CN116504051A - 稳健的物理和虚拟标识关联 - Google Patents

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CN116504051A CN202211260899.1A CN202211260899A CN116504051A CN 116504051 A CN116504051 A CN 116504051A CN 202211260899 A CN202211260899 A CN 202211260899A CN 116504051 A CN116504051 A CN 116504051A
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于博
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Abstract

本发明涉及稳健的物理和虚拟标识关联。一种用于目标车辆的物理标识和虚拟标识的稳健关联的处于自我车辆内的系统包括：位于自我车辆内的数据处理器，所述数据处理器包括无线通信模块和可见光通信模块；以及多个感知传感器，其位于所述自我车辆内并且适于收集与所述目标车辆的物理标识相关的数据，并通过通信总线将与所述目标车辆的物理标识相关的数据传送到所述数据处理器；所述自我车辆内的所述数据处理器适于：经由无线通信信道接收与所述目标车辆的虚拟标识相关的数据；将所述目标车辆的所述物理标识与所述目标车辆的所述虚拟标识相关联；以及经由所述无线通信信道和可见光通信信道发起所述自我车辆和所述目标车辆之间的质询‑响应协议。

Description

稳健的物理和虚拟标识关联
技术领域
本公开涉及用于将由自我车辆内的感知传感器检测到的目标车辆的物理标识与通过自我车辆和目标车辆之间的无线通信接收到的目标车辆的虚拟标识稳健关联的系统和方法。
背景技术
在当前系统中，使用无线车辆对车辆或车辆对基础设施通信信道的自我车辆接收从目标车辆发送的信息，该信息包括关于目标车辆的识别信息，以允许自我车辆识别目标车辆。该信息提供了目标车辆的虚拟标识。这允许自我车辆定位目标车辆相对于自我车辆的位置，因此自我车辆可采取诸如协作操纵和定位以及基础设施协调之类的动作。通常，这样的无线通信信道对其他人是可见的，并且容易被第三方拦截。
此外，自我车辆将使用位于自我车辆内的感知传感器，例如激光雷达、雷达和摄像机，来识别物体，例如靠近自我车辆的目标车辆。这提供了检测到的目标车辆的物理标识。通常，自我车辆的感知传感器可检测到多个目标车辆。当前系统通常信任接收到的虚拟标识信息，而不确认接收到的虚拟标识信息与正确的物理标识信息相关。换言之，当前系统不验证无线传输的信息对应于由自我车辆物理识别的多个目标车辆中正确的一个。
此外，将无线通信信道和可见光通道用于无线通信为第三方提供了拦截此类通信并伪装成目标车辆的机会，从而向自我车辆提供虚假信息。当第三方车辆位于自我车辆和目标车辆之间时，第三方车辆阻止自我车辆对目标车辆的可见识别。在这种情况下，第三方车辆可能会拦截来自目标车辆的可见光通道通信，并将该可见光通道通信重新发送到自我车辆，从而伪装成目标车辆。
因此，虽然当前系统实现了其预期目的，但需要新的和改进的系统和方法，以用于将由自我车辆内的感知传感器检测到的目标车辆的物理标识与通过自我车辆和目标车辆之间的无线通信接收到的目标车辆的虚拟标识稳健关联，从而防止第三方向自我车辆提供虚假信息。
发明内容
根据本公开的若干方面，一种通过自我车辆稳健关联目标车辆的物理标识和虚拟标识的方法包括：利用所述自我车辆内的多个感知传感器收集与所述目标车辆的物理标识相关的数据，并且通过通信总线将与所述目标车辆的所述物理标识相关的数据传送到所述自我车辆内的数据处理器；利用所述自我车辆内的所述数据处理器，经由无线通信信道收集与所述目标车辆的虚拟标识相关的数据；利用所述自我车辆内的所述数据处理器，将所述目标车辆的所述物理标识与所述目标车辆的所述虚拟标识相关联；以及利用所述自我车辆内的所述数据处理器，经由所述无线通信信道和可见光通信信道，发起所述自我车辆和所述目标车辆之间的质询-响应协议。
根据另一方面，利用所述数据处理器经由所述无线通信信道和所述可见光通信信道发起所述自我车辆与所述目标车辆之间的质询-响应协议还包括：利用所述自我车辆内的所述数据处理器，经由所述无线通信信道向所述目标车辆发送质询；利用所述目标车辆内的数据处理器，经由所述无线通信信道向所述自我车辆发送对所述质询的预期响应时间；以及利用所述目标车辆内的所述数据处理器，经由所述可见光通信通道向所述自我车辆发送响应。
根据另一方面，所述方法还包括利用所述自我车辆内的所述数据处理器和所述目标车辆内的所述数据处理器，使所述自我车辆内的时钟与所述目标车辆内的时钟同步。
根据另一方面，该方法还包括：在将所述自我车辆内的时钟与所述目标车辆内的时钟同步之后，将时间线划分成具有预定长度的时隙，其中，从所述目标车辆经由所述无线通信信道向所述自我车辆发送对所述质询的预期响应时间还包括由所述目标车辆识别将在其内发送对所述质询的响应的时隙。
根据另一方面，利用所述目标车辆内的数据处理器经由所述无线通信信道向所述自我车辆发送对所述质询的预期响应时间还包括：利用所述目标车辆内的数据处理器，经由所述无线通信信道向所述自我车辆发送与所述目标车辆的当前位置和移动相关的信息，所述方法还包括，在所述预期响应时间：利用所述自我车辆的所述数据处理器来估计所述目标车辆的位置；利用所述自我车辆上的所述感知传感器，基于所述目标车辆的估计位置来识别所述目标车辆的所述物理标识；以及利用所述自我车辆内的所述数据处理器来验证来自所述目标车辆的响应与预期响应相匹配。
根据另一方面，由所述自我车辆发送的质询和由所述目标车辆发送的响应利用使用对称密钥加密的会话密钥来加密。
根据另一方面，由所述自我车辆发送的质询和由所述目标车辆发送的响应利用公钥加密来加密。
根据另一方面，利用所述目标车辆内的所述数据处理器经由所述无线通信信道向所述自我车辆发送对所述质询的预期响应时间在利用所述自我车辆内的所述数据处理器经由所述无线通信信道向所述目标车辆发送所述质询之后执行。
根据另一方面，利用所述目标车辆内的所述数据处理器经由所述无线通信信道向所述自我车辆发送对所述质询的预期响应时间在利用所述自我车辆内的所述数据处理器经由所述无线通信信道向所述目标车辆发送所述质询之前执行。
根据本公开的若干方面，一种用于目标车辆的物理标识和虚拟标识的稳健关联的处于自我车辆内的系统包括：位于自我车辆内的数据处理器，所述数据处理器包括无线通信模块和可见光通信模块；以及多个感知传感器，其位于所述自我车辆内并且适于收集与所述目标车辆的物理标识相关的数据，并通过通信总线将与所述目标车辆的所述物理标识相关的所述数据传送到所述数据处理器；所述自我车辆内的所述数据处理器适于：经由无线通信信道接收与所述目标车辆的虚拟标识相关的数据；将所述目标车辆的所述物理标识与所述目标车辆的所述虚拟标识相关联；以及经由所述无线通信信道和可见光通信信道发起所述自我车辆和所述目标车辆之间的质询-响应协议。
根据另一方面，当利用所述数据处理器经由所述无线通信信道和所述可见光通信信道发起所述自我车辆与所述目标车辆之间的质询-响应协议时：所述自我车辆内的所述数据处理器还适于经由所述无线通信信道向所述目标车辆发送质询；以及所述目标车辆内的数据处理器适于：经由所述无线通信信道向所述自我车辆发送对所述质询的预期响应时间；以及经由所述可见光通信信道向所述自我车辆发送响应。
根据另一方面，所述自我车辆内的所述数据处理器和所述目标车辆内的所述数据处理器适于使所述自我车辆内的时钟与所述目标车辆内的时钟同步。
根据另一方面，在将所述自我车辆内的时钟与所述目标车辆内的时钟同步之后，所述自我车辆内的所述数据处理器还适于将时间线划分成具有预定长度的时隙，其中，当经由所述无线通信信道发送对所述质询的预期响应时间时，所述目标车辆内的所述数据处理器还适于识别将在其内发送对所述质询的响应的时隙。
根据另一方面，当经由所述无线通信信道发送对所述质询的预期响应时间时，所述目标车辆内的所述数据处理器还适于经由所述无线通信信道向所述自我车辆发送与所述目标车辆的当前位置和移动相关的信息，并且在所述预期响应时间，所述自我车辆内的所述数据处理器还适于：估计所述目标车辆的位置；利用所述自我车辆上的所述感知传感器，基于所述目标车辆的估计位置来识别所述目标车辆的所述物理标识；以及验证来自所述目标车辆的响应与预期响应相匹配。
根据另一方面，由所述自我车辆发送的质询和由所述目标车辆发送的响应利用会话密钥加密来加密。
根据另一方面，由所述自我车辆发送的质询和由所述目标车辆发送的响应利用公钥加密来加密。
根据另一方面，所述目标车辆内的所述数据处理器适于在所述自我车辆内的所述数据处理器经由所述无线通信信道向所述目标车辆发送所述质询之后，经由所述无线通信信道向所述自我车辆发送对所述质询的预期响应时间。
根据另一方面，所述目标车辆内的所述数据处理器适于在所述自我车辆内的所述数据处理器经由所述无线通信信道向所述目标车辆发送所述质询之前，经由所述无线通信信道向所述自我车辆发送对所述质询的预期响应时间。
本发明还包括以下技术方案。
方案1. 一种通过自我车辆稳健关联目标车辆的物理标识和虚拟标识的方法，包括：
利用所述自我车辆内的多个感知传感器收集与所述目标车辆的物理标识相关的数据，并且通过通信总线将与所述目标车辆的所述物理标识相关的数据传送到所述自我车辆内的数据处理器；
利用所述自我车辆内的所述数据处理器，经由无线通信信道收集与所述目标车辆的虚拟标识相关的数据；
利用所述自我车辆内的所述数据处理器，将所述目标车辆的所述物理标识与所述目标车辆的所述虚拟标识相关联；以及
利用所述自我车辆内的所述数据处理器，经由所述无线通信信道和可见光通信信道，发起所述自我车辆和所述目标车辆之间的质询-响应协议。
方案2. 根据方案1所述的方法，其中，利用所述数据处理器经由所述无线通信信道和所述可见光通信信道发起所述自我车辆与所述目标车辆之间的质询-响应协议还包括：
利用所述自我车辆内的所述数据处理器，经由所述无线通信信道向所述目标车辆发送质询；
利用所述目标车辆内的数据处理器，经由所述无线通信信道向所述自我车辆发送对所述质询的预期响应时间；以及
利用所述目标车辆内的所述数据处理器，经由所述可见光通信通道向所述自我车辆发送响应。
方案3. 根据方案2所述的方法，还包括利用所述自我车辆内的所述数据处理器和所述目标车辆内的所述数据处理器，使所述自我车辆内的时钟与所述目标车辆内的时钟同步。
方案4. 根据方案3所述的方法，还包括：在将所述自我车辆内的时钟与所述目标车辆内的时钟同步之后，将时间线划分成具有预定长度的时隙，其中，从所述目标车辆经由所述无线通信信道向所述自我车辆发送对所述质询的预期响应时间还包括由所述目标车辆识别将在其内发送对所述质询的响应的时隙。
方案5. 根据方案4所述的方法，其中，利用所述目标车辆内的数据处理器经由所述无线通信信道向所述自我车辆发送对所述质询的预期响应时间还包括：利用所述目标车辆内的所述数据处理器，经由所述无线通信信道向所述自我车辆发送与所述目标车辆的当前位置和移动相关的信息，所述方法还包括，在所述预期响应时间：
利用所述自我车辆的所述数据处理器来估计所述目标车辆的位置；
利用所述自我车辆上的所述感知传感器，基于所述目标车辆的估计位置来识别所述目标车辆的所述物理标识；以及
利用所述自我车辆内的所述数据处理器来验证来自所述目标车辆的响应与预期响应相匹配。
方案6. 根据方案5所述的方法，其中，由所述自我车辆发送的质询和由所述目标车辆发送的响应利用使用对称密钥加密的会话密钥来加密。
方案7. 根据方案5所述的方法，其中，由所述自我车辆发送的质询和由所述目标车辆发送的响应利用公钥加密来加密。
方案8. 根据方案5所述的方法，其中，利用所述目标车辆内的所述数据处理器经由所述无线通信信道向所述自我车辆发送对所述质询的预期响应时间在利用所述自我车辆内的所述数据处理器经由所述无线通信信道向所述目标车辆发送所述质询之后执行。
方案9. 根据方案5所述的方法，其中，利用所述目标车辆内的所述数据处理器经由所述无线通信信道向所述自我车辆发送对所述质询的预期响应时间在利用所述自我车辆内的所述数据处理器经由所述无线通信信道向所述目标车辆发送所述质询之前执行。
方案10. 一种用于目标车辆的物理标识和虚拟标识的稳健关联的处于自我车辆内的系统，包括：
位于自我车辆内的数据处理器，所述数据处理器包括无线通信模块和可见光通信模块；以及
多个感知传感器，其位于所述自我车辆内并且适于收集与所述目标车辆的物理标识相关的数据，并通过通信总线将与所述目标车辆的所述物理标识相关的所述数据传送到所述数据处理器；
所述自我车辆内的所述数据处理器适于：
经由无线通信信道接收与所述目标车辆的虚拟标识相关的数据；
将所述目标车辆的所述物理标识与所述目标车辆的所述虚拟标识相关联；以及
经由所述无线通信信道和可见光通信信道发起所述自我车辆和所述目标车辆之间的质询-响应协议。
方案11. 根据方案10所述的系统，其中，当利用所述数据处理器经由所述无线通信信道和所述可见光通信信道发起所述自我车辆与所述目标车辆之间的质询-响应协议时：
所述自我车辆内的所述数据处理器还适于经由所述无线通信信道向所述目标车辆发送质询；以及
所述目标车辆内的数据处理器适于：
经由所述无线通信信道向所述自我车辆发送对所述质询的预期响应时间；以及
经由所述可见光通信信道向所述自我车辆发送响应。
方案12. 根据方案11所述的系统，其中，所述自我车辆内的所述数据处理器和所述目标车辆内的所述数据处理器适于使所述自我车辆内的时钟与所述目标车辆内的时钟同步。
方案13. 根据方案12所述的系统，其中，在将所述自我车辆内的时钟与所述目标车辆内的时钟同步之后，所述自我车辆内的所述数据处理器还适于将时间线划分成具有预定长度的时隙，其中，当经由所述无线通信信道发送对所述质询的预期响应时间时，所述目标车辆内的所述数据处理器还适于识别将在其内发送对所述质询的响应的时隙。
方案14. 根据方案13所述的系统，其中，当经由所述无线通信信道发送对所述质询的预期响应时间时，所述目标车辆内的所述数据处理器还适于经由所述无线通信信道向所述自我车辆发送与所述目标车辆的当前位置和移动相关的信息，并且在所述预期响应时间，所述自我车辆内的所述数据处理器还适于：
估计所述目标车辆的位置；
利用所述自我车辆上的所述感知传感器，基于所述目标车辆的估计位置来识别所述目标车辆的所述物理标识；以及
验证来自所述目标车辆的响应与预期响应相匹配。
方案15. 根据方案14所述的系统，其中，由所述自我车辆发送的质询和由所述目标车辆发送的响应利用使用对称密钥加密的会话密钥来加密。
方案16. 根据方案14所述的系统，其中，由所述自我车辆发送的质询和由所述目标车辆发送的响应利用公钥加密来加密。
方案17. 根据方案14所述的系统，其中，所述目标车辆内的所述数据处理器适于在所述自我车辆内的所述数据处理器经由所述无线通信信道向所述目标车辆发送所述质询之后，经由所述无线通信信道向所述自我车辆发送对所述质询的预期响应时间。
方案18. 根据方案14所述的系统，其中，所述目标车辆内的所述数据处理器适于在所述自我车辆内的所述数据处理器经由所述无线通信信道向所述目标车辆发送所述质询之前，经由所述无线通信信道向所述自我车辆发送对所述质询的预期响应时间。
方案19. 一种通过自我车辆稳健关联目标车辆的物理标识和虚拟标识的方法，包括：
利用所述自我车辆内的多个感知传感器收集与所述目标车辆的物理标识相关的数据，并且通过通信总线将与所述目标车辆的所述物理标识相关的数据传送到所述自我车辆内的数据处理器；
利用所述自我车辆内的所述数据处理器，经由无线通信信道收集与所述目标车辆的虚拟标识相关的数据；
利用所述自我车辆内的所述数据处理器，将所述目标车辆的所述物理标识与所述目标车辆的所述虚拟标识相关联；
利用所述自我车辆内的所述数据处理器和所述目标车辆内的所述数据处理器，使所述自我车辆内的时钟与所述目标车辆内的时钟同步；
利用所述自我车辆内的所述数据处理器将时间线划分成具有预定长度的时隙；
利用所述自我车辆内的所述数据处理器，经由所述无线通信信道和可见光通信信道发起所述自我车辆和所述目标车辆之间的质询-响应协议，这是通过经由所述无线通信信道向所述目标车辆发送质询；
利用所述目标车辆内的数据处理器，经由所述无线通信信道向所述自我车辆发送对所述质询的预期响应时间，包括识别将在其内发送对所述质询的响应的时隙以及与所述目标车辆的当前位置和移动相关的信息；以及
在所述预期响应时间：
利用所述目标车辆内的所述数据处理器，经由所述可见光通信通道向所述自我车辆发送响应；
利用所述自我车辆的所述数据处理器来估计所述目标车辆的位置；
利用所述自我车辆上的所述感知传感器，基于所述目标车辆的估计位置来识别所述目标车辆的所述物理标识；以及
利用所述自我车辆内的所述数据处理器来验证来自所述目标车辆的响应与预期响应相匹配。
方案20. 根据方案5所述的方法，其中，由所述自我车辆发送的质询和由所述目标车辆发送的响应利用使用对称密钥加密的会话密钥和公钥加密中的一者来加密。
根据本文提供的描述，其他适用领域将变得显而易见。应当理解的是，描述和具体示例仅意在用于说明的目的，并不意在限制本公开的范围。
附图说明
本文所描述的附图仅用于说明的目的，并不意在以任何方式来限制本公开的范围。
图1是根据本公开的示例性实施例的用于目标车辆的物理标识和虚拟标识的稳健关联的系统的示意图；
图2是本公开的系统的应用的示意图，其中，自我车辆在为两个目标车辆中的每一个关联物理和虚拟标识；
图3是图示了识别的物理标识、接收到的虚拟标识以及目标车辆相对于自我车辆的实际位置的关系的示意图；
图4是目标车辆的物理标识、虚拟标识和实际位置的概率分布图；
图5是冒名顶替车辆可能拦截来自目标车辆的虚拟传输的场景的示意图；
图6是图示了在质询-响应（challenge-response）协议期间自我车辆和目标车辆之间的通信流的示意图；
图7是图示了从目标车辆对自我车辆的响应的传输的时间线；
图8是图示了来自目标车辆的响应在被重新广播到自我车辆之前被冒名顶替车辆拦截的传输的时间线；
图9是图示了根据替代实施例的在质询-响应协议期间在自我车辆和目标车辆之间的通信流的示意图；
图10是图示了使用用于目标车辆的物理标识和虚拟标识的稳健关联的系统的方法的示意性流程图；
图11是图示了图10中所示的方法的一个示例性实施例的示意性流程图，其中自我车辆首先发送质询，并且随后，目标车辆发送对质询的预期响应时间；
图12是图示了图10中所示的方法的另一示例性实施例的示意性流程图，其中，目标车辆首先发送对质询的预期响应时间，并且随后，自我车辆发送质询。
附图不一定按比例绘制，并且一些特征可被扩大或最小化，例如用于示出特定部件的细节。在一些情况下，未详细描述公知的部件、系统、材料或方法，以避免模糊本公开。因此，本文所公开的具体的结构和功能细节不应被解释为限制性的，而是仅作为权利要求的基础，并且作为教导本领域技术人员以各种方式采用本公开的表示性基础。
具体实施方式
以下描述本质上仅是示例性的，并不意在限制本公开、其应用或用途。此外，也无意被前面的技术领域、背景技术、发明内容或下面的具体实施方式中提出的任何表达或隐含的理论约束。应当理解的是，在整个附图中，相对应的附图标记指示相同或相对应的零部件和特征。如本文所用的，术语“模块”是指单独的或呈任何组合的任何硬件、软件、固件、电子控制部件、处理逻辑和/或处理器装置，包括但不限于：专用集成电路（ASIC）、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器（共享、专用或群组）和存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其他合适的部件。尽管本文中所示的附图描绘了具有某些元件布置结构的示例，但在实际实施例中可存在附加的中介的元件、装置、特征或部件。还应理解，这些附图仅是说明性的，并且可能未按比例绘制。
如本文所用的，术语“车辆”不限于汽车。虽然本文主要结合汽车来描述本技术，但该技术不限于汽车。这些构思可用于广泛的应用中，例如与飞机、船舶、其他交通工具和消费电子部件结合使用。
参考图1，用于目标车辆14的物理标识和虚拟标识的稳健关联的自我车辆12内的系统10包括位于自我车辆12内的数据处理器16，该数据处理器16包括无线通信模块18和可见光通信模块19。
数据处理器16是非通用的电子控制装置，其具有预编程数字计算机或处理器、用于存储诸如控制逻辑、软件应用、指令、计算机代码、数据、查找表之类的数据的存储器或非暂时性计算机可读介质以及收发器或者输入/输出端口。计算机可读介质包括能够被计算机访问的任何类型的介质，例如只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、硬盘驱动器、压缩光盘（CD）、数字视频光盘（DVD）或者任何其他类型的存储器。“非暂时性”计算机可读介质不包括传输暂时性电气或其他信号的有线、无线、光学或其他通信链路。非暂时性计算机可读介质包括可永久存储数据的介质以及可存储数据并随后重写的介质，例如可重写光盘或可擦除存储器装置。计算机代码包括任何类型的程序代码，包括源代码、目标代码和可执行代码。
数据处理器16包括无线通信模块18，该无线通信模块18适于允许自我车辆12与其他车辆或其他外部源之间的无线通信。数据处理器12适于经由无线数据通信网络20通过诸如WLAN、4G/LTE或5G网络之类的无线通信信道从数据库22收集信息。这样的数据库22可通过互联网直接通信，或者可以是基于云的数据库。可由数据处理器16从此类外部源收集的信息包括但不限于交通部维护的道路和高速公路数据库、全球定位系统、互联网、经由V2V通信网络的其他车辆、交通信息源、诸如OnStar的基于车辆的支持系统等。
数据处理器16还包括可见光通信模块，其允许通过可见光在自我车辆12和其他车辆之间的无线通信。可见光通信（VLC）或LIFI是使用可见光源作为信号发射器，使用空气作为传输介质或通道，并且使用信号接收装置的数据通信技术。通常，发射器是发光二极管（LED），而接收器的主要装置是光电探测器，通常是光电二极管。
无线通信模块18和可见光通信模块19使得能够实现自我车辆12的数据处理器16和目标车辆14内的配备有无线通信模块18'和可见光通信模块19'的数据处理器16'之间的双向通信。无线通信模块18和可见光通信模块19还使得能够实现自我车辆12的数据处理器16与其他车辆、移动装置和基础设施之间的双向通信，以用于触发重要的通信和事件的目的。
系统10还包括位于自我车辆12内的多个感知传感器24。该多个感知传感器24包括适于收集与目标车辆14的物理标识相关的数据的传感器。这样的传感器24包括但不限于雷达、Lidar和摄像机，它们允许自我车辆“看到”附近的物体。该多个感知传感器24通过自我车辆12内的通信总线26将与目标车辆14的物理标识相关的数据传送到数据处理器16。
数据处理器16还适于经由无线通信信道20接收与目标车辆14的虚拟标识相关的数据并将目标车辆14的物理标识与目标车辆14的虚拟标识相关联。目标车辆14包括位于目标车辆14内的多个感知传感器24'和配备有无线通信模块18'的数据处理器16'。该多个感知传感器24'通过目标车辆14内的通信总线26'与数据处理器16'通信。
目标车辆14内的无线通信模块18'允许目标车辆14通过无线通信网络20将与目标车辆14的虚拟标识相关的数据传输到自我车辆12。
参考图2，在示例性场景中，自我车辆12内的该多个感知传感器24检测到自我车辆12附近的第一目标车辆14A和第二目标车辆14B。自我车辆12还无线地接收与第一目标车辆14A的虚拟标识相关的数据，如27所示。这样的虚拟标识数据可包括但不限于诸如IP地址、vin号、车牌号、GPS坐标之类的信息。然而，第一和第二目标车辆14A、14B两者可能都具有相同的型号和相同的颜色，使得自我车辆12难以将虚拟标识信息适当地关联到第一和第二目标车辆14A、14B中正确的一个。自我车辆12将虚拟标识适当地关联到第一和第二目标车辆14A、14B中正确的一个是重要的。
为了使自我车辆12有效且安全地做出关于变道、速度调整和其他此类操作的决定，重要的是，自我车辆12将虚拟标识正确关联到正确的物理标识，即第一和第二目标车辆14A、14B中正确的一个。这样，自我车辆12将确保它与第一和第二目标车辆14A、14B中正确的一个通信。此外，自我车辆12可从第一和第二目标车辆14A、14B中的每一个接收虚拟标识数据。虚拟和物理标识的适当关联将确保自我车辆12能够知道什么虚拟数据与第一和第二目标车辆14A、14B中的哪一个相关联。
在示例性实施例中，当将目标车辆14的物理标识与目标车辆14的虚拟标识相关联时，数据处理器16还适于利用贝叶斯推理模型（Bayesian Inference Model）并估计与物理标识相关的数据和与虚拟标识相关的数据用于同一目标车辆14的概率。换言之，数据处理器16使用贝叶斯推理模型来将从目标车辆14接收的数据与自我车辆12的物理观测匹配。
当利用贝叶斯推理模型时，数据处理器16构建二维离散概率分布表，例如：
，
其中，。
存在m个虚拟标识(V1 … Vm)和n个物理标识(P1 … Pn)。Pi,j是Pj与Vi匹配的概率。对于每个物理标识，都创建这样的状态模型，所有物理标识的多个这样的状态模型将形成二维表。
贝叶斯定理由下式给出：
，其中D表示数据，并且h表示假设。给出计算：
，并且
，其中
D表示两组传感器观测（物理和虚拟）；
Hj,i表示物理j与虚拟i匹配的假设；
是给定假设的传感器数据，或者是给定该假设观测两组观测数据的似然概率分布；
是先验假设，或者假设的先验概率分布（t-1时的状态定义）。在开始时，。如果确定了十个目标车辆，最初，每个概率将为10%，然后将被更新；
P(D)是两组传感器观测的证据概率；以及
是后验假设，或假设的后验概率分布（t时的状态）。使用传感器观测数据来更新状态表（假设），随着新数据的到来，状态表被更新以表示一个物理标识与虚拟标识匹配的更准确的可能性。
贝叶斯推理算法如下：
步骤1：从两个源收集传感器数据。来自本地感知传感器（物理），以及来自无线通信信道20（虚拟）。
步骤2：创建或更新二维状态表（如果检测到新的标识，则创建新的行/列，删除不再存在的标识中的行/列）。如果创建了新行，则该新行中的列将初始化为。
步骤3：使用状态表作为先验概率分布。
步骤4：使用传感器数据来计算和P(D)。
步骤5：更新后验概率分布。
步骤6：被用于更新二维状态表。
步骤7：在状态表中，找到假设(j,i)的最大概率作为算法的当前输出，即具有概率pj,i的物理标识i。
步骤8：返回到步骤1。
在一个示例性实施例中，当将目标车辆14的物理标识与目标车辆14的虚拟标识相关联时，数据处理器还适于使用与目标车辆14的物理标识相关的数据来确定目标车辆14的相对位置，并估计目标车辆14的实时状态。与目标车辆14的物理标识相关的数据包括全球卫星定位坐标、速度、加速度、横摆和前进方向，并且与目标车辆14的虚拟标识相关的数据包括全球卫星定位坐标、速度、加速度、横摆和前进方向。
在该实施例中，目标车辆14仅传输基本安全信息，包括全球卫星定位坐标、速度、加速度、横摆和前进方向。自我车辆12使用该多个感知传感器24来确定一个或多个目标车辆的相对位置，并估计其实时状态，即全球卫星定位坐标、速度、加速度、横摆和前进方向。自我车辆12接收一个或多个目标车辆的基本安全信息，并且自我车辆12内的数据处理器运行贝叶斯推理算法并计算和P(D)。
参考图3，示出了一示例，其中自我车辆12利用多个感知传感器检测第一目标车辆14A和第二目标车辆14B。对于第一目标车辆14A，车辆的位置（物理标识），如P1所示，由自我车辆的感知传感器24（摄像机）来观测。如V4所示，第一目标车辆14A的GPS位置（虚拟标识）由第一目标车辆14A经由无线通信信道报告。在一个假设中，h1,4、P1和V4是相同的标识，而第一目标车辆的群组真实位置在14A处指示。换句话说，P1和V4是来自两组传感器的对14A的相同观测。然后，使用传感器融合可估计地面实况G1的概率分布。G1分布可使用第二组贝叶斯推理模型来计算。
参考图4，示出了图示P1、V4和G1的概率分布的曲线图，其中：
，并且
。
参考图5，在另一个示例性场景中，自我车辆12内的多个感知传感器24检测第二目标车辆TV2和第三目标车辆TV3。第一目标车辆TV1的视野被阻挡，因此自我车辆无法物理感知第一目标车辆TV1。然而，自我车辆12确实无线地接收到与第一目标车辆TV1的虚拟标识相关的数据。可能的是，第三目标车辆TV3可拦截来自第一目标车辆TV1的虚拟信息，并且第三目标车辆TV3可伪装成第一目标车辆TV1。此外，第三目标车辆TV3可能与第二目标车辆TV2勾结，以帮助第二目标车辆TV2伪装成第一目标车辆TV1。因此，自我车辆经由无线通信信道和可见光通信信道发起自我车辆与目标车辆之间的质询-响应协议，以验证第一目标车辆TV1的物理标识与虚拟标识的关联有效。如果正确回答了质询-响应协议，则自我车辆12接受其对第一目标车辆TV1的物理和虚拟标识的关联。如果质询-响应协议回答不正确，则自我车辆12忽略其对第一目标车辆TV1的物理和虚拟标识的关联。
参考图6，自我车辆12和目标车辆14通过无线通信网络20交换信息，如30所示，其中，自我车辆12接收与目标车辆14的虚拟标识相关的信息。当自我车辆内的数据处理器16经由无线通信信道和可见光通信信道启动自我车辆12和目标车辆14之间的质询-响应协议时，自我车辆12内的数据处理器16经由无线通信信道向目标车辆发送质询，如32所示。质询以Hash(Ego Vehicle ID, Target Vehicle ID, Randomness from Ego Vehicle,Session ID)（哈希（自我车辆ID、目标车辆ID、来自自我车辆的随机性、会话ID））给出，并被加密以使未经授权的一方难以译解。
当目标车辆14内的数据处理器16'接收到质询时，目标车辆14内的数据处理器16'适于经由无线通信信道20向自我车辆12发送对质询的预期响应时间，如34所示，并且通过可见光通信信道向自我车辆12发送响应，如36所示。
在经由无线通信信道20和可见光通信信道发起自我车辆12和目标车辆14之间的质询-响应协议之前，自我车辆12内的数据处理器16和目标车辆14内的数据处理器16'适于使自我车辆12内的时钟与目标车辆14内的时钟同步。应当理解的是，自我车辆12内的时钟和目标车辆14内的时钟是对相应的数据处理器16、16'中的每一个的内置时间跟踪能力的参考。这对于确保车辆对时间具有相同的理解很重要，因为如下所述，目标车辆发送响应的时间是至关重要的。
一旦在自我车辆12的数据处理器16和目标车辆14的数据处理器16'之间同步时间，自我车辆内的数据处理器16就进一步适于将时间线划分成具有预定长度的时隙38。当目标车辆14发送对质询的预期响应时间时，目标车辆14内的数据处理器16'还适于识别将在其内发送对质询的响应的单个时隙38。此外，目标车辆14还适于经由无线通信信道20向自我车辆12发送与目标车辆14的当前位置（即，GPS坐标）和移动（即，速度、加速度和横摆）有关的信息。
对质询的响应必须在目标车辆14所标识的时隙38内被接收。时隙38的预定长度被仔细计算，以允许目标车辆14有足够的时间发送响应，同时又足够短，以至于没有足够的时间让另一车辆拦截、读取和重新广播响应。这将防止不同的车辆拦截响应并假装是目标车辆14。
参考图7，示出了目标车辆14的响应传送的时间线。在示例性实施例中，时隙38的预定长度给定为TS = 2 x guard + T-data，其中，guard是等于自我车辆12的时钟与目标车辆14的时钟之间的最大同步误差的时间长度，如40所示，并且T-data给定为T-data =TOF + Data Length，其中TOF是飞行时间，或响应从目标车辆14行进到自我车辆12所需的时间，如42所示，并且Data Length是传输数据所需的时间，如44所示。
如图7中所示，在所指示的时隙38开始时，自我车辆12开始对时隙38的预定长度倒计时。如所示，考虑到同步误差（guard），如40'所示。在时隙38开始时，根据目标车辆14内的时钟，考虑到guard 40'，目标车辆14发送响应。同样，考虑到最大同步误差（guard）40，响应的传输实际上开始于46处。如42所示的飞行时间TOF是响应到达自我车辆12所用的时间。自我车辆12在点48处开始接收响应。传输整个响应所需的时间是Data Length，如44所示。自我车辆12在点50处并且在时隙38的预定时间长度内已接收到整个响应。
参考图8，图示了冒名顶替车辆52试图拦截由目标车辆14发送的响应的场景。在点54处，识别的时隙38的开始，目标车辆14开始向自我车辆12发送响应。考虑到guard 40，响应的实际传输开始于点56。如42所示的飞行时间TOF是响应到达自我车辆12所用的时间，除了响应被冒名顶替车辆52拦截。冒名顶替车辆52解密、读取和重新广播响应所花费的时间（Relay Time，中继时间）以58指示。一旦冒名顶替车辆52已读取并重新广播响应，如42'所示的飞行时间TOF就是该响应到达自我车辆12所花费的时间。自我车辆12在点60处开始接收响应。传输整个响应所需的时间是Data Length，如44所示。自我车辆12已在点62处接收到整个响应，其在时隙38的预定时间长度之外。为了可接受，自我车辆12将需要在点64处或更早接收整个响应。由于在预定时隙38之外接收到响应，因此自我车辆12将忽略该响应并假定目标车辆14的物理和虚拟标识的关联不正确。
为了防止冒名顶替车辆的中继攻击，必须满足以下条件：
guard + T-data < 2 x TOF + Relay Time + Data Length；以及
TOF + Data Length < T-data < 2 x TOF + Relay Time + Data Length –guard。
上述不等式仅在以下情况下成立：
TOF + Relay Time – guard > 0；以及
Guard < (TOF + Relay Time)。
在预期响应时间，自我车辆12内的数据处理器16还适于使用目标车辆14先前发送的位置和移动信息来估计目标车辆14的位置。同时，自我车辆12内的数据处理器16利用感知传感器24基于目标车辆14的估计位置来识别目标车辆14的物理标识。最后，自我车辆12的数据处理器16验证来自目标车辆14的响应与预期响应相匹配。如果响应匹配，并且在识别的时隙38内接收到响应，则自我车辆12可验证它已适当地关联目标车辆14的虚拟和物理标识。
为了进一步防止冒名顶替者干扰，在自我车辆12和目标车辆14之间交换的质询（Challenge）和响应（Response）被编码。例如：
Challenge = Hash(Ego ID, Target Vehicle ID, Randomness from EgoVehicle, Session ID)；以及
Response = KDF(SessionKey, Challenge, t-start, t-end)，其中KDF为KeyDerivative Function（密钥导数函数），并且[t-start, t-end]为发送响应的预定时隙38。
在一个示例性实施例中，由自我车辆12发送的质询和由目标车辆14发送的响应使用会话密钥加密来加密。会话密钥是可随机生成的加密和解密密钥，以确保两个车辆之间的通信会话的安全。会话密钥也可使用确定性过程（密钥建立协议）生成，例如Diffie-Hellman，这是一种公钥协议，其中双方使用它们相应的公钥对以及它们相应的随机输入。会话密钥有时称为对称密钥，因为相同的密钥被用于加密和解密两者。会话密钥仅用于一个会话。然后将其丢弃，并为下一个会话随机生成一个新密钥。会话密钥本身是一个秘密，其可与对称或公钥加密算法一起使用。然而，在实践中，会话密钥大部分时间都用于对称密钥加密目的。
在另一个示例性实施例中，由自我车辆发送的质询和由目标车辆发送的响应使用公钥加密进行加密。与对称密钥加密相比，公钥或非对称加密使用两个密钥，一个公钥和一个私钥，而不是单个密钥来保护开放网络上两方之间的数据通信。
再次参考图6，在所示的示例性实施例中，目标车辆14内的数据处理器16'适于在如32所示自我车辆12内的数据处理器16经由无线通信信道向目标车辆14发送质询之后，经由无线通信信道20向自我车辆12发送对质询的预期响应时间，如34所示。参考图9，可替代地，在另一个示例性实施例中，目标车辆14内的数据处理器16'适于如32所示在自我车辆12内的数据处理器16经由无线通信信道向目标车辆14发送质询之前，经由无线通信信道20向自我车辆12发送对质询的预期响应时间，如34所示。以此方式，目标车辆14在潜在的冒名顶替车辆有机会拦截质询并潜在地破坏任何加密之前将所识别的时隙38提供给自我车辆12。自我车辆12可以在发送质询之前等待，直到识别的时隙38接近，从而减少潜在冒名顶替者破解任何加密、读取和重新广播将需要的时间量，从而降低冒名顶替者能够成功拦截和冒充目标车辆14的可能性。
参考图10，自我车辆12对目标车辆14的物理标识和虚拟标识进行稳健关联的方法100包括，在框102开始，利用自我车辆12内的多个感知传感器24收集与目标车辆14的物理标识相关的数据，并通过通信总线26将与目标车辆14的物理标识相关的数据传送到自我车辆12内的数据处理器16。移至框104，方法100包括利用自我车辆12内的数据处理器16经由无线通信信道20收集与目标车辆14的虚拟标识相关的数据。移至框106，方法100包括利用自我车辆12内的数据处理器16将目标车辆14的物理标识与目标车辆14的虚拟标识与相关联。
移动到框108，方法100包括利用自我车辆12内的数据处理器16经由无线通信信道20和可见光通信信道21发起自我车辆12和目标车辆14之间的质询-响应协议。
参考图11，在一个示例性实施例中，在框108处利用数据处理器16经由无线通信信道20和可见光通信信道21发起自我车辆12和目标车辆14之间的质询-响应协议还包括：在框110开始，利用自我车辆12内的数据处理器16经由无线通信信道20向目标车辆14发送质询，如图6中的32所示。移至框112，方法100包括利用目标车辆14内的数据处理器16'经由无线通信信道20向自我车辆12发送对质询的预期响应时间，如图6中的34所示。移动到框114，方法100包括利用目标车辆14内的数据处理器16'经由可见光通信信道21向自我车辆12发送响应，如图6中的36所示。
参考图12，在另一个示例性实施例中，在框108处利用数据处理器16经由无线通信信道20和可见光通信信道21发起自我车辆12和目标车辆14之间质询-响应协议还包括：在框116处开始，利用目标车辆14内的数据处理器16'经由无线通信信道20向自我车辆12发送对质询的预期响应时间，如图9中的34所示。移至框118，方法100包括利用自我车辆12内的数据处理器16经由无线通信信道20向目标车辆14发送质询，如图9中的32所示。移动到框120，方法100包括利用目标车辆14内的数据处理器16'经由可见光通信信道21向自我车辆12发送响应，如图9中的36所示。在该实施例中，目标车辆14在潜在的冒名顶替车辆有机会拦截质询并潜在地破坏任何加密之前将所识别的时隙38提供给自我车辆12。自我车辆12可以在发送质询之前等待，直到识别的时隙38接近，从而减少潜在冒名顶替者破解任何加密、读取和重新广播将需要的时间量，从而降低冒名顶替者能够成功拦截和冒充目标车辆14的可能性。
再次参考图10，重要的是自我车辆12和目标车辆14之间的时间被同步，因此，在框122处，在框108处利用数据处理器16经由无线通信信道20和可见光通信信道21发起自我车辆12和目标车辆14之间的质询-响应协议之前，方法100包括：利用自我车辆12内的数据处理器16和目标车辆14内的数据处理器16'使自我车辆12内的时钟与目标车辆14内的时钟同步。
移动到框124，在将自我车辆12内的时钟与目标车辆14内的时钟同步之后，方法100包括将时间线划分成具有预定长度的时隙38，其中，在框112和116从目标车辆14经由无线通信信道20向自我车辆12发送对质询的预期响应时间还包括：由目标车辆14识别将在其内发送对质询的响应的时隙38。
在示例性实施例中，在框112和116处利用目标车辆14内的数据处理器16'经由无线通信信道20向自我车辆12发送对质询的预期响应时间还包括：利用目标车辆14内的数据处理器经由无线通信信道20向自我车辆12发送与目标车辆14的当前位置和移动有关的信息，方法100还包括：在预期响应时间，移动到框126，利用自我车辆12的数据处理器16估计目标车辆14的位置，移动到框128，利用自我车辆12上的感知传感器24基于目标车辆14的估计位置来识别目标车辆14的物理标识，并且移动到框130，利用自我车辆12内的数据处理器16验证来自目标车辆14的响应与预期响应相匹配。
在预期响应时间，自我车辆12内的数据处理器16还适于使用目标车辆14先前发送的位置和移动信息来估计目标车辆14的位置。同时，自我车辆12内的数据处理器16利用感知传感器24基于目标车辆14的估计位置来识别目标车辆14的物理标识。最后，自我车辆12的数据处理器16验证来自目标车辆14的响应与预期响应相匹配。移动到框132，方法100包括验证该响应是否匹配，以及该响应是否在所识别的时隙38内被接收。
移动到框134，如果该响应匹配，并且在识别的时隙38内接收到该响应，则自我车辆12内的数据处理器16将信任其对目标车辆14的物理和虚拟标识的关联。移动到框136，如果该响应不匹配，或者如果在识别的时隙38内没有接收到该响应，则自我车辆12内的数据处理器16将知道它不能信任其对目标车辆14的物理和虚拟标识的关联。
虚拟通道20、21与道路上的车辆之间的关联是周期性运行的连续过程。因此，在在框132处验证响应是否匹配并且是否在所识别的时隙38内接收到响应之后，方法100循环回到框102，如138所示。
本公开的描述本质上仅是示例性的，并且不脱离本公开的主旨的变型旨在落入本公开的范围内。这样的变型不应被认为脱离本公开的精神和范围。

Claims (10)

1.一种通过自我车辆稳健关联目标车辆的物理标识和虚拟标识的方法，包括：
利用所述自我车辆内的多个感知传感器收集与所述目标车辆的物理标识相关的数据，并且通过通信总线将与所述目标车辆的所述物理标识相关的数据传送到所述自我车辆内的数据处理器；
利用所述自我车辆内的所述数据处理器，经由无线通信信道收集与所述目标车辆的虚拟标识相关的数据；
利用所述自我车辆内的所述数据处理器，将所述目标车辆的所述物理标识与所述目标车辆的所述虚拟标识相关联；以及
利用所述自我车辆内的所述数据处理器，经由所述无线通信信道和可见光通信信道，发起所述自我车辆和所述目标车辆之间的质询-响应协议。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，利用所述数据处理器经由所述无线通信信道和所述可见光通信信道发起所述自我车辆与所述目标车辆之间的质询-响应协议还包括：
利用所述自我车辆内的所述数据处理器，经由所述无线通信信道向所述目标车辆发送质询；
利用所述目标车辆内的数据处理器，经由所述无线通信信道向所述自我车辆发送对所述质询的预期响应时间；以及
利用所述目标车辆内的所述数据处理器，经由所述可见光通信通道向所述自我车辆发送响应。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括利用所述自我车辆内的所述数据处理器和所述目标车辆内的所述数据处理器，使所述自我车辆内的时钟与所述目标车辆内的时钟同步。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括：在将所述自我车辆内的时钟与所述目标车辆内的时钟同步之后，将时间线划分成具有预定长度的时隙，其中，从所述目标车辆经由所述无线通信信道向所述自我车辆发送对所述质询的预期响应时间还包括由所述目标车辆识别将在其内发送对所述质询的响应的时隙。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，利用所述目标车辆内的数据处理器经由所述无线通信信道向所述自我车辆发送对所述质询的预期响应时间还包括：利用所述目标车辆内的所述数据处理器，经由所述无线通信信道向所述自我车辆发送与所述目标车辆的当前位置和移动相关的信息，所述方法还包括，在所述预期响应时间：
利用所述自我车辆的所述数据处理器来估计所述目标车辆的位置；
利用所述自我车辆上的所述感知传感器，基于所述目标车辆的估计位置来识别所述目标车辆的所述物理标识；以及
利用所述自我车辆内的所述数据处理器来验证来自所述目标车辆的响应与预期响应相匹配。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，由所述自我车辆发送的质询和由所述目标车辆发送的响应利用使用对称密钥加密的会话密钥来加密。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，由所述自我车辆发送的质询和由所述目标车辆发送的响应利用公钥加密来加密。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，利用所述目标车辆内的所述数据处理器经由所述无线通信信道向所述自我车辆发送对所述质询的预期响应时间在利用所述自我车辆内的所述数据处理器经由所述无线通信信道向所述目标车辆发送所述质询之后执行。
9.根据权利要求5所述的方法，其中，利用所述目标车辆内的所述数据处理器经由所述无线通信信道向所述自我车辆发送对所述质询的预期响应时间在利用所述自我车辆内的所述数据处理器经由所述无线通信信道向所述目标车辆发送所述质询之前执行。
10. 一种用于目标车辆的物理标识和虚拟标识的稳健关联的处于自我车辆内的系统，包括：
位于自我车辆内的数据处理器，所述数据处理器包括无线通信模块和可见光通信模块；以及
多个感知传感器，其位于所述自我车辆内并且适于收集与所述目标车辆的物理标识相关的数据，并通过通信总线将与所述目标车辆的所述物理标识相关的所述数据传送到所述数据处理器；
所述自我车辆内的所述数据处理器适于：
经由无线通信信道接收与所述目标车辆的虚拟标识相关的数据；
将所述目标车辆的所述物理标识与所述目标车辆的所述虚拟标识相关联；以及
经由所述无线通信信道和可见光通信信道发起所述自我车辆和所述目标车辆之间的质询-响应协议。
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