆1出厂后向CAN总线13连接了新的仪器的状态下由计算部220计算出的“平均”及“方差”的2维分布。图9的虚线框CLA、CLB、CLC与图7所示的虚线框CLA、CLB、CLC相同。
参照图9，如果向CAN总线13连接了新的仪器，则计算部220计算出的判定特征量的分布从车辆1出厂前的正常状态的判定特征量的分布聚集的虚线框CLA、CLB、CLC偏离。
图10是表示在本发明的实施方式涉及的检测装置计算出的得分值的分布的其他例子的图。图10表示在车辆1出厂后向CAN总线13连接了新的仪器的状态下，由计算部220计算出的与500个CAN帧对应的得分值s。
参照图10，如果向CAN总线13连接新的仪器，则由计算部220计算出的得分值s成为小于阈值Th的值。
检测部240将与CAN总线13相关的异常的判断结果向通知部250输出。
通知部250如果从检测部240接收到表示发生了与CAN总线13相关的异常这一状况的判断结果，则将表示发生了异常这一状况的警报信息向车辆1内或车辆1外的上位装置发送。
[动作的流程]
本发明的实施方式涉及的车载通信系统的各装置具有包含存储器的计算机，该计算机的CPU等运算处理部从该存储器读出并执行包含以下的流程图及时序的各步骤的一部分或全部的程序。上述多个装置的程序可以分别从外部安装。上述多个装置的程序以分别储存于记录介质的状态流通。
图11是规定本发明的实施方式涉及的车载系统的检测装置执行检测处理时的动作流程的一个例子的流程图。
参照图11，首先，检测装置200取得概率密度函数p(x)及阈值Th(步骤S102)。
接着，检测装置200等待接收从某个控制装置122发送的CAN帧(步骤S104为NO)，如果检测到从某个控制装置122发送的CAN帧的SOF(步骤S104中为YES)，则对该CAN帧的信号波形进行测量。更详细而言，检测装置200生成CAN帧的上升沿期间及下降沿期间的对象数据Sa、Sb(步骤S106)。
接着，检测装置200对CAN帧的信号波形的判定特征量进行计算。更详细而言，检测装置200通过执行使用所生成的对象数据Sa、Sb的运算而对判定特征量进行计算(步骤S108)。
接着，检测装置200基于取得的概率密度函数p(x)及计算出的判定特征量，对得分值s进行计算(步骤S110)。
接着，检测装置200对计算出的得分值s和取得的阈值Th进行比较(步骤S112)。
接着，检测装置200在得分值s为阈值Th以上的情况下(步骤S114为YES)，判断为没有发生与CAN总线13相关的异常(步骤S116)。
另一方面，检测装置200在得分值s小于阈值Th的情况下(步骤S114为NO)，判断为发生了与CAN总线13相关的异常(步骤S118)。
图12是表示本发明的实施方式涉及的车载系统的检测处理的时序的一个例子的图。
参照图12，首先，检测装置200取得概率密度函数p(x)及阈值Th(步骤S202)。
接着，控制装置122A经由CAN总线13而发送以其他控制装置122为目标的CAN帧F1(步骤S204)。
接着，检测装置200对CAN总线13的差分电压Vd进行监视，由此如果检测到从控制装置122A发送的CAN帧F1的SOF，则对CAN帧F1的信号波形进行测量(步骤S206)。
接着，控制装置122B经由CAN总线13而发送以其他控制装置122为目标的CAN帧F2(步骤S208)。
接着，检测装置200对CAN总线13的差分电压Vd进行监视，由此如果检测到从控制装置122B发送的CAN帧F2的SOF，则对CAN帧F2的信号波形进行测量(步骤S210)。
接着，控制装置122C经由CAN总线13而发送以其他控制装置122为目标的CAN帧F3(步骤S212)。
接着，检测装置200对CAN总线13的差分电压Vd进行监视，由此如果检测到从控制装置122C发送的CAN帧F3的SOF进行检测，则对CAN帧F3的信号波形进行测量(步骤S214)。
接着，检测装置200分别对CAN帧F1、F2、F3的信号波形的判定特征量进行计算(步骤S216)。
接着，检测装置200基于取得的概率密度函数p(x)及计算出的各判定特征量，分别对与各判定特征量对应的得分值s进行计算(步骤S218)。
接着，检测装置200对阈值Th和计算出的3个得分值s进行比较，基于比较结果而判定是否发生了与CAN总线13相关的异常。更详细而言，检测装置200在3个得分值s全部为阈值Th以上的情况下，判断为没有发生与CAN总线13相关的异常。另一方面，检测部240在3个得分值s中的至少任1者小于阈值Th的情况下，判断为发生了与CAN总线13相关的异常(步骤S220)。
此外，在本发明的实施方式涉及的车载系统301，检测装置200是与控制装置122不同的装置，但不限定于此。检测装置200也可以包含于控制装置122或网关装置101。
另外，在本发明的实施方式涉及的检测装置200，取得部230是从检测装置200的存储部260取得概率密度函数p(x)及阈值Th的结构，但不限定于此。取得部230也可以是从检测装置200的外部的存储部取得概率密度函数p(x)及阈值Th的结构。
另外，在本发明的实施方式涉及的检测装置200，检测部240是基于使用GMM而生成的参照分布即概率密度函数p(x)对得分值s进行计算，基于阈值和计算出的得分值s的比较结果对与CAN总线13相关的异常进行检测的结构，但不限定于此。检测部240例如可以是使用LOF(Local Outlier Factor局部异常因子算法)、OCSVM(One－Class Support VectorMachine单类支持向量机)或IF(Isolation Forest孤立森林)对与CAN总线13相关的异常进行检测的结构。
另外，在本发明的实施方式涉及的检测装置200，计算部220是通过执行使用了从测量部210接收到的测量信息表示的对象数据Sa、Sb的运算，将平均、方差、偏度、峭度、柯尔莫哥洛夫的不规则性、詹森的不规则性、频谱波峰因数及均方根中的至少任意2个作为判定特征量而进行计算的结构，但不限定于此。计算部220也可以是取代上述特征量，将上述以外的特征量作为判定特征量而进行计算的结构。另外，计算部220也可以是在上述特征量的基础上，将上述以外的特征量作为判定特征量而进行计算的结构。
另外，在本发明的实施方式涉及的检测装置200，测量部210是对CAN帧的从Control字段至CRC字段的范围的脉冲信号波形进行测量的结构，但不限定于此。测量部210例如也可以是对CAN帧的ACK字段的脉冲信号波形进行测量的结构。另外，测量部210也可以是对CAN帧的上升沿或下降沿以外的部分的信号波形进行测量的结构。另外，测量部210也可以是对CAN帧的上升沿部分的信号波形及下降沿部分的信号波形中的至少任一者进行测量的结构。
另外，在本发明的实施方式涉及的检测装置200，检测部240是基于由计算部220针对每个对象控制装置122而计算出的多组的判定特征量及概率密度函数p(x)，对与CAN总线13相关的异常进行检测的结构，但不限定于此。检测部240也可以是基于由计算部220计算出的1组的判定特征量及概率密度函数p(x)，对与CAN总线13相关的异常进行检测的结构。
另外，在本发明的实施方式涉及的检测装置200，测量部210是生成包含CAN帧的发送源的控制装置122的ID及所选择的对象数据Sa、Sb在内的测量信息，将生成的测量信息向计算部220输出的结构，但不限定于此。测量部210也可以是生成包含对象数据Sa、Sb、而不包含CAN帧的发送源的控制装置122的ID的测量信息，将生成的测量信息向计算部220输出的结构。
另外，在本发明的实施方式涉及的检测装置200，计算部220是生成包含CAN帧的发送源的控制装置122的ID及计算出的判定特征量在内的计算信息，将生成的计算信息向检测部240输出的结构，但不限定于此。计算部220也可以是生成包含判定特征量、而不包含CAN帧的发送源的控制装置122的ID的计算信息，将生成的计算信息向检测部240输出的结构。
另外，在本发明的实施方式涉及的检测装置200，检测部240是基于从多个对象控制装置122发送的CAN帧的判定特征量FA、FB、FC的各值x，分别对3个得分值s进行计算，基于阈值Th和计算出的3个得分值s的比较结果，对与CAN总线13相关的异常进行检测的结构，但不限定于此。检测部240也可以是基于从1个对象控制装置122发送的CAN帧的判定特征量的值x，对1个得分值s进行计算，基于阈值Th和计算出的得分值s的比较结果，对与CAN总线13相关的异常进行检测的结构。
更详细而言，例如检测部240在每次从计算部220接收到不包含CAN帧的发送源的控制装置122的ID的计算信息时，根据接收到的计算信息而取得判定特征量，基于取得的判定特征量的值x对1个得分值s进行计算。而且，检测部240基于阈值Th和计算出的得分值s的比较结果，对与CAN总线13相关的异常进行检测。
但是，希望一种能够以简单的结构更准确地检测车载网络的与CAN总线相关的异常的技术。
例如，在非专利文献1所记载的技术，为了使用TDR对网络的非法仪器的连接进行检测，需要另外使用向网络施加脉冲信号的脉冲信号发生器。另外，在非专利文献1所记载的技术，在执行检测非法仪器的连接的处理时，例如需要使CAN总线的通信停止。
另外，根据专利文献1所记载的技术，由于对例如在CAN总线连接了新的仪器的情况等与CAN总线相关的微小变化进行检测并不容易，因此有时无法准确地检测与CAN总线相关的异常。
与此相对，在本发明的实施方式涉及的检测装置200，测量部210对在CAN总线13传送的帧的信号波形进行测量。计算部220对由测量部210测量出的信号波形的多个种类的特征量进行计算。检测部240基于由计算部220计算出的各特征量，对与CAN总线13相关的异常进行检测。
在本发明的实施方式涉及的车载系统301，控制装置122经由CAN总线13向其他控制装置122发送帧。检测装置200对在CAN总线13传送的帧的信号波形进行测量。检测装置200对测量出的信号波形的多个种类的特征量进行计算。检测装置200基于计算出的各特征量，对与CAN总线13相关的异常进行检测。
本发明的实施方式涉及的检测方法是在包含CAN总线13及与CAN总线13连接的多个控制装置122的车载网络12使用的检测装置的检测方法。在该检测方法，首先，检测装置200对在CAN总线13传送的帧的信号波形进行测量。接着，检测装置200对测量出的信号波形的多个种类的特征量进行计算。接着，检测装置200基于计算出的各特征量，对与CAN总线13相关的异常进行检测。
如上所述，通过着眼于在CAN总线13传送的帧的信号波形的特征量，对多个种类的特征量进行计算而检测与CAN总线13相关的异常的结构及方法，能够不使用例如向CAN总线13施加脉冲信号的装置等，对例如在运转过程中与CAN总线相关的微小变化进行检测。
因此，对于本发明的实施方式涉及的检测装置、车载系统及检测方法，能够以简单的结构更准确地对车载网络的与CAN总线相关的异常进行检测。
应当想到，上述实施方式的说明在所有方面都是例示，并不是限制性的内容。本发明的范围不是由上述说明表示而是由权利要求书表示，包含与权利要求书等同的含义以及范围内的全部变更。
以上说明包含以下追加记载的特征。
[附录1]
一种检测装置，其是在包含CAN总线及与所述CAN总线连接的多个功能部的车载网络使用的检测装置，
所述检测装置具有：
测量部，其对在所述CAN总线传送的帧的信号波形进行测量；
计算部，其对由所述测量部测量出的所述信号波形的多个种类的特征量进行计算；以及
检测部，其基于由所述计算部计算出的各所述特征量，对与所述CAN总线相关的异常进行检测，
所述测量部、所述计算部及所述检测部由处理器实现。
[附录2]
一种检测装置，其是在包含CAN总线及与所述CAN总线连接的多个功能部的车载网络使用的检测装置，
所述检测装置具有：
测量部，其对在所述CAN总线传送的帧的信号波形进行测量；
计算部，其对由所述测量部测量出的所述信号波形的多个种类的特征量进行计算；以及
检测部，其基于由所述计算部计算出的各所述特征量，对与所述CAN总线相关的异常进行检测，
所述检测装置还具有取得部，该取得部取得概率密度函数，该概率密度函数是在向所述CAN总线连接新的所述仪器之前预先生成的所述各特征量的分布，
所述检测部使用由所述计算部计算出的所述各特征量及由所述取得部取得的所述概率密度函数，对所述各特征量的得分值进行计算，基于计算出的所述得分值，对与所述CAN总线相关的异常进行检测。
[附录3]
一种车载系统，其具有：
多个功能部，其与CAN总线连接；以及
检测装置，
所述功能部经由所述CAN总线向其他所述功能部发送帧，
所述检测装置对在所述CAN总线传送的所述帧的信号波形进行测量，
所述检测装置对测量出的所述信号波形的多个种类的特征量进行计算，
所述检测装置基于计算出的各所述特征量，对与所述CAN总线相关的异常进行检测，
所述功能部是网关装置或ECU。
[附录4]
一种车载系统，其具有：
多个功能部，其与CAN总线连接；以及
检测装置，
所述功能部经由所述CAN总线向其他所述功能部发送帧，
所述检测装置对在所述CAN总线传送的所述帧的信号波形进行测量，
所述检测装置对测量出的所述信号波形的多个种类的特征量进行计算，
所述检测装置基于计算出的各所述特征量，对与所述CAN总线相关的异常进行检测，
所述检测装置取得概率密度函数，该概率密度函数是在向所述CAN总线连接新的所述仪器之前预先生成的所述各特征量的分布，
所述检测装置使用计算出的所述各特征量及取得的所述概率密度函数，对所述各特征量的得分值进行计算，基于计算出的所述得分值，对与所述CAN总线相关的异常进行检测。
标号的说明
1 车辆
12 车载网络
13 CAN总线
14 总线
101 网关装置
111 车载通信机
121 总线连接装置组
122、122A、122B、122C 控制装置
200 检测装置
210 测量部
220 计算部
230 取得部
240 检测部
250 通知部
260 存储部
301 车载系统
Claims (6)
1.一种检测装置，其是在包含CAN总线及与所述CAN总线连接的多个功能部的车载网络使用的检测装置，CAN是指控制器局域网，
所述检测装置具有：
测量部，其对在所述CAN总线传送的帧的信号波形进行测量；
计算部，其对由所述测量部测量出的所述信号波形的多个种类的特征量进行计算；以及
检测部，其基于由所述计算部计算出的各所述特征量，对与所述CAN总线相关的异常进行检测，
所述检测装置还具有取得部，该取得部取得参照分布，该参照分布是预先生成的所述各特征量的分布，
所述取得部如果从所述检测部接收到参照分布请求，则作为针对接收到的参照分布请求的响应，取得概率密度函数及阈值而向所述检测部输出，
所述检测部基于接收到的概率密度函数及计算出的各所述特征量，对与各所述特征量对应的得分值进行计算，并对计算出的得分值和所述阈值进行比较，基于比较结果而判定是否发生了与所述CAN总线相关的异常。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其中，
所述计算部将通过对所述信号波形进行采样而得到的电压值的平均、方差、偏度、峭度、库里克霍夫的不规则性、詹森的不规则性、频谱波峰因数及均方根中的至少任意2个，作为所述各特征量而进行计算。
3.根据权利要求1所述的检测装置，其中，
所述测量部对所述帧的从Control字段至CRC字段的范围的脉冲信号波形进行测量，Control是指控制，CRC是指循环冗余校验。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的检测装置，其中，
所述测量部对从多个所述功能部分别发送的多个所述帧各自的所述信号波形进行测量，
所述计算部分别对由所述测量部测量出的各所述信号波形的多个种类的所述特征量进行计算，
所述检测部基于由所述计算部计算出的所述各信号波形的多个种类的所述特征量，对与所述CAN总线相关的异常进行检测。
5.一种车载系统，其具有：
多个功能部，其与CAN总线连接；以及
检测装置，
所述功能部经由所述CAN总线向其他所述功能部发送帧，
所述检测装置对在所述CAN总线传送的所述帧的信号波形进行测量，
所述检测装置对测量出的所述信号波形的多个种类的特征量进行计算，
所述检测装置基于计算出的各所述特征量，对与所述CAN总线相关的异常进行检测，
所述检测装置取得参照分布，该参照分布是预先生成的所述各特征量的分布，
所述检测装置如果接收到参照分布请求，则作为针对接收到的参照分布请求的响应，取得概率密度函数及阈值而输出，
所述检测装置基于接收到的概率密度函数及计算出的各所述特征量，对与各所述特征量对应的得分值进行计算，并对计算出的得分值和所述阈值进行比较，基于比较结果而判定是否发生了与所述CAN总线相关的异常。
6.一种检测方法，其是在包含CAN总线及与所述CAN总线连接的多个功能部的车载网络使用的检测装置的检测方法，
所述检测方法包含如下步骤：
对在所述CAN总线传送的帧的信号波形进行测量；
对测量出的所述信号波形的多个种类的特征量进行计算；以及
基于计算出的各所述特征量，对与所述CAN总线相关的异常进行检测，
所述检测方法还包含取得参照分布的步骤，该参照分布是预先生成的所述各特征量的分布，
如果接收到参照分布请求，则作为针对接收到的参照分布请求的响应，取得概率密度函数及阈值而输出，
基于接收到的概率密度函数及计算出的各所述特征量，对与各所述特征量对应的得分值进行计算，并对计算出的得分值和所述阈值进行比较，基于比较结果而判定是否发生了与所述CAN总线相关的异常。
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