基于安全需求的信息物理系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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叢 書 名:汽車先進(jìn)技術(shù)譯叢 智能網(wǎng)聯(lián)汽車系列
《基于安全需求的信息物理系統(tǒng)設(shè)計(jì)》介紹了信息物理系統(tǒng)的一些初步知識和現(xiàn)有安全問題、基于安全需求的設(shè)計(jì)方法、CAN協(xié)議的安全機(jī)制、基于CAN和TDMA系統(tǒng)的安全需求映射問題和算法、用于V2V通信的安全需求優(yōu)化問題和算法、基于狀態(tài)機(jī)和基于圖形的安全需求設(shè)計(jì)問題,本書還指出一些未來的發(fā)展方向。 《基于安全需求的信息物理系統(tǒng)設(shè)計(jì)》契合智能網(wǎng)聯(lián)汽車對高安全性的要求,非常適合汽車行業(yè)技術(shù)人員學(xué)習(xí)參考,也適合通信、網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)行業(yè)車載應(yīng)用研究方面的技術(shù)人員參考閱讀,對于車輛工程專業(yè)師生也會有所幫助。
【適讀人群】
智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)學(xué)研技術(shù)人員,以及信息安全相關(guān)技術(shù)人員。
【圖書特色】
1.《基于安全需求的信息物理系統(tǒng)設(shè)計(jì)》由林忠緯博士與加州大學(xué)伯克利分校Alberto Sangiovanni-Vincentelli合著,兩位作者均在信息安全、通信及汽車領(lǐng)域耕耘多年。
2.《基于安全需求的信息物理系統(tǒng)設(shè)計(jì)》對以汽車為代表的信息(計(jì)算部分)物理(物理操控性為)系統(tǒng)滿足完整性、真實(shí)性、機(jī)密性、可用性在內(nèi)的多種安全要求設(shè)計(jì)安全機(jī)制提供建議。
3.《基于安全需求的信息物理系統(tǒng)設(shè)計(jì)》介紹了一種通用的基于安全需求的設(shè)計(jì)方法,在信息物理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段分析各種約束條件時,將安全問題也考慮在內(nèi)。
智能駕駛是當(dāng)前一個主要的研究熱點(diǎn),視頻圖像處理技術(shù)在智能駕駛領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用,如車道線檢測、障礙物識別、紅綠燈識別和交通標(biāo)志牌識別等。視頻圖像實(shí)時處理技術(shù)是智能駕駛領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容,也是智能駕駛安全的重要保證。隨著GPGPU計(jì)算的發(fā)展,特別是NVIDIA Tegra高性能GPU計(jì)算平臺的推出,通過高性能計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)視頻圖像的實(shí)時處理,成為當(dāng)前重要的研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢。 GPGPU的出現(xiàn)和發(fā)展,給并行計(jì)算帶來了新的計(jì)算平臺。新計(jì)算平臺需要新方法來進(jìn)行并行軟件開發(fā)。GPU編程的重點(diǎn)在于性能優(yōu)化,經(jīng)過細(xì)致調(diào)優(yōu)的GPU程序可實(shí)現(xiàn)巨大的性能提升。然而,GPU編程的難點(diǎn)也在于性能優(yōu)化,并行程序開發(fā)人員不僅要熟悉算法特征,還必須要了解底層硬件架構(gòu)特征,這就對GPU并行程序開發(fā)人員提出了新的挑戰(zhàn)。 近年來,我們跟蹤新計(jì)算平臺上視頻圖像實(shí)時處理技術(shù)的最新進(jìn)展并深入研究,試圖從算法和硬件架構(gòu)兩方面來迎接這種挑戰(zhàn),書中不僅介紹了在智能駕駛中廣泛應(yīng)用的視頻圖像處理算法,而且介紹了多種不同的GPU架構(gòu),在此基礎(chǔ)上,分析了GPU編程和優(yōu)化的主要思路和方法,不僅能針對各種獨(dú)立的優(yōu)化方法,更重要的是能針對各種優(yōu)化方法組合的情況。研究過程中得到了國家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃項(xiàng)目、北京市屬高等學(xué)校高層次人才引進(jìn)與培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目、北京市教育委員會科技計(jì)劃面上項(xiàng)目的資助,成果已用到北京聯(lián)合大學(xué)智能車上。 本書作為視頻圖像處理技術(shù)理論研究和應(yīng)用的一本學(xué)術(shù)專著,參考了國內(nèi)外大量的相關(guān)文獻(xiàn),總結(jié)了我們近幾年來的研究成果,并提供了大量的實(shí)際案例,通過實(shí)際案例的實(shí)現(xiàn)和解析,為讀者提供一個視頻圖像處理算法在GPU上實(shí)現(xiàn)和優(yōu)化的具體思路和方法。讀者通過本書的閱讀和學(xué)習(xí),不僅可以學(xué)習(xí)視頻圖像處理技術(shù)在智能駕駛中的應(yīng)用,而且可以了解GPU程序從實(shí)現(xiàn)到優(yōu)化的具體方法。雖然本書實(shí)際案例的實(shí)現(xiàn)都是基于CUDA,但是本書也比較了CUDA和OpenCL的異同,本書描述的優(yōu)化方法也可以非常方便地移植到OpenCL程序的編寫和優(yōu)化中。 本書可以分成如下四個邏輯單元: 視頻圖像處理技術(shù)在智能駕駛中的應(yīng)用:第2章在分析了當(dāng)前國內(nèi)外主流的智能駕駛技術(shù)后,詳細(xì)介紹了在智能駕駛中應(yīng)用廣泛的幾類視頻圖像處理算法,包括:車道線的提取和跟蹤技術(shù)、交通標(biāo)志牌的檢測和識別技術(shù)、交通信號燈的檢測與識別技術(shù)等。 GPU硬件架構(gòu)與編程:第3章介紹了CPU與GPU架構(gòu)的主要區(qū)別,在此基礎(chǔ)上,對當(dāng)前主流的GPU架構(gòu)特征(包括NVIDA GPU和AMD GPU)進(jìn)行了詳細(xì)介紹,這是進(jìn)行GPU并行編程和優(yōu)化的前提。第4章介紹了當(dāng)前GPU主要的編程模型:CUDA和OpenCL,不僅介紹了這兩種編程模型的關(guān)鍵概念和定義、兩種編程模型的異同;而且通過一個簡單的例子介紹了使用這兩種編程模型進(jìn)行GPU編程的主要流程和方法,最后給出了GPU程序性能優(yōu)化的主要思路。 實(shí)際案例分析:第5章介紹了矩陣轉(zhuǎn)置、規(guī)約算法、resize算法和Laplace算法等主要的視頻圖像處理算子在GPU上的實(shí)現(xiàn)和優(yōu)化方法,結(jié)合具體算法詳細(xì)分析了GPU編程和優(yōu)化思路和方法。最后第6~8章分別給出了Canny、人臉檢測以及激光雷達(dá)算法等具體實(shí)際應(yīng)用案例的GPU移植和優(yōu)化方法。 性能與能耗: 第9章從能效評價指標(biāo)、各層次能耗優(yōu)化策略以及系統(tǒng)級能耗優(yōu)化技術(shù)三個方面介紹了在高性能計(jì)算以及智能駕駛中對性能與能耗的權(quán)衡。 本書由梁軍、賈海鵬著,其中肖琳、胡正坤、梁愛華、許武、李威、王晶、魏秋明和李志豪參與了本書的編輯整理工作。在本書編寫、出版的過程中,得到了鮑泓教授主持的國家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃項(xiàng)目(91420202)的資助,同時,也參考了國內(nèi)外大量的論文和專著,在此一并表示感謝。 由于時間倉促,書中難免會出現(xiàn)錯誤和不妥之處,懇請廣大讀者不吝批評指正。
【譯者簡介】
《基于安全需求的信息物理系統(tǒng)設(shè)計(jì)》譯者羅瓔珞女士,南洋理工大學(xué)碩士畢業(yè),2001-2004,中國電信系統(tǒng)集成公司任產(chǎn)品經(jīng)理;2004-2014,諾基亞中國有限公司任產(chǎn)品經(jīng)理; 2015-2019,中國信息通信研究院泰爾終端實(shí)驗(yàn)室任主任工程師;2019至今,國汽智聯(lián)公司任信息安全主任工程師。
第1章簡介……1
第2章信息物理系統(tǒng)安全威脅……4
第3章基于安全需求的設(shè)計(jì)方法……7
3.1安全需求映射……7
3.2安全機(jī)制選擇……9
3.3體系架構(gòu)選擇……9
3.4基于安全需求的設(shè)計(jì)示例……10
3.5總結(jié)……12
第4章CAN協(xié)議系統(tǒng)的安全機(jī)制……13
4.1系統(tǒng)模型和攻擊者模型……14
4.2安全機(jī)制……16
4.2.1基本認(rèn)證……17
4.2.2高級機(jī)制……19
4.3計(jì)數(shù)器的實(shí)現(xiàn)……20
4.4計(jì)數(shù)器復(fù)位機(jī)制……22
4.4.1自愈復(fù)位機(jī)制……23
4.4.2網(wǎng)絡(luò)復(fù)位機(jī)制……23
4.5分析……25
4.6總結(jié)……28
第5章基于CAN總線系統(tǒng)的安全需求映射……29
5.1系統(tǒng)模型與公式……30
5.1.1系統(tǒng)模型……30
5.1.2信息安全約束和密鑰分發(fā)……31
5.1.3功能安全約束……33
5.2映射算法……33
5.2.1約束……34
5.2.2目標(biāo)函數(shù)……38
5.2.3基于MILP的算法……39
5.3擴(kuò)展……40
5.3.1基于路徑的安全約束……40
5.3.2目標(biāo)函數(shù)……41
5.3.3算法……41
5.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果……42
5.4.1與貪婪啟發(fā)式算法的比較……43
5.4.2與非集成方法的比較……44
5.4.3擴(kuò)展……45
5.5總結(jié)……46
第6章基于TDMA系統(tǒng)的安全需求映射……47
6.1系統(tǒng)模型與公式48
6.2密鑰延時釋放…… 49
6.3映射算法……51