CN104796454A - 用于云计算的车辆专用计算管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于云计算的车辆专用计算管理系统。具体地，车辆控制和计算系统利用云网络中的车辆专用计算管理器与车辆中的任务控制器相互作用。无线数据信道耦合任务控制器和云网络。任务控制器使用云网络中的数据相关的资源在车辆中执行操作任务。一旦启动操作任务中的一个，任务控制器将握手信号发送到计算管理器作为资源请求。响应于握手信号，计算管理器请求来自预定代理的数据库的至少一个基于云的代理。任务控制器经由与请求的代理的通信来完成操作任务。

Description

用于云计算的车辆专用计算管理系统
技术领域
本发明总体涉及使用云计算的汽车应用，更具体地涉及车辆和云计算资源之间的接口。
背景技术
车载计算器件(例如，微处理器控制的电子模块例如动力传动系统控制器、驾驶员信息系统以及娱乐系统)通常受限于车辆计算机的相对低的处理能力、较少数据存储并且不容易访问程序更新或车辆在投入使用后所建立的或者其他数据。在车辆和场外的计算云基础设施之间的移动连接中的改进开始使得能够实现不受限于这种方式的新类型的电子特征。
可用于无线车辆通信的无线连接的特征通常由可变带宽、可变时延以及散发的可用性来表征。典型的车载计算机或者电子控制单元(ECU)由高可靠性、高耐久性、硬实时响应、低处理能力以及非常小的存储器(尤其是非易失性存储器)来表征。ECU是可移动的，ECU持续车辆的生命周期，并且是车辆购置的一部分。在ECU中所创建的数据往往与已经发生在过去非常短的时间尺度上的事件相关。相反，云计算机由高可靠性、高计算能力、大存储器以及缺少实时响应来表征(通过车辆角度来看)。它们是频繁地被替代并且在租赁、自有、付费使用的基础上操作的固定的管理系统。在云中所创建的数据往往具有预测性，这种预测性告诉什么可在未来某时被预期，而非在过去发生了什么。
当机载网络控制体系结构保持用于安全关键和实时功能性的主导方法时，云计算应用可以提供增强的车辆控制/适配以及新的功能。例如，云计算可以提供资源密集型服务，以实现更精简、更安全、更智能、更环保以及更富乐趣的自动化操作。
云计算是用于使得网络能够访问具有几乎无限的存储空间和基本上无限的计算能力的可配置的计算资源的共享池的模型。云计算提供改进的车辆性能和驾驶员便利的方面包括处理交通拥堵、路线规划、根据道路和交通条件调整目标速度、校准车辆系统(例如，主动悬挂)以改变环境条件以及很多其他方面。
需要使用最少的管理尝试或者服务供应商交互而快速地提供并且释放对云资源的访问。应当针对两个处理环境的相对限制和优点优化用于访问云资源的操作接口和计算管理。
发明内容
本发明提供了计算管理系统，该计算管理系统以有效地满足如下需求的方式使用云资源监控和实现计算相关的任务：在车载网络和云服务器之间实时通信、按需代理的调用(calling)(例如，运行和释放)、在线和离线计算和存储、频繁的计算周期(例如，开始、运行和结束)、信息处理(例如，分类、共享、存储)以及稳健和可靠的操作和通信。
可以通过优先顺序和需求的不同组合来管理计算的复杂度。在车载网络范围内从简单(需要较少的计算资源)到复杂(需要更多的计算资源)进行本地计算。这对于在云计算服务器(CCS)中进行的远程计算同样适用，产生下列可能的组合：
·在本地ECU中进行以快速采样率简单的计算，并且利用可用CCS数据来增强处于低采样率的本地计算，从而得到本地-简单-远程-简单(LSRS)策略，
·在本地ECU中以快速采样率进行简单的计算，并且将复杂计算外包(outsource)给CCS，用于云计算代理以低采样率处理，从而得到本地-简单-远程-复杂(LSRC)策略，
·进行与当前ECU的能力兼容的处于快速采样率的复杂计算，并且利用可用CCS数据来增强处于低采样率的本地计算，从而得到本地-复杂-远程-简单(LCRS)策略，以及
·进行与当前ECU的能力兼容的处于快速采样率的复杂计算，并且将更需要资源的计算外包给CCS，用于云计算机代理以低采样率处理，从而得到本地-复杂-远程-复杂(LCRC)策略。
本发明的计算管理系统根据需要适应的相对复杂度来分配计算任务。
对于取决于与云资源的任何交互且在车辆上被初始化的每个相应的任务，在云中可以部署被称作代理的相应的软件实体。代理例示了将云计算和车辆控制集成的益处。代理通常可以根据以下三个主要分组来执行任务：服务、监控以及众包(crowdsourcing)。服务代理主要处理数据管理，并且它们专注于处理、组织、汇总以及存储CCS中的信息。监控代理通过执行需要重要的计算资源并且不适于机载实现的广泛的控制任务来扩展机载车辆控制的能力，这些控制任务例如，学习驾驶员模型、估计车辆状态、计算沿特定路线的最优速度曲线、实时控制校准等。众包代理收集并总结来自多辆车辆的信息，将该信息与其他云信息源(例如，天气情况、交通更新、地理数据)融合，并且估计车辆组的状态，例如，表征在具体位置处的当前的交通和道路情况。
在本发明的一个方面中，车辆控制和计算系统包括车辆中的任务控制器和云网络中的车辆专用计算管理器。无线数据信道(channel)耦合任务控制器和云网络。任务控制器使用云网络中的数据相关资源在车辆中执行操作任务。一旦启动操作任务中的一个，任务控制器将握手(handshake)信号发送到计算管理器作为资源请求。计算管理器响应于握手信号从预定代理的数据库中调用至少一个基于云的代理。任务控制器经由与调用的代理的通信来完成操作任务。
附图说明
图1是示出车辆通过无线通信系统与云资源通信的图。
图2是根据本发明的实施例示出车辆系统的框图。
图3是更详细地示出通信信道的框图。
图4是示出本发明的车辆/云计算环境的各种功能元件的模型。
图5是根据本发明的实施例的计算管理系统的框图。
图6是示出图5的系统的计算管理任务的框图。
具体实施方式
图1示出云计算系统，其中车辆10和11经由基于移动、蜂窝(cellular)通信系统的数据通信系统与云资源12进行无线通信。车辆10经由蜂窝基站14与蜂窝运营商网络13通信，并且车辆11经由蜂窝基站(cellular tower)16与蜂窝供应商网络15通信。供应商网络13和15互连。云资源12经由网关17耦合到蜂窝网络。云12可以包括包含多个服务器20-22的资源的任意集合。
图2示出车辆10内的通用计算体系结构，其中计算资源被分配在包括任务控制器25和任务控制器26的多个电子模块中。例如，车辆10中的每个任务控制器可以与相应的传感器27、执行器28以及人机界面(HMI)29交互。任务控制器25和26由本领域已知的车载接口或者通信总线24互连。无线数据接口30经由总线24耦合到任务控制器25和26，以建立将任务控制器耦合到云网络的无线数据信道。
图3更详细地示出无线数据信道，其中可以采用多个不同的通信技术，从而有助于确保在车辆和云资源之间的最大连接性。云计算网络12耦合到蜂窝网络31，蜂窝网络31包括蜂窝基站，该蜂窝基站用于与机载蜂窝调制解调器32和/或驾驶员的移动器件33无线数据交换，以将网络通信包经由总线24运送到车载网络，以及经由总线24运送来自车载网络的网络通信包。车辆安装的无线数据接口30可以包括将通信能力扩展到Wi-Fi连接、蓝牙连接以及USB连接的器件的通信端口34。此外，硬接线的通信端口35可以被提供用于其他类型的网络通信模式，例如，以太网。
图4示出车辆-云接口模型，其中A表示车辆中所有相关的执行器的集合，P是车辆制造厂(plant)，S是所有传感器的集合，并且C是所有控制器的集合。进一步，D代表驾驶员，并且R表示参考。Δcl是从本地车辆测量值产生的增量控制，Δcr是从本地和云信息两者产生的增量控制，ΔRl是从本地车辆测量值产生的增量参考，并且ΔRr是从本地和云信息两者产生的增量参考。w代表无线通信器件。gr是云12中数据存储、数据处理、计算以及软件单元的集合。表示从控制器c产生的数字控制信号，该数字控制信号在命令控制器A之前传递通过数模转换器a。uD代表驾驶员的控制命令，该控制命令被以下各项影响，i)由驾驶员观察到的表示yD的未知信息，ii)执行器的传感器测量值yA，iii)将s的输出传递通过数模转换器d的数字传感器测量值yk，以及iv)参考信号rk。代表在R和ΔRl之间通信的信号。是R和ΔRr之间通信的信号，并且是c和Δcl之间通信的信号。是c和Δcr之间通信的信号，并且是w和gr之间通信的信号。
针对车辆待进行的与云服务器一起操作的计算的复杂度与常规已经在车辆中的本地、自给的ECU中进行的典型的机载计算非常不同。在常规的机载体系结构中，ECU已经主要地独立进行计算，并且ECU利用通过车载网络例如CAN共享的最小信息。所有的计算能力已经专用于单个ECU，并且已经不可能切换ECU的服务对象。在本发明的云计算中，云服务器是动态可扩展的和自适应的，云服务器创建具有无限计算能力和无限存储空间的虚拟ECU。这种“扩展”的ECU潜在地适用于服务任何车辆并且执行任何期望的功能。针对每个车辆的计算需求或者每个车辆的实现的功能可以通过优先权、仲裁、监测以及循环的各种组合被管理。
图5示出部署在云网络12内的计算管理系统的一个优选实施例。针对被授权使用特定云计算服务器系统的每个特定的车辆，提供独立的车辆专用计算管理器(VCM)40-43。仅针对VCM 40示出内部细节和其他云网络连接。
VCM 40被连接到中央管理器45，服务供应商通过该中央管理器45实行关于所有VCM的主控制。中央管理器45和VCM 40耦合到代理数据库46，为了执行可用于单个车辆而建立的预定义任务，以前已经被开发的多个预定的代理被存储在其中。为了实现当需要时可以通信于或者使用附加的云资源47的相应任务，每个代理被配置为由相应的VCM来请求(即，调用(invoke))。
VCM 40(其专用于特定的单个车辆)包括任务列表50、数据档案51以及用于管理和执行由车辆请求定义的操作任务的代理工作区52，这些车辆请求调用云网络12的数据相关的资源。任务列表50被用于跟踪已经由对应的车辆启动的多个同步资源请求，使得同步任务可以根据预定义的标准被优先排序(prioritized)。档案51存储车辆专用信息，以支持可采用历史数据的操作任务。为了支持预定义的单个实例的创建被调用以响应于车辆请求的操作任务，代理工作区52被保持。
根据本发明，当车辆内的任一任务控制器启动调用与云计算资源交互的操作任务时，握手信号被产生，用于发送到云中的车辆专用计算管理器(VCM)。该握手信号可以具有以下的结构。
图6示出响应于输入的握手信号由车辆专用计算管理器执行的交互任务的一个优选实施例，一旦启动要求来自云资源的协助的操作任务中的一个，输入的握手信号由车辆中的任务控制器传送。因此，请求任务60被启动在VCM中，目的是为了解析和分析握手信号的内容。在单一请求包括多个待请求的代理的情况下，或者在其他操作任务的一个或多个代理已经被请求并且目前正在VCM的代理工作区中执行的情况下，那么优先排序任务61优先排序与相应的代理连接的执行和通信功能(例如，基于预定义的优先顺序或者动态确定的功能可用性)。由于优先排序，由VCM保持的任务列表被占据有定义将调用哪些代理、这些代理将被调用的时间以及用于发现或者存储代理使用的数据的位置的信息，连同定义期望的结果以及计算的结果将被存储的任何特定的位置的信息。
使用任务列表执行调度任务62以识别和定位云计算网络内保持的中央代理数据库内的期望的一个或者多个代理的原型实例。在代理请求任务63中，识别的代理原型被检索并且被传送到VCM的代理工作区，在该代理请求任务63点处由计算管理器请求每个任务。一旦被调用，代理初始化任务64被执行，其中由每个具体代理所需要的初始数据和/或其他任务相关的条件经由计算管理器被初始化。可以通过几种机制进行初始化，例如，a)使用随车辆测量的或者计算的涉及的变量的平均值，b)从众包数据中确定的涉及的变量的平均值，或者c)在车辆专用计算管理器内的数据档案中存储的涉及的变量的历史数据。
初始化后，一个代理或者多个代理使用车辆或者云数据在开始任务65中进行目标的(多个)计算。对于开始任务65，所有输入、数据以及必需的计算模型根据需要被一起集合在具体的工作区中，以支持从原始握手信号中识别的(多个)操作任务。
在代理运行任务66处进行调用的一个代理或者多个代理的正式运行。代理的运行的可能输出包括在代理再平衡任务67、失败任务68或者结果任务70中。在再平衡任务67中，由于改变车辆的条件，动态地改变代理可以被替换(例如，为了执行需要的操作任务，改变条件需要不同输入集的使用)。因此，如果再平衡的需要被检测到，那么返回到调度任务62以再识别另一代理，该代理接着被检索、初始化以及起动。
在运行任务66导致错误或者其他失败以产生期望的结果的情况，失败任务68接着检测以确定操作任务是否可以根据当前条件成功地被执行。如果不能，则执行终止任务71。否则，该代理的现有的实例在代理再初始化任务72中被再次初始化，并且接着在返回到任务65和66之前在再起动任务73处被再次起动。
如果在结果任务70处获取到成功的结果，那么该结果被格式化以传送回至车辆中的任务控制器，其中该结果相对于涉及同一车辆的其他进行的程序潜在地被优先排序，以用于传输。在传送结果之后，终止任务71被执行，该终止任务71包括在任务74处(例如，在代理工作区和任务列表中的)相关的资源的释放。一旦相关的资源被释放，计算管理器完成针对相关的操作任务的处理。

Claims (11)

1.一种车辆控制和计算系统，其包括：
车辆中的任务控制器；
云网络中的车辆专用计算管理器；以及
耦合所述任务控制器和所述云网络的无线数据信道；
其中所述任务控制器使用所述云网络中的数据相关资源，执行所述车辆中的操作任务；
其中，一旦启动所述操作任务中的一个，所述任务控制器将握手信号发送到所述计算管理器作为资源请求；
其中，响应于所述握手信号，所述计算管理器调用预定代理的数据库中的至少一个基于云的代理；以及
其中所述任务控制器经由与调用的代理的通信来完成所述操作任务。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述计算管理器保持对应于所述车辆的任务列表和长期数据档案。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述计算管理器接收来自所述车辆的多个重叠的资源请求，并且其中所述计算管理器执行优先排序任务，以针对所述任务列表的每个接收的资源请求进行优先排序，并且根据所述优先排序调节调用的代理的执行。
4.根据权利要求2所述的系统，其中所述计算管理器在请求所述调用的代理时执行初始化任务，以设置由所述调用的代理使用的初始数据和条件。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述初始数据和条件包括所述握手信号的内容。
6.根据权利要求4所述的系统，其中所述初始数据和条件包括所述数据档案的内容。
7.根据权利要求4所述的系统，其中所述初始数据和条件包括存储在所述云网络中的众包数据。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述计算管理器响应于所述车辆的改变条件执行再平衡任务以暂停调用的代理，并且再识别替换代理。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述计算管理器响应于由所述调用的代理进行的成功操作执行结果任务，用于将结果发送到所述任务控制器。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述计算管理器响应于所述调用的代理的未成功的操作执行失败任务，其中所述失败任务包括再初始化和所述调用的代理的再起动，再初始化用于重设由所述调用的代理使用的初始数据和条件。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述计算管理器在1)执行所述结果任务，或者2)所述失败任务未能再起动所述调用的代理之后，执行终止任务以释放所述调用的代理和所述数据相关资源。
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