1、汽车网络物理系统的实时调度与安全保障

汽车网络物理系统的实时调度与安全保障

1. 汽车网络物理系统概述

现代车辆是复杂的网络物理系统（CPS），配备了数十到数百个相互连接的电子控制单元（ECU），用于管理各种车辆子系统。ECU 的功能范围广泛，从简单的车窗控制到复杂的高级驾驶辅助系统（ADAS）应用，如自适应巡航控制、车道保持辅助和碰撞避免等。随着自动驾驶的发展以及与外部系统连接性的不断增强，联网和自动驾驶车辆（CAV）已成为最复杂的汽车 CPS 之一。现代 CAV 生态系统的特点是 ECU 数量增加、软件复杂度提高以及高度复杂的异构车辆网络（车内和车外）。此外，汽车制造商为实现车辆完全自动驾驶的积极尝试，促使采用基于人工智能（AI）的技术进行高级感知和控制。

1.1 汽车 CPS 面临的挑战

这些范式转变导致整体复杂性增加，并对汽车 CPS 的性能和安全产生严重影响。主要挑战包括：
- 安全性 ：汽车 CPS 复杂性的增加给资源受限的 ECU 带来了巨大的开销，可能导致错过实时截止日期。对于安全关键的汽车应用来说，错过截止日期可能是灾难性的，而在未来的自动驾驶车辆中，这个问题将更加严重。因此，设计高效的技术以保证实时性能（即确保不违反截止日期和时间约束）对于确保汽车 CPS 的安全至关重要。
- 安全性 ：现代车辆连接性的增加使其极易受到各种复杂的网络攻击。然而，在资源受限的 ECU 上实施安全机制可能会导致额外的计算和通信开销，从而可能导致更多的截止日期错过。因此，设计适用于汽车系统的轻量级安全机制至关重要。此外，汽车网络攻击的复杂性不断增加，这需要开发能够检测这些复杂网络攻击的高级入侵检测系统（IDS）。