【摘 要】 近年来车联网技术发展迅速，在汽车系统上得到较广泛的应用。文章针对车联网技术的特点，提出一套初步的系统框架和解决方案，该方案说明具体的原理和开发实现方式，为车联网技术落地提供一定的参考，具有重要的现实意义。
【关键词】 车联网；解决方案；系统框架
当今世界科技正发生着翻天覆地的变化，互联网科技向着新兴的万物互联——物联网科技迈进。汽车作为物联网科技发展的重要载体，受到了额外的显耀关注。移动汽车互联网，通常也称为车联网，是物联网和智能化汽车两大领域的重要交集。早在2010年的世界博览会上，上汽集团通用汽车的展览馆里就展示了对车联网的远景展望，并举行了 “直达2030”可持续交通系列论坛 “车联网—网联城市智能交通”[1]，可见国际上对车联网产业的重视程度。目前，包括美、欧、日等在内的汽车发达国家和地区都将车联网作为汽车产业未来发展的重要方向，纷纷加快产业布局，通过技术研发、标准法规、政策支持等综合措施，加快推动产业化进程。《中国制造2025》 也将车联网列入十大重点发展领域之一，明确表示将加大对车联网产业的政策支持力度，强化地方政府的参与度，可见国家对于车联网产业发展的高度重视。
车联网的应用领域非常重要及广泛，包括安全驾驶、应急救援、交通服务、道路缓堵等基本行车及安全领域，并逐步扩展至信息资讯、商务服务、生活家政、社交娱乐等延伸服务领域，逐渐扩展为新型综合商业生态体系[2-5]。
本文根据车联网系统的特点，提出一套初步的、基于用户车内使用场景和车外远程控制场景的车联网智能交互系统设计方案。
移动汽车互联网简称车联网，指通过互联网、无线通信、卫星定位、感知与控制及大数据等技术，实现车辆与服务平台信息交换的动态移动通信系统。车联网可提供实时、高效、智能的通信服务，其功能大多集中在娱乐功能和辅助驾驶，如车载娱乐、出行服务、车辆控制、车辆信息服务等，为用户出行及用车提供更为人性化、优质的服务。车联网技术可以通过车与车、车与人、车与路互联互通实现信息共享，收集车辆、道路和环境的信息，并在信息网络平台上对多源采集的信息进行加工、计算、共享和安全发布，根据不同的功能需求对车辆进行有效引导与监管，以及提供专业的多媒体与移动互联网应用服务。
车联网系统具有同互联网相似的特点，即高动态、干扰因素多、网络连通性不稳定、对网络安全性和可靠性要求更高等。针对以上特点，一个完善稳定的车联网系统至少实现语音通话服务、定位服务、导航服务和接入互联网[6-9]。
根据车联网系统的特点，可以将车联网系统的架构做如下区分。
1）执行层，主要有两个功能，一是收集车辆数据，二是执行上游下发的指令，一般指车端。
2）数据层，主要进行数据的分发、存储、处理，一般指服务后台。
3）传输层，主要提供数据传输通道，通过各种电信网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出去。
4）应用层，主要功能是提供人机交互界面，一般指APP和智能设备软件。应用层具有数据处理能力，可利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术对海量的数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化的控制。
根据系统架构，针对实际情况，本文设计的车联网架构分为：车端、云端后台、智能设备端3个模块。车端对应执行层，云端对应数据层，智能设备对应应用层，三者之间通过HTTP协议、TCP协议和BT协议进行数据传输。车联网智能交互系统结构图如图1所示。
图1 车联网智能交互系统结构图
1）智能设备。如定制专属车机（图2）、车载显示屏、智能手环、智能音箱等，它们的主要功能是为用户提供交互界面。用户通过这些设备的交互界面能够实时便利地查看车辆相关的所有信息，并与智能设备进行双向信息交互，对车辆执行控制操作。车联网对智能设备的要求比普通家用设备要高。例如，车载显示屏要求具有良好人机交互的设计，包括车载模式及其他模式的切换、语音交互、文字交互、按键交互与触屏交互的融合，并要求具备可扩展、标准化的软件接口设计等；再如智能音箱，则需要具备适用于车用环境的硬件降噪技术、高正确率的语音识别技术以及结合出行场景的智能语音服务等。
图2 定制专属车机
2）云端后台。主要功能是分发、透传和存储信息，即负责将智能设备的控制查询指令分发给具体车辆，存储、更新车辆信息，维护智能设备和车辆的绑定关系等。云端后台需要实现不同平台（APP、PAD、机器人）的账户打通和兼容，为不同平台提供智能语音交互支持。此外，云端后台还需融合出行、娱乐、维保、购物等多场景的服务资源，针对不同用户的个性化需要建立智能化的用户需求分析能力及实现场景化智能推送，从而满足用户多元化社交属性及千人千面的个性化需求，构建起具有良好用户体验的智慧社交场景，优化驾乘人员的用车体验，提高汽车服务的个性化属性。由此可见，云端后台作为海量感知数据的存储、分析平台，将是车联网的重要组成部分，也是应用层众多应用的基础。
3）车端。作为车联网的执行层，其主要功能是接收云端下发的控制指令并执行对应的操作，并同时通过反向传输报文向云端上传自身的状态信息。车端需要有平台化的硬件接口，可以兼容APP、PAD、机器人等多种硬件形式（图3），软件方面还需具备与车辆控制相关的标准通信接口及数据接口，以此实现多平台共存时的人机交互兼容性。
图3 兼容的软硬件接口设计
车联网智能交互系统需要实现以下功能：系统登录注册、设备绑定、车辆控制、车辆信息查询、导航和蓝牙电话。如图4所示。
图4 车联网服务功能
系统登录注册功能可以区分游客用户及车辆用户，是车辆控制和车辆信息查询的前提，也是智能设备绑定的前提。用户注册时，云端后台会将用户信息添加到用户表中。用户登录时，将会给用户颁发Token令牌作为身份标识。
1）手机绑定：用户注册账号后，系统会生成用户ID。用户登录后，手机APP将手机设备ID上传至云端，云端将手机ID添加至用户关系表，与对应用户ID绑定。
2）车辆绑定：用户登录后，将欲绑定的车辆ID，上传至云端，云端检查该车辆ID是否存在绑定关系，若不存在绑定关系，则车辆ID添加至用户关系表，与对应用户ID绑定。
3）智能设备绑定：用户登录后，使用蓝牙连接智能设备，获取智能设备ID，云端检查该智能设备ID是否存在绑定关系，若不存在绑定关系，则在用户关系表中，将智能设备ID与用户ID绑定。
如此，用户ID、手机ID、车辆ID和智能设备ID就完成了相互绑定。
当手机或音箱完成了与车辆的绑定后，HTTP请求时，说明控制指令，携带手机ID或智能设备ID。服务器收到请求后，通过用户关系表，根据手机ID或智能设备ID，即可找到对应的车辆ID，而当车辆启动后，即自动与云端保持TCP长连接，因此可以将控制指令下发至对应车辆，对应车辆收到指令后，完成具体控制操作，如打开空调等。
当手机或音箱完成了与车辆的绑定后，智能终端向服务器发起车辆信息查询请求，服务器通过查询设备ID，找到具体的车辆ID，将请求信息透传至具体车辆。车辆接到查询指令后，将自身状态信息通过服务器透传至终端。终端收到车辆信息后，通过UI界面或语音VUI向用户呈现车辆的具体信息。
智能终端集成第三方地图SDK，输入当前位置和目标位置，智能终端向地图SDK提供实时的GPS位置信息和网络定位信息，同时通过智能终端的语音和界面向用户呈现导航信息，即可开始导航。
将手机与车辆通过蓝牙连接后，可以通过车辆方向盘控制按键，实现来电的接听与挂断，同时启用车载的麦克风和扬声器，增强拾音效果和增大音量。
本文针对车内使用场景和车外远程场景，提出了一套初步的车联网交互系统设计方案，汽车用户通过使用智能设备，可以于车内或车外方便地与车辆进行信息交互，获取需要的车辆信息并对车辆进行远程智能控制，极大地提高了用户的用车体验。该方案优化了用户出行场景，对车联网系统落地具有实际意义。
参考文献：
[1] 刘小洋，伍民友.车联网：物联网在城市交通网络中的应用[J].计算机应用，2012，32（4）：900-904 .
[2] 李洪峰，唐宇，朱金大，等.电动汽车车联网服务互动平台建设方案探讨[J].电网与清洁能源，2016，32（1）：69-74.
[3] 吴冬升.2021年车联网产业十大趋势[J].智能网联汽车，2024（1）：62-69.
[4] 丁志海.车联网通信技术发展现状及趋势研究[J].时代汽车，2023（19）：31-33.
[5] 陈建辉，李怡飞.国内车联网领域关键技术的发展现状及趋势[J].汽车实用技术，2023，48（7）：200-204.
[6] 狄振华.智能交通中的车辆网系统架构与技术支持研究[J].内燃机与配件，2018（7）：195-196.
[7] 田柳，林黄智.数字签名的车联网安全体系架构设计研究[J].太原学院学报（自然科学版），2024，42（1）：47-53.
[8] 唐明环，闫瑞泽，彭浩楠，等.车联网数字证书认证体系总体规划思考[J].信息安全研究，2024，10（2）：170-176.
[9] 杨阳.车联网中群组车辆的信任评估与条件隐私保护认证方法研究[D].南京：南京邮电大学.
END
