基于云霧協(xié)同計(jì)算的汽車(chē)健康檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)建

杜傳祥 魏秀嶺 東鑫淵 呂建新

摘要：本文從研究汽車(chē)健康狀態(tài)的檢測(cè)需求出發(fā)，研究了云計(jì)算與霧計(jì)算的應(yīng)用特點(diǎn)，并以此為基礎(chǔ)，研究構(gòu)建基于云霧協(xié)同計(jì)算的汽車(chē)健康狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)層級(jí)構(gòu)成和系統(tǒng)框架方案。在系統(tǒng)中通過(guò)傳感設(shè)備采集數(shù)據(jù)，然后傳輸、存儲(chǔ)并綜合處理。所獲得的數(shù)據(jù)為汽車(chē)健康檢測(cè)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)健康狀態(tài);實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè);云霧協(xié)同網(wǎng)絡(luò)

中圖分類(lèi)號(hào)：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）04-0095-02

0 序言

近年來(lái)，隨著汽車(chē)工業(yè)不斷發(fā)展，汽車(chē)保有量的增加迅速，大量的汽車(chē)使用，原來(lái)出現(xiàn)概率較小的問(wèn)題也逐步呈現(xiàn)一個(gè)較大的量的發(fā)生。在車(chē)輛行駛到一定的公里數(shù)以后，或者是使用到了一定的年限以后，雖然不至于報(bào)廢，但是經(jīng)常出毛病，用戶使用體驗(yàn)越來(lái)越差。發(fā)動(dòng)機(jī)是整個(gè)車(chē)輛的大腦，總的動(dòng)力來(lái)源，它的健康狀態(tài)決定影響整個(gè)汽車(chē)的工作狀態(tài)。同時(shí)，隨著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用普及，人們對(duì)數(shù)據(jù)處理、信息提取、知識(shí)發(fā)現(xiàn)、智能優(yōu)化和實(shí)時(shí)決策等有了更高的應(yīng)用需求。云計(jì)算、霧計(jì)算的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)這些應(yīng)用的基礎(chǔ)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在汽車(chē)檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用為其提供了平臺(tái)。

1 汽車(chē)健康檢測(cè)的需求

汽車(chē)是個(gè)機(jī)械產(chǎn)品，汽車(chē)的工作系統(tǒng)比較復(fù)雜。通過(guò)對(duì)近年來(lái)汽車(chē)事故的研究發(fā)現(xiàn)，把汽車(chē)作為一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)進(jìn)行研究，從安全的角度考慮問(wèn)題，已經(jīng)明顯不足。以往常見(jiàn)單獨(dú)的去思考問(wèn)題，各安全部件之間的關(guān)聯(lián)性考慮不足。通過(guò)針對(duì)性的補(bǔ)強(qiáng)解決了一個(gè)方面的問(wèn)題，卻會(huì)因此而產(chǎn)生一些別的情況，甚至發(fā)生二次事故。對(duì)人民群眾的生產(chǎn)生活已經(jīng)形成了困擾。

當(dāng)今的汽車(chē)維護(hù)與保養(yǎng)市場(chǎng)主要采用的是定期保養(yǎng)和遇到問(wèn)題維修處理的模式。其預(yù)判性不足，容易出現(xiàn)過(guò)度保養(yǎng)或者保養(yǎng)不及時(shí)的問(wèn)題，尤其是一些問(wèn)題出現(xiàn)才修理的現(xiàn)象，容易產(chǎn)生嚴(yán)重事故。且從業(yè)者主要是4s店以及一些相關(guān)修理店。不斷增長(zhǎng)的消費(fèi)需求需要精準(zhǔn)的對(duì)汽車(chē)的健康狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。完善的汽車(chē)自診斷系統(tǒng)將成為解決這一問(wèn)題的不二選擇。駕駛員或車(chē)主可以通過(guò)自診斷系統(tǒng)清晰的了解自己車(chē)輛，并輔助修理人員提高效率。既節(jié)約了使用成本，又節(jié)約了整個(gè)社會(huì)的資源。這個(gè)新的汽車(chē)安全思路將成為未來(lái)汽車(chē)發(fā)展的主要方向。

2 云霧協(xié)同計(jì)算概述

隨著物聯(lián)網(wǎng)的不斷普及，其相關(guān)終端設(shè)備亦大量增長(zhǎng)并普及。物聯(lián)網(wǎng)的世界獲得了海量數(shù)據(jù)，云計(jì)算平臺(tái)具備了相應(yīng)的存儲(chǔ)和計(jì)算能力。大數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用具有了平臺(tái)。云計(jì)算的優(yōu)勢(shì)是集中存儲(chǔ)和處理能力強(qiáng)大，在實(shí)際應(yīng)用中其劣勢(shì)是傳輸帶寬可能不足。海量的客戶端和云端之間的信息通信和交流需要速度。傳輸帶寬已經(jīng)成為應(yīng)用系統(tǒng)的瓶頸。在云服務(wù)器、大數(shù)據(jù)系統(tǒng)之間傳輸速度的下降甚至可能引起服務(wù)中斷。為解決此類(lèi)問(wèn)題，霧計(jì)算應(yīng)運(yùn)而生。

霧計(jì)算的精髓在于對(duì)邊緣設(shè)備的利用，它的主要構(gòu)想是“智能前沿化”。當(dāng)在云層和終端設(shè)備層之間加上一個(gè)叫做霧層的緩沖層時(shí)，可以極大的緩解云端和終端之間的傳輸問(wèn)題。霧層可以進(jìn)行中量計(jì)算的提供、短時(shí)性的存儲(chǔ)以及較快的網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)。從用戶的體驗(yàn)角度而言，更近、更快、終端設(shè)備能耗更低。在互聯(lián)網(wǎng)中斷的地區(qū)甚至可以做到霧服務(wù)的提供。

云計(jì)算使得應(yīng)用的執(zhí)行變得簡(jiǎn)單，但是對(duì)敏感性要求高的業(yè)務(wù)支持性很弱。物聯(lián)網(wǎng)的世界里對(duì)移動(dòng)性、區(qū)域分布性有較大的需求和更高的要求。同時(shí)終端用戶設(shè)備自身能耗的限制，也需要更多的節(jié)約能耗，延長(zhǎng)待機(jī)時(shí)間。霧計(jì)算更接近“地面”用戶，其主要工作在網(wǎng)絡(luò)邊緣的特性使得自身可以廣泛的運(yùn)用于各種業(yè)務(wù)中。云計(jì)算是假定數(shù)據(jù)傳輸寬帶不受限制，并且沒(méi)有延遲;霧計(jì)算是真正的低延時(shí)和快速位置感知，移動(dòng)性更好，敏感度高。作為網(wǎng)絡(luò)的邊緣節(jié)點(diǎn)有效的解決了云和終端之間的瓶頸。二者的協(xié)同計(jì)算可以很好的解決實(shí)際應(yīng)用中的問(wèn)題。云霧協(xié)同計(jì)算的概念如圖1所示。

3 基于云霧協(xié)同計(jì)算汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的構(gòu)建

隨著物聯(lián)網(wǎng)在生活中的逐步應(yīng)用，其應(yīng)用已經(jīng)逐漸從簡(jiǎn)單的物與物連接向智能化方向轉(zhuǎn)型。物聯(lián)網(wǎng)主要涉及 RFID、紅外感知、GPS、激光掃描等技術(shù)，各設(shè)備按約定的協(xié)議，實(shí)現(xiàn)物物互聯(lián)，信息互通，實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)管跟蹤、識(shí)別。其所使用的技術(shù)設(shè)備可以無(wú)縫銜接的運(yùn)用于車(chē)輛本身。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)車(chē)輛完成自身各狀態(tài)信息的采集;通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，匯聚信息，傳輸、綜合處理。利用霧服務(wù)的高靈敏性和云服務(wù)的海量數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)能力，協(xié)同工作，形成實(shí)用性強(qiáng)的交互式汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

根據(jù)霧計(jì)算智能前沿化的思路，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)邊緣的霧服務(wù)系統(tǒng)。霧層由大量的要求中等性能的網(wǎng)絡(luò)邊緣服務(wù)器組成。處于中間的霧服務(wù)器可以有效分擔(dān)云服務(wù)器的任務(wù)。云服務(wù)器本地化實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是數(shù)據(jù)和計(jì)算服務(wù)轉(zhuǎn)移到更靠近終端的設(shè)備之上，霧服務(wù)器可以提供本地化的計(jì)算以數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。可以充分滿足汽車(chē)移動(dòng)終端設(shè)備的高流量和低延遲的需求。云霧協(xié)同計(jì)算汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

根據(jù)霧計(jì)算處于網(wǎng)絡(luò)終端，每個(gè)終端節(jié)點(diǎn)具備霧計(jì)算設(shè)備，及時(shí)就近處理本地相關(guān)數(shù)據(jù)。構(gòu)建基于云霧協(xié)同計(jì)算汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)框架，如圖3所示。頂層為云計(jì)算中心，底層為傳感器和移動(dòng)終端層。在頂層和底層終端節(jié)點(diǎn)之間增加霧計(jì)算層。霧層居于物聯(lián)網(wǎng)接入層。霧接入點(diǎn)同時(shí)也是物聯(lián)網(wǎng)的接入點(diǎn)。在獲得傳感器采集的數(shù)據(jù)以后，按照過(guò)濾、分析的結(jié)果分解任務(wù)、分布處理、分發(fā)給各霧接入點(diǎn)協(xié)作處理。處理結(jié)果再傳至云計(jì)算中心進(jìn)行處理?？陀^上可以降低對(duì)傳輸帶寬的需求。增強(qiáng)系統(tǒng)反映速度，變相擴(kuò)充帶寬。

基于云霧協(xié)同計(jì)算汽車(chē)健康檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)，結(jié)合汽車(chē)健康信息傳輸縱向分層、橫向分布特點(diǎn)，可以構(gòu)建汽車(chē)健康檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)分層分布式的分析優(yōu)化架構(gòu)。其核心思想是：把大部分可以在各個(gè)不同汽車(chē)的車(chē)載裝置中實(shí)現(xiàn)的分析功能分布到車(chē)載裝置中實(shí)現(xiàn)，相當(dāng)于傳統(tǒng)集中式網(wǎng)絡(luò)分析模式向多個(gè)分布式相互協(xié)調(diào)的分析模式轉(zhuǎn)變，全面支持實(shí)現(xiàn)快速感知、快速行動(dòng)、綜合優(yōu)化的目標(biāo)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文主要目的是設(shè)計(jì)一個(gè)云霧協(xié)同計(jì)算汽車(chē)健康檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用系統(tǒng)。從車(chē)聯(lián)網(wǎng)及多媒體應(yīng)用角度，利用霧服務(wù)器分布廣，構(gòu)建汽車(chē)健康檢測(cè)的云霧協(xié)同網(wǎng)絡(luò)，以成本更低提供服務(wù)為特點(diǎn)，獲得汽車(chē)狀態(tài)信息，通過(guò)分析提供給相關(guān)部門(mén)以及汽車(chē)使用者。隨著智慧城市、智慧交通、智能汽車(chē)發(fā)展，其作用會(huì)越來(lái)越明顯，應(yīng)用前景十分廣闊。

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