ПНСТ 461-2020. Предварительный национальный стандарт Российской Федерации. Интеллектуальные транспортные системы. Доступ к системам связи для наземных мобильных объектов (CALM). Архитектура

(утв. и введен в действие Приказом Росстандарта от 16.10.2020 № 75-пнст)

от 16 октября 2020 г. № 75-пнст

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным бюджетным образовательным учреждением высшего образования «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)»

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 57 «Интеллектуальные транспортные системы»

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 16 октября 2020 г. № 75-пнст

4 Настоящий стандарт разработан с учетом основных нормативных положений международного стандарта ИСО 21217:2014 «Интеллектуальные транспортные системы. Доступ к коммуникациям для наземных мобильных систем (CALM). Архитектура» (ISO 21217:2014 «Intelligent transport systems — Communications access for land mobiles (CALM) — Architecture», NEQ)

Правила применения настоящего стандарта и проведения его мониторинга установлены в ГОСТ Р 1.16-2011 (разделы 5 и 6).

Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии собирает сведения о практическом применении настоящего стандарта. Данные сведения, а также замечания и предложения по содержанию стандарта можно направить не позднее чем за 4 мес до истечения срока его действия разработчику настоящего стандарта по адресу: 125319 Москва, Ленинградский проспект, д. 64 и/или в Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии по адресу: 123112 Москва, Пресненская набережная, д. 10, стр. 2.

В случае отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты» и также будет размещена на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

Введение

Доступ к связи для сухопутной подвижной связи (CALM) — это сокращение, используемое для обозначения рабочих элементов ИСО ТС204 WG16. Эта аббревиатура используется в наименованиях набора международных стандартов связи для интеллектуальных транспортных систем (ИТС). В международных стандартах основное внимание уделено определению открытых интерфейсов с учетом функциональных возможностей, необходимых для всех соответствующих уровней и объектов эталонной архитектуры станции ИТС, указанных в настоящем стандарте, изложены подробности реализации в тех ситуациях, когда такие спецификации требуются для обеспечения взаимодействия интерфейсных протоколов.

Набор международных стандартов CALM предназначен для обеспечения функциональной совместимости экземпляров станций ИТС, которые основаны на концепции абстрагирования приложений и услуг от нижележащих уровней связи станции ИТС. Эта абстракция, а также функциональные возможности и услуги, которые могут быть легко реализованы, делают архитектуру станции ИТС, описанную в настоящем стандарте, также наиболее соответствующей при разработке и развертывании приложений и услуг ИТС, в процессе обмена информацией друг с другом для повышения безопасности, устойчивости и эффективности ИТС.

Набор международных стандартов CALM включает спецификации:

• для управления станцией ИТС;
• безопасности связи ИТС;
• протоколов уровня объектов станции ИТС;
• протоколов сетей и транспортного уровня ИТС;
• коммуникационных интерфейсов (CI), разработанных специально для приложений и услуг ИТС, таких как разработанные специально для безопасности жизни и имущества;
• сопряжения существующих технологий доступа со станциями ИТС;
• распределенных реализаций станций ИТС;
• сопряжения станций ИТС с существующими сетями связи и связи с их узлами.

В настоящем стандарте рассмотрена общая архитектурная структура станции ИТС и приведены ссылки на соответствующие международные стандарты, включая стандарты поддержки технологии доступа, различные стандарты сетевых и транспортных протоколов, стандарты оборудования и управления станциями ИТС и стандарты безопасности. Кроме того, рассмотрена общая архитектура одноранговой связи по различным коммуникационным сетям между узлами связи ИТС. Эти узлы могут быть станциями ИТС, как описано в настоящем стандарте, или другими достижимыми узлами.

Международные стандарты CALM дополняются международными стандартами связи ИТС, предоставленными другими организациями по разработке международных стандартов, и составляют основу для глобального внедрения сетей связи ИТС.

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на эталонную архитектуру связи узлов, именуемых «единицы станции ИТС», которая предназначена для развертывания в сетях связи интеллектуальных транспортных систем (ИТС). Эталонная архитектура станции ИТС описывается абстрактно. Хотя в настоящем стандарте описан ряд элементов станции ИТС, реализация конкретного элемента в модуле станции ИТС зависит от конкретных требований реализации связи.

Настоящий стандарт также распространяется на различные режимы связи для одноранговой связи по разным сетям между узлами связи ИТС. Эти узлы могут быть единицами станции ИТС или любыми другими достижимыми узлами.

Настоящий стандарт устанавливает минимальный набор нормативных требований для физического создания станции ИТС на основе принципов ограниченной защищенной управляемой области.

2 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

2.1 технология доступа: Технология, используемая в интерфейсе связи для доступа к конкретной среде.

2.2 блок данных приложения: Обмен данными между прикладными процессами станции ИТС.

2.3 уровень адаптации связи: Набор протоколов и функций для адаптации технологий доступа к сетевому и транспортному уровню станции ИТС.

2.4 интерфейс связи: Создание конкретной технологии доступа и протокола уровня доступа станции ИТС.

2.5 путь связи: Направленная последовательность узлов, соединенных ссылками, начиная с исходного узла и заканчивая одним или несколькими целевыми узлами.

2.6 интерфейс FA: Интерфейс между уровнем объектов станции ИТС и объектом приложений станции ИТС.

2.7 интерфейс IN: Интерфейс между уровнем доступа станции ИТС и сетевым и транспортным уровнями станции ИТС.

2.8 бортовая сеть: Общий термин для сети в транспортном средстве, которая не является внутренней станцией ИТС.

2.9 приложение ИТС: Создание службы ИТС, которая включает в себя ассоциацию двух или более дополнительных прикладных процессов станции ИТС.

Примечание - Фрагменты приложения могут также находиться в тех узлах, которые не являются станциями ИТС.

2.10 набор сообщений ИТС: Набор сообщений, предназначенных для реализации целей, связанных с функционированием ИТС.

2.11 сервис ИТС: Функциональность, предоставляемая пользователям интеллектуальных транспортных систем, разработанных для повышения безопасности, устойчивости, эффективности или комфорта.

2.12 станции ИТС: Функциональный объект, состоящий из уровня средств станции ИТС, уровня сети и транспорта, уровня доступа, объекта управления, объекта безопасности и объекта приложений, предоставляющих услуги ИТС.

Примечание - С абстрактной точки зрения термин «станция ИТС» относится к набору функций. Термин часто используют для обозначения реализации этих функций в физической единице. Правильное название физического экземпляра станции ИТС — это единица станции ИТС (ITS-SU).

2.13 уровень доступа ИТС: Уровень протокола в эталонной архитектуре ИТС, содержащий протоколы физического уровня и уровня канала OSI для связи ИТС.

2.14 блок данных протокола уровня доступа ИТС: Протокольный блок данных, которым обмениваются одноранговые уровни доступа ИТС.

2.15 сервисный блок данных уровня доступа ИТС: Блок служебных данных, которым обмениваются уровень доступа ИТС и сетевой и транспортный уровни ИТС.

2.16 маршрутизатор доступа станции ИТС: Граничный маршрутизатор станции ИТС с дополнительными функциями, который предоставляет другим узлам связи ИТС точку подключения к внешней сети.

2.17 технология доступа станции ИТС: Технология доступа, предназначенная для работы в станции ИТС.

2.18 приложение станции ИТС: Процесс приложения станции ИТС, находящийся в объекте приложения станции ИТС.

2.19 процесс подачи заявления в станции ИТС: Элемент в станции ИТС, который выполняет обработку информации для конкретного приложения и использует услуги станции ИТС для передачи и приема информации.

2.20 пограничный маршрутизатор станции ИТС: Маршрутизатор станции ИТС с дополнительными функциями, обеспечивающими подключение к другим узлам связи станции ИТС по внешним сетям.

2.21 блок связи станции ИТС: Физический блок в ITS-SU, содержащий часть или все функциональные возможности станции ИТС.

Примечание - Если ITC-SU состоит из одного физического блока, то ITC-SU и ITC-SCU идентичны. Если ITC-SU состоит из более чем одного ITC-SCU, эти ITC-SCU соединяются через внутреннюю сеть станции ИТС ITC-SU.

2.22 уровень объектов станции ИТС: Уровень в эталонной архитектуре станции ИТС, содержащий уровни 5 — 7 OSI, который соединяет приложения с сетевым и транспортным уровнями станции ИТС.

2.23 блок данных протокола уровня объектов станции ИТС: Протокольный блок данных, которым обмениваются одноранговые уровни станции ИТС.

2.24 блок данных сервисного уровня станции ИТС: Блок служебных данных, которым обмениваются уровень услуг и прикладной объект станции ИТС.

2.25 применение объекта станции ИТС: Процесс подачи заявок станции ИТС на уровне объектов станции ИТС.

2.26 шлюз станции ИТС: Узел станции ИТС, используемый для соединения двух разных стеков протоколов на уровнях 5 — 7 OSI.

Примечание - Шлюз станции ИТС может конвертировать между различными протоколами.

2.27 хост станции ИТС: Узел станции ИТС состоит из ее функций, отличных от функций маршрутизатора, пограничного маршрутизатора, мобильного маршрутизатора или шлюза станции ИТС.

2.28 внутренний маршрутизатор станции ИТС: Маршрутизатор станции ИТС, который соединяет две или более внутренних станций ИТС.

2.29 приложение управления станции ИТС: Процесс подачи заявления станции ИТС в объекте управления станции ИТС.

2.30 мобильный маршрутизатор станции ИТС: Граничный маршрутизатор станции ИТС с дополнительными функциями, позволяющими изменять точку подключения к внешней сети при сохранении непрерывности сеанса.

2.31 блок данных протокола сетевого и транспортного уровней станции ИТС: Протокольный блок данных, которым обмениваются одноранговые сети станции ИТС и транспортные уровни.

2.32 единица данных службы сетевого и транспортного уровня станции ИТС: Блок служебных данных, которым обмениваются сетевой и транспортный уровни и уровень объектов станции ИТС.

2.33 сетевой и транспортный уровни станции ИТС: Уровень в эталонной архитектуре станции ИТС.

2.34 узел станции ИТС: Узел, состоящий из набора функциональных возможностей в блоке станции ИТС-С, подключенный к внутренней сети станции ИТС или содержащий блок станции ИТС.

2.35 маршрутизатор станции ИТС: Узел станции ИТС, состоящий из функций маршрутизации модуля станции ИТС, используемого для соединения двух сетей и для пересылки пакетов, которые не адресованы ему.

2.36 приложение безопасности станции ИТС: Процесс приложения станции ИТС в объекте безопасности ИТС.

2.37 сервис станции ИТС: Коммуникационные функции станции ИТС, которые обеспечивают возможность подключения к другим узлам.

2.38 единица станции ИТС: Внедрение станции ИТС.

2.39 интерфейс MA: Интерфейс между объектом управления и приложениями станции ИТС.

2.40 средний: Физический объект, который поддерживает передачу сигналов, несущих информацию между узлами связи станции ИТС, например набор проводов, поддерживающих сигналы Ethernet, или пространство между двумя антеннами, поддерживающее электромагнитную, оптическую или акустическую передачу.

2.41 интерфейс MF: Интерфейс между объектом управления и уровнем средств станции ИТС.

2.42 интерфейс MI: Интерфейс между объектом управления и уровнем доступа станции ИТС.

2.43 интерфейс MN: Интерфейс между объектом управления и сетевым и транспортным уровнями станции ИТС.

2.44 интерфейс MS: Интерфейс между объектом управления и объектом безопасности станции ИТС.

2.45 интерфейс NF: Интерфейс между сетевым и транспортным уровнями и уровнем станции ИТС.

2.46 интерфейс SA: Интерфейс между объектом безопасности и приложениями станции ИТС.

2.47 интерфейс SF: Интерфейс между объектом безопасности и уровнем средств станции ИТС.

2.48 интерфейс SI: Интерфейс между объектом безопасности и уровнем доступа станции ИТС.

2.49 интерфейс SN: Интерфейс между объектом безопасности и сетевым и транспортным уровнями станции ИТС.

3 Сокращения

В настоящем стандарте использованы следующие аббревиатуры:

ИК — инфракрасный (Infra-Red);

ИТС — интеллектуальные транспортные системы (Intelligent Transport Systems);

КИТС — кооперативные ИТС (Cooperative ITS);

ADU — блок данных приложения (Application Data Unit);

API — интерфейс прикладного программирования (Application Programming Interface);

BSMD — ограниченный защищенный управляемый домен (Bounded Secured Managed Domain);

BSME — управляемый объект с ограниченной ответственностью (Bounded Secured Managed Entity);

CAL — уровни адаптации связи (Communication Adaptation Layer);

CALM — доступ к связи для наземных мобильных телефонов (Communications Access for Land Mobiles);

CI — интерфейс связи (Communication Interface);

DSRC — радиосвязь ближнего действия (Dedicated Short-Range Communication);

ETSI — Европейский институт телекоммуникационных стандартов (European Telecommunications Standards Institute);

FA — имя интерфейса между уровнем объектов станции ИТС и прикладным объектом станции ИТС (name of interface between ITS-S facilities layer and ITS-S application entity);

IN — имя интерфейса между уровнем доступа станции ИТС и сетевым и транспортным уровнями станции ИТС (name of interface between ITS-S access layer and ITS-S networking and transport layer);

IP — интернет-протокол (Internet Protocol);

IPv6 — интернет-протокол версия 6 (IP version 6);

ISO — Международная организация по стандартизации (International Standards Organization);

ITS-APDU — протокольный блок данных уровня доступа ИТС (ITS Station Access layer Protocol Data Unit);

ITS-ASDU — единица служебных данных уровня доступа к станции ИТС (ITS Station Access layer Service Data Unit);

ITS-FPDU — единица данных протокольного уровня станции ИТС (ITS Station Facility layer Protocol Data Unit);

ITS-FSDU — единица данных обслуживания на уровне станции ИТС (ITS Station Facility layer Service Data Unit);

ITS-NTPDU — единица протокольных данных сети и транспортного уровня станции ИТС (ITS Station Networking and Transport layer Protocol Data Unit).

Примечание - Устаревший термин ITS-NPDU используется в опубликованных стандартах в том же значении, что и ITS-NTPDU;

ITS-NTSDU — единица данных обслуживания сети и транспортного уровня станции ИТС (ITS Station Networking and Transport layer Service Data Unit);

ITS-SCU — блок связи станции ИТС (ITS-S Communication Unit);

ITS-SU — единица измерения станции ИТС (ITS-S Unit);

IVN — автомобильная сеть (In-Vehicle Network);

LCH — логический канал (Logical Channel);

LTE — долгосрочная эволюция (Long Term Evolution);

MA — имя интерфейса между объектом управления и приложениями станции ИТС (name of the interface between the ITS-S management entity and ITS-S applications);

MAE — управление адаптацией (Management Adaptation Entity);

MAP — наименование набора сообщений ИТС, используемого для передачи информации на цифровых картах, покрывающих область пересечений (name of an ИТС message set used to carry information on digital maps covering the area of intersections);

MF — имя интерфейса между объектом управления и уровнем средств станции ИТС (name of the interface between the ITS-S management entity and the ITS-S facilities layer);

MI — имя интерфейса между объектом управления и уровнем доступа станции ИТС (name of the interface between the ITS-S management entity and the ITS-S access layer);

MIB — база управленческой информации (Management Information Base);

MN — имя интерфейса между объектом управления и сетевым и транспортным уровнями станции ИТС (name of the interface between the ITS-S management entity and the ITS-S networking and transport layer);

MS — имя интерфейса между объектом управления и объектом безопасности станции ИТС (name of the interface between the ITS-S management entity and the ITS-S security entity);

NF — имя интерфейса между сетевым и транспортным уровнями и уровнем технических возможностей станции ИТС (name of the interface between the ITS-S networking and transport layer and the ITS-S facilities layer);

PCH — физический канал (Physical Channel);

PDM — управление данными зонда; имя набора сообщений ИТС (Probe Data Management; name of an ITS message set);

PDU — блок данных протокола (Protocol Data Unit);

POI — достопримечательность (Point of Interest);

PVD — зонд данных транспортного средства; имя набора сообщений ИТС (Probe Vehicle Data; name of an ITS message set);

SA — имя интерфейса между объектом безопасности и приложениями станции ИТС (name of the interface between the ITS-S security entity and ITS-S applications);

SAP — сервисная точка доступа (Service Access Point);

SDU — сервисный блок данных (Service Data Unit);

SF — имя интерфейса между объектом безопасности и уровнем средств станции ИТС (name of the interface between the ITS-S security entity and the ITS-S facilities layer);

SI — имя интерфейса между объектом безопасности и уровнем доступа станции ИТС (name of the interface between the ITS-S security entity and the ITS-S access layer);

SMIB — информационная база управления безопасностью (Security Management Information Base);

SN — имя интерфейса между объектом безопасности и сетевым и транспортным уровнями станции ИТС (name of the interface between the ITS-S security entity and the ITS-S networking and transport layer);

SOA — сервисно ориентированная архитектура (Service Oriented Architecture);

SPaT — фаза сигнала и синхронизация; имя набора сообщений ИТС (Signal Phase and Timing; name of an ITS message set);

SRM — сообщение запроса сигнала; имя набора сообщений ИТС (ITS Signal Request Message; name of an ITS message set);

SSM — сообщение о статусе сигнала; имя набора сообщений ИТС (Signal Status Message; name of an ITS message set);

TOPO — название набора сообщений ИТС, используемого для передачи информации на цифровых картах, покрывающих область пересечений (name of an ITS message set used to carry information on digital maps covering the area of intersections);

UMTS — универсальная система мобильной связи (Universal Mobile Telecommunication System).

4 Требования

Физическая реализация станции ИТС должна обеспечивать как минимум функциональные возможности хоста станции ИТС, указанные в 7.2.2, т.е. действующие только в качестве терминала, или хоста и маршрутизатора станции ИТС, указанные в 7.2.2.

Данная реализация включает в себя минимальный набор связанных процедур и принципов безопасности, которые могут быть проверены соответствующим органом, связанным с ИТС (см. [1]). Эти процедуры и принципы безопасности используют для того, чтобы позволить BSME утверждать уровень доверия к другим BSME в сети связи.

5 Обзор коммуникаций ИТС

5.1 Сервисы и приложения ИТС

Широкий спектр услуг и приложений, которые должны быть представлены в секторе ИТС, и глобальный изменяющийся во времени характер транспортирования приводят к проблемам в разработке систем связи для поддержки данных услуг и приложений. Одна из проблем заключается в поддержке различных требований, предъявляемых к коммуникациям, в отношении надежности, безопасности, задержки и других параметров производительности.

Кроме того, наличие нескольких приложений в блоке станции ИТС, одновременно конкурирующих за ресурсы связи, приводит к необходимости контролируемого доступа к этим ресурсам. Полезными средствами для решения данной проблемы являются, например, приоритеты приложений и сообщений и логические каналы.

5.2 Средства связи ИТС

Связь ИТС включает в себя взаимосвязь между множеством узлов связи ИТС на разных платформах, например транспортные средства (ТС), придорожное оборудование, портативные устройства, центры управления с использованием различных средств и методов (см. рисунок 1). Технологии доступа и сети используют для соединения станций на одноранговой основе, в определенных областях обслуживания ИТС. Например, каждое ТС на рисунке 1, подключенное к RSE через беспроводное соединение частотой 5 ГГц или ИК-порт, может обмениваться данными с ТС, подключенным к точке доступа беспроводной локальной сети.

Рисунок 1 — Примеры коммуникаций ИТС

5.3 Коммуникационные характеристики ИТС

Характеристики коммуникаций ИТС представлены в следующем перечне:

• мобильность станции ИТС приводит к сложным изменяющимся во времени сетевым топологиям и изменяющимся во времени свойствам каналов беспроводной связи (каналов замирания, скрытых узлов и т.д.);
• станции, подключенные через различные сети и технологии доступа, включая Интернет, различные публичные и частные сети, Bluetooth и WiFi, специальные технологии, такие как DSRC частотой 5,8 ГГц для дорожного толлинга;
• станция с множественным доступом и сетевыми технологиями, которая может поддерживать непрерывность сеанса путем изменения одного или обоих;
• две станции с разными технологиями доступа, с помощью которых можно устанавливать сквозное соединение;
• функциональные возможности связи на основе применения приложений ИТС с разными приоритетами, например безопасность дорожного движения, эффективность движения, мобильность и развлечение информацией, в отношении пропускной способности (скорости передачи данных), надежности связи, доступности связи;
• предоставление услуг, формируемых исходя из потребностей пользователя, например в отношении стоимости, конфиденциальности, безопасности связи;
• функционал, базирующийся на применении региональных норм и правил;
• применимость с учетом конкретных условий.

5.4 Коммуникационные связи ИТС

На рисунке 2 представлены сети, используемые в коммуникациях ИТС.

Рисунок 2 — Сетевое представление коммуникаций ИТС

На рисунке 2 представлены следующие сети:

• инфраструктурная сеть ИТС, состоящая из ITS-SU с (квази) статической топологией, например набор придорожных станций, соединенных волоконно-оптической магистралью;
• специальная сеть ИТС, состоящая из ITS-SU, в которой топология может быстро меняться, например ячеистая сеть (транспортных) станций, соединенных с помощью микроволновых технологий;
• локальная сеть передачи данных, например запатентованная бортовая сеть на основе технологии шины CAN или беспроводная сенсорная сеть 6LoWPAN;
• сеть общего доступа, например точка доступа WiFi или сотовые сети;
• частная сеть доступа, например собственная сеть операторов дорог;
• базовая сеть, например Интернет, виртуальная частная сеть.

Примечание — Внутренняя сеть станции ИТС не представлена на рисунке 2.

Инфраструктура ИТС и специальные сети ИТС — это сети, предназначенные для размещения и реализации услуг и приложений ИТС. Они связаны друг с другом, а также с сетями общего доступа, частного доступа и локальных данных через ITS-SU (см. рисунок 2). Концепция ITS-SU рассмотрена в разделе 7.

5.5 Сценарии соединения станции ИТС

Четыре основных сценария соединения между станциями ИТС идентифицированы (см. рисунки 3 - 6). Различие между этими сценариями основано на двух критериях:

• подключаются ли единицы станций ИТС к одноранговым станциям как с сетью, так и без нее;
• является ли одноранговой станция BSME, представленная в 7.1.

Данные различия в сценариях не учитывают определенные детали функционирования сети(ей) между узлами одноранговой станции.

Соединение по одному участку между двумя BSME показано на рисунке 3 и может представлять собой линию связи между двумя BSME TC, или между BSME TC и придорожным BSME, или между персональным BSME и BSME TC.

Рисунок 3 — Обмен данными между BSME и BSME при отсутствии

Соединение между двумя BSME по сети представлено на рисунке 4 и может быть одноранговой связью, включающей однопролетный канал связи от BSME к базовой станции сотовой сети, подключенной к Интернету, через который установлено соединение с центральным BSME.

Рисунок 4 — Соединение BSME с BSME по внешней сети

Соединение по одному участку между BSME и блоком станции ИТС, не реализующим принципы BSMD, показано на рисунке 5 и может представлять собой линию связи между бортовым блоком DSRC частотой 5,8 ГГц, реализованным в BSME ТС (см. [2]), и придорожным блоком DSRC частотой 5,8 ГГц.

Рисунок 5 — Соединение между станцией BSME и станцией ИТС

Соединение между BSME и модулем станции ИТС (без BSME), включающее сетевое соединение, показано на рисунке 6. Это может представлять собой, например, однопролетный канал связи от BSME к базовой станции сотовой сети, подключенной к Интернету, через который установлено соединение с блоком станции ИТС.

Рисунок 6 — Соединение между станцией BSME и станцией ИТС

ITS-SU (с реализацией принципов BSMD или без нее) может иметь несколько одновременно активных сессий, включающих определенный или все базовые сценарии соединения.

5.6 Концепция путей и потоков ИТС

Концепцию путей и потоков в ИТС используют в описании абстракции прикладных процессов станции ИТС (см. [3]) от услуг связи, доступных в станции ИТС. Данная концепция основана на аналогичных концепциях сетей IPv6 (см. [4]). Процедуры для определения доступных каналов связи и для отображения потоков на эти пути разделены на отдельные функции в рамках управления станцией ИТС.

Путь связи определен как направленная последовательность узлов, соединенных ссылками, начиная с исходного узла (VCI, который подключается к следующему узлу перехода) и заканчивая одним или несколькими узлами назначения. Следует отметить, что для двунаправленной связи существует два пути, т.е. по одному на каждой равноправной станции. Необходимо иметь в виду, что между источником и его назначением может быть несколько путей.

Тип потока — это набор требований и характеристик соединения, связанных с конкретным потоком.

Поток является идентифицируемой последовательностью пакетов данного типа потока, которые должны быть переданы одному или нескольким объектам по каналу связи. Каждый поток распознается идентификатором потока, который уникален в ITS-SU, и сопоставляется с данным каналом связи или набором доступных каналов связи.

Категории требований и целей связи, запрошенные процессом приложения станции ИТС для выбора соответствующего профиля связи и пути связи, включают, например, эксплуатационные, тип назначения, рабочие характеристики, финансовые требования, требования безопасности и протокол (см. [5]).

Следует отметить, что требования к связи будут соблюдаться на всех участках пути связи, так как сведения о возможностях всех узлов на конкретном пути могут отсутствовать.

На рисунке 7 показаны архитектурные компоненты (строительные блоки и потоки управляющих данных) станции ИТС, которые участвуют в процессе выбора пути. Аналогичная архитектура применена к процессу выбора профиля связи (см. [3]), представленного в 7.1.

Рисунок 7 — Архитектура коммуникационного профиля

Статус протоколов связи содержит постоянно обновляемые свойства и статус:

• различные CI и VCI на уровне доступа станции ИТС;
• протоколы и параметры на сетевом и транспортном уровнях станции ИТС и протоколы, функции и параметры на уровне средств станции ИТС.

Данный статус обновляется через MI-SAP, MN-SAP и MF-SAP.

Требования и цели, сформированные в процессе подачи заявок на станцию ИТС, например из ее приложений с помощью API или из приложений ее объекта посредством MF-SAP (см. [3]), содержатся в требованиях и целях приложений станции ИТС.

Примечание — При выборе пути необходимо применение дополнительных таблиц [5], не приведенных на рисунке 7.

6 Обзор станции ИТС

6.1 Концепция станции ИТС

Концепция станции ИТС основана на абстракции процессов приложений ИТС от протоколов связи, обслуживающих данные процессы, а также на способности безопасно управлять процессами приложений ИТС и протоколами связи. Данная концепция воплощена в абстрактном определении станции ИТС в качестве BSMD, т.е. доверенной станции ИТС, представленной в настоящем стандарте. Создание экземпляра доверенной станции ИТС именуют BSME, если характер доверия реализации является релевантным. В общем случае создание экземпляра станции ИТС именуют «модуль ИТС» (ITS-SU).

Примечание — В настоящем стандарте наименование «станция ИТС» основано на принципах BSMD. Общая классификация станций, используемых в ИТС, выходит за рамки настоящего стандарта. Общее высокоуровневое описание связи в КИТС представлено в [6].

Характерной особенностью концепции станции ИТС, которая отличает ее от концепции традиционных систем связи, является то, что процессы приложений абстрагируются как от технологий доступа, которые обеспечивают беспроводное соединение, так и от сетей, которые транспортируют информацию от источника к месту(ам) назначения. Станции ИТС не ограничены ни единой технологией доступа, ни конкретным сетевым и транспортным протоколами. ITS-SU могут реализовывать любые из тех технологий, которые поддерживаются посредством соответствующих спецификаций адаптации.

Несмотря на то что вышеприведенная абстракция пригодна для большинства прикладных процессов, однако она не препятствует прикладным процессам запрашивать конкретный профиль связи, который следует учитывать в процессе выбора профиля связи (см. [3]), или задавать параметры связи на основе пакетов.

Гибкость, с которой управление станцией ИТС должно оптимально использовать ее доступные ресурсы (коммуникационные среды и протоколы более высокого уровня), является одной из ключевых функций обеспечения связи и приложений ИТС. Средства для назначения (динамического) прикладных процессов станций ИТС средам связи и протоколам сетевого и транспортного уровней приведены в [1], [3], [5] и [7]. Для использования этой гибкости BSMD-совместимые системы предоставляют возможность поддержки передачи различных типов, включая те из них, которые связаны:

• с изменением CI (который может включать или не включать изменение технологии доступа), так как узлы ITS-SU могут иметь несколько интерфейсов связи, использующих одинаковую технологию доступа;
• реконфигурацией или изменением сети, используемой для обеспечения возможности соединения;
• как с изменением интерфейса связи, так и с реконфигурацией сети.

Архитектура передачи обслуживания приведена в [8].

Для того чтобы четко следовать требованиям безопасности процессов приложений ИТС, связанных с безопасностью жизни и имущества, концепция станции ИТС обеспечивает безопасную одноранговую связь между объектами, которые имеют собственную защиту и могут управляться удаленно. Несмотря на абстрактность определения, оно имеет конкретные физические последствия. Ограниченный характер связан с требованием обеспечения обмена данными между станциями ИТС, т.е. на одноранговой основе, а также с теми устройствами, которые не защищены. Для достижения этого безопасным способом часто необходимы распространение и хранение материалов, связанных с безопасностью, которые должны быть защищены в границах станции ИТС, что и приводит к защищенному характеру объекта. Существует большая гибкость для достижения установленных коммуникационных целей, следует управлять этой гибкостью. Таким образом, станции ИТС называют ограниченными защищенными управляемыми доменами (BSMD).

6.2 Архитектура станции ИТС

6.2.1 Обобщенная модель OSI

Эталонная модель взаимосвязи открытых систем ИСО (см. [9]) соотнесена с архитектурой связи станции ИТС, воплощенной концепции станции ИТС. Несколько уровней абстракции использованы для демонстрации разных точек зрения.

На рисунке 8 показана общая эталонная архитектура станции ИТС, включая интерфейсы (IN, NF, FA, MN, MF, MA, SI, SN, SF, SA, MS, API) между различными блоками с информационными блоками. Такие интерфейсы могут быть частично ненаблюдаемыми и, следовательно, непроверяемыми точками доступа к услугам (SAP), или наблюдаемыми и тестируемыми интерфейсами (например, plug-and-play), или API.

Рисунок 8 — Эталонная архитектура ИТС

Упрощенное представление эталонной архитектуры станции ИТС показано на рисунке 9.

Рисунок 9 — Упрощенная эталонная архитектура станции ИТС

Примечание — Интерфейсы MA, FA и SA отсутствуют на рисунке 9, так как их функциональность представлена в API.

Блоки на рисунках 8 и 9 содержат следующие функциональные возможности:

• уровень доступа станции ИТС («Доступ») состоит из уровней 1 (физического) и 2 (канала данных) стека протоколов связи OSI;
• сетевой и транспортный уровни станции ИТС («Сеть и транспорт») состоят из уровней 3 (сеть) и 4 (транспорт) OSI стека протоколов связи OSI;
• уровень средств станции ИТС («Объекты») состоит из уровней 5 (сеанс), 6 (представление) и 7 (приложение) стека протоколов связи OSI;
• объект управления станции ИТС («Управление») содержит функции управления станцией;
• объект безопасности станции ИТС («Безопасность») состоит из услуг безопасности, предоставляемых стеку протоколов связи OSI и объекту управления ИТС-С;
• прикладной объект станции ИТС («Приложения») использует стек протоколов связи OSI.

Функциональные блоки, представленные на рисунках 8 и 9, взаимосвязаны либо через наблюдаемые интерфейсы, либо через сервисные точки доступа к услугам (SAP) согласно [7], [10] и [11], либо через API. Идентификаторы этих интерфейсов приведены на рисунках 8 и 9.

Реализации станции ИТС, называемых блоками станции ИТС, составляют конечные точки пути связи. Предполагается, что блок станции ИТС, спроектированный и сконфигурированный для предоставления одной или нескольких конкретных услуг ИТС пользователю, обеспечит функциональные возможности вышеперечисленных блоков (см. рисунки 8 и 9), необходимые для оказания этих услуг ИТС. Некоторые из функций в различных блоках могут быть неприменимы и, следовательно, не должны быть реализованы. Например, определенным прикладным процессам станции ИТС-С может не потребоваться специальная поддержка со стороны уровня или от объекта безопасности станции ИТС. Необходимость создания конкретных функций не подразумевает их фактическую реализацию. Эти функциональные возможности блоков могут быть распределены по нескольким физическим устройствам или реализованы внутри одного устройства в соответствии с настоящим стандартом.

6.2.2 Станционные узлы ИТС

ITS-SU содержит ITS-SCU, подключенные через внутреннюю сеть станции ИТС (см. 7.2.4). Функциональные возможности, содержащиеся в ITS-SCU, могут быть выражены функциональными возможностями одного или нескольких узлов станции ИТС, как показано в приложении А. Идентифицированы следующие узлы станции ИТС:

а) маршрутизатор станции ИТС:

1. пограничный маршрутизатор станции ИТС:

• маршрутизатор доступа,
• мобильный роутер;

2. внутренний маршрутизатор станции ИТС;

б) хост станции ИТС;

в) шлюз станции ИТС.

Далее приведены следующие определения узлов станции ИТС:

• маршрутизатор станции ИТС — это узел станции ИТС с функциями маршрутизации станции ИТС, используемыми для соединения двух сетей и для пересылки пакетов, которые не были адресованы явно (см. рисунок 10), который представлен на примере внутренней сети А станции ИТС и внешней сети Б.

Рисунок 10 — Маршрутизатор станции ИТС

• граничный маршрутизатор станции ИТС — это маршрутизатор станции ИТС с дополнительными функциями, обеспечивающими подключение к другим узлам связи ИТС через внешние сети (сеть Б на рисунке 10);
• маршрутизатор доступа станции ИТС — это граничный маршрутизатор станции ИТС с дополнительными функциями, который предоставляет другим узлам связи ИТС точку подключения к внешней сети;
• мобильный маршрутизатор станции ИТС — это пограничный маршрутизатор станции ИТС с дополнительными функциями, которые позволяют изменять точку подключения к внешней сети при сохранении непрерывности сеанса;
• внутренний маршрутизатор станции ИТС — это маршрутизатор станции ИТС, который соединяет две внутренние сети ИТС или более;
• хост станции ИТС — это узел станции ИТС с функциональными возможностями станции ИТС, отличными от функциональных возможностей ее маршрутизатора, пограничного маршрутизатора, мобильного маршрутизатора или шлюза, т.е. не способный пересылать пакеты, не явно адресованные самому себе.

Примечание - Будучи узлом станции ИТС, хост станции ИТС обладает функциональными возможностями связи для соединения по крайней мере с одной сетью, хотя функции маршрутизации не являются частью функциональности хоста станции ИТС;

• шлюз станции ИТС соединяет стек внешних протоколов с объектом управления, или с уровнем средств, или с сетевым и транспортным уровнями станции ИТС и таким образом по умолчанию поддерживает также прямую маршрутизацию к Интернету, который обеспечивает сквозную связь. Шлюз станции ИТС может преобразовывать разные протоколы. Стек протоколов на рисунке 11 подключен к внутренней сети станции ИТС. Стек протоколов с левой стороны на рисунке 11 - к внешней сети.

Примечание - Внешняя сеть может быть частной сетью, т.е. ее техническая спецификация может быть недоступна для общественности.

Рисунок 11 — Пример шлюза станции ИТС на уровне ее объектов

6.2.3 Единицы протокольных и служебных данных в стеке протоколов станции ИТС

На рисунке 12 показана передача следующих блоков данных, т.е. сервисных блоков данных (SDU) и блоков данных протокола (PDU), через стек связи станции ИТС двух одноранговых станций ИТС, осуществляющих взаимосвязь друг с другом, и группировку уровней протоколов, используемых в ИТС:

• уровни с 5 по 7 сеанса OSI, представления и приложений OSI содержат уровень средств станции ИТС;
• сетевой и транспортный уровни 3 и 4 OSI составляют сетевой и транспортный уровни станции ИТС;
• уровни 1 и 2 OSI физического интерфейса и управления линией связи содержат уровень доступа станции ИТС.

Примечание — Именование и использование SDU и PDU следуют принципам, изложенным в [9].

PDU, которыми обмениваются одноранговые уровни доступа станции ИТС, именуют ITS-APDU; PDU, которыми обмениваются одноранговые сети станции ИТС и транспортные уровни, — ITS-NTPDU; PDU, которыми обмениваются одноранговые уровни станции ИТС, — TS-FPDU. Единицы данных, которыми обмениваются приложения станции ИТС, называются ADU. Точно так же сервисные блоки данных вводятся для связи ИТС с именами ITS-FSDU, ITS-NTSDU и ITS-ASDU.

6.2.4 Распределенные реализации ролей станции ИТС

Реализацию функциональности станции ИТС именуют единицей станции ИТС (ITS-SU).

Примечание - Термин «станция ИТС» часто используют как синоним термина «ITS-SU».

Роли станции ИТС могут быть реализованы в физических блоках, которые взаимосвязаны через внутреннюю сеть станции ИТС, представленную на рисунке 2. Такой физический блок именуют блоком связи станции ИТС (ITS-SCU). Каждый ITS-SCU может иметь уникальный адрес внутри. Как правило, ITS-SCU является реализацией, например, хоста, маршрутизатора, шлюза, пограничного маршрутизатора станции ИТС или смеси этих функциональных элементов, т.е. каждый ITS-SCU составляет узел ИТС-С, указанный в 7.2.2.

Примечание — Детали ITS-SCU приведены в [12].

Распределенные и комбинированные реализации ролей станции ИТС представлены для ролей хоста станции ИТС и маршрутизатора станции ИТС на рисунках 13 - 15.

На рисунке 13 показаны две ITS-SU без внутренних сетей ИТС, которые связаны между собой через беспроводную линию ИТС.

Рисунок 13 — Архитектура реализации I

На рисунке 14 показаны две ITS-SU с внутренними сетями ИТС, которые связаны между собой через беспроводную линию ИТС.

Рисунок 14 — Архитектура реализации II

На рисунке 15 показаны две ITS-SU, где ITS-SU A имеет внутреннюю сеть станции ИТС и где ITS-SU B не имеет внутренних сетей станции ИТС. Две ITS-SU связаны между собой через беспроводную линию ИТС.

Рисунок 15 — Архитектура реализации III

Более подробно детали реализации изложены в приложении Б.

7 Детали элементов эталонной архитектуры станции ИТС

7.1 Интерфейсы станции ИТС

7.1.1 Способы реализации

Интерфейс для приложений ИТС, как правило, реализуется как API; другие интерфейсы — как SAP.

Примечание — API зависит от операционной системы, для которой он предназначен.

7.1.2 Интерфейсы управления станции ИТС

Интерфейсы управления станции ИТС перечислены ниже (см. также [11]):

• MI, который позволяет объекту управления станции ИТС взаимодействовать с уровнем доступа станции ИТС (уровни 1 и 2 OSI);
• MN, который позволяет объекту управления ИТС-С взаимодействовать с сетевым и транспортным уровнями станции ИТС (уровни 3 и 4 OSI);
• MF, который позволяет объекту управления ИТС-С взаимодействовать с уровнем станции ИТС (уровни OSI с 5 по 7);
• MS, который позволяет объекту управления станции ИТС напрямую взаимодействовать с объектом безопасности станции ИТС;
• MA, который позволяет объекту управления станции ИТС напрямую взаимодействовать с объектом приложения станции ИТС.

7.1.3 Интерфейсы безопасности станции ИТС

Интерфейсы безопасности станции ИТС перечислены ниже:

• SI, который позволяет объекту безопасности станции ИТС взаимодействовать с уровнем доступа станции ИТС (уровни OSI 1 и 2);
• SN, который позволяет объекту безопасности ИТС-С взаимодействовать с сетевым и транспортным уровнями станции ИТС (уровни 3 и 4 OSI);
• SF, который позволяет объекту безопасности станции ИТС взаимодействовать с уровнем объектов станции ИТС (уровни OSI с 5 по 7);
• SA, который позволяет объекту безопасности станции ИТС взаимодействовать с объектом приложения станции ИТС.

7.1.4 Интерфейсы связи станции ИТС

Интерфейсы связи станции перечислены ниже (см. также [7] и [8]):

• IN, который позволяет сетевому и транспортному уровням и уровню доступа станции ИТС взаимодействовать друг с другом;
• NF, который позволяет уровню средств и сетевому и транспортному уровням станции ИТС взаимодействовать друг с другом;
• FA, который позволяет уровню объектов взаимодействовать с приложениями станции ИТС.

7.1.5 Интерфейс прикладного программирования станции ИТС

Интерфейс прикладного программирования (API) представляет собой реализацию интерфейсов MA, FA и SA, которые соединяют приложения станции ИТС с уровнем средств и объектами безопасности и управления станции ИТС.

7.2 Уровень доступа станции ИТС

7.2.1 Технологии доступа

Уровень доступа станции ИТС является частью ее эталонной архитектуры (см. рисунок 16).

Рисунок 16 — Эталонная архитектура станции ИТС (уровень

Уровень доступа станции ИТС обеспечивает средства для соединения между объектами как внутри, так и за пределами станции с помощью интерфейсов. Различают следующие четыре класса интерфейсов:

в) беспроводные интерфейсы для внутренней связи станции;

г) проводные интерфейсы для внутренней связи между станциями.

В настоящем стандарте представлены следующие технологии беспроводного доступа:

• ИК-свет;
• микроволны на частоте 5 ГГц на основе IEEE Std 802.11 (M5), (ITS-G5), (WAVE);
• миллиметровые волны (ММ) на частоте 60 ГГц.

Коммуникации ИТС (см. рисунок 1) разработаны специально для приложений и услуг ИТС и определены в различных стандартах ИТС. Такие технологии доступа получили наименование технологии доступа станции ИТС.

Технологии доступа на рисунке 1 следующие:

• спутниковые сети;
• сотовые системы 2G;
• сотовые системы 3G (UMTS);
• сотовые системы 4G (LTE);
• IEEE 802.16;
• HC-SDMA;
• IEEE 802.15.

Для данных технологий доступа может потребоваться адаптация (см. [7]) для взаимодействия с объектом управления с объектом безопасности станции ИТС и с сетевым и транспортным уровнями станции ИТС. Эталонная архитектура предоставлена на рисунке 8.

Регионально определенные системы DSRC могут поддерживаться в ITS-SU. Услуги, основанные на стандартах DSRC, могут поддерживаться в среде ИТС (см. [2]).

Сведения о местоположении спутниковых сетей, таких как GPS, GALILEO или ГЛОНАСС, могут принимать и направлять соответствующие процессы приложения станции ИТС.

Технологии доступа, показанные на рисунках 1, 8 и 16 и перечисленные выше, являются примерами технологий, наиболее соответствующих станции ИТС. Архитектура станции ИТС совместима с множеством других технологий доступа, не перечисленных в настоящем стандарте.

7.2.2 Подробности уровня доступа станции ИТС

На рисунке 17 показаны подробности уровня доступа станции ИТС.

Рисунок 17 — Элементы уровня доступа станции ИТС

• из физического (PHY) уровня OSI и канального уровня OSI (DLL);

• следующих интерфейсов: - MI — для объекта управления станции ИТС, - SI — для объекта безопасности станции ИТС,
• IN — для сетевого и транспортного уровней станции ИТС (см. [7]), как показано на рисунке 17.

Уровень канала передачи данных состоит из подуровней MAC и LLC (см. [7]). Как правило, для каждого уровня PHY существует выделенный подуровень MAC. Подробности подуровней MAC обычно взаимосвязаны со стандартами уровня PHY.

Уровень адаптации связи (CAL) предоставляет IN-SAP (см. [7]) для любого экземпляра уровня канала передачи данных. Клиентская лицензия может быть интерпретирована как расширение существующего протокола LLC или MAC. Объект адаптации управления (MAE) предоставляет MI-SAP. Варианты реализации CAL и MAE зависят от технологии доступа.

Роль объекта адаптации безопасности (SAE) заключается в предоставлении общего интерфейса для объекта безопасности. Варианты реализации SAE зависят от технологии доступа.

Реализацию технологии доступа именуют интерфейсом связи (CI) (концепция CI см. [7]). ITS-SU содержит один или несколько элементов конфигурации.

Необходимость поддерживать однопролетные ссылки с разными физическими характеристиками, например мощность передачи через один CI, приводит к использованию концепции виртуальных интерфейсов связи (VCI).

Примечание — Подробная информация о VCI приведена в [7].

7.2.3 Логические каналы

CI обеспечивают функционирование физических каналов связи (PCH), которые отображаются на один или несколько логических каналов (LCH) посредством управления станцией ИТС. Отображение LCH в PCH зависит от требований логических каналов и свойств физических каналов. Несколько LCH могут быть сопоставлены с одним PCH.

Ниже приведен список некоторых потенциально полезных LCH в системе связи:

• канал управления CCH, по которому происходит распространение или обмен основной информацией канала управления, информацией о связи и информацией управления приложениями;
• канал рекламы услуг SaCH, в котором предлагаемые в настоящее время приложения и услуги рекламируются станцией с ролью поставщика услуг;
• служебные каналы SCH, с помощью которых происходят одноранговые обмены ADU и могут распространяться сообщения;
• каналы безопасности SfCHs, в которых происходит распространение или обмен важной информацией о безопасности жизни и имущества. Концепция логических каналов обеспечивает повышенную гибкость приоритизации приложений и сообщений (см. [1], [3]). Например, создание логического канала безопасности SfCH позволяет регулирующему органу указывать, что такой канал зарезервирован только для обменов, связанных с безопасностью, и затем давать характеристики физических каналов, на которые SfCH может быть сопоставленным (например, предназначенным только для обеспечения безопасности), предоставляя разработчикам системы возможность максимизировать пропускную способность канала путем соответствующей настройки параметров RF.

Как описано в 6.6, процессам приложения станции ИТС назначается один или несколько потоков, применяемых для идентификации ресурсов связи, которые должны быть использованы при передаче пакета данных PDU. Данный поток может быть отображен исключительно на один логический канал.

7.2.4 Приоритизация

Приоритизация запросов на передачу на уровне доступа станции ИТС используется для обработки множества потоков, связанных с процессами приложения ИТС в станции ИТС, которые конкурируют за доступ к одному и тому же физическому каналу связи в станции ИТС. В станции ИТС приоритизация может иметь место в CAL, подуровне LLC и подуровне MAC, и то, где это происходит, зависит от деталей уровня доступа станции ИТС и реализованной CAL. Реализация внутри CAL необходима, когда ни подуровни MAC, ни LLC не обеспечивают механизм приоритизации. Приоритеты, устанавливающиеся в нескольких слоях. Совокупный эффект эквивалентен (возможно, многоуровневой) буферизации пакетов для передачи с разными критериями для передачи пакетов между буферами в подуровнях.

7.2.4.1 Внутренний конфликт на станции

Внутренняя конкуренция за ресурсы — в значительной степени проблема реализации. В распределенных реализациях станции ИТС может возникнуть конфликт за доступ к среде (внутренняя сеть станции), используемой для обмена информацией между узлами станции ИТС, и может быть ограничена возможность хранения данных (заполнение буферов). Решение таких вопросов зависит от реализации, в процессе которой могут быть использованы различные стандарты.

7.2.4.2 Внешний конфликт на станции

Последний арбитр в цепочке механизмов приоритизации от CAL до PHU является в конечном счете ответственным за обеспечение физического доступа к каналу. Как правило, это будет происходить на подуровне MAC данной технологии доступа, так как в нем предоставляется информация о текущей активности на физическом канале. Кроме того, следует также учитывать приоритеты PDU, отправляемые процессами приложения станции ИТС. При отсутствии согласованной на глобальном уровне схемы для такой расстановки приоритетов необходимы средства для создания отображений между различными схемами расстановки приоритетов (см. 256-уровневая схема приоритетов на уровне доступа станции ИТС в [7]). Отображение уровней 256 и 8 на уровне 4 зависит от реализации (несмотря на то что заданы значения по умолчанию).

7.3 Сетевой и транспортный уровни станции ИТС

7.3.1 Детали сетевого и транспортного уровней станции ИТС

Сетевой и транспортный уровни станции ИТС являются частью эталонной архитектуры станции ИТС (см. рисунок 18).

Рисунок 18 — Эталонная архитектура станции ИТС (сетевой и транспортный уровни станции ИТС)

На рисунке 19 показаны элементы сетевого и транспортного уровней станции ИТС.

станции ИТС

Сетевой и транспортный уровни станции ИТС состоят:

• элементов адаптации (MAE, SAE) при необходимости, например агент адаптации IPv6;

  - <a id="p100393"></a>SN - к объекту безопасности ИТС-С,

• IN — к уровню доступа ИТС-С (см. [7]),
• NF — на уровне объектов ИТС-С (см. [7]), как показано на рисунках 8, 18 и 19.

7.3.2 Сетевые протоколы

Сетевой уровень OSI соединяет канальный уровень OSI с транспортным уровнем OSI. При этом может поддерживаться несколько необязательных и дополнительных сетевых протоколов, работающих независимо друг от друга:

• интернет-протоколы;
• IPv4, который является наиболее широко используемой версией протокола IP. Однако адресное пространство IPv4 исчерпано, и IPv4 не полностью соответствует требованиям развертывания КИТС;
• IPv6, который предоставляет функции поддержки требований КИТС и имеет практически неограниченное адресное пространство;
• для поддержки связи с системами на основе IPv4 можно использовать механизмы перехода IPv4 — IPv6;
• 6LoWPAN;
• другие протоколы:
• протокол быстрой сети и транспортного уровня FNTP (см. [8]),

  предназначенный  для  прикладных  процессов  станции   ИТС   с   жесткими
  временными ограничениями  и  требованиями  к  низкой  задержке,  например
  критичные по времени  приложения,  связанные  с  безопасностью.  FNTP  не
  предоставляет сетевых возможностей  на  сетевом  и  транспортном  уровнях
  станции  ИТС,   но   использует   MAC-адреса   технологий   доступа   для

идентификации узлов в сети,

• протокол коротких сообщений WAVE (WSMP) (см. [9]), предназначенный

  для прикладных процессов станции ИТС с жесткими временными  ограничениями
  и требованиями  к  низкой  задержке,  например   критичные   по   времени

приложения, связанные с безопасностью, - GeoNetworking, использующий геокоординаты для определения целевых областей возможных станций назначения. Основы геосетей разработаны в рамках исследовательского проекта EC GeoNet.

Туннелирование сетевого протокола A поверх сетевого протокола B эквивалентно инкапсуляции сетевого протокола A в сетевой протокол B, например туннелирование IPv6 через геосеть.

7.3.3 Транспортные протоколы

Транспортный уровень OSI связывает сетевой уровень OSI с уровнем средств станции ИТС и обеспечивает прозрачную передачу данных между соединяющимися объектами.

Различные транспортные протоколы могут быть использованы для соблюдения требований связи станции ИТС, например:

• протокол пользовательских дейтаграмм UDP;
• протокол управления передачей TCP;
• протокол быстрой сети и транспортного уровня FNTP (см. [8]);
• базовый транспортный протокол BTP.

7.4 Уровень объектов станции ИТС

7.4.1 Детали уровня объектов станции ИТС

Уровень средств станции ИТС является частью эталонной архитектуры станции ИТС (см. рисунок 20).

Рисунок 20 — Эталонная архитектура станции ИТС (уровень средств станции ИТС)

На рисунке 21 представлены элементы уровня объектов станции ИТС.

Уровень объектов станции ИТС состоит:

• из сеанса OSI, презентации и прикладного уровня, обеспечивающего поддержку приложений, информационную поддержку, поддержку связи и поддержку сеансов;
• следующих интерфейсов:

  - <a id="p100426"></a>MF - для объекта управления ИТС-С,

  - <a id="p100427"></a>SF - для объекта безопасности ИТС-С,

  - <a id="p100428"></a>FA - для объекта приложения ИТС-С (через API),

• NF — для сетевого и транспортного уровней станции ИТС (см. [8]).

7.4.2 Средства станции ИТС

Средства станции ИТС могут включать в себя следующие функции, которые отображаются на прикладном уровне OSI, уровне представления и уровне сеанса:

• общий HMI для представления информации пользователю системы, например водителю ТС, через аппаратное и микропрограммное обеспечение HMI;
• представление данных для кодирования и декодирования сообщений в соответствии с используемым формальным языком (например, ASN.1);
• предоставление информации о географическом положении (долгота, широта, высота) ITS-SU и фактическом времени;
• ссылку на местоположение и отметку времени данных;
• локальную динамическую карту LDM, которая включает в себя совместную систему для критически важных приложений безопасности дорожного движения и поддержку объединения данных из разных источников и их обновления;
• поддержку прикладных процессов станции ИТС, включая загрузку и активацию нового прикладного программного обеспечения и обновление установленного программного обеспечения (см. [1]);
• протоколы приложений SOA для слабосвязанных, ориентированных на бизнес- и сетевых сервисов, например основанные на SOA веб-сервисы. Это средство поддерживает приложения, использующие внутренние сервисы, с такими функциями, как установление сеанса с бэкендом, обработка неожиданных потерь сеанса из-за мобильности ITS-SU и поддержание сеанса во время передачи обслуживания;
• обработку и передачу информации между станциями ИТС;
• распространение общего сообщения процессами приложений станции ИТС, находящимися на уровне объектов станции ИТС (приложения объектов станции ИТС);
• сообщения о событиях, которые направляются после обнаружения определенных событий. Правила определения охвата распространения, повторения или отмены сообщений о событиях зависят от конкретных событий: - децентрализованное экологическое уведомление (DENM), - группа экспертов по транспортному протоколу, дорожные сообщения (TPEG-RTM), - сообщение «Фаза и время сигнала» (SPaT), - сообщения MAP и ToPo, содержащие информацию о пересечении цифровых карт, - сообщение в транспортном средстве, - контекстное сообщение о скорости, - сообщение «Управление данными зонда» (PDM), - сообщение «Данные транспортного средства зонда» (PVD), - сообщение запроса сигнала (SRM), - сообщение о статусе сигнала» (SSM), - сообщения из набора сообщений данных датчика;
• сообщения, которые будут отправляться периодически: - сообщение о совместной кооперации (CAM), - основное сообщение безопасности (BSM), - сервисное рекламное сообщение (SAM), например уведомления о точках интереса (POI),
• сообщение «WAVE Service Advertising» (WSA) (см. [9]);
• сообщения для управления установлением сеанса и примеры, являющие SAM и CTX;
• повторную передачу сообщений;
• географическое распространение сообщений, т.е. распространение сообщений в определенное географическое местоположение, а не на адрес или адреса физического устройства;
• проверку актуальности полученной информации;
• службы на базе DSRC частотой 5,8 ГГц, например для обеспечения эффективного сосуществования между беспроводными коммуникациями DSRC и технологиями связи ИТС и тем самым для поддержки плавного перехода от коммуникаций DSRC к коммуникациям ИТС, и выбор режимов адресации на нижних уровнях;
• подключение к объекту приложения станции ИТС путем предоставления интерфейса FA для API;
• подключение к сетевому и транспортному уровням станции ИТС с использованием услуг NF-SAP;
• другие функции.

7.5 Управляющий объект ИТС-С

7.5.1 Сведения об объекте управления

Объект управления станции ИТС является частью эталонной архитектуры станции ИТС, как показано на рисунке 22.

Рисунок 22 — Эталонная архитектура станции ИТС (объект управления)

Объект управления станции ИТС состоит:

• из различных протоколов управления;

• поддержки внутренних коммуникаций управления ИТС между ITS-SCU;

  - <a id="p100477"></a>MN - для сетевого и транспортного уровня станции ИТС,
  - <a id="p100478"></a>СЧ - для уровня объектов станции ИТС,
  - <a id="p100479"></a>MS - для объекта безопасности станции ИТС,
  - <a id="p100480"></a>MA - для объекта приложения станции ИТС (через API).

Управление станции ИТС отличает:

• дистанционное управление станции ИТС;
• местное управление станции ИТС;
• управление внутри станции ИТС;
• управление в целом ITS-SU, охватывающее несколько ITS-SCU.

7.5.2 Функциональность управления

Управление включает в себя протоколы:

• для управления нормативной информацией (RI) и политикой (см. [7], [1]), связанной, например, с регулированием радиосвязи, вопросами конфиденциальности, управлением прикладными процессами станции ИТС, в частности: установка, настройка и внутренняя регистрация станции (см. [1], [3]) и обновление процессов приложений станции ИТС, защитных механизмов, смягчающих вредное поведение процессов приложений ИТС-С;
• управления сервисной рекламой;
• управления конфигурацией и обновлением системы связи, включая выбор профиля связи и управление потоком и трактом (см. [5], [1], [3]);
• управления коммуникационными интерфейсами (CI) и VCI (см. [7]);
• управления перегрузкой канала, например распределенным контролем перегрузок (DCC);
• управления радиочастотными (RF) помехами;
• защиты систем DSRC;
• поддержки карты локальных узлов, содержащей информацию о соседних станциях, например параметры связи (например, MAC-адреса, сетевые адреса), вектор кинематического состояния станций (в частности, местоположение, скорость и курс);
• записи и пересылки событий выставления счетов за использование, в частности: для стороннего применения платных услуг связи, к которым получен доступ между ТС, и для заключения лицензионных соглашений для подтверждения того, что ITS-SU имеет право использовать услугу связи;
• устранения неисправностей, например деактивации локальной неисправной системы связи;
• мониторинга уровня обслуживания;
• записи производительности системы связи.

Примечание — Протоколы управления указаны, например, в [1], [3], [7], [11], [12].

7.6 Объект безопасности станции ИТС

7.6.1 Сведения об объекте безопасности

Объект безопасности станции ИТС является частью эталонной архитектуры станции ИТС, как показано на рисунке 23.

Рисунок 23 — Объект безопасности станции ИТС как часть ее эталонной архитектуры

Объекты безопасности ИТС-С могут состоять:

• из различных функций безопасности и конфиденциальности;

• аутентификации, авторизации и управления профилем;

• информационной базы управления безопасностью SMIB;
• следующих интерфейсов: - SI — к уровню доступа станции ИТС, - SN — к сетевому и транспортному уровням станции ИТС, - SF — к уровню средств станции ИТС, - MS — к объекту безопасности станции ИТС, - SA — для объекта приложения станции ИТС (через API).

7.6.2 Функциональность

Объект безопасности обеспечивает:

• функциональность безопасности;
• безопасность связи;
• систему безопасности;
• функциональность конфиденциальности.

Соединение между ITS-SU и внутренняя связь управления станцией ИТС (см. [12]) могут быть защищены на различных уровнях OSI. Комплексная безопасность, встроенная в стандарты и спецификации для приложений, позволяет использовать незащищенные каналы связи.

Безопасность системы — это управление жизненным циклом, который включает средства для обеспечения надлежащей безопасной конфигурации и работы ITS-SU.

Функциональные возможности для обеспечения конфиденциальности данных предоставляются в соответствии с действующим законодательством.

7.7 Приложения станции ИТС

7.7.1 Детали приложений станции ИТС

Приложения станции ИТС являются частью ее эталонной архитектуры (см. рисунок 24).

Примечание - Приложения станции ИТС — это прикладные процессы станции ИТС, находящиеся в объекте ее приложения. Другие прикладные процессы станции ИТС могут находиться, например, на уровне средств, или в объекте управления, или в объекте безопасности станции ИТС.

Рисунок 24 — Эталонная архитектура приложений станции ИТС

Объект приложений станции ИТС состоит из авторизованных приложений станции ИТС, отвечающих:

• за безопасность дорожного движения;
• эффективность движения;

• интерфейс прикладного программирования (API);

Объект безопасности и уровень возможностей станции ИТС проходит через API (подробности определены стандартами, относящимися к объекту управления, к объекту безопасности и уровню средств станции ИТС).

Приложения, которые не предназначены для работы в BSMD, могут использовать некоторые ограниченные функциональные возможности связи станции ИТС через интерфейс адаптации приложений, обеспечивающий функциональность шлюза станции ИТС. Примером является поддержка DSRC. Общая классификация источников сообщений, которые должны быть переданы с использованием средств связи ITS-SU, указана в [3].

7.7.2 Сервис ИТС

Термин «услуга ИТС» относится к услуге, предоставляемой приложением ИТС пользователю ITS-SU. Само приложение ИТС может состоять из двух или более дополнительных процессов приложения станции ИТС. Пары процессов приложений станции ИТС могут быть классифицированы как клиентские приложения и серверные приложения.

Клиентская станция может идентифицировать доступные пользовательские сервисы двумя следующими способами:

• обнаружением службы пользователя, в процессе которого клиентская станция проводит активный поиск пользовательских сервисов;
• уведомлением об обслуживании пользователя. Серверная станция активно транслирует служебные рекламные сообщения SAM для уведомления пользовательских служб, управление которыми осуществляют с помощью различных процессов, включая регистрацию приложений и запросы объявлений. Создание таких сообщений должно быть передано по воздуху посредством соответствующей технологии доступа.

Детали процесса идентификации доступных пользовательских сервисов могут зависеть от используемых сетевых протоколов.

Примечание - Термин «служебное сообщение» использован как синоним термина «служебное объявление».

Протокол быстрого предоставления услуги FSAP, который может использовать протокол быстрой сети и транспортного уровня (FNTP) (см. [10]), обеспечивает уведомление об услуге. Клиентская станция, получившая служебное сообщение, может:

• использовать его как информационное сообщение, если оно содержит полную служебную информацию, например сообщение о дорожной ситуации;
• предоставить ответ на уведомление с частным адресом фрейма, содержащего информацию о контексте службы, с помощью которой сервер выполняет транзакцию в правильном контексте, или осуществить транзакцию службы напрямую.

Приложения ИТС идентифицируются глобальным уникальным идентификатором приложения ИТС (ITS-AID) (см. [1]).

Примечание - ITS-SU связываются в одноранговом режиме, в котором после установления связи происходит обмен данными между приложениями до тех пор, пока не завершится сеанс или не прервется связь между приложениями.

Прикладные процессы станции ИТС используют ее службы для подключения к одному или нескольким прикладным процессам станции ИТС либо к другим прикладным процессам. В реализациях с более чем одним интерфейсом беспроводной связи поддерживается квазиодновременное предоставление услуг станции ИТС с потоками данных через различные CI. Термин «услуга станции ИТС» относится к функциональным возможностям связи станции ИТС, предоставляемым процессам приложения станции ИТС. Части этой услуги станции ИТС находятся под непосредственным контролем процесса ее приложения. Другие части работают автономно, без контроля и обратной связи с процессом приложения станции ИТС.

8 Типичные реализации станции ИТС

Типичными реализациями блоков станции ИТС, которые представлены на рисунке 25 и более подробно описаны в приложении А, являются следующие реализации:

• ITS-SU, установленный в ТС, например в легковом автомобиле, автобусе, грузовике или мотоцикле;
• ITS-SU, установленный на обочине дороги, например на портале;
• ITS-SU, установленный в портативном устройстве;
• ITS-SU, установленный в офисе, например в центре управления движением.

Рисунок 25 — Типичные реализации единиц станции ИТС

Приложение А

ИЛЛЮСТРАЦИЯ ТИПИЧНЫХ РЕАЛИЗАЦИЙ ITS-SU

На рисунках А.1 - А.4 представлены четыре типичные реализации ITS-SU (см. рисунок 25) и разделение ITS-SU на узлы станции ИТС с несколькими ролями, указанными в 7.2.2.

Примечание - Реализации ITS-SU, рассмотренные в настоящем приложении, могут исполнять разные роли (частное использование, использование полиции, военное использование и т.д.).

Реализация, представленная на рисунке А.1, содержит: ITS-SU в ТС, которое физически разделено на ITS-SCU с ролью хоста станции ИТС; ITS-SCU с ролью маршрутизатора станции ИТС и ITS-SCU с ТС ИТС-С в роли шлюза. Пассажир может использовать персональную ITS-SU (см. рисунок А.3), который применяет HMI и является неотъемлемой частью ТС ITS-SU.

Рисунок А.1 — ITS-SU в транспортном средстве

Примечание — Пример, приведенный на рисунке А.1, не подразумевает ограничения для легковых автомобилей. Автомобильная подсистема ИТС также предоставляется для любого типа ТС, в частности грузовые автомобили и автобусы, в том числе мотоциклы и специальные ТС, например военная техника.

А.2 Осуществление на обочине дороги

Реализация, представленная на рисунке А.2, содержит: ITS-SU на обочине дороги, которая физически разделена на ITS-SCU с хостом станции ИТС; ITS-SCU с маршрутизатором станции ИТС; ITS-SCU с придорожной ИТС-С в роли шлюза и ITS-SCU в роли пограничного маршрутизатора станции ИТС.

ITS-SCU в роли придорожного шлюза станции ИТС соединяет внутреннюю сеть станции ИТС с придорожной сетью. Часть шлюза ИТС-С ТС, соединенная с придорожной сетью, в настоящем стандарте не рассмотрена.

А.3 Внедрение в персональное устройство

Реализация, представленная на рисунке А.3, обеспечивает функциональность станции ИТС в потребительских электронных устройствах, таких как персональный компьютер (ПК) и сотовые телефоны, и содержит личный ITS-SU. Портативные устройства, например ПК, сотовые телефоны с входным подключением (предоставляемым Bluetooth), в дополнение к подключению к общедоступным беспроводным сетевым услугам могут быть задействованы в качестве технологий выходного доступа для ITS-SU. Портативные устройства, в частности ноутбуки и медиаплееры, могут использовать ТС в качестве точки доступа для более дальних соединений. При обработке функциями маршрутизатора или шлюза станции ИТС и посредством протоколов IPv6.

Персональные сетевые устройства, такие как устройства, использующие Bluetooth, могут применяться для обеспечения локального подключения для портативных устройств.

Реализация, представленная на рисунке А.4, содержит: ITS-SU в центральном офисе, который физически разделен на ITS-SCU в роли хоста станции ИТС; ITS-SCU в роли центрального шлюза станции ИТС и ITS-SCU в роли пограничного маршрутизатора станции ИТС.

ITS-SCU с центральной ролью шлюза станции ИТС соединяет внутреннюю сеть станции ИТС с локальной сетью данных, представленной на рисунке А.2. Часть центрального шлюза станции ИТС, которая подключается к локальной сети данных, в настоящем стандарте не рассмотрена.

Приложение Б (справочное)

В данном приложении приведена неполная последовательность примеров различных конфигураций реализаций ITS-SU.

Б.2 Расширенная конфигурация в автомобиле

Б.2.1 Строительные блоки

На рисунке Б.1 показана усовершенствованная конфигурация станции ИТС в ТС, т.е. простая автомобильная подсистема ИТС.

Рисунок Б.1 — Конфигурация Advanced ITS-SU в автомобиле

Б.2.2 Внутренняя сеть ИТС

Устройства хост станции ИТС, маршрутизатор ИТС-С и брандмауэр и шлюз OEM на рисунке Б.1 связаны между собой через внутреннюю сеть станции ИТС. Интерфейс CI «интерфейс связи», подключаемый к сети, именуемой «LAN CI».

Б.2.3 Маршрутизаторы станции ИТС

Устройство «маршрутизатор станции ИТС» содержит функциональные возможности хоста станции ИТС, представленного на рисунках 8 и 9. В нижней части рисунка Б.1 показаны три маршрутизатора OBE. Эти маршрутизаторы будут иметь по меньшей мере одно соединение с внутренней станцией ИТС (входной интерфейс) и по меньшей мере одно соединение CI вне ТС (выходной интерфейс). ТС может иметь один или несколько таких маршрутизаторов OBE. Маршрутизаторы могут поддерживать любую выделенную технологию доступа станции ИТС или даже другие технологии доступа при определенных условиях (см. [7]). ТС может иметь несколько маршрутизаторов OBE с одинаковой технологией доступа, например работающих на разных каналах или в разных направлениях.

На рисунке Б.1 нижнее левое устройство представляет собой маршрутизатор станции ИТС, содержащий микроволновый CI частотой 5 МГц (М5), нижнее среднее устройство маршрутизатора станции ИТС, содержащее подвижную сотовую сеть CI (3G) связи, нижнее правое устройство маршрутизатора станции ИТС, содержащие ИК CI (ИК) (см. [13]).

Б.2.4 Хост устройства станции ИТС

В верхней левой части рисунка Б.1 показаны два устройства хоста станции ИТС, подключенные к одной внутренней станции ИТС. Эти компьютеры могут быть встроены как экран, расположенный на приборной панели ТС, могут быть устройствами, размещенными на заднем сиденье ТС для просмотра трансляции, таких как видео или интерактивные игры, или могут быть полностью автономными устройствами, такими как ПК, подключенный через канал Bluetooth, внутренние сети станции ИТС. Могут использовать интернет-приложения, такие как электронная почта или веб-браузеры, или запускать специализированные процессы приложений станции ИТС, такие как службы информации о трафике или службы управления коммерческим парком. Следует учитывать, что каждый хост также наделен по крайней мере функциональными возможностями связи для подключения к внутренней сети станции ИТС.

В верхней средней части рисунка Б.1 показано поле «OEM Firewall and Gateway», которое связывает внутреннюю сеть станции ИТС с другими проприетарными сетями в ТС. Этот блок отделяет хосты станции ИТС и маршрутизаторы станции ИТС от внутренних критически важных для безопасности функций, таких как тормоза, двигатель, контроль тяги и т.д., являясь функцией системы ТС. Станции ИТС может взаимодействовать с этой функцией или ее брандмауэром, но данные функциональные возможности дополнительно не рассмотрены в настоящем стандарте.

На рисунке Б.2 показана простая конфигурация станции ИТС в автомобиле, т.е. простая автомобильная подсистема ИТС.

Рисунок Б.2 — Простая конфигурация ITS-SU в автомобиле

На рисунке B.2 представлена станции ИТС, реализованная в двух устройствах, т.е. в устройстве «хост станции ИТС» и комбинированном устройстве «маршрутизатор и хост станции ИТС».

Устройство «хост станции ИТС» запускает службы и приложения, не связанные с безопасностью. Этот хост подключен через проводную или беспроводную внутреннюю сеть станции ИТС к устройству, которое объединяет хост и маршрутизатор станции ИТС.

Устройство «маршрутизатор и хост станции ИТС» содержит связанные с безопасностью процессы приложений станции ИТС и полную функциональность маршрутизатора, т.е. несколько интерфейсов связи в качестве внешних интерфейсов (выходных интерфейсов). Показаны одна технология доступа станции ИТС (M5) и три другие технологии доступа (2G, DSRC и GPS).

Б.4 Конфигурация бокса

На рисунке Б.3 показана конфигурация ITS-SU с одним блоком, содержащая приложения, управление станции ИТС и три выходных интерфейса связи. Это может быть, например, очень простая автомобильная подсистема ИТС или персональная подсистема ИТС.

Рисунок Б.3 — Бокс конфигурации ITS-SU в транспортном

Б.5 Конфигурация OEM в автомобиле

На рисунке Б.4 показана конфигурация OEM, содержащая приложения, управление станции ИТС, три выходных интерфейса связи и доступ к данным в ТС, т.е. к автомобильной подсистеме ИТС.

Рисунок Б.4 — Конфигурация OEM станции ИТС в транспортном средстве

На рисунке Б.5 показана придорожная конфигурация, т.е. сложная придорожная подсистема ИТС с такими устройствами, как граничный маршрутизатор станции ИТС, подключенный к Интернету через общедоступную сеть, станция ИТС Gateway, соединяющаяся с локальными датчиками и участниками, маршрутизатор и хост станции ИТС, и рядом устройств «маршрутизатор станции ИТС». В данной подсистеме, где маршрутизатор и хост-устройства установлены вдоль дороги на определенном расстоянии с целью обеспечения передачи обслуживания устройства для непрерывной связи между станцией ИТС в ТС, работающем на этой дороге, и центральной станцией ИТС в Интернете.

Рисунок Б.5 — Конфигурация ITS-SU на обочине дороги

БИБЛИОГРАФИЯ