CN114973700A - 一种基于车路协同应用的信号机网联安全装置及工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于车路协同应用的信号机网联安全装置及工作方法,它解决了信号机网联安全性等问题,其包括RSU单元,RSU单元与通过安全网关与信号机连接,RSU单元通过PC5直连通信模块与网联车辆连接,RSU单元通过5G‑APN专线模块与云控平台连接。本发明具有网联安全性高、车路协同效果好等优点。

Description

一种基于车路协同应用的信号机网联安全装置及工作方法
技术领域
本发明属于车路协同技术领域,具体涉及一种基于车路协同应用的信号机网联安全装置及工作方法。
背景技术
目前,随着我国机动车保有量的迅速增长,城市道路车流量也急剧上升,使得交通拥堵等问题日益严重。在城市道路信息服务方面,现有传统的交通信号机等仅能实现道路静态信号以及少量数据的对外服务,针对宏观的道路实时事故、事故发生车道以及微观的斑马线、交叉口区域行人和机动车潜在碰撞的实时提醒均不够,无法实现机动车驾驶员与道路情况的高效互联互通。在车路协同应用中,信号机在实施信息推送时变成了路侧智慧节点,作用是集交通感知和信号控制、网联通信以及数据交换于一体的设备,进而实现完成路口的车路协同的相应功能。交通信号控制器车路协同检测设备需要具备与交通控制设备、车载终端设备连接能力,通过高速短程无线通信,高速建立与车辆之间的信息交换,通过与控制设备连接获得控制状态,同时将车辆信息发送至路侧控制设备及中心信息系统。所以,对于信号机网联的通信安全就尤为重要。
为了解决现有技术存在的不足,人们进行了长期的探索,提出了各式各样的解决方案。例如,中国专利文献公开了一种基于车路云协同的信号机控制系统及控制方法[202111631002.7],其通过路侧RSU和感知设备采集交通参与者的数据、每个车道排队长度、通行平均速度、通过路口的平均时长,并将所采集的数据传输给路侧MEC设备;路侧MEC设备实时接收其采集的数据及经过的网联车联的运行数据,并对其进行处理;路侧MEC设备将处理后的数据通过信号机传输给云控平台控制系统;云控平台控制系统根据接收的数据,实时计算路口多个方向的信号机最优配时方案,并以预设的时间粒度定时调整信号机配时。
上述方案在一定程度上解决了车路协同的问题,但是该方案依然存在着诸多不足,例如信号机网联安全性等问题。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题,提供一种设计合理,信号机网联安全性好的基于车路协同应用的信号机网联安全装置。
本发明的另一目的是针对上述问题,提供一种使用安全性好的基于车路协同应用的信号机网联安全装置的工作方法。
为达到上述目的,本发明采用了下列技术方案:一种基于车路协同应用的信号机网联安全装置,包括RSU单元,RSU单元与通过安全网关与信号机连接,RSU单元通过PC5直连通信模块与网联车辆连接,RSU单元通过5G-APN专线模块与云控平台连接。RSU单元对道路进行多维感知和通信传输,安全网关解决网联安全输入的防护问题,从而提高了信号机的网联安全性。
在上述的一种基于车路协同应用的信号机网联安全装置中,RSU单元与安全网关之间设置有DCU设备。DCU设备用于屏蔽不同品牌交通信号控制机功能/协议的差异性,对外实现结构化数据输出。
在上述的一种基于车路协同应用的信号机网联安全装置中,DCU设备连接有汇聚交换机,汇聚交换机与MEC模块连接,汇聚交换机与若干摄像头和激光雷达连接。汇聚交换机拓展了端口,保证路口设备与RSU单元的连通性。
一种基于车路协同应用的信号机网联安全装置的工作方法,包括如下步骤:
S1:对信号机进行改造,更换双网口主板,连接其中一个网口并配置私网地址;
S2:DCU设备选配安装在RSU单元与安全网关之间,安全网关管控信号机与RSU单元或DCU设备之间数据交互,DCU设备采集信号机相位和配时信息,并传递给RSU单元用于支撑车路协同应用;
S3:RSU单元进行数据传输;
S4:对于不同信号机接入形式,配置不同的网联链接方式;
S5:DCU设备获取信号机的实时数据信息,将该数据结构化后,上传至RSU单元。在不进行任何终端改造的前提下,即可解决交通信号机网联安全问题。
在上述的一种基于车路协同应用的信号机网联安全装置的工作方法中,步骤S3中,RSU单元通过PC5直连通信模块将红绿灯信息以及交叉口map信息发送至网联车辆并通过5G-APN专线模块回传云控平台。通过RSU单元实现车路协同功能。
在上述的一种基于车路协同应用的信号机网联安全装置的工作方法中,步骤S4包括如下步骤:
S41:对于信号灯可变配时路口,配置DCU设备与RSU单元与安全网关连接;
S42:对于信号灯固定配时路口,通过RSU单元嵌入程序直接获取信号机配时信息,RSU单元与安全网关直接连接;
S43:对于安装多个设备的路口,通过汇聚交换机拓展端口。可根据需要拓展设备,充分收集道路动态信息。
在上述的一种基于车路协同应用的信号机网联安全装置的工作方法中,DCU设备通过网口读取信号机的基本参数,不做数据修改,其采集频率不大于2次/秒。
在上述的一种基于车路协同应用的信号机网联安全装置的工作方法中,安全网关放行SNMP协议,SNMP报文中允许含有get请求的报文通过,其他协议及其set请求不能通过并全部拦截。
在上述的一种基于车路协同应用的信号机网联安全装置的工作方法中,安全网关对经过其报文的流量进行速率控制,发送速率达到阀值触发安全策略,网关限制发包速率到设定值,对阻断行为进行记录并生成日志。
在上述的一种基于车路协同应用的信号机网联安全装置的工作方法中,DCU设备采集的数据包括各相位的实时灯色状态和实时方案号,还包括对应方案号的绿信比、相序表和相位环数据,以及各相位的绿灯、黄灯、全红时间信息,DCU设备满足智慧交通系统或设备采集/控制交通信号灯的功能。
与现有的技术相比,本发明的优点在于:在不进行任何终端改造的前提下,解决交通信号机网联安全问题;终端的梳理与发现,全网发现终端为用户提供真实终端部署现况;终端安全接入管控,解决冒用终端的接入或被操控终端执行非法行为的问题。
附图说明
图1是本发明的结构示意图;
图2是本发明的另一结构示意图;
图3是本发明的工作原理图;
图4是本发明的另一工作原理图;
图中,RSU单元1、PC5直连通信模块11、网联车辆12、5G-APN专线模块13、云控平台14、安全网关2、信号机3、DCU设备4、汇聚交换机5、摄像头51、激光雷达52、MEC模块6。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
如图1-4所示,一种基于车路协同应用的信号机网联安全装置,包括RSU单元1,RSU单元1与通过安全网关2与信号机3连接,RSU单元1通过PC5直连通信模块11与网联车辆12连接,RSU单元1通过5G-APN专线模块13与云控平台14连接。RSU单元1获取信号机3红绿灯运行相位和时间,并下发给网联车辆12,网联车辆12基于车载终端实时计算相应车辆运行速度,判断路口是否可以通过以及通过时间和最优速度,从而以最理想方式通过路口。在恶劣天气或前方有遮挡的情况下,RSU单元1以及车载终端为车辆和驾驶员提供视距之外的交通信号信息,根据当前情况给出相应的行驶建议,从而提升道路驾驶的安全性和经济性。
具体地,RSU单元1与安全网关2之间设置有DCU设备4。信号机3是控制交叉路口交通信号灯的重要设备,也是信号控制系统的重要组成部分,各种交通控制方案本质上都要回归到信号机3完成对路口信号灯的电压输出。当前各地信号机3为协调不同信号机3或设备间的数据通信,大都选择支持NTCIP通信协议。RSU单元1通过接入路测感知设备,实现道路动态信息收集,通过与网联车辆12、云控平台14和路测感知设备进行交互实现车路协同功能。采用5G通信技术和V2X通信技术,融合路侧感知设备道路信息,将动态信息共享给车辆、行人和云端,从而实现车、路、人和云的智能协同。
优选地,安全网关2是面向交通信号机全场景的物联网安全接入防护系统,可实现资产发现、资产指纹画像、流量分析、行为基线梳理、威胁探测、接入控制、链路安全防护、集中管控、安全可视化等功能,可适配各类的智能终端。其功能可以实现资产发现、仿冒管控、链路检测、安全检测、行为发现、行为管控、按需通断可实现设备信息获取的控制和集中管理等。
深入地,DCU设备4连接有汇聚交换机5,汇聚交换机5与MEC模块6连接,汇聚交换机5与若干摄像头51和激光雷达52连接。
一种基于车路协同应用的信号机网联安全装置的工作方法,包括如下步骤:
S1:对信号机3进行改造,更换双网口主板,连接其中一个网口并配置私网地址;
S2:DCU设备4选配安装在RSU单元1与安全网关2之间,安全网关2管控信号机3与RSU单元1或DCU设备4之间数据交互,DCU设备4采集信号机3相位和配时信息,并传递给RSU单元1用于支撑车路协同应用;
S3:RSU单元1进行数据传输;
S4:对于不同信号机3接入形式,配置不同的网联链接方式;
S5:DCU设备4获取信号机3的实时数据信息,将该数据结构化后,上传至RSU单元1。基于NTCIP中子标准协议1202v0328A和NTCIP1202v0219f生成核心业务功能,集中实时监控任何支持NTCIP标准通信协议的信号机设备,并在需要时完成对其控制字段的修改,对当前信号机时钟、信号机所在地信号机服务列表、硬件基本信息如网络接口数、接口类型、接口带宽、输出字节数等、用户角色及权限控制等的查询支持,并对非只读字段提供设置支持;对信号机工作模式Pattern、相时Phase、环Sequence等控制字段的参数配置,使用者可通过Web页面对其进行查询与修改;对设备运行状态及基本控制字段参数的监控,并在信号机设备故障时自动上报以备运维人员完成维护工作。
进一步地,步骤S3中,RSU单元1通过PC5直连通信模块11将红绿灯信息以及交叉口map信息发送至网联车辆12并通过5G-APN专线模块13回传云控平台14。基于车路协同100ms以下通讯时延要求,网联车辆12接收到路口红绿灯信息后,基于实时位置以判断是否存在闯红灯风险并提供车速引导。
更进一步地,步骤S4包括如下步骤:
S41:对于信号灯可变配时路口,配置DCU设备4与RSU单元1与安全网关2连接;
S42:对于信号灯固定配时路口,通过RSU单元1嵌入程序直接获取信号机3配时信息,RSU单元1与安全网关2直接连接;
S43:对于安装多个设备的路口,通过汇聚交换机5拓展端口。安全网关2通过主/被动结合的技术来自动发现信号机3网联的物联网设备,并支持自动分类和自定义特征分类,支持对资产的操作系统、品牌、厂商、固件号等维度的识别。利用安全网关2的在线学习设备指纹,形成指纹基线如信号机终端的操作系统、行为特征,无论物联网终端成千还是上万,任何一个物联网终端被冒用,都可实时发现并阻断
除此之外,DCU设备4通过网口读取信号机3的基本参数,不做数据修改,其采集频率不大于2次/秒。
同时,安全网关2放行SNMP协议,SNMP报文中允许含有get请求的报文通过,其他协议及其set请求不能通过并全部拦截。安全网关2按需通断可实现设备信息获取的控制,即基于网络发现学习的行为,提供全面的访问控制能力,实现物联网设备的按需通断。可以基于IP、端口、时间、协议等来进行访问控制。针对信号机3对接要求,该功能可学习RSU单元1获取信号配时的协议,一旦协议变更增加控制类命令,如控制信号机类信息,可主动屏蔽避免信号机3数据写入。
可见地,安全网关2对经过其报文的流量进行速率控制,发送速率达到阀值触发安全策略,网关限制发包速率到设定值,对阻断行为进行记录并生成日志。通过部署安全网关2可以实时探测前端设备的链路状态,及时发现离线情况并进行报警,同时检测链路的延时、交换机端口状态等。基于对网络链路存活探测技术的实现方法的分析,实现复合的探测物联网设备的存活解析技术;通过机器学习信号机3的行为,利用后期的行为基线来进行安全防护解决信号机3碎片化的安全风险问题,整个过程无需管理员人工分析,全部由机器学习来完成行为学习。在行为发现功能的基础上,将行为基线生效生成行为管控基线。当行为异常时,会自动识别,并进行丢弃或者报警。
很明显,DCU设备4采集的数据包括各相位的实时灯色状态和实时方案号,还包括对应方案号的绿信比、相序表和相位环数据,以及各相位的绿灯、黄灯、全红时间信息。DCU设备4是指设备内部屏蔽不同品牌交通信号控制机功能/协议的差异性,对外采用结构化数据输出,一方面对接不同品牌与型号的交通信号控制机,可实现智能感知、协议解析、格式互转功能;另外可连接智慧交通管理系统及优化控制终端,满足智慧交通系统或设备采集/控制交通信号灯状态的功能,可实现车路协同、无人驾驶、统一管控、交通信号优化、特勤管控与公交优先等多业务场景应用。
综上所述,本实施例的原理在于:RSU单元1对道路进行多维感知和通信传输,安全网关2处理网联安全接入的防护问题,RSU单元1用于屏蔽不同品牌交通信号控制机功能/协议的差异性,对外采用结构化数据输出,网联车辆12收到路口红绿灯信息后,基于实时位置以判断是否存在闯红灯风险并提供车速引导,从而实现辅助驾驶。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了RSU单元1、PC5直连通信模块11、网联车辆12、5G-APN专线模块13、云控平台14、安全网关2、信号机3、DCU设备4、汇聚交换机5、摄像头51、激光雷达52、MEC模块6等术语,但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质;把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种基于车路协同应用的信号机网联安全装置,包括RSU单元(1),其特征在于,所述的RSU单元(1)与通过安全网关(2)与信号机(3)连接,所述的RSU单元(1)通过PC5直连通信模块(11)与网联车辆(12)连接,所述的RSU单元(1)通过5G-APN专线模块(13)与云控平台(14)连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于车路协同应用的信号机网联安全装置,其特征在于,所述的RSU单元(1)与安全网关(2)之间设置有DCU设备(4)。
3.根据权利要求2所述的一种基于车路协同应用的信号机网联安全装置,其特征在于,所述的DCU设备(4)连接有汇聚交换机(5),所述的汇聚交换机(5)与MEC模块(6)连接,所述的汇聚交换机(5)与若干摄像头(51)和激光雷达(52)连接。
4.一种采用权利要求1-3中任意一项所述的一种基于车路协同应用的信号机网联安全装置的工作方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1:对信号机(3)进行改造,更换双网口主板,连接其中一个网口并配置私网地址;
S2:所述的DCU设备(4)选配安装在RSU单元(1)与安全网关(2)之间,所述的安全网关(2)管控信号机(3)与RSU单元(1)或DCU设备(4)之间数据交互,所述的DCU设备(4)采集信号机(3)相位和配时信息,并传递给RSU单元(1)用于支撑车路协同应用;
S3:所述的RSU单元(1)进行数据传输;
S4:对于不同信号机(3)接入形式,配置不同的网联链接方式;
S5:所述的DCU设备(4)获取信号机(3)的实时数据信息,将该数据结构化后,上传至RSU单元(1)。
5.根据权利要求4所述的一种基于车路协同应用的信号机网联安全装置的工作方法,其特征在于,所述的步骤S3中,所述的RSU单元(1)通过PC5直连通信模块(11)将红绿灯信息以及交叉口map信息发送至网联车辆(12)并通过5G-APN专线模块(13)回传云控平台(14)。
6.根据权利要求4所述的一种基于车路协同应用的信号机网联安全装置的工作方法,其特征在于,所述的步骤S4包括如下步骤:
S41:对于信号灯可变配时路口,配置DCU设备(4)与RSU单元(1)与安全网关(2)连接;
S42:对于信号灯固定配时路口,通过RSU单元(1)嵌入程序直接获取信号机(3)配时信息,RSU单元(1)与安全网关(2)直接连接;
S43:对于安装多个设备的路口,通过汇聚交换机(5)拓展端口。
7.根据权利要求4所述的一种基于车路协同应用的信号机网联安全装置的工作方法,其特征在于,所述的DCU设备(4)通过网口读取信号机(3)的基本参数,不做数据修改,其采集频率不大于2次/秒。
8.根据权利要求4所述的一种基于车路协同应用的信号机网联安全装置的工作方法,其特征在于,所述的安全网关(2)放行SNMP协议,SNMP报文中允许含有get请求的报文通过,其他协议及其set请求不能通过并全部拦截。
9.根据权利要求4所述的一种基于车路协同应用的信号机网联安全装置的工作方法,其特征在于,所述的安全网关(2)对经过其报文的流量进行速率控制,发送速率达到阀值触发安全策略,网关限制发包速率到设定值,对阻断行为进行记录并生成日志。
10.根据权利要求4所述的一种基于车路协同应用的信号机网联安全装置的工作方法,其特征在于,所述的DCU设备(4)采集的数据包括各相位的实时灯色状态和实时方案号,还包括对应方案号的绿信比、相序表和相位环数据,以及各相位的绿灯、黄灯、全红时间信息。
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