CN114466333B - 一种基于eSIM和5G的车联网控制系统 - Google Patents

一种基于eSIM和5G的车联网控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于eSIM和5G的车联网控制系统，通过车辆信息采集模块、视频采集模块分别采集车辆的状态信息、车内外视频信息，并上传至本地数据接入点；对比分析模块对本地数据接入点接收到的数据进行分析，并回传分析结果；本地数据接入点将接收数据以及分析结果发送至显示模块，同时通过网络模块将数据上传至云端服务器；网络模块采用5G网络通信，并使用eSIM管理平台完成三网切换。本发明采用上述结构的基于eSIM和5G的车联网控制系统，满足海量数据传输以及快速响应的要求，通过三网切换算法，结合用户设置，实现最优切换策略。

Description

一种基于eSIM和5G的车联网控制系统
技术领域
本发明涉及车联网技术领域，尤其是涉及一种基于eSIM和5G的车联网控制系统。
背景技术
随着我国经济和交通的发展，汽车越来越多，道路拥堵、停车困难等问题已成为困扰司机和乘客的问题。解决这一问题的首选方案是车联网。
车联网属于物联网的一种。确切来说，车联网并不只是把车与车连接在一起，它还把车与行人、车与路、与基础设施(信号灯等)、车与网络、车与云端连接在一起。车辆数据联网，所有关于车的运行状态信息都会传到云端。围绕这些信息数据，产生了海量的应用场景。
现有的车联网大多采用实体SIM卡+5G的方案，虽然SIM卡基本可以满足车联网需求，但是具有一定缺陷，如体积较小的终端或设备上，采用实体SIM卡会限制产品的设计，再比如车载设备运行在高温/低温、高振动的环境中，插拔卡非常容易损坏实体SIM卡。
发明内容
为解决上述问题，本发明采用eSIM卡代替SIM卡，并提出一种基于eSIM和5G的车联网控制系统，通过5G高速率、低时延的特点，满足海量数据传输以及快速响应的要求。本发明具体技术方案如下，
一种基于eSIM和5G的车联网控制系统，包括车辆信息采集模块、视频采集模块、本地数据接入点、车载显示屏、对比分析模块、网络模块、信号收发模块和云端服务器；车辆信息采集模块通过传感器采集车辆的状态信息，并上传至本地数据接入点；视频采集模块通过摄像头和行车记录仪采集车内外视频信息，并上传至本地数据接入点；对比分析模块对本地数据接入点接收到的数据进行分析，并回传分析结果；本地数据接入点将接收数据以及分析结果发送至显示模块，同时通过网络模块将数据上传至云端服务器；网络模块采用5G网络通信，并使用eSIM管理平台完成三网切换。
优选的，所述eSIM管理平台凭借基于心跳的切换算法实现三网切换，其具体步骤如下：
S1、eSIM管理平台上传视频数据、分析数据至云端服务器；
S2、车联网控制系统定时向eSIM管理平台上报信息：时间、经纬度、EID、ICCID、IMEI，并请求新任务，定时间隔时长为一次心跳时长；
S3、每次上报，eSIM管理平台会根据终端上报信息进行一次查询；
S4、比较信号质量：若当前运营商信号质量低于第一阈值，切换运营商并再次判断信号，直至信号质量高于第一阈值，并使用该运营商；
S5、比较网络时延，若三网时延皆小于第二阈值，则进入下一步骤，否则使用时延最短的运营商；
S6、比较网络资费，若三网资费一样，则根据用户预设喜好顺序选择运营商，若存在两家及以上运营商则选择信号最优的运营商；若三网资费不同，则使用资费最低的运营商。
优选的，所述云端服务器还链接管理中心平台，管理中心平台进一步链接车辆管理服务站；管理中心平台为统一的外部平台接入点，车辆管理服务站是分布在各个地区用于服务车辆的站点。
优选的，所述本地数据接入点还链接有显示模块、报警模块、存储模块；显示模块为车载显示屏，通过访问本地数据接入点，将车辆信息数据和数据分析结果呈现给车内人员；报警模块接收本地数据接入点的报警信息，然后作出报警动作，然后向本地数据接入点发送反馈信息；存储模块存储车辆信息采集模块、视频采集模块所收集的数据，以供本地数据接入点访问。
优选的，所述本地数据接入点包括用于本地数据处理的本地服务器和用于紧急通信救援的北斗通信终端。
本发明采用上述车联网控制系统，通过5G高速率、低时延的特点，满足海量数据传输以及快速响应的要求，eSIM通过三网切换算法，结合用户设置，实现最优切换策略。
附图说明
图1为基于eSIM和5G的车联网平台示意图；
图2为eSIM系统架构图；
图3为eSIM切换策略流程框图；
图4为车内网示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
如图所示的一种基于eSIM和5G的车联网控制系统，包括车辆信息采集模块、视频采集模块、本地数据接入点、车载显示屏、对比分析模块、网络模块、信号收发模块和云端服务器。车辆信息采集模块通过传感器采集车辆的状态信息，并上传至本地数据接入点。视频采集模块通过摄像头和行车记录仪采集车内外视频信息，并上传至本地数据接入点。对比分析模块对本地数据接入点接收到的数据进行分析，并回传分析结果。本地数据接入点将接收数据以及分析结果发送至显示模块，同时通过网络模块将数据上传至云端服务器。网络模块采用5G网络通信，并使用eSIM管理平台完成三网切换。
下面结合附图对本实施例中重点模块进行阐述。
一、网络模块
网络模块包括5G网络和eSIM管理平台。5G通信技术具有高速率、低时延和大连接特点，是实现人机物互联的网络基础设施。eSIM将 SIM 卡直接嵌入到用户的终端设备内，或将 SIM 卡的通讯能力赋予芯片，再通过RSP（Remote SIM Provisioning，远程SIM配置）技术在芯片层把各家运营商的通讯能力赋予智能终端。eSIM卡兼具可靠性与灵活性，可以根据用户的需求远程自主下载profile。一张eSIM卡可以下载不同运营商的profile，也可以下载同一运营商不同的profile从而使用户灵活的选择自己喜欢的运营商套餐资费。
如图2所示，eSIM生态系统架构包括MNO (运营商) 、CI数字签名认证中心、EUM (eSIM生产厂家) 、eSIM卡、SM-DP (签约数据准备) 、SM-SR (签约数据安全路由) 等角色，SM-DP、MNO、SM-SR通过数据短信、BIP-CATTP、HTTPs传输层协议调用ES5、ES6、ES8接口访问，eSIM进行PROFILE或应用动态管理。具体地，各角色分工如下：①CI：CA中心, 负责为MNO、SM-DP、SM-SR、EUM颁发数字证书及根证书验证；②EUM：负责eSIM生产、根证书及EUM生产证书下载, 运营商通信PRO-FILE初始化；③SM-DP：签约数据准备, 负责生成PROFILE、管理eSIM中ISD-P卡内容；④SM-SR：签约数据安全路由, 为SM-DP和MNO访问eSIM提供安全路由,存储eSIM安全信息；⑤eSIM：接入网络身份认证模块, 负责进行身份鉴权认证并装载卡应用。
eSIM切换策略采用基于心跳的切换算法实现三网切换，具体步骤如下：
S1、eSIM管理平台上传视频数据、分析数据至云端服务器；
S2、车联网控制系统定时向eSIM管理平台上报信息：时间、经纬度、EID、ICCID、IMEI，并请求新任务，定时间隔时长为一次心跳时长；
S3、每次上报，eSIM管理平台会根据终端上报信息对平台进行一次查询；
S4、比较信号质量：若当前运营商信号质量低于第一阈值，切换运营商并再次判断信号，直至信号质量高于第一阈值，并使用该运营商；
S5、比较网络时延，若三网时延皆小于第二阈值，则进入下一步骤，否则使用时延最短的运营商；
S6、比较网络资费，若三网资费一样，则根据用户预设喜好顺序选择运营商，若存在两家及以上运营商则选择信号最优的运营商；若三网资费不同，则使用资费最低的运营商。
eSIM管理平台功能：多策略eSIM远程智能分发管理；支持多种计费方式；自动生成各种数据报表；高可靠性集群服务器系统；完善的数据备份方案；提供丰富的API接口。
二、车辆信息采集模块
1、车用传感器技术
在众多车联网技术当中，传感器技术是一项很基础的支撑技术，已经涉及汽车的方方面面，比如说车速的监控、温湿度、刹车、燃料监控等。随着智能化的程度越来越高，汽车里面所使用的传感器数量与种类也将会增加的更多。
如图4所示，本实施例车联网系统中，主要涉及到的传感器有：
汽车运行监测传感器，主要包括空调系统传感器、空气流量传感器(MAF)、进气歧管压力传感器(MAP)、曲轴位置传感器(CKP)、凸轮轴位置传感器(CMP)、发动机冷却液温度传感器(ECT)、进气温度传感器(IAT)、排气温度传感器、节气门开度传感器、爆震传感器、机油压力传感器、车速传感器、液压油温度传感器等。汽车运行监测传感器用来监测汽车的整体运行状态。
安全系统传感器，主要有碰撞传感器、安全传感器、中央安全气囊传感器、安全带传感器、乘员区别传感器等，其中碰撞传感器又分为前碰撞传感器和侧碰撞传感器。汽车运行监测传感器主要作用是在汽车发生碰撞时，判断碰撞的烈度和方位，然后确定安全气囊是否起爆。
超声波传感器，模拟蝙蝠的导航模式，利用超声波从发射到接收的时间差来确定障碍物的位置，在未来的自动驾驶与半自动驾驶汽车中，可以通过超声波传感器辨别障碍物到汽车的距离。
图像传感器，模拟人类的视野，利用几个摄像头合成汽车周围的环境图像，立体摄像头还能生成3D图像。在车联网应用中，图像传感器除了能识别距离外，还能识别颜色和字体，比如说交通指示灯与指示牌，也能在其他传感器失效时作为备用系统，增加安全性。
雷达传感器，通过电磁波遇到障碍后的反射信号，能够实时的计算出汽车与障碍物的距离与接近速度。汽车车身四周所安装的长距离雷达与短距离雷达能实时追踪其他车辆的速度，并通过增加自动化驾驶的冗余度来提升安全性。
LIDAR传感器，通过发射不可见的激光对周围环境进行扫描，可探测障碍物、测量距离并生成3D图像。LIDAR传感器结合摄像头的数据能精确识别障碍物，判断前方是人还是其他的动物等等。
2.高精度定位
位置信息为实现车联网业务的提供重要参考，位置信息越准确，车联网业务可靠性越高。因此，高精度定位研究是实现车联网业务的关键技术之一。
在室外场景下，常用的定位技术包括GPS、北斗、辅助GPS(Assisted GPS,A-GPS)以及基于无线通信蜂窝网络的定位，如小区ID技术(Cell-ID)，增强型小区ID技术(EnhanceCell ID,ECID)。
与此同时，定位技术在室内场景下的更为复杂，为满足室内定位性能要求，近年来国内外学者及科研机构研究利用WLAN、射频识、超宽带、蓝牙等无线网络来实现室内移动终端的定位技术，其定位精度可达米级，而采用UWB技术甚至可达厘米级精度。
三、视频信息采集模块
视频采集模块包括车外摄像头、驾驶员图像采集摄像头、行车记录仪，用于采集车内及车外视频录像。车外摄像头实时记录车身周围环境信息；驾驶员图像采集摄像头采集驾驶员图像信息；行车记录仪采集行车过程录像。
四、对比分析模块
1、传感器数据对比分析
在汽车驾驶过程中，车联网充分参与到驾车行动中，实时获取汽车发动机、动力电池等汽车状态，获知汽车汽油、动力电池等能源的已消耗量/可续航量，从而使车主充分了解能耗、车况、车速等内容，方便车主规划行车路线。
针对车辆发动机部分，在车联网的平台下，采用车载终端、服务器端等电控发动机的故障诊断方式，全面诊断发动机设备是否存在故障隐患，便于开展诊断工作与维修工作。通过车联网不断提升电控发动机故障诊断系统的运行效果，优化各方面的故障诊断机制与模式，合理采用先进的通信技术与协议技术，完善电控发动机故障诊断系统的运行功能，提升整体的故障诊断工作质量和水平，为其后续的发展夯实基础。
针对动力电池部分，通过车联网硬件内置的T-BOX功能以及BMS通讯，将电池里面的核心数据抓取后，再通过终端协议把车内的数据全都上传到云端。汽车使用者以及电池厂通过访问云端关注到电池数据，进而不断的对车辆的动力电池管理系统进行升级，另外也可以通过车机互联功能反馈车辆的状态。通过车联网对汽车电池的情况有充分的了解，结合对路况的分析与电池健康信息、实时使用情况、充电信息等，提供充分的信息及相关分析。
2、语音识别技术
对驾车者来说，行车过程中触摸操作终端系统都是不安全的，因此语音识别技术显得尤为重要。成熟的语音技术能够让司机通过嘴巴来对车联网发号施令以索取服务，并用耳朵来接收车联网提供的服务。本实施例中，借助基于服务端技术的“云识别”技术，为语音识别提供强大的语料库及运算能力。
3、人脸识别技术
人脸识别作为人与车之间的连接枢纽，判断是否授予驾驶员车辆使用权限。具体地，车载人脸识别系统采集驾驶员的人脸图像，并将以及存储的车主信息进行识别，然后将识别结果传输给车辆控制系统车辆控制系统通过识别结果，判断驾驶员是否可以启动车辆。识别不通过时，车载人脸识别系统还可给车主（车主手机）发送示警短信或拍摄的人脸图像。
对于特种车辆，车载人脸识别系统除了判断是否授予驾驶员启动权限之外，还可以记录驾驶员人脸图像，将驾驶员的身份信息或者实时拍摄的人脸图像通过网络上传至相应的管理系统，以辅助车辆管理。另外，车载人脸识别系统还可以应用于无人驾驶方面，作为无人驾驶的一个子系统发挥作用。
目前市场上也有多家公司进行人脸识别研究，将眼球追踪、人脸识别等生物技术集成于车载后视镜中，通过红外影像方式对驾驶员面部进行监控，实现疲劳预警、防盗及后台诊断等功能，将汽车的主动安全提升到新的高度。
4、行为识别技术
智能车联网环境的驾驶行为识别方法和实现涉及到车内行为采集及车外行为采集。针对车内驾驶员行为，可以在车辆静止和行驶情形下，对不同驾驶员在不同光线条件下多种不安全驾驶行为视频数据进行采集。借鉴近年来计算机视觉识别领域的深度学习技术，通过车联网的行为深入分析了解分心驾驶导致安全事故，进一步解决驾驶行为识别问题。针对车外行驶情况，车联网结合人、车、路、环境多种因素，关注车辆行驶情况，基于加速度、角速度、方向传感数据，标注驾驶行为分析驾驶行为与风险之间的相关性，评估驾驶风险；基于车外摄像头，检测外部人员情况，监控盗窃、非法进入车辆等行为的发生，规范驾驶行为，提升道路交通安全水平，保障车辆、财务安全。
以上是本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围不应局限于此。任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此本发明的保护范围应以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种基于eSIM和5G的车联网控制系统，其特征在于，包括车辆信息采集模块、视频采集模块、本地数据接入点、车载显示屏、对比分析模块、网络模块、信号收发模块和云端服务器；车辆信息采集模块通过传感器采集车辆的状态信息，并上传至本地数据接入点；视频采集模块通过摄像头和行车记录仪采集车内外视频信息，并上传至本地数据接入点；对比分析模块对本地数据接入点接收到的数据进行分析，并回传分析结果；本地数据接入点将接收数据以及分析结果发送至显示模块，同时通过网络模块将数据上传至云端服务器；网络模块采用5G网络通信，并使用eSIM管理平台完成三网切换；所述云端服务器还链接管理中心平台，管理中心平台进一步链接车辆管理服务站；管理中心平台为统一的外部平台接入点，车辆管理服务站是分布在各个地区用于服务车辆的站点；
其中，对比分析模块对本地数据接入点接收到的数据进行分析包括传感器数据对比分析、语音识别分析、人脸识别分析、行为识别分析；人脸识别分析对驾驶员启动权限判断并记录人脸图像：行为识别分析，针对车内驾驶员行为，可以在车辆静止和行驶情形下，对不同驾驶员在不同光线条件下多种不安全驾驶行为视频数据进行采集；针对车外行驶情况，车联网结合人、车、路、环境多种因素，关注车辆行驶情况，基于加速度、角速度、方向传感数据，标注驾驶行为分析驾驶行为与风险之间的相关性，评估驾驶风险；
eSIM管理平台功能：多策略eSIM远程智能分发管理；支持多种计费方式；自动生成各种数据报表；高可靠性集群服务器系统；完善的数据备份方案；提供丰富的API接口；
所述eSIM管理平台凭借基于心跳的切换算法实现三网切换，其具体步骤如下：
S1、eSIM管理平台上传视频数据、分析数据至云端服务器；
S2、车联网控制系统定时向eSIM管理平台上报信息：时间、经纬度、EID、ICCID、IMEI，并请求新任务，定时间隔时长为一次心跳时长；
S3、每次上报，eSIM管理平台会根据上报信息进行一次查询；
S4、比较信号质量：若当前运营商信号质量低于第一阈值，切换运营商并再次判断信号，直至信号质量高于第一阈值，并使用该运营商；
S5、比较网络时延，若三网时延皆小于第二阈值，则进入下一步骤，否则使用时延最短的运营商；
S6、比较网络资费，若三网资费一样，则根据用户预设喜好顺序选择运营商，若存在两家及以上运营商则选择信号最优的运营商；若三网资费不同，则使用资费最低的运营商。
2.根据权利要求1所述的车联网控制系统，其特征在于，所述本地数据接入点还链接有显示模块、报警模块、存储模块；显示模块为车载显示屏，通过访问本地数据接入点，将车辆信息数据和数据分析结果呈现给车内人员；报警模块接收本地数据接入点的报警信息，然后作出报警动作，然后向本地数据接入点发送反馈信息；存储模块存储车辆信息采集模块、视频采集模块所收集的数据，以供本地数据接入点访问。
3.根据权利要求1所述的车联网控制系统，其特征在于，所述本地数据接入点包括用于本地数据处理的本地服务器和用于紧急通信救援的北斗通信终端。
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