基于云數(shù)據(jù)中心的電動汽車服務(wù)平臺設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陳晨 劉文軍 浦信 李大鵬

摘要：電動汽車的發(fā)展代表了汽車工業(yè)的一種新趨勢。通過新一代信息技術(shù)強(qiáng)化車輛生產(chǎn)、運(yùn)營和監(jiān)管以提升效率成為一種必然。設(shè)計(jì)了一種基于云數(shù)據(jù)中心的電動汽車服務(wù)平臺設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，首先給出平臺總體框架，然后從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、云平臺架構(gòu)和大數(shù)據(jù)架構(gòu)方面給出系統(tǒng)設(shè)計(jì)，最后給出服務(wù)層所提供的主要功能。通過實(shí)際應(yīng)用，該平臺可以較好地滿足用戶需求，特別是平臺基于分層和分模塊的設(shè)計(jì)思想可以很好地應(yīng)對用戶后期需求變更。

關(guān)鍵詞：電動汽車；云計(jì)算；數(shù)據(jù)中心；遠(yuǎn)程監(jiān)控

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2019）06-0275-02

1 引言

當(dāng)前能源消耗和環(huán)境保護(hù)成為關(guān)系國計(jì)民生的根本性問題，大力發(fā)展節(jié)能環(huán)保的新能源汽車已經(jīng)成為節(jié)能工業(yè)減排的重要途徑，以純電動汽車、增程式電動汽車、混合動力汽車、燃料電池電動汽車等為代表的新能源汽車開始受到人們的青睞。新一代信息技術(shù)的發(fā)展推動汽車產(chǎn)業(yè)逐步由封閉走向開放，汽車業(yè)成為跨行業(yè)、多學(xué)科的創(chuàng)新技術(shù)前沿[1-3]。新應(yīng)用背景下，設(shè)計(jì)一種基于云數(shù)據(jù)中心的電動汽車服務(wù)平臺，服務(wù)新能源汽車生產(chǎn)、銷售、運(yùn)行和維護(hù)整個生命周期的智能化過程成為一種迫切需求。在新服務(wù)平臺支持下，將車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)通過智能車載終端實(shí)時或批量上傳至云端數(shù)據(jù)服務(wù)器，通過大數(shù)據(jù)的處理、分析和優(yōu)化和可視化軟件的開發(fā)，為車廠、車隊(duì)、用戶、監(jiān)管部門等提供匹配服務(wù)，包括車輛安全、節(jié)能、故障診斷和預(yù)警，管理上的運(yùn)營與決策等提供服務(wù)。

2 平臺總體設(shè)計(jì)

圖1給出了服務(wù)平臺總體框架圖。采用層次化的設(shè)計(jì)模式，平臺總體設(shè)計(jì)總共分為四層，由低到高分別為設(shè)備連接層、云計(jì)算平臺層、大數(shù)據(jù)平臺層、應(yīng)用服務(wù)層。各層主要功能介紹如下：

1） 設(shè)備連接層：設(shè)備連接層是指通過車載終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)對新能源汽車的狀態(tài)和行為進(jìn)行感知和采集，并將采集到的行車數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)通過處理、融合、加密等操作后傳輸?shù)皆贫藬?shù)據(jù)中心。該層主要包括新能源汽車、智能數(shù)據(jù)采集終端及其附屬模塊，典型模塊包括CAN模塊、GPS模塊、視頻和圖像模塊、無線通信模塊等，主要用于完成車輛運(yùn)行狀態(tài)、所處位置、道路環(huán)境信息等的采集。要求該層實(shí)現(xiàn)車輛終端設(shè)備與云端數(shù)據(jù)平臺的穩(wěn)定、可靠、雙向的數(shù)據(jù)互連互通。

2） 云計(jì)算平臺層： 云計(jì)算平臺層是系統(tǒng)的云端資源支持平臺，通過虛擬化技術(shù)的運(yùn)用，將計(jì)算、存儲和網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行統(tǒng)一管理，提供對底層物理資源利用的高效支持， 為上層的數(shù)據(jù)平臺提供管理、運(yùn)行和部署環(huán)境。

3） 大數(shù)據(jù)平臺層：大數(shù)據(jù)平臺層是整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲、分析和操作的核心，利用Netty、Kafca等大數(shù)據(jù)組件，實(shí)現(xiàn)支持車輛終端數(shù)據(jù)資源的并發(fā)實(shí)時接入、多終端、多格式數(shù)據(jù)的處理、解密、存儲以及數(shù)據(jù)的高效管理等多種功能。以底層云平臺提供的運(yùn)行環(huán)境和資源調(diào)度管理為支撐，借助典型開源的大數(shù)據(jù)處理框架，利用 map-reduce、spark、storm 等技術(shù)實(shí)現(xiàn)車輛數(shù)據(jù)的實(shí)時、批量處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效存儲、分析和調(diào)用。

4） 用戶服務(wù)層： 用戶服務(wù)層從新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)核心角色的利益和關(guān)切出發(fā)，覆蓋車輛銷售、運(yùn)營、維保、監(jiān)管和回收等整個生命周期，力爭最大化解決行業(yè)痛點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能，典型地提供車輛遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)控、故障診斷、業(yè)務(wù)決策支持和其他定制化服務(wù)。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 云平臺架構(gòu)

云平臺選擇基于 OpenStack 的 IaaS 平臺和基于 OpenShift 的 PaaS 平臺。云存儲系統(tǒng)采用基于 OpenStack Swift 的對象存儲系統(tǒng)。對象系統(tǒng)是利用普通的服務(wù)器來構(gòu)建冗余的對象存儲集群，是最切合“云存儲”概念的存儲類型，例如各種流行的網(wǎng)上“云盤”，都是采用分布式對象存儲技術(shù)構(gòu)建的。提供一套完整的可以部署在服務(wù)器上的分布式對象存儲系統(tǒng)，提供開發(fā)SDK API，支持桌面和移動客戶端接入。OpenStack Swift為代表的對象存儲，由于采用簡潔的架構(gòu)和分布式技術(shù)，相比傳統(tǒng)存儲更適用于“互聯(lián)網(wǎng)+”新業(yè)態(tài)下的數(shù)據(jù)存儲，特別是海量的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，超高并發(fā)訪問，以及多地域、多數(shù)據(jù)中心等場景。圖2給出云平臺架構(gòu)圖。

3.2 大數(shù)據(jù)平臺架構(gòu)

汽車前端采集數(shù)據(jù)，通過運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)，將實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸給院校云數(shù)據(jù)中心，進(jìn)行存儲，大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用平臺提取存儲數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，大數(shù)據(jù)平臺采用目前主流的開源技術(shù) Hadoop 進(jìn)行搭建，由 Ambari Server 服務(wù)來實(shí)現(xiàn)平臺管理，Master 節(jié)點(diǎn)和 slave 節(jié)點(diǎn)作為 Hadoop 集群服務(wù)的主控節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)，每個節(jié)點(diǎn)當(dāng)中都安裝了Ambari Agent服務(wù)，該服務(wù)與Ambari Server通過心跳連接信號來監(jiān)控 Hadoop 集群進(jìn)程的狀態(tài)以及命令操作的傳遞。圖3個給出了基于 Hadoop 和 Ambari 的大數(shù)據(jù)平臺架構(gòu)圖。

4 應(yīng)用平臺

應(yīng)用平臺實(shí)現(xiàn)對新能源汽車行車、電池、電機(jī)、車輛位置、故障狀況等狀態(tài)的遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)控。特別地，在故障診斷方面不僅支持實(shí)時獲取車輛故障碼，實(shí)現(xiàn)對車輛故障的診斷上報(bào)、預(yù)警，同時支持基于車輛歷史數(shù)據(jù)的故障預(yù)測，給出維保建議，提前進(jìn)行干預(yù)。在駕駛行為分析方面，基于駕駛歷史數(shù)據(jù)和采集的駕駛員駕駛過程、道路標(biāo)志標(biāo)線等圖像數(shù)據(jù)，多角度分析得出駕駛行為，進(jìn)行定量評分，并給出提升建議。后臺管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對車輛、車隊(duì)、車主、維修人員、設(shè)備等業(yè)務(wù)相關(guān)基礎(chǔ)信息的統(tǒng)一管理；統(tǒng)計(jì)與分析功能為政府監(jiān)管、行業(yè)運(yùn)營提供決策數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)對接及交換服務(wù)。業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)展現(xiàn)主要通過手機(jī)APP和Web兩種方式完成。售后維護(hù)人員、駕駛?cè)藛T可以通過手機(jī)APP進(jìn)行車輛故障情況查詢，獲取車輛階段性運(yùn)行狀況與建議，以及接收來自數(shù)據(jù)中心的相關(guān)推送信息等；研發(fā)、管理、監(jiān)管人員則可以通過Web端（或數(shù)據(jù)大屏）查看車輛宏觀運(yùn)行和統(tǒng)計(jì)信息。在數(shù)據(jù)展現(xiàn)形式上，利用數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，通過折線圖、柱狀圖、地圖、熱力圖等多種方式呈現(xiàn)車輛整車數(shù)據(jù)、運(yùn)行軌跡、故障狀況的可視化分布圖。服務(wù)平臺典型的功能清單如表1所示。

5 結(jié)論

新能源電動汽車代表了汽車工業(yè)發(fā)展的一種新趨勢。強(qiáng)化車輛監(jiān)控，提升行業(yè)運(yùn)營管理的效率成為一種必然趨勢。設(shè)計(jì)了一種基于云數(shù)據(jù)中心的電動汽車服務(wù)平臺設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，首先給出平臺總體框架，然后從云平臺和大數(shù)據(jù)平臺架構(gòu)等方面給出服務(wù)平臺詳細(xì)設(shè)計(jì)，最后給出平臺服務(wù)層所提供的主要功能清單。通過實(shí)際應(yīng)用的檢驗(yàn)，該服務(wù)平臺可以較好地滿足用戶需求，特別是平臺基于分層和分模塊的設(shè)計(jì)思想可以很好地應(yīng)對用戶后期需求變更。

參考文獻(xiàn)：

[1]彭晨偉， 巴繼東， 基于交通大數(shù)據(jù)的智能信息服務(wù)平臺[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用， 2017， 26（7）：97?103.

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