權利要求

1.露天礦山車輛機群安全通信系統(tǒng)，其特征在于，包括機群中心，無人車輛和異常檢測模塊； 所述機群中心包括機群安全通信模塊，所述機群安全通信模塊用于對無人車輛進行分組，將車輛所屬分組及車輛ID 與車輛IP的對應關系以路由表的形式同步至機群路由表及車端路由表；以及接收無人車輛發(fā)送的數(shù)據(jù)，對接收到的數(shù)據(jù)進行編碼譯碼、加密解密，以及根據(jù)處理結果更新車輛狀態(tài)； 所述無人車輛包括車端安全通信模塊，所述車端安全通信模塊用于接收機群中心指令以及接收同組其他車輛數(shù)據(jù)，對接收到的數(shù)據(jù)進行編碼譯碼、加密解密，以及將處理結果發(fā)送至機群中心； 所述異常檢測模塊用于對機群安全通信模塊和車端安全通信模塊之間的通信數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測。2.根據(jù)權利要求1所述的露天礦山車輛機群安全通信系統(tǒng)，其特征在于，所述機群安全通信模塊具體用于， 根據(jù)無人車輛位置及運輸能力將無人車輛分為不同的運輸小組。 3.根據(jù)權利要求1所述的露天礦山車輛機群安全通信系統(tǒng)，其特征在于，所述機群安全通信模塊和車端安全通信模塊之間通過私有協(xié)議通信； 所述私有協(xié)議格式至少包括消息頭、消息體和校驗位。 4.根據(jù)權利要求3所述的露天礦山車輛機群安全通信系統(tǒng)，其特征在于，所述機群中心還包括機群通信調度器， 所述機群通信調度器用于在機群中心接收機群路由表中的白名單數(shù)據(jù)以及屏蔽機群路由表中的黑名單數(shù)據(jù)。 5.根據(jù)權利要求4所述的露天礦山車輛機群安全通信系統(tǒng)，其特征在于，所述機群中心還包括機群編碼譯碼器， 所述機群編碼譯碼器用于對機群通信調度器過濾得到的白名單數(shù)據(jù)進行譯碼； 判斷數(shù)據(jù)格式是否符合私有協(xié)議以及校驗位是否正確； 以及，采用密鑰對消息體進行解密。 6.根據(jù)權利要求5所述的露天礦山車輛機群安全通信系統(tǒng)，其特征在于，所述機群安全通信模塊還用于， 將符合私有協(xié)議并且校驗通過的數(shù)據(jù)輸出到消息中間件進行業(yè)務處理； 以及， 根據(jù)不符合私有協(xié)議的數(shù)據(jù)或解析后無法完成業(yè)務處理的數(shù)據(jù)，執(zhí)行機群安全控制處理或更新機群路由表； 所述機群安全控制處理包括阻斷異常通信、重新與車端建立連接或對相關車輛下發(fā)控制指令； 所述控制指令包括鳴笛、閃燈、減速和停車指令的任意一條或多條； 所述更新機群路由表是指將機群路由表中的異常車輛移除。 7.根據(jù)權利要求1所述的露天礦山車輛機群安全通信系統(tǒng)，其特征在于，所述無人車輛還包括車端通信調度器， 所述車端通信調度器用于在無人車端接收車端路由表中的白名單數(shù)據(jù)以及屏蔽車端路由表中的黑名單數(shù)據(jù)。 8.根據(jù)權利要求7所述的露天礦山車輛機群安全通信系統(tǒng)，其特征在于，所述無人車輛還包括車端編碼譯碼器， 所述車端編碼譯碼器用于對車端通信調度器過濾得到的白名單數(shù)據(jù)進行譯碼； 判斷數(shù)據(jù)格式是否符合私有協(xié)議以及校驗位是否正確； 以及，采用密鑰對消息體進行解密。 9.根據(jù)權利要求8所述的露天礦山車輛機群安全通信系統(tǒng)，其特征在于，所述車端安全通信模塊還用于， 將符合私有協(xié)議并且校驗通過的數(shù)據(jù)輸出到消息中間件進行業(yè)務處理； 以及， 根據(jù)不符合私有協(xié)議的數(shù)據(jù)或解析后無法完成業(yè)務處理的數(shù)據(jù)，執(zhí)行車端安全控制處理； 所述車端安全控制處理包括鳴笛、閃燈、減速和停車中的任意一種或多種。 10.根據(jù)權利要求1所述的露天礦山車輛機群安全通信系統(tǒng)，其特征在于，所述異常檢測模塊具體用于， 校驗數(shù)據(jù)格式是否符合私有協(xié)議，檢驗校驗位是否正確； 監(jiān)控無人車輛固定時間內的數(shù)據(jù)流量； 以及，檢測車端是否存在頻繁惡意斷開重連。 11.根據(jù)權利要求1所述的露天礦山車輛機群安全通信系統(tǒng)，其特征在于，所述機群安全通信模塊還用于， 在無人車輛出現(xiàn)故障時，臨時對分組車輛進行調整同時更新機群路由表，并通知組內所有無人車輛更新車端調度器路由表。 12.根據(jù)權利要求1所述的露天礦山車輛機群安全通信系統(tǒng)，其特征在于，所述異常檢測模塊通過以太網(wǎng)與車端安全通信模塊及機群安全通信模塊連接。

說明書

技術領域

本發(fā)明屬于露天礦山車輛通信技術領域，具體涉及露天礦山車輛機群安全通信系統(tǒng)。

背景技術

隨著無人技術的發(fā)展和車聯(lián)網(wǎng)及4G/5G網(wǎng)絡的普及，無人駕駛車輛逐漸成為特殊工況場景下的重要選擇。例如露天礦山一般地理位置偏遠，生活環(huán)境惡劣，有人司機成本高且老齡化日趨嚴重，露天礦上場景中無人設備通信安全成為需要高度重視的問題。目前，大部分無人車輛搭載4G/5G以及WIFI模塊，實現(xiàn)特定范圍內局域組網(wǎng)。另外，無人駕駛車輛可以通過接收中心的指令完成相應的動作或任務，但是這其中也存在較大的安全隱患。因為一旦有惡意程序入侵到局域網(wǎng)，通過網(wǎng)絡下發(fā)非法錯誤指令給無人車輛，將會對無人系統(tǒng)運行安全造成巨大危害。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種露天礦山車輛機群通信系統(tǒng)，通過設計分組過濾策略、制定私有通信協(xié)議以及采用異常檢測機制，提高露天礦山車輛通信安全。

為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：

本發(fā)明提供一種露天礦山車輛機群安全通信系統(tǒng)，包括機群中心，無人車輛和異常檢測模塊；

所述機群中心包括機群安全通信模塊，所述機群安全通信模塊用于對無人車輛進行分組，將車輛所屬分組及車輛ID 與車輛IP的對應關系以路由表的形式同步至機群路由表及車端路由表；以及接收無人車輛發(fā)送的數(shù)據(jù)，對接收到的數(shù)據(jù)進行編碼譯碼、加密解密，以及根據(jù)處理結果更新車輛狀態(tài)；

所述無人車輛包括車端安全通信模塊，所述車端安全通信模塊用于接收機群中心指令以及接收同組其他車輛數(shù)據(jù)，對接收到的數(shù)據(jù)進行編碼譯碼、加密解密，以及將處理結果發(fā)送至機群中心；

所述異常檢測模塊用于對機群安全通信模塊和車端安全通信模塊之間的通信數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測。

進一步的，所述機群安全通信模塊具體用于，

根據(jù)無人車輛位置及運輸能力將無人車輛分為不同的運輸小組。

進一步的，所述機群安全通信模塊和車端安全通信模塊之間通過私有協(xié)議通信；

所述私有協(xié)議格式至少包括消息頭、消息體和校驗位。

進一步的，所述機群中心還包括機群通信調度器，

所述機群通信調度器用于在機群中心接收機群路由表中的白名單數(shù)據(jù)以及屏蔽機群路由表中的黑名單數(shù)據(jù)。

進一步的，所述機群中心還包括機群編碼譯碼器，

所述機群編碼譯碼器用于對機群通信調度器過濾得到的白名單數(shù)據(jù)進行譯碼；

判斷數(shù)據(jù)格式是否符合私有協(xié)議以及校驗位是否正確；

以及，采用密鑰對消息體進行解密。

進一步的，所述機群安全通信模塊還用于，

將符合私有協(xié)議并且校驗通過的數(shù)據(jù)輸出到消息中間件進行業(yè)務處理；

以及，

根據(jù)不符合私有協(xié)議的數(shù)據(jù)或解析后無法完成業(yè)務處理的數(shù)據(jù)，執(zhí)行機群安全控制處理或更新機群路由表；

所述機群安全控制處理包括阻斷異常通信、重新與車端建立連接或對相關車輛下發(fā)控制指令；

所述控制指令包括鳴笛、閃燈、減速和停車指令的任意一條或多條；

所述更新機群路由表是指將機群路由表中的異常車輛移除。

進一步的，所述無人車輛還包括車端通信調度器，

所述車端通信調度器用于在無人車端接收車端路由表中的白名單數(shù)據(jù)以及屏蔽車端路由表中的黑名單數(shù)據(jù)。

進一步的，所述無人車輛還包括車端編碼譯碼器，

所述車端編碼譯碼器用于對車端通信調度器過濾得到的白名單數(shù)據(jù)進行譯碼；

判斷數(shù)據(jù)格式是否符合私有協(xié)議以及校驗位是否正確；

以及，采用密鑰對消息體進行解密。

進一步的，所述車端安全通信模塊還用于，

將符合私有協(xié)議并且校驗通過的數(shù)據(jù)輸出到消息中間件進行業(yè)務處理；

以及，

根據(jù)不符合私有協(xié)議的數(shù)據(jù)或解析后無法完成業(yè)務處理的數(shù)據(jù)，執(zhí)行車端安全控制處理；

所述車端安全控制處理包括鳴笛、閃燈、減速和停車中的任意一種或多種。

進一步的，所述異常檢測模塊具體用于，

校驗數(shù)據(jù)格式是否符合私有協(xié)議，檢驗校驗位是否正確；

監(jiān)控無人車輛固定時間內的數(shù)據(jù)流量；

以及，檢測車端是否存在頻繁惡意斷開重連。

進一步的，所述機群安全通信模塊還用于，

在無人車輛出現(xiàn)故障時，臨時對分組車輛進行調整同時更新機群路由表，并通知組內所有無人車輛更新車端調度器路由表。

進一步的，所述異常檢測模塊通過以太網(wǎng)與車端安全通信模塊及機群安全通信模塊連接。

本發(fā)明達到的有益效果為：

本發(fā)明提供一種露天礦山車輛機群安全通信系統(tǒng)，在機群中心、車端通信分別設置安全通信模塊及異常檢測模塊，分組過濾車輛數(shù)據(jù)；此外，檢測各傳輸過程的數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)流量以及網(wǎng)絡連接異常端口情況，從而實現(xiàn)了車輛機群系統(tǒng)對通信安全的充分保障，避免車輛的通信數(shù)據(jù)被監(jiān)聽篡改以及網(wǎng)絡攻擊，保障車端機群之間通信安全。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種露天礦山車輛機群通信系統(tǒng)架構；

圖2為本發(fā)明實施例提供的一種露天礦山車輛機群通信流程示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的私有協(xié)議結構。

具體實施方式

下面對本發(fā)明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。

本發(fā)明提供了一種露天礦山車輛機群安全通信系統(tǒng)，包括車端安全通信模塊、機群安全通信模塊以及異常檢測模塊。具體的，

車端安全通信模塊用于保障車輛數(shù)據(jù)接收發(fā)送安全可靠；車端安全通信模塊用于接收機群中心指令以及接收其他車輛數(shù)據(jù)，對接收到的數(shù)據(jù)進行編碼譯碼、加密解密，以及將處理結果發(fā)送至機群中心；如果發(fā)生異常，在車端屏蔽異常數(shù)據(jù)或執(zhí)行安全控制處理并將異常情況發(fā)送至機群中心。

機群安全通信模塊用于保障服務端功能安全穩(wěn)定；機群安全通信模塊用于根據(jù)車輛分組情況，將車輛IP同步至機群路由表及車端路由表；接收和發(fā)送車輛通信數(shù)據(jù)，并對接收到的數(shù)據(jù)進行編碼譯碼、加密解密，以及根據(jù)處理結果更新車輛狀態(tài)或其他業(yè)務處理。如果發(fā)生異常或收到車端發(fā)送的異常，在服務端執(zhí)行安全控制處理，或者更新車輛路由表并發(fā)送至組內所有車輛。其中，路由表具體包括車輛ID與車輛IP的對應關系。

異常檢測模塊用于進行數(shù)據(jù)格式校驗、流量異常監(jiān)控和惡意連接檢測。

數(shù)據(jù)格式校驗是指，校驗數(shù)據(jù)格式是否符合私有協(xié)議，校驗位是否正確；

流量異常監(jiān)控是指，監(jiān)控車輛固定時間內的數(shù)據(jù)流量；

惡意連接檢測是指，檢測車端是否存在頻繁惡意斷開重連。

異常檢測模塊通過以太網(wǎng)與車端安全通信模塊及機群安全通信模塊連接。

進一步的，車端安全通信模塊與機群安全通信模塊之間采用路由表過濾方式進行通信，車端安全通信模塊與機群安全通信模塊均配置路由表，其中路由表白名單數(shù)據(jù)允許通過，路由表黑名單數(shù)據(jù)將被屏蔽。異常檢測模塊用于將檢測異常的車輛IP加入所述路由黑名單。

進一步的，車端安全通信模塊與機群安全通信模塊之間采用私有協(xié)議通信，其中私有協(xié)議格式參見圖3，至少包括消息頭、消息體和校驗位，消息體可選擇加密或不加密。

本發(fā)明的一個實施例提供的一種露天礦山車輛機群通信系統(tǒng)，如圖1所示，包括：

機群中心，根據(jù)無人車輛位置及運輸能力對無人車輛進行分組，將車輛IP同步至機群路由表及車端路由表；接收無人車輛發(fā)送來的通信數(shù)據(jù)，對接收到的數(shù)據(jù)進行編碼譯碼、加密解密，以及根據(jù)處理結果更新車輛狀態(tài)或其他業(yè)務處理。若遇到異常數(shù)據(jù)，則將異常數(shù)據(jù)發(fā)送至異常檢測模塊進行分析，如有必要根據(jù)處理結果更新路由表。

以及，

無人車輛，接收機群中心指令及同組內的其他車輛數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行編碼譯碼、加密解密，以及將處理結果發(fā)送至機群中心。若接收到的數(shù)據(jù)不符合通信協(xié)議或數(shù)據(jù)內容無法完成業(yè)務處理，通知異常檢測模塊進一步處理。

需要說明的是，無人車輛發(fā)送來的通信數(shù)據(jù)可以是登錄鑒權數(shù)據(jù)，參數(shù)及地圖同步數(shù)據(jù)，交通控制數(shù)據(jù)等。

需要說明的是，車輛狀態(tài)包括在線和離線，如果根據(jù)數(shù)據(jù)處理結果得到登錄指令，則車輛狀態(tài)更新為在線；如果根據(jù)數(shù)據(jù)處理結果得到登出指令或超時離線，則車輛狀態(tài)更新為離線狀態(tài)。

需要說明的是，機群中心接收的異常數(shù)據(jù)分為兩種：一、數(shù)據(jù)結構異常即數(shù)據(jù)不符合通信協(xié)議，二、數(shù)據(jù)內容異常即解析后的數(shù)據(jù)無法完成業(yè)務處理。

在一些實施例中，機群中心包括機群安全通信模塊；

機群安全通信模塊具體用于，根據(jù)無人車輛位置及運輸能力將無人車輛分為不同的運輸小組，將車端IP以路由表的形式分別存儲于機群通信調度器和車端通信調度器。在機群中心通信，根據(jù)路由表過濾車輛數(shù)據(jù)，根據(jù)私有協(xié)議編碼譯碼、加密解密數(shù)據(jù)；在發(fā)生異常的情況下執(zhí)行安全控制處理或更新路由表，將路由表中的異常車輛移除。

進一步的，機群通信調度器配置于機群中心，機群通信調度器用于在機群中心接收路由表中的白名單數(shù)據(jù)以及屏蔽路由表中的黑名單數(shù)據(jù)。車端通信調度器配置于無人車輛，車端通信調度器用于在車端通信接收路由表中的白名單數(shù)據(jù)以及屏蔽路由表中的黑名單數(shù)據(jù)。

進一步的，在機群執(zhí)行安全控制處理包括阻斷異常通信、重新與車端建立連接或對相關車輛下發(fā)控制指令；其中控制指令包括鳴笛、閃燈、減速和停車指令的任意一條或多條。

在一些實施例中，無人車輛包括車端安全通信模塊；

車端安全通信模塊具體用于：在通信過程中負責根據(jù)路由表過濾車輛數(shù)據(jù)，根據(jù)私有通信協(xié)議譯碼解密、加密編碼數(shù)據(jù)；在發(fā)生異常的情況下執(zhí)行安全控制處理或將異常情況發(fā)送至機群中心。

進一步的，在車端執(zhí)行安全控制處理具體包括鳴笛、閃燈、減速和停車中的任意一種或多種。

如圖2所示，本發(fā)明的一個實施例中，一種露天礦山無人車輛與機群中心通信過程，具體如下：

步驟S101: 機群安全通信模塊根據(jù)位置及運輸能力將車輛分為不同的運輸小組，分組信息以路由表的形式分別存儲于機群通信調度器和車端通信調度器。

路由表信息具體包含車輛ID 與車輛IP的對應關系及車輛所屬分組。

在一些實施例中，機群安全通信模塊收到數(shù)據(jù)后，機群通信調度器用于從接收到的數(shù)據(jù)中提取發(fā)送端的車輛ID以及車輛IP，如果車輛IP存在路由表中，則數(shù)據(jù)放行進入下一個環(huán)節(jié)。

步驟S102: 機群編碼譯碼器根據(jù)私有協(xié)議編碼解碼，加密解密數(shù)據(jù)。

在一些實施例中，機群編碼譯碼器收到數(shù)據(jù)后，首先進行譯碼，判斷數(shù)據(jù)格式是否符合私有協(xié)議以及校驗位是否正確，其次使用密鑰對消息體進行解密，最后把解析后的數(shù)據(jù)放行進入下一個環(huán)節(jié)。

步驟S103: 機群中心將符合私有協(xié)議并且校驗通過的數(shù)據(jù)輸出到消息中間件進行邏輯判斷和業(yè)務處理。

步驟S104: 在一些實施例中，機群中心在上述步驟S101-S103過程中發(fā)生異常情況，則在機群執(zhí)行安全控制處理，具體包括下發(fā)鳴笛、閃燈、減速和停車指令的一條或多條指令；或者更新車輛路由表并發(fā)送至組內所有車輛。其中異常情況包括數(shù)據(jù)處理錯誤或網(wǎng)絡異常中斷。

步驟S105: 機群中心的車輛狀態(tài)更新時，機群中心更新機群調度器路由表和車端調度器路由表。

在一些實施例中，機群中心任務編排具體包括：

在任務初期對不同分組分別下發(fā)不同的作業(yè)任務；在任務進行中，由于車輛或設備出現(xiàn)故障，需要臨時對分組車輛進行調整，對作業(yè)進度提前的分組適當移除部分車輛，對作業(yè)進度延誤的分組及時補充車輛。具體通信過程如下：

步驟S201:通知組內所有車輛更新車端調度器路由表。

步驟S202:車端編碼譯碼器對需發(fā)送的數(shù)據(jù)進行加密編碼，對接收的數(shù)據(jù)進行譯碼解密。

步驟S203:車端安全通信模塊將符合協(xié)議并且校驗通過的數(shù)據(jù)輸出到消息中間件進行業(yè)務邏輯處理。

步驟S204:在上述步驟S201-S203過程中發(fā)生異常情況時，在車端執(zhí)行安全控制處理，其中，安全控制處理包括鳴笛、閃燈、減速和停車中的任意一種或多種。

本領域內的技術人員應明白，本申請的實施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計算機程序產(chǎn)品。因此，本申請可采用完全硬件實施例、完全軟件實施例、或結合軟件和硬件方面的實施例的形式。而且，本申請可采用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲介質（包括但不限于磁盤存儲器、CD-ROM、光學存儲器等）上實施的計算機程序產(chǎn)品的形式。

本申請是參照根據(jù)本申請實施例的方法、設備（系統(tǒng)）、和計算機程序產(chǎn)品的流程圖和／或方框圖來描述的。應理解可由計算機程序指令實現(xiàn)流程圖和／或方框圖中的每一流程和／或方框、以及流程圖和／或方框圖中的流程和／或方框的結合?？商峁┻@些計算機程序指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備的處理器以產(chǎn)生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和／或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。

這些計算機程序指令也可存儲在能引導計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產(chǎn)生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和／或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。

這些計算機程序指令也可裝載到計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備上，使得在計算機或其他可編程設備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計算機實現(xiàn)的處理，從而在計算機或其他可編程設備上執(zhí)行的指令提供用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和／或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。

最后應當說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解：依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求保護范圍之內。

露天礦山車輛機群安全通信系統(tǒng).pdf