车联网系统是由哪些框架构成的?
车联网系统,是指通过在车辆仪表台安装车载终端设备,实现对车辆所有工作情况和静、动态信息的采集、存储并发送。
车联网系统是一个复杂的生态系统,涉及多种技术和框架的协同工作。其核心架构通常可以概括为以下几个关键部分(或称为“层”):
-
感知层(终端层/数据采集层)
- 车载终端(T-Box/OBU): 这是安装在车辆上的核心硬件设备。负责:
- 采集车辆数据:通过连接车辆内部的CAN总线(或其他总线如LIN, FlexRay, MOST)或直接连接传感器,获取车辆状态信息(如车速、位置、油耗、胎压、发动机数据、故障码等)、环境感知信息(如摄像头图像、雷达数据)。
- 数据处理与协议转换:对原始数据进行初步处理和标准化(例如,使用MQTT, JT/T808, GB/T 32960等车联网专用协议)。
- 通信模块: 集成2G/3G/4G LTE/5G蜂窝通信模块(与TSP平台通信),以及 Wi-Fi, 蓝牙, 专用短程通信(DSRC), 蜂窝车联网(C-V2X: LTE-V2X或NR-V2X) 等模块(用于车与车、车与基础设施、车与人等通信)。
- 智能传感器: 雷达(毫米波、激光)、摄像头、超声波传感器、GPS/北斗定位模块(提供高精度位置信息)。
- 车载信息娱乐系统: 人机交互界面,提供导航、影音娱乐、车辆信息展示等功能。
- 车载终端(T-Box/OBU): 这是安装在车辆上的核心硬件设备。负责:
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网络层(传输层/通信层)
- 车载网络(车内网): 包括CAN总线、LIN总线、FlexRay总线、MOST总线、以太网(车载以太网) 等,负责车内部件(ECU)之间的数据传输。
- 车际/车路网络: 实现车与车(V2V)、车与基础设施(V2I)、车与行人(V2P)、车与网络(V2N) 通信的核心技术。
- C-V2X: 包括基于4G LTE的LTE-V2X和基于5G的NR-V2X,利用蜂窝网络基础设施进行直通(PC5接口)和基于蜂窝(Uu接口)通信。
- DSRC: 基于IEEE 802.11p标准,使用Wi-Fi技术栈的变体实现短距离直接通信(较少使用)。
- 蜂窝网络: 2G/3G/4G LTE/5G NR,提供车辆与远程后台(TSP)之间的稳定、广域数据传输。
- 其它无线技术: Wi-Fi(OTA升级、热点连接)、蓝牙(连接手机、穿戴设备)。
- 路侧单元: 安装在路侧,支持V2I通信的关键设备。
- 网关: 负责不同通信接口和网络协议之间的转换与路由(如车内网数据通过T-Box的蜂窝模块发出)。
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平台层(服务层/处理层/云平台层)
- 车联网服务平台(TSP - Telematics Service Provider): 这是车联网的核心大脑,部署在云端。
- 连接管理: 管理所有车辆的SIM卡连接状态和通信。
- 设备管理: 管理和监控车载终端的状态(在线/离线、固件升级OTA)。
- 数据接入与存储: 接收、解析、处理和存储海量的车辆实时上报数据(状态、位置、事件、远程控制指令等)。
- 消息中间件: 使用MQTT, Kafka等消息队列技术实现高效、可靠的海量数据异步传输和处理。
- 大数据平台: 基于Hadoop, Spark, Flink等框架,对海量数据进行清洗、融合、存储(如HDFS, NoSQL数据库)、分析和挖掘(历史轨迹、驾驶行为分析、故障诊断预测)。
- 业务逻辑处理: 实现核心服务逻辑,如远程控制(门锁、空调)、车队管理、电子围栏、报警处理、OTA固件管理等。
- 应用支撑组件: 提供身份认证、鉴权、API网关(向应用层开放服务接口)。
- 高精度地图与定位平台: 提供车道级高精度地图数据和实时定位服务,支持高级驾驶辅助和自动驾驶。
- 边缘计算平台: 在靠近车辆的边缘节点(如5G MEC多接入边缘计算)部署计算能力,进行低延迟的数据处理和决策(如V2X紧急预警、局部态势融合)。
- 车联网服务平台(TSP - Telematics Service Provider): 这是车联网的核心大脑,部署在云端。
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应用层
- 用户应用:
- 手机APP: 车主远程查看车辆状态(位置、油量、里程)、远程控制(开门、开空调)、行程管理、安防报警接收等。
- 车机应用: 车载中控大屏上的导航、影音娱乐、车辆设置、语音助手、生活服务应用等。
- 企业应用/行业应用:
- 车队管理系统: 监控管理物流车辆、出租车队、共享汽车的运行状态、安全驾驶、调度优化、油耗分析。
- UBI车险: 根据车辆驾驶行为数据进行差异化保险定价。
- 智慧交通系统(ITS): 交通信息发布、信号灯优化、路侧设备协同。
- 智能驾驶应用: 基于V2X的高阶ADAS功能(前向碰撞预警、交叉路口盲区预警、绿波通行、紧急制动辅助)。
- 售后服务平台: 基于车辆故障数据进行预测性维护提醒或自动预约服务。
- 车载信息娱乐服务: 在线音乐、电台、导航实时路况等。
- 用户应用:
安全体系(贯穿所有层级)
- 安全是整个系统不可或缺的支撑框架,部署在每一层:
- 终端安全: 车载终端安全启动(Secure Boot)、固件签名与完整性校验、安全存储、硬件安全模块(HSM)、ECU安全防护。
- 通信安全: 信道加密(如TLS/DTLS)、消息认证码(MAC)、防重放攻击、C-V2X的证书管理和安全认证。
- 平台安全: 云平台基础设施安全(防火墙、IDS/IPS)、API安全、访问控制、密钥管理、数据脱敏、隐私保护(GDPR等合规要求)、安全审计。
- 应用安全: APP代码混淆、反调试、服务器端API接口安全认证与授权。
总结来说,车联网系统的主要框架构成可以理解为:
- “端” - 感知层: 以车载智能终端(T-Box/OBU)为核心,搭配传感器。
- “管” - 网络层: 融合多种通信技术(4G/5G, C-V2X, Wi-Fi, Bluetooth等)实现车内、车际、车云的互联互通。
- “云” - 平台层: TSP平台作为核心大脑,提供数据处理、存储、分析、管理和核心服务。
- “用” - 应用层: 面向车主用户和企业/行业的多样化服务应用。
- “安” - 安全体系: 贯穿整个系统,确保数据的机密性、完整性和可用性。
这些框架(层级)相互依赖、协同工作,共同构成了支撑各种智能网联汽车应用和服务的车联网系统。
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