CN103312788A - 端管云协同的汽车网络黑匣子系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种端管云协同的汽车网络黑匣子系统，该系统具有终端、管道和云端，具体指端、管、云协同的汽车网络黑匣子系统。本发明涉及智能交通系统、车联网、云计算、泛在通信及移动互联网等相关技术领域，通过CAN总线及OBD II接口以及运行在车载终端上的智能分析软件，智能感知车辆动态、静态数据；通过泛在通信技术，将车辆黑匣子里智能感知的数据实时传送到网络云端；通过云计算技术，构建车辆网络黑匣子云，将汇聚的海量黑匣子数据进行云存储、计算和分析，并以SaaS的形式，为事故勘察、智能交通、车联网等应用提供软件服务。
Description
技术领域
本发明涉及智能交通系统、车联网、泛在通信及移动互联网技术领域，特别涉及一种端管云协同的汽车网络黑匣子系统。
背景技术
汽车黑匣子（Vehicle Black Box，VBB），又称汽车事故记录仪（Event Data Recorder，EDR），能完整、准确地记录汽车行驶状态下的有关情况，并通过专用软件在电脑上再现。当遇到事故或故障的时候，黑匣子里的信息对事故或故障的鉴定具有非常重要的参考价值。因此，汽车黑匣子的软硬件可靠性要求都非常高，即便如此，当遇到严重的事故时或者遭到人为蓄意破坏的时候，汽车黑匣子里面的数据将受到破坏，给事故及故障的鉴定带来很大的困难。也就是说，寻找更安全、更便捷的汽车黑匣子数据采集存放技术和方法，是当前迫在眉睫，必须要解决的问题。
此外，随着车联网IOV和智能交通系统ITS的大力发展，其中涉及的车与车之间V2V、车与路边设施之间V2I、车与人之间V2H的信息交互与通信问题尤其重要。
因此，无论是安全可靠的黑匣子数据采集存放的要求、车联网IOV涉及的数据采集和通信的要求，还是以道路上面的车辆为实时路况获取手段的ITS所涉及的大数据量传输、存储、计算和分析，都和车里面的数据参数采集、传输以及存储和计算息息相关。如何提供一个统一的解决方案，是本专利目的所在。
随着信息网络技术的不断发展，特别是移动互联网技术、泛在通信技术、物联网、云计算等信息网络技术的发展，使得上述所有问题的统一解决方法成为可能，也就是本发明所提及的建立在端、管、云协同基础上的汽车网络黑匣子系统：
与本发明相关的现有技术：
一、现有技术一的技术方案
现有技术一的技术方案就是传统的黑匣子实现方案：它将一定时间内的车辆行驶参数保存在车载黑匣子内部的存储器上面，在出事故或者故障之后，技术人员赶到现场去将黑匣子数据取出来，现场或者带回到实验室里面，在后台软件上面做复现和分析。
现有技术一的缺点和不足
汽车黑匣子的软硬件可靠性要求都非常高，即便如此，当遇到严重的事故时或者遭到人为蓄意破坏的时候，汽车黑匣子里面的数据将受到破坏，给事故及故障的鉴定带来很大的困难。
此外，后台软件功能有限，无法针对汽车生产制造商、维修商、保险理赔方等提供不同的应用服务接口。更不用说对车联网、智能交通等当前急需解决的问题提供帮助了。也就是说，汽车黑匣子里面记录的数据无法汇聚到一起，以更好的挖据和利用汽车黑匣子采集的数据信息。
二、现有技术二的技术方案
现有技术二的特点是采用传统的C/S架构，即客户端/服务器模式。典型的代表是专利号为201020158259的《基于3G通讯网络的车载黑匣子》一文中提到的技术方案，这是一种基于3G通讯网络的车载黑匣子，它将微波传感器、热释电传感器和振动传感器连接微处理器，微处理器与多媒体接入单元连接，摄像装置连接多媒体接入单元，微处理器和多媒体接入单元通过3G通讯网络连接网络服务器，网络服务器与用户手机通讯。工作时，微处理器通过各传感器对车辆事故进行判断，摄像装置摄取图像信息，通过3G通讯网络将事故发生前后的图像信息传送至用户手机。
现有技术二的缺点和不足
现有技术二部分程度上解决了将黑匣子记录的行车数据传送到网络中保存的问题，但是却存在以下不足：
1、不具备泛在通信能力。将黑匣子的数据放在网络之中，要求数据传输单元必须具备泛在通信功能，也就是要尽最大可能实现A3能力。这是单一的3G通信模式所无法全范围做到的。
2、没有考虑大数据量的问题。为了保证将黑匣子里面的数据保存在网络侧的服务器中，必须要求数据要实时或者间隔性的传输，当车辆众多的时候，海量数据的存储和传输问题将会是系统能否正常运转的关键所在。但是被系统简单的客户端、服务器方式是无法满足这个海量数据的要求的。
3、该系统没能将保存的数据加以扩展利用，提供针对各种应用的服务接口，这是它的一个不足之处。
4、总体来说，此类技术方案没有建立在端、管、云协同的基础之上考虑汽车网络黑匣子问题，自然使用范围有限。
与本发明相关的缩略语和关键术语定义：
发明内容
本发明目的在于提供一种端、管、云协同的汽车网络黑匣子系统，用于解决将车载汽车黑匣子里面的数据通过无线接入网络发送到云端保存，并针对车联网以及智能交通系统提供基于SaaS的软件服务的问题。
本发明建立在完善的端、管、云三层架构之上，终端侧，利用装载在汽车上的智能感知终端，感知车辆的静态和动态参数；管道侧，通过智能接入不同的无线移动互联网络，实现车辆的泛在通信功能，尽最大可能的保证终端采集的黑匣子数据以及其它数据可靠的传送到云服务器端；云端采用云存储、云计算以及数据挖据等数据分析技术，为事故勘察、智能交通、车联网等应用提供基于软件的云服务。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一、本发明提供一种端管云协同的汽车网络黑匣子系统，其包括如下步骤：
（1）采用终端、管道、云端协同的3层架构；
（2）终端侧的智慧感知能力；利用装载在汽车上的智能感知终端，智慧感知车辆的静态和动态参数；
（3）管道侧的泛在接入及区分服务的智能接入能力；通过丰富的的无线接入网络，以及按照业务数据类型智能选择接入相应的无线网络；
（4）云端的SaaS服务能力；云端采用云计算技术，实现网络黑匣子数据的云存储、计算和分析，并以SaaS的方式提供丰富的应用接口。
本发明具有终端的智慧感知能力，车载智能感知终端iCANOBD，同时提供CAN总线以及OBD II接口，并预留一定量的模拟数字接口，通过运行在上面的嵌入式智能分析软件，智能感知车辆里面的静态参数和动态参数，还包括：
（1）泛在接入模式；支持现有的2G/3G/4G蜂窝移动通信网络；WIFI、WiMax宽带无线接入技术；支持短距离通信（Dedicated Short-Range Communications，DSRC）技术；支持近场通信功能（Near Field Communication，NFC），并在不同的网络之间实现桥接功能；
（2）泛在通信能力；通过2G/3G/4G/WiFi/WiMax网络，实现车到网络之间的通信（Vehicle to Network，V2N）；通过DSRC技术实现车与车（Vehicle to Vehicle，V2V）、车与路边设施（Vehicle to Infrastructure,V2I）之间通过802.11p协议进行通信的能力；通过NFC实现和具有NFC能力的移动终端进行通信，当采用携带NFC供能的智能手机时，可实现车与人之间的通信（Vehicle to Human，V2H），即尽最大能力保证车辆在任何时候、任何地方和任何物（Anytime,Anywhere,Anything，A3）都可以实现通信的功能；
（3）区分服务的智能管道功能；将要发送的数据按照重载、轻载流量，实时和非实时数据进行划分，采用类似区分服务的方式，并根据当前的网络性能情况以及代价大小，智能选取不同的接入网络方式。
二、端管云协同的3层架构网络黑匣子系统，即iC3VNNB技术方案
通过智能感知终端iCANOBD的智慧感知能力，采集车辆的静动态参数；通过泛在通信接入模块iUBICOM，实现泛在接入及智能管道能力；通过建立车辆网络黑匣子云iVBBCloud，实现黑匣子数据的云存储、计算和提供基于SaaS的软件服务。
三、终端侧的智慧感知功能，即车载智能感知终端iCANOBD技术方案
车载智能感知终端iCANOBD，其功能和用途是感知车内的静态参数和动态参数，除了保存在本地以外，还同时将它交给车辆泛在通信模块iUBICOM送入网络中，其技术方案包括如下：
（1）智慧感知；用CAN总线接口、OBD II接口以及一定数量的模拟、数字开关量接口，并通过终端上面的智能分析软件，智能感知汽车的静态、动态参数；
（2）精确定位；通过GPS/BD2双模芯片，提供可靠的位置服务功能；
（3）丰富的接口功能；通过USB接口，可以和网络摄像头对接，选者性的提供图片、视频及录音功能；通过RS232和RJ45接口，和iUBICOM泛在通信模块对接，用以将数据传送到网络侧；通过SD卡，将重要的车辆静、动态参数保存一份在本地。
四、网络侧的泛在接入及智能接入能力，即泛在通信iUBICOM功能模块技术方案
iUBICOM模块实现的是将智能终端iCANOBD采集的数据通过不同的接入网络，传送到云端服务器中，实现车辆的泛在通信功能，其技术方案包括如下：
（1）iUBICOM通信模块选择ARM处理器作为其控制核心，操作系统选择裁剪之后的Linux操作系统；
（2）通过2G/3G/4G蜂窝网络接入模块，完成蜂窝网络接入功能，解决覆盖问题；
（3）通过WIFI/WiMax宽带接入网络解决容量问题，用以传送重载流量数据，比如网络摄像头提供的视频、图像数据；
（4）通过短距离通信DSRC接入模块，完成短距离通信功能，实现V2V和V2I通信；
（5）通过近场通信NFC模块，完成和携带NFC功能的移动终端，比如手机，进行通信的能力，能够完成车联网中的V2H功能，并可支持在事故现场其它通信模块功能受到破坏后，通过NFC读取黑匣子数据到移动终端的能力；
（6）在不同的接入通信方式中，可实现基于二层的网桥功能；
（7）借助不同的接入网络，iUBICOM模块和云端按照一定的心跳策略，保持在线同步功能，也就是保证车辆永远在线功能；
（8）可进行区分服务的选择接入网络；将要发送的数据按照重载、轻载、实时和非实时等进行划分，采用类似区分服务的方式，并根据当前的网络性能情况和收费情况，智能选取不同的网络接入方式。
五、云端采用的云计算架构，即汽车网络黑匣子云iVBBCloud实现技术方案
云端采用云计算架构，建立一朵车辆网络黑匣子云，将通过泛在通信模块发送来的智能终端里面采集的数据，存放在云服务器里面，并以SaaS的方式提供各种应用软件服务，，其技术方案包括如下：
（1）整个架构分为三层，也就是基础设施服务层（Infrastructure as a Service，IaaS）、平台服务层（Platform as a Service，PaaS）、软件服务层SaaS。但是，因为iVBBCloud属于专有云，为安全考虑，对外提供的云服务仅仅包括SaaS层，Iaas、PaaS将不对外提供服务，只供内部系统运行提供服务；
（2）IaaS层只针对系统内部提供数据中心、服务器以及存储基础设施服务，从这里看出它实际上是私有服务层，其中服务器采用微服务器方式构成；
（3）PaaS层提供针对系统内部的平台服务功能。它包括CPU的虚拟化、存储器的虚拟化以及虚拟化管理，也就是形成虚拟化资源池的过程，也是云计算的核心问题；提供云操作系统，实现分布式文件系统、分布式数据库、分布式集群管里以及分布式协同管理等云操作系统功能；此外，还将包括分布式应用开发和运行环境、非关系数据库和分布式计算的中间件；
（4）SaaS层，以软件服务的形式，提供针对海量汽车黑匣子数据存取、事故勘察、车联网IOV、智能交通ITS等方面的应用软件服务；
（5）强大的软件服务能力；以SaaS方式，针对事故勘察、车联网、智能交通方面的应用，提供开放的标准化云服务及应用接口。
有益效果：
1、本发明有效避免了当车载黑匣在数据受到破坏时，黑匣子数据无法获取问题。
2、本发明使得车辆黑匣子在数据的采集、传输和保存应用服务提供方面协同工作。
3、本发明利用泛在通信模块，接入不同的异频网络，实现了车辆的泛在通信功能；利用泛在通信模块上面的DSRC短距离通信功能模块，实现了车联网和智能交通系统中的V2V、V2I功能。
4、云端采用云计算架构，利用云存储技术，实现了海量黑匣子数据的网络存储问
题；通过SaaS方式提供了基于软件的服务能力。
附图说明
图1是本发明的系统架构图。
图2是本发明中的智能感知终端模块功能示意图。
图3是本发明的泛在通信模块功能示意图。
图4是本发明中的车辆网络黑匣子云示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明创造作进一步的详细说明。
实施例一
如图1，图2，图3和图4所示，本发明提供一种端管云协同的汽车网络黑匣子系统，在本发明的终端侧，利用装载在汽车上的智能感知终端，感知车辆的静态和动态参数；管道侧，通过智能接入不同的无线移动互联网络，实现车辆的泛在通信功能，尽最大可能的保证终端采集的黑匣子数据以及其它数据可靠的传送到云服务器端；云端采用云存储、云计算以及数据挖据等数据分析技术，为事故勘察、智能交通ITS、车联网IOV等应用提供云服务及应用接口。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一、终端侧，即车载智能感知终端iCANOBD技术方案
车载智能感知终端iCANOBD，其功能和用途是感知车内的静态参数和动态参数，除了保存在本地以外，还同时将它交给车辆泛在通信模块iUBICOM送入网络中，其技术方案包括如下：
（1）iCANOBD模块选择ARM处理器作为其控制核心，操作系统选择裁剪之后的Linux操作系统；
（2）用CAN总线接口、OBD II接口以及一定数量的模拟、数字开关量接口，并通过终端上面的智能分析软件，智能感知汽车的静态、动态参数；
（3）通过GPS/BD2双模芯片，提供可靠的位置服务功能；
（4）通过USB接口，可以和网络摄像头对接，选者性的提供图片、视频及录音功能；
（5）通过RS232和RJ45接口，和iUBICOM泛在通信模块对接，用以将数据传送到网络侧；
（6）通过SD卡，将重要的车辆静、动态参数保存一份在本地。
二、网络侧，即泛在通信iUBICOM功能模块技术方案
iUBICOM模块实现的是将智能终端iCANOBD采集的数据通过不同的接入网络，传送到云端服务器中，实现车辆的泛在通信功能，其技术方案包括如下：
（1）iUBICOM通信模块选择ARM处理器作为其控制核心，操作系统选择裁剪之后的Linux操作系统；
（2）通过2G/3G/4G蜂窝网络接入模块，完成蜂窝网络接入功能，解决覆盖问题；
（3）通过WIFI/WiMax宽带接入网络解决容量问题，用以传送重载流量数据，比如网络摄像头提供的视频、图像数据；
（4）通过短距离通信DSRC接入模块，完成短距离通信功能，实现V2V和V2I通信；
（5）通过近场通信NFC模块，完成和携带NFC功能的移动终端，比如手机，进行通信的能力，能够完成车联网中的V2H功能，并可支持在事故现场其它通信模块功能受到破坏后，通过NFC读取黑匣子数据到移动终端的能力；
（6）在不同的接入通信方式中，可实现基于二层的网桥功能；
（7）借助不同的接入网络，iUBICOM模块和云端按照一定的心跳策略，保持在线同步功能，也就是保证车辆永远在线功能；
（8）可进行区分服务的选择接入网络；将要发送的数据按照重载、轻载、实时和非实时等进行划分，采用类似区分服务的方式，并根据当前的网络性能情况和收费情况，智能选取不同的网络接入方式。
三、云端，即汽车网络黑匣子云iVBBCloud实现技术方案
云端采用云计算架构，建立一朵车辆网络黑匣子云，将通过泛在通信模块发送来的智能终端里面采集的数据，存放在云服务器里面，并以SaaS的方式提供各种应用软件服务，，其技术方案包括如下：
（1）整个架构分为三层，也就是基础设施服务层（Infrastructure as a Service，IaaS）、平台服务层（Platform as a Service，PaaS）、软件服务层SaaS。但是，因为iVBBCloud属于专有云，为安全考虑，对外提供的云服务仅仅包括SaaS层，Iaas、PaaS将不对外提供服务，只供内部系统运行提供服务；
（2）IaaS层只针对系统内部提供数据中心、服务器以及存储基础设施服务，从这里看出它实际上是私有服务层，其中服务器采用微服务器方式构成；
（3）PaaS层提供针对系统内部的平台服务功能。它包括CPU的虚拟化、存储器的虚拟化以及虚拟化管理，也就是形成虚拟化资源池的过程，也是云计算的核心问题；提供云操作系统，实现分布式文件系统、分布式数据库、分布式集群管里以及分布式协同管理等云操作系统功能；此外，还将包括分布式应用开发和运行环境、非关系数据库和分布式计算的中间件；
（4）SaaS层，以软件服务的形式，提供针对海量汽车黑匣子数据存取、事故勘察、车联网IOV、智能交通ITS等方面的应用软件服务。
实施例二
第一，本发明将大量汽车黑匣子里面的数据通过接入网络汇聚到网络中，在网络云端形成虚拟的汽车网络黑匣子，必然涉及到大量数据实时传输、海量数据的存储及挖据分析问题，因此端、管、云协同的一体化解决方案少了任何一个环节都是行不通的。也就是说本文提出的端、管、云架构是其它的架构所不能替代的。
第二，本发明在云端，因为涉及到海量数据的存储、计算和分析，因此技术方案中采用了云计算架构，建立汽车网络黑匣子专有云，用云存储技术来存放海量黑匣子数据，并且提供软件服务功能，也就是利用云计算中的SaaS思想，提供给事故勘探、车联网、智能交通系统软件服务。云计算几乎无限的处理能力和存储容量、抽象的池化资源、弹性（能够轻松地向上或向下扩展）、按需自助配置、高级自动化、基于消费量的收费等等特性，是其它现有任何技术方案所无法替代的。
第三，本发明为了实现汽车的泛在通信能力，也就是实现车辆的任何时候、任何地方和任何物通信的能力，技术方案中提供了泛在通信模块iUBICOM，它可通过现有的2G/3G/4G模块接入覆盖范围很广的蜂窝移动通信网络，解决覆盖问题；通过WIFI/WiMax接入无线网络实现重载数据的传输，解决容量问题；通过DSRC短距离通信模块，实现V2V、V2I等通信的能力，实现智能交通、车联网中的紧急事件广播问题；通过NFC，实现和具备NFC功能的移动终端的近场通信能力，解决了车联网中的V2H问题，并提供了一种无需插拔连接线，通过近场通信传输黑匣子里面记录的数据的能力。因此，iUBICOM模块实现了泛在通信能力，如果不具备泛在通信能力，那么黑匣子里面的数据不可能在任何时候、任何地方都能够传送到云端，形成的网络黑匣子数据是不完整的。泛在通信能力是其它单一的通信技术方案所无法保证的。
第四，传统的车载黑匣子采用了CAN总线、模拟数字接线（剥线连接方式）方式获取车里面的参数，但是CAN总线通信协议只是提供了物理层和数据链路层协议，上面的应用层协议没有在汽车界形成统一的标准，因此采用CAN总线提取数据，不同车辆的参数获取方法不同，剥线方式更是如此。所以，传统的汽车黑匣子终端感知汽车参数的方法不具通用型。而本发面中在车载感知终端上面添加了OBD II接口，即插即用，在车载黑匣子设备里面安装了智能分析软件，能够智能分析获取到汽车黑匣子所要感知的数据，实现了智慧感知功能，除了极少极少量的汽车外都不需要采用剥线连接的方式。而目前车里面也就是CAN总线和OBD II接口可以方便的用来感知汽车参数，因此，本方案所提供的CAN、OBD II以及剥线连接三种感知方式，缺少一者都是有缺陷的。
Claims (4)
1.一种端管云协同的汽车网络黑匣子系统，其特征在于，包括：
（1）采用终端、管道、云端协同的3层架构；
（2）终端侧的智慧感知能力；利用装载在汽车上的智能感知终端，智慧感知车辆的静态和动态参数；
（3）管道侧的泛在接入及区分服务的智能接入能力；通过丰富的的无线接入网络，以及按照业务数据类型智能选择接入相应的无线网络；
（4）云端的SaaS服务能力；云端采用云计算技术，实现网络黑匣子数据的云存储、计算和分析，并以SaaS的方式提供丰富的应用接口。
2.根据权利要求1所述的端管云协同的汽车网络黑匣子系统，其特征在于，包括：
终端的智慧感知能力；车载智能感知终端iCANOBD，同时提供CAN总线以及OBD II接口，并预留一定量的模拟数字接口，通过运行在上面的嵌入式智能分析软件，智能感知车辆里面的静态参数和动态参数。
3.根据权利要求1所述的端管云协同的汽车网络黑匣子系统，其特征在于，包括：
（1）泛在接入模式；支持现有的2G/3G/4G蜂窝移动通信网络；WIFI、WiMax宽带无线接入技术；支持短距离通信（Dedicated Short-Range Communications，DSRC）技术；支持近场通信功能（Near Field Communication，NFC）；
（2）泛在通信能力；通过2G/3G/4G/WiFi/WiMax网络，实现车到网络之间的通信（Vehicle toNetwork，V2N）；通过DSRC技术实现车与车（Vehicle to Vehicle，V2V）、车与路边设施（Vehicleto Infrastructure,V2I）之间通过802.11p协议进行通信的能力；通过NFC实现和具有NFC能力的移动终端进行通信，当采用携带NFC供能的智能手机时，可实现车与人之间的通信（Vehicle to Human，V2H），即尽最大能力保证车辆在任何时候、任何地方和任何物（Anytime,Anywhere,Anything，A3）都可以通信；
（3）区分服务的智能管道功能；将要发送的数据按照重载、轻载流量，实时和非实时数据进行划分，采用类似区分服务的方式，并根据当前的网络性能情况以及代价大小，智能选取不同的接入网络方式。
4.根据权利要求1所述的端管云协同的汽车网络黑匣子系统，其特征在于，包括：
（1）采用云计算架构；构建一朵车辆网络黑匣子专有云，将车载终端收集的海量数据保存下来，也就是实现云存储功能；并通过SaaS的形式，提供基于软件的各种应用服务；
（2）强大的软件服务能力；以SaaS方式，针对事故勘察、车联网、智能交通方面的应用，提供开放的标准化云服务及应用接口。
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