基于車聯(lián)網(wǎng)的車輛信息遠(yuǎn)程搜集數(shù)據(jù)系統(tǒng)

車聯(lián)網(wǎng)，是指裝載在車輛上的電子標(biāo)簽通過(guò)無(wú)線射頻等識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上對(duì)所有車輛的屬性信息和靜、動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行提取和有效利用，并根據(jù)不同的功能需求對(duì)所有車輛的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效的監(jiān)管和提供綜合服務(wù)。

車聯(lián)網(wǎng)的概念在20世紀(jì)60年代已經(jīng)先后出現(xiàn)在美國(guó)、歐洲與日本等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)，并先后發(fā)展起ITS、IVHS、RTI、VICS等車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。在國(guó)內(nèi)，全國(guó)第四屆GPS運(yùn)營(yíng)商大會(huì)，車聯(lián)網(wǎng)的概念被首次提出，得到廣大專業(yè)人士的認(rèn)同；在無(wú)錫舉行的中國(guó)國(guó)際物聯(lián)網(wǎng)大會(huì)上，國(guó)家將車聯(lián)網(wǎng)列為我國(guó)重大專項(xiàng)第三專項(xiàng)中的重要項(xiàng)目，中國(guó)的車聯(lián)網(wǎng)由此起步。到現(xiàn)今，一些供應(yīng)商所提供的車載系統(tǒng)中，已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)智能導(dǎo)航、保養(yǎng)預(yù)約、咨詢查詢等功能，更方便車輛出行，在一定程度上提高了駕駛體驗(yàn)。

車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展除了能提供用戶更好的駕駛體驗(yàn)，同時(shí)也應(yīng)可以為汽車廠商或4S店等機(jī)構(gòu)提供強(qiáng)大的后臺(tái)數(shù)據(jù)反饋服務(wù)。這對(duì)他們的業(yè)務(wù)拓展以及服務(wù)延伸也是有意義的。有力的數(shù)據(jù)反饋能對(duì)車輛的突發(fā)異常狀況有及時(shí)的響應(yīng)，對(duì)分析車輛的維修質(zhì)量提供依據(jù)；歷史性的數(shù)據(jù)可以為特定的車種提供有針對(duì)性和個(gè)性化的維修保養(yǎng)服務(wù)。

論文提供了一個(gè)具備實(shí)時(shí)車況信息監(jiān)聽(tīng)，車況異常報(bào)警以及行車數(shù)據(jù)記錄等強(qiáng)大后臺(tái)數(shù)據(jù)反饋功能的解決方案，即車載系統(tǒng)采集到車輛狀況信息后將其上傳至服務(wù)器，管理員可以登錄本方案系統(tǒng)的信息中心，使用車況遠(yuǎn)程監(jiān)聽(tīng)，異常情況遠(yuǎn)程抓獲及車輛行車日志等功能廣泛收集行車數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的主動(dòng)分析，汽車廠商不但能為車主提供更高質(zhì)量、更主動(dòng)的車輛維護(hù)服務(wù)，并且可以明確掌握某款、某系列汽車的運(yùn)行狀況，這對(duì)車種的改進(jìn)及優(yōu)化都有明顯的貢獻(xiàn)，同時(shí)可以提高汽車廠商的生產(chǎn)效率，減少車輛的維護(hù)成本。

1 方案的框架分析

方案實(shí)現(xiàn)框架圖，如圖1所示。整個(gè)系統(tǒng)是由兩個(gè)服務(wù)器/客戶端（C/S）架構(gòu)子網(wǎng)構(gòu)成，車載系統(tǒng)與服務(wù)器構(gòu)成通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成車/服信息交互網(wǎng)；信息中心與服務(wù)器通過(guò)包括符合TCP/IP協(xié)議的多元網(wǎng)絡(luò)組成信息交互網(wǎng)。鑒于開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)欠缺安全性，兩個(gè)子網(wǎng)絡(luò)的信息交互使用加密的通信方案，保證通信數(shù)據(jù)的基本安全。

圖1 方案實(shí)現(xiàn)框架圖

2 方案的主要功能模塊定義

2.1 車載系統(tǒng)功能定義

（1）作為反饋數(shù)據(jù)的來(lái)源，是信息中心進(jìn)行上層服務(wù)所需基本數(shù)據(jù)的主要提供者，與OBD系統(tǒng)進(jìn)行信息交互，實(shí)時(shí)獲取汽車的最新?tīng)顟B(tài)信息。

（2）接受來(lái)自數(shù)據(jù)服務(wù)器的任務(wù)請(qǐng)求，被動(dòng)進(jìn)行特定汽車狀態(tài)信息的數(shù)據(jù)反饋。

（3）根據(jù)設(shè)置以及故障定義法則，當(dāng)檢測(cè)出汽車系統(tǒng)發(fā)生異常時(shí)，把汽車異常信息及時(shí)主動(dòng)地反饋到數(shù)據(jù)服務(wù)器。

（4）汽車行程信息實(shí)時(shí)記錄的直接執(zhí)行者，并定時(shí)向數(shù)據(jù)服務(wù)器上傳行程記錄，與數(shù)據(jù)服務(wù)器互相結(jié)合成為汽車行程記錄的完整系統(tǒng)。汽車行程記錄暫存于車載系統(tǒng)本地Flash區(qū)，F(xiàn)lash區(qū)的儲(chǔ)存空間比較大，并有掉電保持功能，可以充當(dāng)黑盒子作用，當(dāng)汽車發(fā)生意外來(lái)不及上傳異常情報(bào)時(shí)，依然可以把意外發(fā)生時(shí)的最新情報(bào)及時(shí)保存。

（5）支持通信加密，密鑰交換等安全的相關(guān)機(jī)制。

2.2 數(shù)據(jù)服務(wù)器功能定義

（1）作為反饋數(shù)據(jù)共享者的核心角色。接收到的大量反饋數(shù)據(jù)提供結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)便于二次數(shù)據(jù)加工，并適合與不同意義數(shù)據(jù)的邏輯存儲(chǔ)隔離。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的功能。

（2）接受來(lái)自遠(yuǎn)程信息中心的數(shù)據(jù)訪問(wèn)，正確地執(zhí)行來(lái)自信息中心的任務(wù)請(qǐng)求以及接受來(lái)自信息中心對(duì)車載系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問(wèn)的委托，委托機(jī)制能通過(guò)Cache機(jī)制，提高對(duì)信息中心請(qǐng)求的響應(yīng)速度。

（3）接受來(lái)自車載系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)信息，并根據(jù)一定的法則使用接受到的信息對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)進(jìn)行更新。并且代理完成來(lái)自信息中心委托對(duì)車載系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問(wèn)的任務(wù)。

（4）對(duì)信息中心以及車載系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)提供認(rèn)證服務(wù)，并提供數(shù)據(jù)訪問(wèn)控制等安全機(jī)制。

（5）支持通信加密，密鑰交換等安全相關(guān)的機(jī)制。

2.3 信息中心功能定義

（1）作為對(duì)反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行深度應(yīng)用的主要角色。對(duì)數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行合法訪問(wèn)，并經(jīng)過(guò)解析把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成對(duì)管理員有意義的信息，包括車輛故障信息、車輛運(yùn)行參數(shù)等。使用數(shù)據(jù)本地加工分析可以使通信采用濃縮了大量信息的代碼通信，從而減少網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信量，并減輕數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)算負(fù)擔(dān)。

（2）提供信息中心的管理員對(duì)數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行遠(yuǎn)程合法操作的接口，包括獲取信息請(qǐng)求、記錄操作請(qǐng)求、登錄認(rèn)證、任務(wù)委托等基本應(yīng)用接口，并通過(guò)軟件抽象出遠(yuǎn)程汽車車況監(jiān)聽(tīng)，遠(yuǎn)程車況異常及時(shí)響應(yīng)等宏觀應(yīng)用層的功能。

（3）支持通信加密，密鑰交換等安全相關(guān)的機(jī)制。

3 方案可行性分析

3.1 車載系統(tǒng)方案實(shí)現(xiàn)可行性分析

車載診斷電路（ON-Board DiagnoSTics,OBD），它能夠獲取控制汽車的內(nèi)部參數(shù)狀態(tài)。OBD最初作為一種控制汽車排放的排量監(jiān)視器，通過(guò)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)和尾氣中污染物的含量，提示駕駛員對(duì)車輛進(jìn)行維護(hù)，后來(lái)逐步發(fā)展成一套完善的汽車綜合監(jiān)控系統(tǒng)。如果廠商實(shí)現(xiàn)了OBD標(biāo)準(zhǔn)中所有的PID功能，OBD可以提供胎壓、空氣流量、踏板位置等多方面的信息。

由于OBD系統(tǒng)無(wú)法通知用戶錯(cuò)誤的原因，需要把檢測(cè)到的OBD數(shù)據(jù)發(fā)送給遠(yuǎn)程的廠商進(jìn)行分析，然后再把信息反饋給用戶。

通過(guò)OBD系統(tǒng)可以對(duì)汽車的狀況有一個(gè)全面了解。標(biāo)準(zhǔn)的OBD提供了9種服務(wù)。

表1 標(biāo)準(zhǔn)OBD提供的服務(wù)

主要通過(guò)Model獲取汽車當(dāng)前的狀態(tài)參數(shù)，比如胎壓、電瓶電壓、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車速等。通過(guò)Mode3獲取當(dāng)前發(fā)生的故障碼，通過(guò)Mode2返回與故障碼相關(guān)的凍結(jié)幀。通過(guò)Mode7找到可能在以后會(huì)發(fā)生的錯(cuò)誤碼。

OBD協(xié)議支持多種物理，采用29 bit擴(kuò)展CAN總線。OBD有4種通信楨，這4種通信幀在CAN協(xié)議上的實(shí)現(xiàn)如圖2所示，圖2（a）為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的格式，圖2（b）為廣播通信格式。