CN104954374B - 一种车联网通信协议的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车联网通信协议的设计方法，车端与云端之间的信息通信协议包括数据长度，车载产品ID，数据，CRC校验。所述数据又分为6种类型，车辆信息周期包，诊断事件包，缓冲滞留包，属于发送类型；车辆信息周期应答包，诊断事件请求包，缓冲滞留应答包，属于接收类型。数据帧结构由固态数据和动态数据组成；固态数据包括所述的6种功能包的ID定义、时间、车辆睡眠状态、滞后信息状态、滞后计数器及车辆信息更新标志位；未发送成功的包即作为缓冲滞留包。所述车辆信息更新标志位，即是将车辆信息中每次与前次比较数据有无更新，并将其标识出来；动态数据，即是放置有更新变化的车辆信息。设计固态、动态数据格式，以及设置各数据的标志位的方法，使以极小的数据开销，取得完整的数据，使车联网的传输数据的成本大幅降低。

Description

一种车联网通信协议的设计方法

技术领域

本发明涉及车联网技术，特别是涉及车端与云端之间的通信协议的软件设计技术。

背景技术

车联网的其中一项基本功能是实现对车辆的运行数据进行提取和利用，并根据不同的功能需求对车辆运行状态进行有效监管和提供综合服务；通常来说，车联网由三端组成，即车端、云端和客户端；而这三端之间就需要进行有效的数据通信，这就需要制定数据传输协议。

一般来说，数据信息包括汽车CAN总线信息、传感器信息、GPS位置信息等。需要传输的信息越来越多，就会导致流量资费增加，很多专利已经提到了各种解决办法来降低传输成本，比如“车联网的数据传输方法及装置”（中国发明专利申请号201510023491.6）提到了利用外部的短距无线通讯模块来传输数据，从而避免利用移动网络来传输，但目前要建立如此多的外部通讯模块并不现实。

目前的车联网数据传输大多还是靠移动网络，无论是2G，3G，4G，尽管移动数据的流量资费在不断降低，但由于车联网的应用越来越广，需要上传的数据越来越多，还是存在不低的传输成本。

发明人在研究过程中发现，现有技术中，这些传输的数据其实存在大量冗余信息、无效信息、重复信息等。比如很多数据在短时间内可能没有变化，但还是在周期性地频繁上传，造成资源浪费，如果移动网络信号不好，还会造成数据大量积压，存在丢失风险。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提出一种车端和云端之间的通信协议的设计方法，使传输数据更经济有效。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下。

发送协议和接收协议均采用统一的通信协议格式；发送协议是由车载产品发送且由后台服务器接受的通信协议； 接收协议是由后台服务器发送且由车载产品接受的通信协议；数据结构组成为：数据长度，车载产品ID，数据，CRC校验。

具体地，数据长度是指车载产品ID长度+数据长度+CRC编码长度，HEX编码；车载产品ID为唯一硬件识别码，HEX编码。

具体地，所述数据又按照信息的类别和不同传输方式及目的，分为6种类型，其中，车辆信息周期包，诊断事件包，缓冲滞留包，属于发送类型，由车端向云端发送；车辆信息周期应答包，诊断事件请求包，缓冲滞留应答包，属于接收类型，由云端向车端发送；包的属性在数据帧中的功能ID中定义。

具体地，车辆信息周期包是指在车辆非睡眠状态下，车端硬件周期发送信息，当所述车端硬件成功接收到后台服务器的特定正反馈信息，将视为一次成功发送；否则该车辆信息周期包将被自动计入缓冲滞留包，按照缓冲滞留包的发送格式和策略处理。

具体地，所述车辆信息周期包的数据帧结构由固态数据和动态数据组成。

进一步地，固态数据包括所述的6种功能包的ID定义、时间、车辆睡眠状态、滞后信息状态、滞后计数器及车辆信息更新标志位。

具体地，时间是记录车联网信息的重要标志，它必须包含年月日时分秒。

优选地，所述时间位，从精简数据的角度考虑，年信息只取后三位，占一个字节，其余月日时分秒也各占一个字节，共6个字节。

所述车辆睡眠状态标志位，0表示车辆处于非睡眠状态，1表示车辆处于睡眠状态；所述滞后信息状态，0表示没有滞留信息，1表示有滞留信息；两个标志位各占1个位，其余6位预留作为扩展用，这样组成一个字节。

所述滞后计数器，当滞后信息状态位为0时，滞后计数器为0；当滞后信息状态位为1时，滞后计数器为实际未成功发送的包的数量。

这些未发送成功的包即作为缓冲滞留包，等待移动信号强的时候继续发送，每发送成功一个包，所述滞后计数器的值就减1，直至为0，这样就保证不会丢失任何一个数据。

所述车辆信息更新标志位，即是将车辆信息中每次与前次比较，数据有无更新并将其标识出来，具体地，当在上个发送周期内，该更新标志位对应的车辆信息与上一次已发送的信息发生了更新变化，则置1；反之则置0。这样就可以以非常精简的数据位的开销，标志出很多信息，从而无需重复发送未变化的信息。

优选地，所述动态数据，即是放置有更新变化的车辆信息。当某些行车信息在下一发送周期未发生变化时，即对应的该信息的更新标志位为0，则该对应的车辆信息的内容将不会在动态数据中体现，且不需要发送到后台服务器处理；后台服务器接收到该报文时，只需识别这些更新标志位即可。

优选地，所述车辆信息更新标志位与动态数据的各字节定义，必须一一对应，包含车速、转速、加速度、经纬度、里程信息等等。

与所述车辆信息周期包相对应的车辆信息周期应答包，是后台服务器成功接受到车辆信息周期包的应答反馈信号包，它的数据格式由三部分组成：3种接收类的功能ID，时间信息，及反馈结果。

具体地，3种接收类的功能ID与3种发送类一一对应，是对它们的应答；时间也与所述发送类的描述一致；反馈结果即只要正反馈或负反馈，当车端或云端接受到正反馈信息，即为完成该条报文的正常发送，如为负反馈，则车端或云端需要继续保留该条报文在缓冲滞留区，等待重新发送。

所述的缓冲滞留包，以及对应的缓冲滞留应答包，其数据类型与正常周期发送的数据包一致，唯一的区别即是功能ID位，在它们的第一次发送时，都是属于车辆信息周期包，当且仅当发送失败后，才转为滞留状态。

所述的诊断事件包，以及诊断事件请求包，则是另一种类型，考虑到车联网并非单向地从车端向云端发送数据，也存在从客户端发送命令指令，经云端发送至车端，这样就需要诊断事件请求包，由于其非周期性特征，以及主要可能应用于诊断车辆范畴，因此取名为诊断事件请求包，其数据格式亦与所述周期发送数据包类似，在本专利中不再赘述。

本发明的有益效果是：发送与接收的数据格式统一，便于车端云端的同步开发；增加滞留信息数据包，及相应的标志位，使避免了因移动网络等原因造成的传输数据丢失，且由于增加滞后计数器，使后台能实时地清楚地收到未及时发送的数据包个数；设计固态、动态数据格式，以及设置各数据的标志位的方法，使以极小的数据开销，取得完整的数据，使车联网的传输数据的成本大幅降低。

附图说明

图1为本发明车联网通信协议设计方法实施例的车辆信息周期包的数据结构示意图。

图2为本发明车联网通信协议设计方法实施例的固态数据详解图。

图3为本发明车联网通信协议设计方法实施例的车辆信息更新标志位示例图。

图4为本发明车联网通信协议设计方法实施例的动态数据示例图。

图5为本发明车联网通信协议设计方法实施例的车辆信息周期应答包的数据结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图对本发明进一步说明。

具体实施方式

以下将结合附图及具体实施例详细说明本发明的技术方案，以便更清晰直观地理解本发明的发明实质，但应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1所示，本发明提供一种车联网车端与云端之间数据传输的通信协议的数据结构图，它由数据长度101，车端ID 102，数据103，CRC校验104四大部分组成。

其中，数据长度101为1个字节，以HEX编码，其内容为车载产品ID长度+数据长度+CRC编码长度。

车端产品ID 102为唯一硬件识别码，由3个字节构成，HEX编码。

数据103分为固态数据201和动态数据202两部分。

优选地，CRC校验由2个字节构成，采用CRC16编码。

进一步地，所述固态数据201，即固定格式，每个周期都发送，它由6部分组成：功能ID301，时间302，睡眠状态303，滞后信息状态304，滞后计数器305，更新标志位306。

如图2固态数据详解图所示。

优选地，按照信息数据的分类和不同传输方式及目的，功能ID301分为6种类型的通信格式包，车辆信息周期包、诊断事件包、缓冲滞留包、车辆信息周期应答包、诊断事件请求包、缓冲滞留应答包，ID分别定义为01、02、03、F1、F2、F3，总共1个字节的功能ID，还可预留其它类型。

优选地，从第2字节到第7字节为时间302，年、月、日、时、分、秒，分别占用一个字节；需要理解地是，根据实际情况出发，将年信息范围设为2014-2255年，只选取年的后3位，例如2115年，取值115，HEX 0x73；月的范围为1-12，例如10月，取值10，HEX 0x0A；同理设置日、时、分、秒。

所述睡眠状态是为了标识车辆处于运行状态还是睡眠状态，只需一位表示，但它非常关键，因为当车辆处于睡眠状态时，就没必要还像运行时那样周期上传，这样可以大大节省流量资源。

所述滞留信息状态是为了标识是否存在一些报文，因为移动网络的原因而未能及时上传，它与滞后计数器对应，只有当且仅当滞后信息状态为0时，即无滞后信息存在，则滞后计数器为0，否则为未成功发送的数量，每个报文未成功发送就累加1。

所述睡眠状态与滞后信息状态各占一位，另外预留6位，组成第8个字节。

所述滞后计数器，可根据缓存容量大小设置，本实施例中设置2个字节。

所述车辆信息更新标志位如图3所示，可以根据车联网实施方的要求具体定义需要上传的数据，本实施例中列出几条常规的信息，包括车速、转速、加速度、经纬度、里程总计。

所述动态数据，如图4所示，与图3的车辆信息更新标志位相对应。

具体地，所述动态数据中，车速占1个字节，可表示范围0km/h-255km/h；转速占2个字节，表示范围0-8000RPM，对应HEX 0x0000-0x1F40；三轴加速度传感器，各轴占1个字节；经度纬度各占3个字节；里程总计占3个字节，表示范围0-999999km，HEX 0x000000-0x0F423F。

当所述车辆信息更新标志位中的某个更新标志位为1时，则表示：在上个发送周期内，该更新标志位对应的车辆信息与上一次已发送的信息发生了更新变化，该对应的车辆信息的内容将在动态数据中体现，且需要发送到后台服务器处理。

当所述车辆信息更新标志位中的某个更新标志位为0时，则表示：在上个发送周期内，该更新标志位对应的车辆信息与上一次已发送的信息未发生更新变化，该对应的车辆信息的内容将不会在动态数据中体现，且不需要发送到后台服务器处理。

应当说明的是，所述动态数据由若干个非固定字节的数据组成，有三种情况，结合本实施例。

当所有的车辆信息更新标志位都为0时，此时动态数据为空信息，包的数据帧仅有固态数据，无动态数据，数据帧的长度为11个字节，此时总的车辆信息周期包为最短，共计含有17个字节。

当所有的车辆信息更新标志位都为1时，此时动态数据为满信息，包的数据帧由11个字节固态数据和15个字节动态数据组成，数据帧的长度为26个字节，此时总的车辆信息周期包为最长，共计含有31个字节。

当车辆信息更新标志位部分为1，部分为0时，仅标志位为1的对应信息存在于动态数据中，且在动态数据区域内按照字节为单位向前（左）平移的原则排列填充。

所述车辆信息周期应答包是后台服务器成功接收到车辆信息周期包的应答反馈信号包，其数据结构如图5所示，其主体结构与所述车辆信息周期发送包一致，也包括数据长度101，车端ID 102，数据103，CRC校验104四大部分，唯一区别在于数据103部分。

进一步地，所述数据103由三部分构成：功能ID301，时间302，反馈结果308。

具体地，功能ID301和时间302与所述车辆信息周期包的功能ID和时间一致，唯一的区别是反馈结果308：正反馈或负反馈，正反馈表示成功接收，反之则为负反馈。

更为具体地，在本实施例中假设时间是2014年1月7号15点25分28秒，车载产品ID为00001，在本次发送周期内，将所有已定义的信息值与上次发送的信息值做一一比较，假设其中动态数据中信息1（车速）和信息2（转速）以及信息5发生变化，而其它信息未发生变化，则车辆信息更新标志位 = 11001000 (0xC8)，动态数据的数据排列为：信息1（车速1字节）+ 信息2（转速2字节）+ 信息5（3字节），动态数据的长度为6个字节。

进一步地，当发送完上述报文，并且后台服务器接收到之后，需要按照车辆信息周期包的格式解析数据，如果发现数据长度格式完全匹配，则后台服务器立即发送车辆信息周期应答包给车载终端，且反馈消息为正反馈。

进一步地，当未发送成功上述报文，或者后台服务器校验失败，后台服务器就会反馈为负，则该报文进入滞留缓存区，功能ID即从车辆信息周期包变为缓冲滞留包，滞留计数器自加1。

应当说明的是，本实施例中，仅对图2中功能ID的4种类型的数据包进行了阐述，它们分别是：车辆信息周期包0x01，对应的车辆信息周期应答包0xF1，以及缓冲滞留包0x03，对应的缓冲滞留应答包0xF3。另外两种类型：诊断事件包，及对应的诊断事件请求包，其实质是一样的，只是发送方与接收方进行了互换。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或者直接或间接运用在其它相关技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (6)

1.一种车联网通信协议的设计方法，其特征在于，车端与云端之间的所述通信协议包括数据结构，所述数据结构包括数据长度，车载产品ID，数据，CRC校验；

所述的数据由固态数据和动态数据组成；

所述的数据又分为6种类型，车辆信息周期包，诊断事件包，缓冲滞留包，车辆信息周期应答包，诊断事件请求包，缓冲滞留应答包；

其中，所述车辆信息周期包是指在车辆非睡眠状态下，车端硬件向云端周期发送的信息；所述诊断事件包是指从车端向云端发送的数据，用于诊断车联网是否单向地从车端向云端发送数据；所述诊断事件请求包是指从客户端发送，且经云端发送至车端的命令指令；

未发送成功的包即作为缓冲滞留包，

其中，在固态数据中定义了表示是否有滞留信息的滞后信息状态，表示实际未成功发送的包的数量的滞后计数器及表示车辆信息中每次与前次比较数据有无更新的车辆信息更新标志位，并在动态数据中放置有更新变化的车辆信息；滞留状态信息与计数器对应，当车端向云端发送数据包并成功接收到后台服务器的特定正反馈信息后，表示该数据包发送成功，否则，该发送的数据包被自动计入缓冲滞留包，同时计数器累加1，当滞留状态信息表示有未成功发送的数据包时，滞后计数器表示未成功发送的数据包的数量；更新标志位与动态数据对应，只需通过更新标志位就能识别发送的信息是否发送变化，且通过在动态数据中体现发生更新变化的车辆信息的内容。

2.根据权利要求1所述的车联网通信协议的设计方法，其特征在于：所述固态数据由6部分组成，包括ID定义、时间、车辆睡眠状态、滞后信息状态、滞后计数器及车辆信息更新标志位。

3.根据权利要求1或2所述的车联网通信协议的设计方法，其特征在于：所述的车辆信息更新标志位，即是将车辆信息中每次与前次比较数据有无更新，并将其标识出来；动态数据，即是放置有更新变化的车辆信息；车辆信息更新标志位与动态数据一一对应。

4.根据权利要求1或2所述的车联网通信协议的设计方法，其特征在于：所述的滞后计数器，当滞后信息状态位为0时，滞后计数器为0；当滞后信息状态位为1时，滞后计数器为实际未成功发送的包的数量。

5.根据权利要求1或2所述的车联网通信协议的设计方法，其特征在于：所述的动态数据由若干个非固定字节的数据组成，仅车辆信息更新标志位为1的对应信息存在于动态数据中，且在动态数据区域内按照字节为单位向左平移的原则排列填充。

6.根据权利要求1所述的车联网通信协议的设计方法，其特征在于：所述车辆信息周期应答包，其主体结构与所述车辆信息周期发送包一致，数据由三部分构成：功能ID，时间和反馈结果；正反馈表示成功接收，反之则为负反馈。