DE112016000411B4

DE112016000411B4 - Kommunikationssystem, Anomalitätserfassungsvorrichtung und Verfahren zum Erfassen einer Anomalität

Info

Publication number: DE112016000411B4
Application number: DE112016000411.7T
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Takada; Ryo Kurachi; Hiroshi Ueda
Original assignee: Nagoya University NUC; Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Nagoya University NUC; Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2015-01-14
Filing date: 2016-01-13
Publication date: 2020-08-06
Anticipated expiration: 2036-01-14
Also published as: DE112016000411T5; WO2016114301A1; US20170359241A1; JP6370717B2; CN107113215B; CN107113215A; JP2016131325A; US10320640B2

Abstract

Kommunikationssystem, das mehrere über eine gemeinsame Kommunikationsleitung verbundene Kommunikationsvorrichtungen (3) aufweist, die binäre Informationen über die Kommunikationsleitung senden und empfangen, wobei jede der Kommunikationsvorrichtungen (3) einen Empfangsteil (36) umfasst, der eine Information empfängt, indem er eine Spannung der Kommunikationsleitung einmal zu einem bestimmten Timing während einer Übertragungszeitspanne einer Information eines einzelnen Bits abtastet, und die mehreren Kommunikationsvorrichtungen (3) das Abtasten zu unterschiedlichen Timings durchführen, wobei das System ferner aufweist:eine mit der Kommunikationsleitung verbundene Anomalitätserfassungsvorrichtung (5), welche aufweist:einen Abtastteil (56), der die Spannung auf der Kommunikationsleitung mehrere Male über eine bestimmte Zeitspanne abtastet, die ein Timing eines frühesten Abtastens und ein Timing eines spätesten Abtastens umfasst, die durch die mehreren Kommunikationsvorrichtungen (3) durchgeführt werden, wobei die bestimmte Zeitspanne kürzer ist als die Übertragungszeitspanne einer Information eines einzelnen Bits, undeinen Erfassungsteil (57), der eine die Kommunikation betreffende Anomalität anhand von mehreren Abtastergebnissen erfasst, die durch den Abtastteil (56) erlangt werden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Technik hierein betrifft ein Kommunikationssystem, eine Anomalitätserfassungsvorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen einer Anomalität, die eine die Kommunikation betreffende Anomalität bei einer Konfiguration erfassen können, bei der mehrere Kommunikationsvorrichtungen mit einer gemeinsamen Kommunikationsleitung verbunden sind.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Üblicherweise wird das Kommunikationsprotokoll CAN weithin in der Kommunikation zwischen mehreren elektronischen Steuereinheiten (ECU) eingesetzt, die in einem Fahrzeug montiert sind. Ein Kommunikationssystem, welches das CAN-Kommunikationsprotokoll einsetzt, ist so konfiguriert, dass mehrere ECUs mit einem gemeinsamen CAN-Bus verbunden sind und Informationen durch eine ECU auf der Empfängerseite gesendet und empfangen werden, die einen Signalausgabe durch eine ECU auf der Senderseite an den CAN-Bus abtastet. Des Weiteren gibt die ECU auf der Senderseite Signale an den CAN-Bus aus, während sie Signale auf dem CAN-Bus abtastet, um zu erfassen, ob eine Änderung vorliegt, die Informationen betrifft, die durch sie gesendet werden.
Nicht-Patentdokument 1 hat herausgestellt, dass eine ECU auf der Empfängerseite gefälschte Informationen empfangen kann, ohne dass eine ECU auf der Senderseite dies weiß, wenn die Signale auf dem CAN-Bus nur für eine kurze Zeitspanne absichtlich geändert werden, während welcher die Abtastung durch die ECU auf der Empfängerseite durchgeführt wird, in einem Fall, bei dem das Timing der Abtastsignale auf dem CAN-Bus zwischen der ECUs auf der Senderseite und der ECU auf der Empfängerseite verschieden ist.
Aus Patentdokument 1 ist eine Verbindungserkennungsvorrichtung zum Erkennen des Verbindens einer nicht autorisierten Einrichtung mit einem Netzwerk eines Fahrzeugs und eine fahrzeugeigene Weiterleitvorrichtung bekannt. Ein Gateway erkennt durch mehrmaliges Abtasten die Wellenform eines Signals und vergleicht diese Wellenform mit einem hinterlegten Muster aus normalen Zeiten.
Patentdokument 2 beschreibt Entzerrung eines digitalen Signals durch Auswahl eines von mehreren Slicing Levels mit nachfolgender Entscheidung, ob der Slicing Level angepasst werden muss anhand der Zahl der seit der letzten Anpassung des Slicing Level empfangenen Signale.
Patentdokument 3 beschreibt eine Kommunikationseinrichtung in einem Feldbus, wobei charakteristische Veränderungen der Wellenform gespeichert werden und das eingehende binäre Signal abgetastet und mit den gespeicherten Veränderungen der Wellenform verglichen wird.
VORBEKANNTE TECHNISCHE DOKUMENTE
NICHT-PATENTDOKUMENTE
Nicht-Patentdokument 1: Tsutomu Matsumoto, Taiki Kodatsu, Yuu Tsuchiya, Yoshifumi Nakayama und Katsunari Yoshioka „How to Enhance Integrity of Controller Area Network Against Electrical Data Forgery“ Computer Security Symposium 2014, Oktober 22-24, 2014
PATENTDOKUMENTE

Patentdokument 1: Offenlegungsschrift DE 10 2014 211 387 A1
Patentdokument 2: Offenlegungsschrift US 2008/0 043 830 A1
Patentdokument 3: Offenlegungsschrift JP 2009-181 431 A

ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE AUFGABEN
Beispielsweise kann, falls eine nicht autorisierte Ausrüstung mit einen in einem Fahrzeug lokalisierten CAN-Bus verbunden wird, und eine Information für eine spezifische ECU durch das Verfahren, das in dem Nicht-Patentdokument 1 beschrieben ist, gefälscht wird, ein Betriebsfehler in verschiedenen Arten von elektronischer Ausrüstung auftreten, die in dem Fahrzeug montiert sind. Folglich ist eine Technik zum Erfassen oder Verhindern solch einer Informationsfälschung gewünscht.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der voranstehend beschriebenen Umstände gemacht und zielt darauf ab, ein Kommunikationssystem, eine Anomalitätserfassungsvorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen einer Anomalität bereitzustellen, die eine die Kommunikation betreffende Anomalität, wie beispielsweise eine Information, die durch Ausnutzen eines Unterschieds bei den Abtastungstimings zwischen verschiedenen Kommunikationsvorrichtungen gefälscht wurde, erfassen kann.
MITTEL ZUM LÖSEN DER AUFGABE
Ein Kommunikationssystem gemäß der vorliegenden Erfindung weist mehrere über eine gemeinsame Kommunikationsleitung verbundene Kommunikationsvorrichtungen auf, die binäre Informationen über die Kommunikationsleitung senden und empfangen, wobei jede der Kommunikationsvorrichtungen einen Empfangsteil umfasst, der eine Information empfängt, indem er eine Spannung der Kommunikationsleitung einmal zu einem bestimmten Timing während einer Übertragungszeitspanne einer Information eines einzelnen Bits abtastet, und die mehreren Kommunikationsvorrichtungen das Abtasten zu unterschiedlichen Timings durchführen können. Das System weist ferner eine mit der Kommunikationsleitung verbundene Anomalitätserfassungsvorrichtung auf, welche einen Abtastteil, der die Spannung auf der Kommunikationsleitung mehrere Male über eine bestimmte Zeitspanne abtastet, die ein Timing eines frühesten Abtastens und ein Timing eines spätesten Abtastens umfasst, die durch die mehreren Kommunikationsvorrichtungen durchgeführt werden, und einen Erfassungsteil auf, der eine die Kommunikation betreffende Anomalität anhand von mehreren Abtastergebnissen erfasst, die durch den Abtastteil erlangt werden.
Des Weiteren führt bei dem Kommunikationssystem gemäß der vorliegenden Erfindung der Abtastteil ein Abtasten mehrere Male periodisch während der bestimmten Zeitspanne durch und der Erfassungsteil ist eingerichtet, die die Kommunikation betreffende Anomalität zu erfassen, falls ein Abtastergebnis eines durch den Abtastteil durchgeführten Abtastens verschieden von einem vorherigen Abtastergebnis ist.
Bei dem Kommunikationssystem gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Anomalitätserfassungsvorrichtung ferner einen Benachrichtigungsteil, der die mehreren Kommunikationsvorrichtungen darüber benachrichtigt, dass eine Anomalität erfasst wurde, falls der Erfassungsteil eine Anomalität erfasst.
Des Weiteren führt beim dem Kommunikationssystem gemäß der vorliegenden Erfindung der Benachrichtigungsteil eine vorgegebene Informationsübertragung über die Kommunikationsleitung durch, falls der Erfassungsteil die Anomalität erfasst, und diese Informationsübertragung den Empfang einer Information durch die mehreren Kommunikationsvorrichtungen blockiert.
Ferner erfasst eine Anomalitätserfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine die Kommunikation betreffende Anomalität in einem Kommunikationssystem, das mehrere über eine gemeinsame Kommunikationsleitung verbundene Kommunikationsvorrichtungen aufweist, die binäre Informationen über die Kommunikationsleitung senden und empfangen, wobei jede der Kommunikationsvorrichtungen einen Empfangsteil umfasst, der eine Information empfängt, indem er eine Spannung der Kommunikationsleitung einmal zu einem bestimmten Timing während einer Übertragungszeitspanne einer Information eines einzelnen Bits abtastet, und die mehreren Kommunikationsvorrichtungen das Abtasten zu unterschiedlichen Timings durchführen. Die Anomalitätserfassungsvorrichtung ist mit der Kommunikationsleitung verbunden und weist einen Abtastteil, der die Spannung der Kommunikationsleitung mehrere Male über eine bestimmte Zeitspanne abtastet, die ein Timing eines frühesten Abtastens und ein Timing eines spätesten Abtastens umfasst, die durch die mehreren Kommunikationsvorrichtungen durchgeführt werden, wobei die bestimmte Zeitspanne kürzer ist als die Übertragungszeitspanne einer Information eines einzelnen Bits; und einen Erfassungsteil auf, der eine die Kommunikation betreffende Anomalität anhand von mehreren Abtastergebnissen erfasst, die durch den Abtastteil erlangt werden.
Ferner erfasst ein Verfahren zum Erfassen einer die Kommunikation betreffende Anomalität gemäß der vorliegenden Erfindung eine die Kommunikation betreffende Anomalität in einem Kommunikationssystem, das mehrere über eine gemeinsame Kommunikationsleitung verbundene Kommunikationsvorrichtungen aufweist, die binäre Informationen über die Kommunikationsleitung senden und empfangen, wobei jede der Kommunikationsvorrichtungen einen Empfangsteil umfasst, der eine Information empfängt, indem er eine Spannung der Kommunikationsleitung einmal zu einem bestimmten Timing während einer Übertragungszeitspanne einer Information eines einzelnen Bits abtastet, und die mehreren Kommunikationsvorrichtungen das Abtasten zu unterschiedlichen Timings durchführen. Das Verfahren zum Erfassen der Anomalität weist mehrmaliges Abtasten der Spannung der Kommunikationsleitung über eine bestimmte Zeitspanne, die ein Timing eines frühesten Abtastens und ein Timing eines spätesten Abtastens umfasst, die durch die mehreren Kommunikationsvorrichtungen durchgeführt werden, wobei die bestimmte Zeitspanne kürzer ist als die Übertragungszeitspanne einer Information eines einzelnen Bits, und ein Erfassen der die Kommunikation betreffenden Anomalität anhand von mehreren Abtastergebnissen auf.
Bei dem Kommunikationssystem gemäß der vorliegenden Erfindung wird, für eine Systemkonfiguration, bei der mehrere Kommunikationsvorrichtungen Informationen über eine gemeinsame Kommunikationsleitung senden und empfangen, eine die Kommunikation betreffende Anomalität durch die Anomalitätserfassungsvorrichtung erfasst, die mit der Kommunikationsleitung verbunden ist. Jede der Kommunikationsvorrichtungen empfängt Informationen durch einmaliges Abtasten in einem bestimmten Timing während einer Transmissionszeitspanne einer einzelnen Bit Information. Die mehreren Kommunikationsvorrichtungen können jedoch die Abtastung zu unterschiedlichen Zeitpunkten durchführen. Die Anomalitätserfassungsvorrichtung tastet die Spannung der Kommunikationsleitung mehrere Male über eine bestimmte Zeitspanne ab, die ein Timing des frühesten Abtastens und ein Timing des spätesten Abtastens umfasst, die durch die mehreren Kommunikationsvorrichtungen während des Übertragens der einzelnen Bit Information durchgeführt werden. Die Anomalitätserfassungsvorrichtung kann eine Änderung in der Spannung der gemeinsamen Kommunikationsleitung über eine Zeitspanne beobachten, in welcher die mehreren Kommunikationsvorrichtungen, die in dem Kommunikationssystem umfasst sind, die Abtastung durchführen und eine Anomalität anhand der Ergebnisse von mehrmaligen Abtastungen erfassen.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird, in einem Fall, bei dem die Anomalitätserfassungsvorrichtung periodisch eine Abtastung mehrere Male während einer bestimmten Zeitspanne durchführt und, falls ein gegenwärtiges Abtastergebnis verschieden von einem vorherigen Abtastergebnis ist, d. h. falls sich ein Signal auf der Kommunikationsleitung während der bestimmten Zeitspanne ändert, bestimmt, dass eine Anomalität in der Kommunikation aufgetreten ist. Folglich kann eine Informationsfälschung durch Änderung eines Signals erfasst werden, so dass es in Übereinstimmung mit dem Timing der Abtastung ist, die durch eine spezifische Kommunikationsvorrichtung durchgeführt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung benachrichtigt die Anomalitätserfassungsvorrichtung auf das Erfassen einer die Kommunikation betreffenden Anomalität hin die mehreren Kommunikationsvorrichtungen darüber. Die Anomalitätserfassungsvorrichtung kann die Kommunikationsvorrichtung über das Auftreten der Anomalität durch Durchführen einer vorgegebenen Informationsübertragung, beispielsweise durch Ausgebens eines Fehlerrahmens in dem CAN-Protokoll, an die Kommunikationsleitung benachrichtigen. Gemäß dem vorliegenden Kommunikationssystem überträgt die Anomalitätserfassungsvorrichtung eine Information zum Benachrichtigen über die Anomalität, um den Empfang der Information durch alle Kommunikationsvorrichtungen in dem Kommunikationssystem zu blockieren. Dies kann die Kommunikationsvorrichtung an einem Empfang der gefälschten Informationen hindern.
EFFEKT DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine die Kommunikation betreffende Anomalität, wie beispielsweise eine Information, die durch Ausnutzen eines Unterschieds in den Timings der Abtastungen zwischen den Kommunikationsvorrichtungen gefälscht wird, durch die Anomalitätserfassungsvorrichtung erfasst werden.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung, die eine Konfiguration eines Kommunikationssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 ist ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration einer ECU darstellt.
3 ist ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration einer Beobachtungsvorrichtung darstellt.
4 ist eine schematische Ansicht zum Darstellen einer Beobachtungszeitspanne der Beobachtungsvorrichtung.
5 ist eine Zustandsübergangsansicht zum Darstellen eines Beobachtungsvorgangs, der durch die Beobachtungsvorrichtung durchgeführt wird.
6 ist ein Flussdiagramm, das einen Vorgang eines Verarbeitens darstellt, der in einem synchronisierten Zustand durch die Beobachtungsvorrichtung durchgeführt wird.
7 ist ein Flussdiagramm, das einen Vorgang eines Verarbeitens darstellt, der in einem ersten Beobachtungszustand durch die Beobachtungsvorrichtung durchgeführt wird.
8 ist ein Flussdiagramm, das einen Vorgang eines Verarbeitens darstellt, der in einem zweiten Beobachtungszustand durch die Beobachtungsvorrichtung durchgeführt wird.

AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend insbesondere mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, die Ausführungsformen davon darstellen.
Ausgestaltung des Systems
1 ist eine schematische Darstellung, die eine Konfiguration eines Kommunikationssystems gemäß Ausführungsform 1 darstellt. Das Kommunikationssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst mehrere ECUs 3, die in einem Fahrzeug 1 montiert sind, und eine Beobachtungsvorrichtung (bzw. Monitoringvorrichtung) 5. Die ECUs 3 und die Beobachtungsvorrichtung 5 sind miteinander über eine gemeinsame Kommunikationsleitung verbunden, die in dem Fahrzeug 1 installiert ist, und können Nachrichten zu- und voneinander senden und empfangen. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird ein CAN-Bus als Kommunikationsleitung eingesetzt, und die ECUs 3 und die Beobachtungsvorrichtung 5 führen eine Kommunikation gemäß dem CAN-Protokoll durch. Die ECUs 3 können beispielsweise verschiedene elektrische Steuervorrichtungen, wie beispielsweise eine Motor-ECU, die den Motor des Fahrzeugs steuert, eine Karosserie-ECU, die eine elektrische Komponente einer Fahrzeugkarosserie steuert, eine ABS-ECU, die eine Steuerung mit Bezug auf ein Antiblockier-Bremssystem (ABS) durchführt, oder eine Airbag-ECU sein, die einen Airbag des Fahrzeugs 1 steuert. Die Beobachtungsvorrichtung 5 ist eine Vorrichtung zum Beobachten einer nicht autorisierten Nachrichtenübertragung zu einem fahrzeugeigenen Netzwerk. Die Beobachtungsvorrichtung 5 kann als eine Vorrichtung bereitgestellt sein, die fest dem Beobachten bzw. Monitoring zugeordnet bzw. gewidmet ist, beispielsweise mit einer Beobachtungsfunktion ausgebildet ist, die zu einer Vorrichtung hinzugefügt ist, wie beispielsweise einem Gateway, oder mit einer Beobachtungsfunktion ausgebildet ist, die beispielsweise zu einer der ECUs 3 hinzugefügt ist.
2 ist ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration der ECU 3 darstellt. In 2 sind für die ECUs 3, die in dem Fahrzeug 1 umfasst sind, die Blöcke, die die Kommunikation betreffen, extrahiert und dargestellt, während die Blöcke, die eine für eine ECU 3 spezifische Fahrzeugsteuerung betreffen, nicht dargestellt sind. Die Blöcke, die in 2 dargestellt sind, sind allen ECUs 3 gemein. Eine ECU 3 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Verarbeitungseinheit 31, einen Nur-Lese-Speicher (ROM) 32, einen Direktzugriffsspeicher (RAM) 33, eine CAN-Kommunikationseinheit 34 usw. Die Verarbeitungseinheit 31 ist mit einer arithmetischen Verarbeitungsvorrichtung, wie beispielsweise einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) oder einer Mikroverarbeitungseinheit (MPU) ausgebildet. Die Verarbeitungseinheit 31 liest und führt ein Programm aus, das in dem ROM 32 gespeichert ist, um verschiedene das Fahrzeug 1 betreffende Informationsverarbeitungen, Steuerungsverarbeitungen oder dergleichen durchzuführen.
Der ROM 32 ist mit einem nichtflüchtigen Speicherelement, wie beispielsweise einem Flash-Speicher oder einem elektrisch löschbaren programmierbaren ROM (EEPROM) ausgebildet. Der ROM 32 speichert darin ein Programm, das durch die Verarbeitungseinheit 31 ausgeführt wird, sowie verschiedene Arten von Daten, die für die darauf durchgeführte Verarbeitung benötigt werden. Das Programm und die Daten, die in dem ROM 32 gespeichert sind, sind verschieden für jede ECU 3. Der RAM 33 ist mit einem wiederbeschreibbaren Daten-Speicherelement, wie beispielsweise einem statischen Direktzugriffsspeicher (SRAM) oder einem dynamisch Direktzugriffsspeicher (DRAM) ausgebildet. Der RAM speichert verschiedene Arten von Daten, die durch die Verarbeitung, die durch die Verarbeitungseinheit 31 durchgeführt wird, erzeugt werden.
Der CAN-Kommunikationseinheit 34 führt eine Kommunikation mit einer anderen ECU 3 oder der Beobachtungsvorrichtung 5 über den CAN-Bus gemäß dem CAN-Kommunikationsprotokoll durch. Die CAN-Kommunikationseinheit 34 umfasst einen Übertragungsteil 35, welcher eine von der Verarbeitungseinheit 31 gesendete Informationen zum Übertragen in ein Signal gemäß dem CAN-Kommunikationsprotokoll konvertiert und das konvertierte Signal an den CAN-Bus ausgibt, um die Information an die andere ECU 3 oder die Beobachtungsvorrichtung 5 zu senden bzw. zu übertragen. Die CAN-Kommunikationseinheit 34 umfasst ferner einen Empfangsteil 36, welcher ein Signal, das durch eine andere ECU 3 oder die Beobachtungsvorrichtung 5 ausgegeben wird, durch Abtasten des Potentials an dem CAN-Bus erhält und die Information durch Konvertieren des Signals in binäre Information gemäß dem CAN-Kommunikationsprotokoll empfängt. Der Empfangsteil 36 überträgt die empfangene Information an die Verarbeitungseinheit 31.
Des Weiteren führt die CAN-Kommunikationseinheit 34 im Fall, dass eine Kollision zwischen ihrer eigenen Nachrichtenübertragung und der Nachrichtenübertragung einer anderen ECU 3 oder der Beobachtungsvorrichtung 5 auftritt, einen Vorgang der Arbitration bezüglich der Nachricht durch, die zuerst zu übertragen ist, der sogenannte Arbitrationsvorgang. Für die Nachricht, die durch jede der ECUs 3 übertragen wird, wird zuvor eine ID gemäß der Art der Nachricht bestimmt. Die ID ist eine Information, die wie ein numerischer Wert behandelt wird, wobei die Priorität für die Nachrichtenübertragung je kleiner der Wert, umso höher ist. Bei dem Kommunikationssystem wird daher, falls die Übertragungen von mehreren Nachrichten auf dem CAN-Bus kollidiert sind, die Nachricht mit der höchsten Priorität übertragen, und nachdem die Übertragung dieser Nachricht abgeschlossen ist, wird eine andere Nachricht übertragen. Da der Vorgang der Arbitration, die durch die CAN-Kommunikationseinheit 34 durchgeführt wird, ein bekanntes Verfahren ist, wird die Beschreibung des ausführlichen Verarbeitungsvorgangs davon nicht hier beschrieben.
3 ist ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration der Beobachtungsvorrichtung 5 darstellt. Die Beobachtungsvorrichtung 5 umfasst eine Verarbeitungseinheit 51, eine Speichereinheit 52, eine CAN-Kommunikationseinheit 53 usw. Die Verarbeitungseinheit 51 ist mit einer arithmetischen Verarbeitungsvorrichtung, wie beispielsweise eine CPU oder eine MPU ausgebildet, welche den Vorgang der Beobachtung des Verhaltens, der Kommunikation und dergleichen der ECUs 3 in dem Fahrzeug 1 durch Auslesen und Ausführen eines Programms durchführt, das in der Speichereinheit 52 gespeichert ist. Die Speichereinheit 52 ist mit einem wiederbeschreibbaren nichtflüchtigen Daten-Speicherelement, wie beispielsweise einem Flash-Speicher oder einem EEPROM, ausgebildet. Bei der vorliegenden Ausführungsform speichert die Speichervorrichtung 52 eine Information, die das Timing des Abtastens der Signale auf dem CAN-Bus zu der Zeit betreffen, wenn jede der ECU 3, die in dem Kommunikationssystem umfasst sind, eine Nachricht empfängt, als Timing-Information 52a.
Die CAN-Kommunikationseinheit 53 führt eine Kommunikation mit den ECUs 3 über den CAN-Bus gemäß dem CAN-Kommunikationsprotokoll durch. Die CAN-Kommunikationseinheit 53 umfasst einen Übertragungsteil 54, welcher eine Information, die von der Verarbeitungseinheit 51 übertragen wurde, zum Übertragen in ein Signal gemäß dem CAN-Kommunikationsprotokoll konvertiert, und gibt das konvertierte Signal an den CAN-Bus aus, um die Information an die ECU 3 zu übertragen. Die CAN-Kommunikationseinheit 53 umfasst ferner einen Empfangsteil 55, welcher ein Signal, das durch die ECU 3 ausgegeben wird, durch Abtasten des Potentials an dem CAN-Bus erhält, und die Information durch Konvertieren des Signals in eine binäre Information gemäß dem CAN-Kommunikationsprotokoll empfängt. Der Empfangsteil 55 überträgt die empfangene Information an die Verarbeitungseinheit 51.
Die CAN-Kommunikationseinheit 53 in der Beobachtungsvorrichtung 5 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst ferner einen Abtastteil 56 und einen Anomalitätserfassungsteil 57 als funktionale Blöcke, die die Erfassung einer Kommunikationsanomalität in dem Kommunikationssystem betreffen. Der Abtastteil 56 tastet Signale auf dem CAN-Bus mehrere Male während der Übertragungszeitspanne eines einzelnen Bits für die Nachricht ab, die über den CAN-Bus in dem Kommunikationssystem gesendet und empfangen wird. Man beachte, dass die ECU 3, die gemäß dem konventionellen CAN-Protokoll kommuniziert, die Abtastung einmal in der Zeitspanne des einzelnen Bits einer Nachricht durchführt, und die Nachricht anhand des Ergebnisses der Abtastung empfängt. Bei dem Kommunikationssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform führt die Beobachtungsvorrichtung 5 die Abtastung mehrere Male während der Zeitspanne des einzelnen Bits durch, um eine Änderung in einem Signal während der Zeitspanne des einzelnen Bits zu erhalten und eine Anomalität zu erfassen.
Der Anomalitätserfassungsteil 57 in der CAN-Kommunikationseinheit 53 führt einen Vorgang eines Erfassens der Anomalität der Kommunikation in dem Kommunikationssystem anhand der Ergebnisse der mehrfachen Abtastungen durch, die durch den Abtastteil 56 durchgeführt werden. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform erhält der Anomalitätserfassungsteil 57 das Ergebnis der Abtastung jedes Mal, wenn der Abtastteil 56 die Abtastung durchführt, und bestimmt, ob das gegenwärtige Abtastergebnis mit dem vorherigen Abtastergebnis übereinstimmt oder nicht. Falls das Abtastergebnis übereinstimmt, bestimmt der Anomalitätserfassungsteil 57, dass keine Anomalität auftritt, und setzt das Erhalten und Vergleichen der Abtastergebnisse fort. Falls andererseits das Abtastergebnis nicht übereinstimmt, bestimmt der Anomalitätserfassungsteil 57, dass eine Anomalität bei der Kommunikation aufgetreten ist, und benachrichtigt die Verarbeitungseinheit 51 darüber.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Verarbeitungseinheit 51 in der Beobachtungsvorrichtung 5 mit einem Anomalitätsbenachrichtungs-Verarbeitungsteil 61 versehen. Der Anomalitätsbenachrichtungs-Verarbeitungsteil 61 kann als ein Hardware-Funktionalblock oder ein Software-Funktionalblock ausgebildet sein. Falls der Anomalitätserfassungsteil 57 der CAN-Kommunikationseinheit 53 den Anomalitätsbenachrichtungs-Verarbeitungsteil 61 benachrichtigt, dass eine Anomalität in der Kommunikation erfasst wurde, führt der Anomalitätsbenachrichtungs-Verarbeitungsteil 61 einen Vorgang des Benachrichtigens jeder ECU 3, die in dem Kommunikationssystem umfasst sind, über das Auftreten der Anomalität durch. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform lässt der Anomalitätsbenachrichtungs-Verarbeitungsteil 61 die CAN-Kommunikationseinheit 53 einen Fehlerrahmen an den CAN-Bus ausgeben, um die ECU 3 über das Auftreten der Anomalität zu benachrichtigen. Folglich wird durch den Fehlerrahmen der Beobachtungsvorrichtung 5 verhindert, dass eine während der Anomalität in der Kommunikation zu übertragende Nachricht (Datenrahmen oder dergleichen) übertragen wird. Jede ECU 3, die den Fehlerrahmen empfängt, verwirft die Nachricht bzw. Nachrichten, die vor diesem empfangen worden ist bzw. sind. Dies kann verhindern, dass die ECU 3 eine Nachricht empfängt, die eine Anomalität umfassen kann.
Beobachtungsvorgang
Bei dem Kommunikationssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform beobachtet die Beobachtungsvorrichtung 5 Vorliegen oder Fehlen einer Anomalität für den Nachrichtenausgang an dem CAN-Bus durch die ECU 3. Es ist zu beachten, dass die Beobachtungsvorrichtung 5 eine Beobachtung beispielsweise konstant durchführen kann oder beispielsweise eine Beobachtung für das Übertragen einer Nachricht, die mit einer spezifischen ID versehen, durchführen kann. Bei der vorliegenden Ausführungsform führt die Beobachtungsvorrichtung 5 die Beobachtung konstant durch.
Die Nachricht, die in dem vorliegenden Kommunikationssystem gesendet und empfangen wird, ist eine Reihe von mehreren Bits von binären digitalen Daten, das heißt dominant (0)/rezessiv (1), und ist ein sogenannter Datenrahmen oder dergleichen des CAN-Protokolls. Bei dem Kommunikationssystem wird zuvor eine Zeitspanne des Übertragens von Daten eines einzelnen Bits, die in einer Nachricht umfasst sind, bestimmt. In der Übertragungszeitspanne eines einzelnen Bits beobachtet die Beobachtungsvorrichtung 5 die Kommunikationsanomalität durch eine Untersuchung, ob eine Änderung in diesen Daten des einzelnen Bits für eine bestimmte Beobachtungszeitspanne auftritt oder nicht, welche kürzer als die Übertragungszeitspanne ist.
4 ist eine schematische Ansicht zum Darstellen einer Zeitspanne einer Beobachtung durch die Beobachtungsvorrichtung 5. Ein einzelnes Bit in einer Nachricht gemäß dem CAN-Protokoll wird durch vier Zeitspannen (Segmente) gebildet. Das heißt, ein Bit des CAN-Protokolls wird durch vier Segmente aus eine synchronisierten Segment (SS), einem Propagationszeitsegment (PTS), einem Phasenpuffersegment 1 (PBS1) und einem Phasenpuffersegments 2 (PBS2) gebildet .Die Länge (Zeit) jedes Segments wird als ein ganzzahliges Vielfaches einer Referenzzeit Tq (Zeitquantum) gewählt. Die Referenzzeit Tq entspricht einem Zyklus eines Taktsignals zum Abtasten, das durch die CAN-Kommunikationseinheit 34 jeder ECU 3 erzeugt wird. Es ist zu beachten, dass die Länge von SS als 1 Tq bestimmt ist. Für jede ECU 3 können verschiedene Werte für die Längen von PTS, PBS1 und PBS2 eingestellt werden.
SS ist ein Segment für die ECUs 3, um miteinander zu synchronisieren, und es wird erwartet, dass eine Kante eines Signals in diesem Segment ist. PTS ist ein Segment zum Aufnehmen des Einflusses einer Signalverzögerung, eines Rauschens und dergleichen auf dem CAN-Bus. PTS kann in einem Bereich von 1 Tq bis 8 Tq eingestellt werden. PBS1 ist ein Segment zum Kompensieren eines Fehlers im Fall, dass die Kante des Signals nicht in SS ist. PBS1 kann in einem Bereich von 1 Tq bi 8 Tq eingestellt werden und kann um die Zeit verlängert oder verkürzt werden, die einer Synchronisationssprungweite (SJW) entspricht. PBS2 ist ein Segment, welches um die Zeitspanne, die einem SJW entspricht, im Fall gekürzt werden kann, dass die Kante des Signals früher erfasst wird. PBS2 kann in einem Bereich von 2 Tq bis 8 Tq eingestellt werden. Es ist zu beachten, dass das Timing zum Abtasten, das durch die CAN-Kommunikationseinheit 34 jeder ECU 3 durchgeführt wird, dem Timing für einen Transfer von PBS1 zu PBS2 entspricht.
Beispielsweise zeigt 4, dass fünf ECUs 3 (nachstehend als ECUs 3a bis 3e bezeichnet, um sie voneinander zu unterscheiden) in dem Kommunikationssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst sind, wobei eine Segmentkonfiguration für jede der ECUs 3a bis 3e dargestellt ist. Bei der ECU 3a ist SS 1 Tq, PTS ist 3 Tq, PBS1 ist 4 Tq und PBS2 ist 8 Tq lang. Bei der ECU 3b ist SS 1 Tq, PTS ist 6 Tq, PBS1 ist 7 Tq und PBS2 ist 2 Tq lang. Bei der ECU 3c ist SS 1 Tq, PTS ist 4 Tq, PBS1 ist 5 Tq und PBS2 ist 6 Tq lang. Bei der ECU 3d ist SS 1 Tq, PTS ist 5 Tq, PBS1 ist 6 Tq und PBS2 ist 4 Tq lang. Bei der ECU 3e ist SS 1 Tq, PTS ist 4 Tq, PBS1 ist 6 Tq und PBS2 ist 5 Tq lang. Es ist zu beachten, dass die Längen dieser Segmente lediglich Beispiele sind und diese nicht darauf beschränkt sind.
Bei der Beobachtungsvorrichtung 5 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird eine Information, die sich auf eine Segmentkonfiguration der in dem Kommunikationssystem umfassten und zu beobachtenden ECUs 3a bis 3e bezieht, in der Speichereinheit 52 als Timing-Information 52a gespeichert. Die CAN-Kommunikationseinheit 53 in der Beobachtungsvorrichtung 5 entscheidet über eine Beobachtungszeitspanne zum Beobachten der Kommunikationsanomalität anhand der Timing-Information 52a, die in der Speichereinheit 52 gespeichert ist. Das Timing zum Abtasten, das durch die CAN-Kommunikationseinheit 34 einer jeden der ECUs 3a bis 3e durchgeführt wird, entspricht dem Timing eines Übergangs von PBS1 zu PBS2. Bei dem vorliegenden Beispiel ist daher das Abtasten durch die ECU 3 das früheste, wohingegen das Abtasten durch die ECU 3b das späteste ist. Die CAN-Kommunikationseinheit 53 in der Beobachtungsvorrichtung 5 entscheidet über eine Beobachtungszeitspanne, um das früheste Abtast-Timing und das späteste Abtast-Timing zu umfassen. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird eine Zeitspanne, die durch Addieren von PBS1 zu PBS2 für die ECU 3a erhalten wird, bei welcher das früheste Abtast-Timing eingestellt ist, als die Beobachtungszeitspanne für die CAN-Kommunikationseinheit 53 der Beobachtungsvorrichtung 5 betrachtet. Es ist zu beachten, dass in dem Fall, bei dem die Zeitspanne von PBS1 oder PBS2 aus bestimmten Gründe verlängert oder verkürzt wird, die Beobachtungszeitspanne verlängert oder entsprechend verkürzt wird.
In dem Fall, bei dem die ECU 3 eine Nachricht überträgt, beobachtet die CAN-Kommunikationseinheit 53 in der Beobachtungsvorrichtung 5 jedes Bit der Nachricht während der Beobachtungszeitspanne. Der Abtastteil 56 der CAN-Kommunikationseinheit 53 tastet ein Signal auf dem CAN-Bus bei einer Frequenz von einmal pro 1 Tq in der Beobachtungszeitspanne ab. Bei dem Beispiel, das in 4 dargestellt wird, führt, da die Beobachtungszeitspanne 4 Tq von PBS1 + 8 Tq von PBS2 entspricht, der Abtastteil 56 insgesamt zwölf Mal ein Abtasten während der Beobachtungszeitspanne durch. Das Abtastergebnis des Abtastteils 56 wird an den Anomalitätserfassungsteil 57 zugeführt.
Der Anomalitätserfassungsteil 57 startet den Erfassungsvorgang von dem Zeitpunkt, bei dem das zweite Abtastergebnis durch den Abtastteil 56 in der Beobachtungszeitspanne erhalten wird. Der Anomalitätserfassungsteil 57 bestimmt, ob das vorherige Abtastergebnis mit dem gegenwärtigen Abtastergebnis übereinstimmt oder nicht. Falls die Abtastergebnisse nicht übereinstimmen, bestimmt der Anomalitätserfassungsteil 57, dass eine Anomalität in der Kommunikation aufgetreten ist, und benachrichtigt die Verarbeitungseinheit 51, dass eine Anomalität erfasst wurde. Falls die Abtastergebnisse miteinander übereinstimmen, verwirft der Anomalitätserfassungsteil 57 das vorherige Abtastergebnis und speichert das gegenwärtige Abtastergebnis und setzt den Anomalitätserfassungsvorgang bis zum Ende der Beobachtungszeitspanne fort.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es erforderlich, dass alle der zwölf Abtastergebnisse, die durch den Abtastteil 56 erlangt wurden, miteinander übereinzustimmen, das heißt die zwölf Abtastergebnisse müssen jeder entweder alle dominant (0) oder alle rezessiv (1) sein. Falls nur ein unterschiedlicher Wert in den zwölf Abtastergebnissen umfasst ist, bestimmt die Beobachtungsvorrichtung 5, dass eine Anomalität in der Kommunikation aufgetreten ist.
Die Verarbeitungseinheit 51, welche über die Erfassung der Anomalität durch den Anomalitätserfassungsteil 57 in der CAN-Kommunikationseinheit 53 benachrichtigt wird, lässt den Anomalitätsbenachrichtigungs-Verarbeitungsteil 61 einen Vorgang eines Benachrichtigens aller ECUs 3 in dem Kommunikationssystem über die aufgetretene Anomalität durchführen. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform benachrichtigt der Anomalitätsbenachrichtigungs-Verarbeitungsteil 61 alle ECUs 3 über das Auftreten der Anomalität durch Veranlassung der CAN-Kommunikationseinheit 53, einen Fehlerrahmen in dem CAN-Protokoll zu übertragen. Der Fehlerrahmen wird in einer Art eines Überschreibens jeder durch die ECU 3 übertragenen Nachricht (Datenrahmen) übertragen. Der Fehlerrahmen, der durch die Beobachtungsvorrichtung 5 übertragen wird, wird von allen ECUs 3 empfangen, die über den CAN-Bus verbunden sind. Dies kann verhindern, dass die ECUs 3 eine Nachricht empfangen, in welcher eine Anomalität erfasst wurde.
Zustandsübergang und Flussdiagramm
5 ist eine Zustandsübergangsansicht zum Darstellen eines Beobachtungsvorgangs, der durch die Beobachtungsvorrichtung 5 durchgeführt wird. Die CAN-Kommunikationseinheit 53 der Beobachtungsvorrichtung 5 gemäß der vorliegenden Ausführungsform führt einen Beobachtungsvorgang durch, während sie Übergänge zwischen drei Zuständen aus einem synchronisierten Zustand St0, einem ersten Beobachtungszustand St1 und einem zweiten Beobachtungszustand St2 durchführen lässt. Es ist zu beachten, dass der synchronisierte Zustand St0 den Zeitspannen von SS und PTS in einer Nachricht entspricht, der erste Beobachtungszustand St1 der Zeitspanne von PBS1 entspricht und der zweite Beobachtungszustand St2 der Zeitspanne von PBS2 entspricht. Die CAN-Kommunikationseinheit 53 verwendet einen Zähler zum Zählen des Werts von Tq in dem Beobachtungsvorgang, welcher durch Ausnutzen eines Speicherbereichs, wie beispielsweise eines Registers, das in der CAN-Kommunikationseinheit 53 lokalisiert ist, implementiert werden kann. Des Weiteren führt die CAN-Kommunikationseinheit 53 einen Beobachtungsvorgang synchronisiert mit einem Abtasttakt des Zyklus Tq durch, während die Bedingungsbestimmung, der Zustandsübergang und dergleichen für jedes Tq ausgeführt werden kann.
Falls die Nachrichtenübertragung an den CAN-Bus gestartet wird, initialisiert die CAN-Kommunikationseinheit 53 den Wert des Zählers bei null und startet den Vorgang in dem synchronisierten Zustand St0. Es ist zu beachten, dass die Nachrichtenübertragung zum Starten des Beobachtungsvorgangs durch die CAN-Kommunikationseinheit 53 auch beispielsweise eine Nachrichtenübertragung durch eine nicht autorisierte Vorrichtung, die an den CAN-Bus durch ein nicht autorisiertes Mittel verbunden ist, zusätzlich zu der Nachrichtenübertragung durch eine autorisierte ECU 3 umfassen kann, die in dem Fahrzeug 1 montiert ist.
Die CAN-Kommunikationseinheit 53 bestimmt in dem synchronisierten Zustand St0, ob die Übergangsbedingung 1 erfüllt ist oder nicht. Die Übergangsbedingung 1 ist eine Bedingung für einen Zustandsübergang in den ersten Beobachtungszustand St1, und das vorliegende Beispiel nutzt eine Bedingung, bei der der Zähler den Wert des Gesamtwerts von Tq von SS und Tq von PTS erreicht. Falls die Übergangsbedingung 1 nicht erfüllt wird, zählt die CAN-Kommunikationseinheit 53 den Wert des Zählers hoch (addiert 1 zu dem Wert des Zählers) und hält den synchronisierten Zustand St0 aufrecht. Falls die Übergangsbedingung 1 erfüllt wird, initialisiert die CAN-Kommunikationseinheit 53 den Zähler bei dem Wert 0 und veranlasst einen Übergang in den ersten Beobachtungszustand St1.
In dem ersten Beobachtungszustand St1 bestimmt die CAN-Kommunikationseinheit 53, ob die Übergangsbedingung 2 erfüllt ist oder nicht. Die Übergangsbedingung 2 ist eine Bedingung zum Veranlassen eines Zustandsübergangs in den zweiten Beobachtungszustand St2, und das vorliegende Beispiel nutzt eine Bedingung, bei der der Wert des Zählers Tq von PBS1 erreicht. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird für die Länge jedes Segments der Beobachtungsvorrichtung 5 der gleiche Wert wie jener für die ECU 3a eingesetzt, welche das Abtasten bei dem frühesten Timing in dem Kommunikationssystem durchführt. Das heißt bezogen auf die 4, dass SS in der Beobachtungsvorrichtung 5 1 Tq lang ist, PTS 3 Tq lang ist, PBS 1 4 Tq lang ist und PBS2 8 Tq lang ist. Daher wird die Übergangsbedingung 2 erfüllt, wenn der Zähler den Wert 4 erreicht. Diese Segmentlänge ist jedoch ein Beispiel, und es kann auch ein anderer Wert verwendet werden.
Falls die Übergangsbedingung 2 nicht erfüllt ist, bestimmt die CAN-Kommunikationseinheit 53, ob der Vorgang der erste Vorgang in dem ersten Beobachtungszustand St1 ist oder nicht. Die CAN-Kommunikationseinheit 53 kann bestimmen, ob es der erste Vorgang oder nicht ist, wenn der Wert des Zählers 0 ist oder nicht. Falls es der erste Vorgang ist, tastet die CAN-Kommunikationseinheit 53 ein Signals auf dem CAN-Bus durch den Abtastteil 56 ab, erhält ein Abtastergebnis und speichert das Ergebnis in einem internen Register, während der Zähler nach oben gezählt wird, um den ersten Beobachtungszustand St1 aufrechtzuerhalten.
Falls es der zweite oder ein späterer Vorgang ist, erlangt die CAN-Kommunikationseinheit 53 das Ergebnis des Abtastens, das durch den Abtastteil 56 durchgeführt wird, und bestimmt, ob das vorherige Abtastergebnis mit dem gegenwärtigen Abtastergebnis übereinstimmt oder nicht. Falls das Abtastergebnis übereinstimmt, verwirft die CAN-Kommunikationseinheit 53 das vorherige Abtastergebnis und speichert das gegenwärtige Abtastergebnis, während sie den Zähler nach oben zählt, um den ersten Beobachtungszustand St1 aufrechtzuerhalten. Falls das Abtastergebnis nicht übereinstimmt, benachrichtigt die CAN-Kommunikationseinheit 53 die Verarbeitungseinheit 51, dass eine Anomalität erfasst wurde, und beendet den Bobachtungsvorgang. Es ist zu beachten, dass in einem Fall, bei dem der Beobachtungsvorgang beendet wird, die CAN-Kommunikationseinheit 53 aus dem Zustandsübergang herauskommen kann, wie in der 5 dargestellt ist, oder den ersten Beobachtungszustand St1 aufrechterhalten kann.
Falls die Übergangsbedingung 2 erfüllt wird, initialisiert die CAN-Kommunikationseinheit 53 den Wert des Zählers auf 0 und veranlasst einen Übergang in den zweiten Beobachtungszustand St2. In dem zweiten Beobachtungszustand St2 bestimmt die CAN-Kommunikationseinheit 53, ob die Übergangsbedingung 3 erfüllt ist oder nicht. Die Übergangsbedingung 3 ist eine Bedingung zum Veranlassen eines Zustandsübergangs in den synchronisierten Zustand St0, und das vorliegende Beispiel nutzt eine Bedingung, bei der der Wert des Zählers den Wert von Tq von PBS2 erreicht. Es ist zu beachten, dass die Übergangsbedingung 2 in der vorliegenden Ausführungsform erfüllt wird, wenn der Wert des Zählers 8 erreicht.
Falls die Übergangsbedingung 3 nicht erfüllt ist, erhält die CAN-Kommunikationseinheit 53 das Ergebnis des Abtastens, das durch den Abtastteil 56 durchgeführt wird, und bestimmt, ob das vorherige Abtastergebnis mit dem gegenwärtigen Abtastergebnis übereinstimmt. Falls das Abtastergebnis übereinstimmt, verwirft die CAN-Kommunikationseinheit 53 das vorherige Abtastergebnis und speichert das gegenwärtige Abtastergebnis, während sie den Zähler nach oben setzt, um den zweiten Beobachtungszustand St2 aufrechtzuerhalten. Falls das Abtastergebnis nicht übereinstimmt, benachrichtigt die CAN-Kommunikationseinheit 53 die Verarbeitungseinheit 51 darüber, dass eine Anomalität erfasst wurde, und beendet den Beobachtungsvorgang. Es ist zu beachten, dass in einem Fall, bei dem der Beobachtungsvorgang beendet wird, die CAN-Kommunikationseinheit 53 aus dem Zustandsübergang herauskommen kann, der in 5 dargestellt ist, oder den zweiten Beobachtungszustand St2 aufrechterhalten kann. Falls die Übergangsbedingung 3 erfüllt wird, initialisiert die CAN-Kommunikationseinheit 53 den Wert des Zählers auf 0 und veranlasst einen Übergang in den synchronisierten Zustand St0.
Dadurch, dass die CAN-Kommunikationseinheit 53 daher einen Vorgang durchführt, während sie Übergänge zwischen drei Zuständen veranlasst, kann eine Änderung in den Signalen auf dem CAN-Bus beobachtet werden, während PBS1 und PBS2 in einem einzelnen Bit einer Nachricht als Beobachtungszeitspannen betrachtet werden, und eine die Kommunikation betreffende Anomalität kann erfasst werden.
6 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren eines Vorgangs zeigt, der in dem synchronisierten Zustand St0 durch die Beobachtungsvorrichtung 5 durchgeführt wird. Es ist zu beachten, dass die CAN-Kommunikationseinheit 53 in der Beobachtungsvorrichtung 5 den Vorgang ausführt, der in dem vorliegenden Flussdiagramm gleichzeitig mit einem Abtasttakt, beispielsweise bei einer Frequenz von einmal pro 1 Tq, gezeigt ist. Die CAN-Kommunikationseinheit 53 bestimmt in dem synchronisierten Zustand St0, ob die Übergangsbedingung 1 erfüllt ist (Schritt S1) oder nicht. Falls die Übergangsbedingung 1 nicht erfüllt ist (S1: NEIN), setzt die CAN-Kommunikationseinheit 53 den Zähler nach oben (Schritt S2) und beendet den Vorgang. Falls die Übergangsbedingung 1 erfüllt ist (S1: JA), initialisiert die CAN-Kommunikationseinheit 53 den Wert des Zählers auf 0 (Schritt S3), veranlasst einen Übergang in den zweiten Beobachtungszustand St1 (Schritt S4) und beendet den Vorgang.
7 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren eines Vorgangs darstellt, der in dem ersten Beobachtungszustand St1 durch die Beobachtungsvorrichtung 5 durchgeführt wird. In dem ersten Beobachtungszustand St1 tastet die CAN-Kommunikationseinheit 53 in Signal auf dem CAN-Bus durch den Abtastteil 56 ab und erlangt ein Abtastergebnis (Schritt S11). Nachfolgend bestimmt die CAN-Kommunikationseinheit 53, ob die Übergangsbedingung 2 erfüllt ist oder nicht (Schritt S12).
Falls die Übergangsbedingung 2 nicht erfüllt ist (S12: NEIN), bestimmt die CAN-Kommunikationseinheit 53 anhand des Werts des Zählers, ob der Vorgang der erste Vorgang in dem ersten Beobachtungszustand St1 ist (Schritt S13). Falls es der erste Vorgang ist (S13: JA), speichert die CAN-Kommunikationseinheit 53 das Abtastergebnis, das in Schritt S11 erlangt wird, in ein internes Register oder dergleichen (Schritt S14), setzt den Zähler hoch (Schritt S15) und beendet den Vorgang.
Falls es nicht der erste Vorgang ist, d. h. es ist der zweite oder ein späterer Vorgang (S13: NEIN), vergleicht die CAN-Kommunikationseinheit 53 das vorherige Abtastergebnis mit dem gegenwärtigen Abtastergebnis und bestimmt, ob die Abtastergebnisse miteinander übereinstimmen oder nicht (Schritt S16). Falls die Abtastergebnisse übereinstimmen (Schritt S16: JA), speichert die CAN-Kommunikationseinheit 53 das Abtastergebnis, das bei Schritt S11 erlangt wird, in ein internes Register oder dergleichen (Schritt S14), setzt den Zähler hoch (Schritt S15) und beendet den Vorgang.
Falls die Abtastergebnisse nicht übereinstimmen (S16: NEIN), benachrichtigt die CAN-Kommunikationseinheit 53 die Verarbeitungseinheit 51 darüber, dass eine Anomalität erfasst worden ist (Schritt S17). Die CAN-Kommunikationseinheit 53 beendet den Beobachtungsvorgang (Schritt S18) und beendet den Vorgang in dem ersten Beobachtungszustand St1.
Falls die Übergangsbedingung 2 erfüllt wird (S12: JA), speichert die CAN-Kommunikationseinheit 53 das Abtastergebnis, das bei Schritt S11 erlangt wird, in einem internen Register oder dergleichen (Schritt S19) und initialisiert den Wert des Zählers bei 0 (Schritt S20). Die CAN-Kommunikationseinheit 53 veranlasst einen Übergang in den zweiten Beobachtungszustand St2 (Schritt S21) und beendet den Vorgang.
8 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren eines Vorgangs darstellt, der in dem zweiten Beobachtungszustand St2 durch die Beobachtungsvorrichtung 5 durchgeführt wird. In dem zweiten Beobachtungszustand St2 tastet die CAN-Kommunikationseinheit 53 ein Signal auf den CAN-Bus durch den Abtastteil 56 ab und erlangt ein Abtastergebnis (Schritt S31). Nachfolgend bestimmt die CAN-Kommunikationseinheit 53, ob die Übergangsbedingung 3 erfüllt ist oder nicht (Schritt S32).
Falls die Übergangsbedingung 3 nicht erfüllt ist (Schritt S32: NEIN), vergleicht die CAN-Kommunikationseinheit 53 das vorherige Abtastergebnis mit dem gegenwärtigen Abtastergebnis und bestimmt, ob die Abtastergebnisse miteinander übereinstimmen oder nicht (Schritt S33). Falls die Abtastergebnisse übereinstimmen (Schritt S33: JA), speichert die CAN-Kommunikationseinheit 53 das Abtastergebnis, das bei Schritt S31 erlangt wird, in einem internen Register oder dergleichen (Schritt S34), setzt den Zähler hoch (Schritt S35) und beendet den Vorgang.
Falls die Abtastergebnisse nicht übereinstimmen (S33: NEIN), benachrichtigt die CAN-Kommunikationseinheit 53 die Verarbeitungseinheit 51 darüber, dass eine Anomalität erfasst wurde (Schritt S36). Die CAN-Kommunikationseinheit 53 beendet den Beobachtungsvorgang (Schritt S37) und beendet den Vorgang in dem zweiten Beobachtungszustand St2.
Falls die Übergangsbedingung 3 erfüllt wird (S32: JA), initialisiert die CAN-Kommunikationseinheit 53 den Wert des Zählers bei 0 (Schritt S38), veranlasst einen Übergang in den synchronisierten Zustand St0 (Schritt S39) und beendet den Vorgang.
Schlussfolgerung
Bei dem Kommunikationssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird für die Systemkonfiguration, bei der mehrere ECUs 3 Informationen über eine gemeinsame Kommunikationsleitung senden und empfangen, eine die Kommunikation betreffende Anomalitätserfassung durch die Beobachtungsvorrichtung 5 durchgeführt, die mit der Kommunikationsleitung verbunden ist. Jede der ECUs 3 empfängt Informationen durch ein einmaliges Abtasten bei einem bestimmten Timing während einer Übertragungszeitspanne einzelnen Bit Information. Die mehreren ECUs 3 können jedoch, ein Abtasten bei unterschiedlichen Timings durchzuführen. Die Beobachtungsvorrichtung 5 tastet die Spannung der Kommunikationsleitung mehrere Male über eine bestimmte Beobachtungszeitspanne ab, die ein Timing des frühesten Abtastens und ein Timing des spätesten Abtastens, die durch die ECUs 3 während der Übertragungszeitspanne der einzelnen Bit Information durchgeführt werden, umfasst. Die Beobachtungsvorrichtung 5 kann eine Änderung in der Spannung der gemeinsamen Kommunikationsleitung über eine Zeitspanne beobachten, in welcher die mehreren ECUs3, die in der Kommunikationssystem umfasst sind, ein Abtasten durchführen können, und kann die Anomalität anhand der Ergebnisse der mehreren Abtastungen erfassen.
Die Beobachtungsvorrichtung 5 führt periodisch das Abtasten mehrere Male während der bestimmten Beobachtungszeitspanne durch, und bestimmt, falls das gegenwärtige Abtastergebnis verschieden von dem vorherigen Abtastergebnis ist, d. h. falls sich ein Signal auf der Kommunikationsleitung während der bestimmten Zeitspanne ändert, dass eine Anomalität in der Kommunikation aufgetreten ist. Folglich kann eine Informationsfälschung durch die Änderung der Signale, so dass sie in Übereinstimmung der Abfolge des Abtastens sind, welches durch eine spezifische ECU 3 durchgeführt wird, erfasst werden.
Des Weiteren benachrichtigt die Beobachtungsvorrichtung 5 die mehreren ECUs 3, falls eine die Kommunikation betreffende Anomalität erfasst worden ist. Die Beobachtungsvorrichtung 5 kann die ECUs 3 über das Auftreten der Anomalität durch Durchführen einer vorgegebenen Informationsübertragung, beispielsweise durch Ausgeben von Fehlerrahmen in dem CAN-Protokoll, an die Kommunikationsleitung benachrichtigen. Ferner blockiert gemäß dem vorliegenden Kommunikationssystem die Informationsübertragung für die Benachrichtigung der Anomalität durch die Beobachtungsvorrichtung 5 den Empfang einer Information durch die ECUs 3 in dem Kommunikationssystem. Dies kann verhindern, dass die ECUs 3 gefälschte Informationen empfangen.
Während die vorliegende Erfindung eine Konfiguration einsetzt, bei der die Beobachtungsvorrichtung 5 eine Information, wie beispielsweise die Länge eines Segments und das Timing des Abtastens, in der Speichereinheit 52 in jeder ECU 3 als eine Timing-Information 52a speichert, ist die Konfiguration nicht darauf limitiert. Beispielsweise kann die Beobachtungsvorrichtung 5 eingerichtet sein, nicht die Information, wie beispielsweise das Timing für jede ECU 3, sondern nur die Einstellung der Beobachtungszeitspanne zu speichern. Während eine Zeitspanne, die durch Addieren von PBS1 und PBS2 erlangt wird, als Beobachtungszeitspanne in der vorliegenden Ausführungsform eingesetzt wird, ist die Beobachtungszeitspanne nicht darauf limitiert. Die Beobachtungszeitspanne kann eingestellt werden, um das früheste Abtast-Timing als einen Startzeitpunkt und das späteste Abtast-Timing als einen Endzeitpunkt zu umfassen, oder kann eine andere als die beschriebene Zeitspanne sein. Des Weiteren ist, während die Beobachtungsvorrichtung 5 eingerichtet ist, das Abtasten durch mit der Einheit von Tq (d. h. eine Abtastung pro 1 Tq) während der Beobachtungszeitspanne durchzuführen, sie nicht darauf limitiert. Die Beobachtungsvorrichtung 5 kann eingerichtet sein, die Abtastung mit einer Takteinheit durchzuführen, die beispielsweise durch die Verarbeitungseinheit 31, die CPU oder dergleichen erzeugt wird, oder kann eingerichtet sein, das Abtasten mit anderen Takten durchzuführen.
Während die Beobachtungsvorrichtung 5 eingerichtet ist, eine Anomalität durch Vergleichen eines vorherigen Abtastergebnisses mit einem gegenwärtigen Abtastergebnis während der Beobachtungszeitspanne zu erlangen, ist die Konfiguration nicht darauf beschränkt. Die Beobachtungsvorrichtung 5 kann beispielsweise das erste Abtastergebnis für eine Beobachtungszeitspanne halten, das erste Abtastergebnis mit dem gegenwärtigen Abtastergebnis vergleichen und bestimmen, dass eine Anomalität aufgetreten ist, falls das gegenwärtige Abtastergebnis verschieden von dem ersten Abtastergebnis ist. Die Beobachtungsvorrichtung 5 kann das gegenwärtige Abtastergebnis mit dem vorherigen Abtastergebnis vergleichen und bestimmen, dass eine Anomalität aufgetreten ist, falls das gegenwärtige Abtastergebnis verschieden von dem vorherigen Abtastergebnis ist.
Ferner ist das Kommunikationssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform so eingerichtet, dass die Beobachtungsvorrichtung 5, die verschieden von der ECU 3 ist, die Anomalitäten erfasst, obwohl die Konfiguration nicht darauf beschränkt ist. Eine oder mehrere der ECUs 3, die in dem Kommunikationssystem umfasst sind, können mit einer Funktion des Erfassens einer Anomalität versehen sein. Des Weiteren ist, während die Beobachtungsvorrichtung 5 eingerichtet ist, ein Fehlerrahmen zu senden und die ECU 3 über die auf die Kommunikation bezogene Anomalität nach der Erfassung der Anomalität zu benachrichtigen, sie nicht drauf beschränkt, sondern die Benachrichtigung über die Anomalität kann durch ein anderes Verfahren als die Übertragung von Fehlerrahmen veranlasst werden. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist, obwohl die Beschreibung für ein in einem Fahrzeug angeordneten Kommunikationssystem gegeben wurde, das Kommunikationssystem nicht auf eines beschränkt, das in einem Fahrzeug 1 angeordnet ist, sondern kann auch ein System sein, das in einem bewegbaren Objekt, wie beispielsweise einem Flugzeug oder einem Schiff, montiert ist, oder kann in einem nicht beweglichen Objekt, wie einer Fabrik, einem Büro, einer Schule oder dergleichen, installiert sein.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
3: ECU (Kommunikationsvorrichtung)
5: Beobachtungsvorrichtung (Anomalitätserfassungsvorrichtung)
31: Verarbeitungseinheit
32: ROM
33: RAM
34: CAN-Kommunikationseinheit
35: Übertragungsteil
36: Empfangsteil
51: Verarbeitungseinheit
52: Speichereinheit
52a: Timing-Information
53: CAN-Kommunikationseinheit
54: Übertragungsteil
55: Empfangsteil
56: Abtastteil
57: Anomalitätserfassungsteil (Erfassungsteil)
61: Anomalitätsbenachrichtigung-Verarbeitungsteil (Benachrichtigungsteil)

Claims

Kommunikationssystem, das mehrere über eine gemeinsame Kommunikationsleitung verbundene Kommunikationsvorrichtungen (3) aufweist, die binäre Informationen über die Kommunikationsleitung senden und empfangen, wobei jede der Kommunikationsvorrichtungen (3) einen Empfangsteil (36) umfasst, der eine Information empfängt, indem er eine Spannung der Kommunikationsleitung einmal zu einem bestimmten Timing während einer Übertragungszeitspanne einer Information eines einzelnen Bits abtastet, und die mehreren Kommunikationsvorrichtungen (3) das Abtasten zu unterschiedlichen Timings durchführen, wobei das System ferner aufweist: eine mit der Kommunikationsleitung verbundene Anomalitätserfassungsvorrichtung (5), welche aufweist: einen Abtastteil (56), der die Spannung auf der Kommunikationsleitung mehrere Male über eine bestimmte Zeitspanne abtastet, die ein Timing eines frühesten Abtastens und ein Timing eines spätesten Abtastens umfasst, die durch die mehreren Kommunikationsvorrichtungen (3) durchgeführt werden, wobei die bestimmte Zeitspanne kürzer ist als die Übertragungszeitspanne einer Information eines einzelnen Bits, und einen Erfassungsteil (57), der eine die Kommunikation betreffende Anomalität anhand von mehreren Abtastergebnissen erfasst, die durch den Abtastteil (56) erlangt werden.
Kommunikationssystem gemäß Anspruch 1, wobei der Abtastteil (56) ein Abtasten mehrere Male periodisch während der bestimmten Zeitspanne durchführt und der Erfassungsteil (57) eingerichtet ist, die die Kommunikation betreffende Anomalität zu erfassen, falls ein Abtastergebnis eines durch den Abtastteil (56) durchgeführten Abtastens verschieden von einem vorherigen Abtastergebnis ist.
Kommunikationssystem gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Anomalitätserfassungsvorrichtung (5) einen Benachrichtigungsteil (61) umfasst, der die mehreren Kommunikationsvorrichtungen (3) darüber benachrichtigt, dass eine Anomalität erfasst wurde, falls der Erfassungsteil (57) eine Anomalität erfasst.
Kommunikationssystem gemäß Anspruch 3, wobei der Benachrichtigungsteil (61) eine vorgegebene Informationsübertragung über die Kommunikationsleitung durchführt, falls der Erfassungsteil (57) die Anomalität erfasst, und diese Informationsübertragung den Empfang einer Information durch die mehreren Kommunikationsvorrichtungen (3) blockiert.
Anomalitätserfassungsvorrichtung (5), die eine die Kommunikation betreffende Anomalität in einem Kommunikationssystem erfasst, das mehrere über eine gemeinsame Kommunikationsleitung verbundene Kommunikationsvorrichtungen (3) aufweist, die binäre Informationen über die Kommunikationsleitung senden und empfangen, wobei jede der Kommunikationsvorrichtungen (3) einen Empfangsteil (36) umfasst, der eine Information empfängt, indem er eine Spannung der Kommunikationsleitung einmal zu einem bestimmten Timing während einer Übertragungszeitspanne einer Information eines einzelnen Bits abtastet, und die mehreren Kommunikationsvorrichtungen (3) das Abtasten zu unterschiedlichen Timings durchführen, wobei die Anomalitätserfassungsvorrichtung (5) mit der Kommunikationsleitung verbunden ist und aufweist: einen Abtastteil (56), der die Spannung der Kommunikationsleitung mehrere Male über eine bestimmte Zeitspanne abtastet, die ein Timing eines frühesten Abtastens und ein Timing eines spätesten Abtastens umfasst, die durch die mehreren Kommunikationsvorrichtungen (3) durchgeführt werden, wobei die bestimmte Zeitspanne kürzer ist als die Übertragungszeitspanne einer Information eines einzelnen Bits; und einen Erfassungsteil (57), der eine die Kommunikation betreffende Anomalität anhand von mehreren Abtastergebnissen erfasst, die durch den Abtastteil (56) erlangt werden.
Verfahren zum Erfassen einer die Kommunikation betreffende Anomalität in einem Kommunikationssystem, das mehrere über eine gemeinsame Kommunikationsleitung verbundene Kommunikationsvorrichtungen (3) aufweist, die binäre Informationen über die Kommunikationsleitung senden und empfangen, wobei jede der Kommunikationsvorrichtungen (3) einen Empfangsteil (36) umfasst, der eine Information empfängt, indem er eine Spannung der Kommunikationsleitung einmal zu einem bestimmten Timing während einer Übertragungszeitspanne einer Information eines einzelnen Bits abtastet, und die mehreren Kommunikationsvorrichtungen (3) das Abtasten zu unterschiedlichen Timings durchführen, wobei das Verfahren zum Erfassen der Anomalität aufweist: mehrmaliges Abtasten der Spannung der Kommunikationsleitung über eine bestimmte Zeitspanne, die ein Timing eines frühesten Abtastens und ein Timing eines spätesten Abtastens umfasst, die durch die mehreren Kommunikationsvorrichtungen (3) durchgeführt werden, wobei die bestimmte Zeitspanne kürzer ist als die Übertragungszeitspanne einer Information eines einzelnen Bits, und Erfassen der die Kommunikation betreffenden Anomalität anhand von mehreren Abtastergebnissen.