一种基于智能网关的数据协同处理系统的制作方法与工艺

本发明涉及一种数据处理系统，特别是关于一种适用于车联网的基于智能网关的数据协同处理系统。

背景技术：
车联网是融合车内网、车际网和车载移动互联网的一体化网络，其框架包括Telematics、车车协同/车路协同（VehicletoVehicleCooperativeSystem/VehicletoInfrastructureCooperativeSystem，V2V/V2I）及车内网（In-vehicleNetworking）三者体系和技术的融合。车联网通过集成多种通信技术将车辆内部各部件、车辆内部与外部世界之间连接成网络，从国际相关技术的发展趋势来看，Telematics、V2V/V2I及车内网三者技术上逐渐融合，体系上向车-X（X：车、路、行人及互联网等）发展。信息化是车联网的核心，基于车辆信息化的应用是车联网的本质。由于车联网包含大量的多源异构信息，例如：车辆内部的总线信息、外接设备信息（GPS信息和惯性传感器信息等）、路侧设备发送给车辆的交通信息（信号灯相位和配时、车道占有率和平均车速等）、周边车辆发送过来的信息（车辆状态信息和驾驶员操作信息等）、互联网发送过来的信息（GIS信息、内容服务信息和兴趣点信息等）。这些信息由于来源不同、封装协议不同、数据格式不同、发送频率不同，因此具有相当大的差异性，需要在智能网关内对其进行解析、同步、融合、重构、协同和分发。为此，智能网关需要支持GPS/北斗卫星通讯、3G/4G通讯、专用短程无线通讯（DedicatedShort-RangeCommunications,DSRC）、CAN/LIN总线通讯和Wifi/蓝牙（Bluetooth）通讯等通讯方式，能够解析NMEA0183、CDMA2000/WCDMA、802.11p、IEEE1609、CAN2.0、802.11n/802.15等通讯协议。目前为止，现有技术分别对应用于Telematics、车车协同/车路协同或车内网的技术进行了研究。国、内外主要针对车联网中的某一或二项通讯技术进行了创新，主要集中在车载电脑内实现通讯集成（例如车载电脑的3G、Wifi、蓝牙通信），而没有将DSRC、3G/4G、CAN/LIN、Wifi/蓝牙等多种通信方式集成为多模式的通讯模块。同时，由于缺乏支持多模式通信协议、数据解析的标准和数据协同处理系统，一定程度上阻碍了多模式通信模块的开发和应用。

技术实现要素：
针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于智能网关的数据协同处理系统，该系统集成了以太网通信模块、CAN/LIN总线模块、GPS/北斗模块、DSRC模块、Wifi/ 蓝牙模块和3G/4G模块，支持多种通信协议及数据解析标准，能够进行多模式通信和车联网数据协同处理。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于智能网关的数据协同处理系统，其特征在于：它包括主控制器、集成通讯模块、电源和集成天线，所述主控制器内设置有数据协同处理单元，所述数据协同处理单元包括协议解析单元、异构信息融合单元和智能网络切换单元；所述电源与汽车电源连接，用于为所述智能网关和集成通讯模块供电；所述集成天线用于将所述集成通讯模块中的GPS/北斗模块、DSRC模块、Wifi/蓝牙模块和3G/4G模块的天线集成在一起，实现无线信息的发送与接收；所述集成通讯模块接收外部通讯信息，并通过相应数据接口将其发送到所述协议解析单元；所述协议解析单元根据内置的协议及数据标准库将获得的通讯信息进行相应解析后发送到所述异构信息融合单元；所述异构信息融合单元在系统时钟单元的支持下将接收的数据依次进行同步、过滤，按照设定的车联网数据交互标准进行重构，并将重构后的信息打包成业务数据包，分发给所述智能网络切换单元；所述智能网络切换单元根据外部应用终端的不同需求有效管理智能网关在不同通讯网络间的接入与退出，根据需要将所述业务数据包通过智能网关发送到相应应用终端。所述集成通讯模块包括以太网通信模块、CAN/LIN总线模块、GPS/北斗模块、DSRC模块、Wifi/蓝牙模块和3G/4G模块。所述协议解析单元包括以太网信息解析模块、NMEA0183坐标解析及坐标变换模块、CAN/LIN总线信息解析模块、DSRC信息解析模块、Wifi/蓝牙信息解析模块和3G/4G信息解析模块；所述协议及数据标准库包括TCP/IP协议、CAN协议、NMEA0183协议、802.11n协议、802.15协议、3G/4G协议、UDP/IP协议和SAEJ2735数据标准。所述异构信息融合单元的工作过程为：（1）按照所述系统时钟单元的采样周期对所有的数据进行同步；（2）采用延时过滤、距离过滤和IP过滤分别对经步骤（1）同步后的数据进行过滤：过滤掉延时超过预设范围的实时信息，过滤掉距离车辆超过预设距离的车-车、车-路通信的动态信息，过滤掉不属于授权车联网中心、云平台和服务网站的IP地址；（3）将经步骤（2）过滤后的所有信息按设定的车联网数据交互标准重构，并在不同的协议下重新打包成业务数据包；（4）将业务数据包进行数据编号后发送到所述智能网络切换单元。所述智能网络切换单元包括事件库和决策库，具体过程为：（1）事件库用于设置事件类型，并根据事件类型进行事件编号；（2）智能网络切换单元识别业务数据包的数据编号，将数据编号与事件库中的事件编号进行比对，确定业务数据包的事件类型；（3）决策库根据业务数据包的事件类型，为应用终端提供所用网络的接入和退出方案。所述步骤（3）中，所用网络的接入和退出方案包括3G/4G、DSRC、Wifi/蓝牙、以太网的接入和退出方案：①基于3G/4G的互联网智能接入和退出机制：通过事件驱动的方式，用预先定义事件触发互联网接入和退出，通过所述智能网络切换单元对互联网接入时机进行管理，合理管理用户流量；②基于DSRC的Ad-Hoc网络接入和退出机制：当车辆进入周边车辆或路侧设备的DSRC通信覆盖区域时，按照固定或临时分配的IP地址，实时接入临时组织的Ad-Hoc网络，当退出通信范围时，自动退出网络；③基于Wifi/蓝牙的局域网络接入和退出机制：通过事件驱动的方式，用预先定义事件触发汽车与车载智能手机组成的局域网络接入和退出；④通信隔离机制：对汽车CAN/LIN总线通信与其他通信进行隔离，任何时候都不允许数据协同处理单元向汽车总线发送信息，避免网络信息干扰车内总线，影响车辆的安全运行。本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明包括主控制器、集成通讯模块、电源和集成天线，集成通讯模块包括以太网通信模块、CAN/LIN总线模块、GPS/北斗模块、DSRC模块、Wifi/蓝牙模块和3G/4G模块多种通信模块；可以通过以太网模块实现主控制器与车载终端（车机）的连接，按照规定的协议向车载终端发送数据；可以通过CAN/LIN总线模块采集车辆状态信息和驾驶员操作信息（例如车速、加速度、横摆角速度、方向盘角度、发动机转速、制动踏板开度、制动压力、档位、转向灯状态、车门状态、车锁状态、油门踏板开度等信息）；可以通过GPS/北斗模块采集汽车的空间位置信息（经度、纬度）、运动状态信息（速度、方位角）、协调世界时；可以通过DSRC模块接收周边车辆状态信息和交通信息，并向周边DSRC设备发送自车信息；可以通过Wifi/蓝牙模块接收车载智能手机信息，并向车载智能手机发送自车信息；可以通过3G/4G模块接收互联网信息，并向互联网发送自车信息；因此本发明能够通过对接收到的多种通信信息进行协同处理，将获取的信息提供给车联网云端/中心、周边车辆或路侧设备、自车车载终端、车载智能手机，具有多模式通信和协同数据处理的能力。2、本发明的数据协同处理单元包括有协议解析单元、异构信息融合单元和智能网络切换单元，协议解析单元用于根据内置的协议及数据标准库将获得的通讯信息进行解析后发送到异构信息融合单元，异构信息融合单元在系统时钟单元的支持下将接收的数据依次进行同步、过滤，按照设定的车联网数据交互标准进行重构，并将重构后的信息打包、分发给智能网络切换单元，智能网络切换单元根据外部应用终端的不同需求有效管理智能网关在不同通讯网络间的接入与退出，根据需要将业务数据包通过智能网关发送到相应应用终端，因此与现有技术相比，本发明能够支持多种模式的通信协议和协同数据处理。本发明可以为车载终端（车机）、车载智能手机、车辆控制器、车联网云端/中心、交通管理和控制等领域提供各种参考信息。附图说明图1是本发明数据协同处理系统的结构示意图；图2是本发明数据协同处理系统的信息处理流程示意图；图3是本发明智能网络切换单元的工作流程示意图；图4是本发明实施例的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。如图1所示，本发明基于智能网关的数据协同处理系统包括主控制器1、集成通讯模块2、集成天线和电源（图中未显示）。主控制器1内设置数据协同处理单元，数据协同处理单元包括协议解析单元11、异构信息融合单元12和智能网络切换单元13。集成通讯模块2通过有线或无线方式接收外部通讯信息，并通过相应数据接口将其发送到协议解析单元11；协议解析单元11根据内置的协议及数据标准库将获得的通讯信息解析成相应格式的数据发送到异构信息融合单元12；异构信息融合单元12在一系统时钟单元121的支持下将接收的数据依次进行同步、过滤，并按照设定的车联网数据交互标准122进行重构，并将重构后的信息打包成业务数据包再分发给智能网络切换单元13；智能网络切换单元13根据外部应用终端3的不同需求有效管理智能网关在不同通讯网络间的接入与退出，并根据需要将业务数据包通过智能网关发送到相应外部应用终端3，用于对车辆的安全行驶和高效通行提供信息参考。其中，电源与汽车的ACC电源连接，将汽车提供的12V电压通过降压、滤波输出5V和3V电压，用于为主控制器1和集成通讯模块2供电。上述实施例中，集成通讯模块2可以包括以太网通信模块21、CAN/LIN总线模块22、GPS/北斗模块23、DSRC模块24、Wifi/蓝牙模块25和3G/4G模块26，其中所有的“/”均表示“或”。集成天线用于将GPS/北斗模块23、DSRC模块24、Wifi/蓝牙模块25和3G/4G模块26的天线集成在一起，实现无线信息的发送与接收，其他的通信模块均采用有线方式实现信息的发送与接收，本发明实施例中的DSRC模块24采用5.9GHzDSRC。上述各实施例中，应用终端3可以包括互联网31、周边车辆/路侧DSRC设备32、车载智能手机33、车载终端（车机）34和汽车总线及控制单元35中的一种或几种。上述各实施例中，协议解析单元11包括以太网信息解析模块、NMEA0183坐标解析及坐标变换模块、CAN/LIN总线信息解析模块、DSRC信息解析模块、Wifi/蓝牙信息解析模块和3G/4G信息解析模块。协议解析单元11根据内置的协议及数据标准库对接收的信息采用相应解析模块进行解析，其中，协议及数据标准库包括TCP/IP协议、汽 车CAN协议、NMEA0183协议、802.11n协议、802.15协议、3G/4G协议、UDP/IP协议和SAEJ2735数据标准（如图2所示），3G/4G协议包括CDMA2000、WCDMA、TD-CDMA或4GLTE通信协议，具体解析过程为：1）以太网信息解析模块通过TCP/IP协议对接收的数据进行解析；2）NMEA0183坐标解析模块及坐标变换模块根据NMEA0183协议对接收的GPS/北斗信息进行解析；3）CAN/LIN总线信息解析模块根据CAN2.0协议对接收的汽车CAN/LIN信息进行解析；4）DSRC信息解析模块根据UDP/IP协议和SAEJ2735标准(《SAEJ2735DedicatedShortRangeCommunications(DSRC)MessageSetDictionary》或其简化版本为内容)对接收的DSRC信息进行解析；5）Wifi/蓝牙信息解析模块用于根据802.11n或802.15协议对接收的Wifi/蓝牙信息进行解析；6）3G/4G信息解析模块用于基于CDMA2000、WCDMA、TD-CDMA或4GLTE通信协议对接收的3G/4G信息进行解析。上述各实施例中，系统时钟单元121用于对所有的信号进行同步，使得异构信息融合单元12只采集同一时刻的信息，例如本发明的实施例中系统时钟单元121以50ms为采样周期，异构信息融合单元12以系统时钟单元121为支持对解析完成的信息依次进行同步、过滤和重构处理，具体工作原理为：1）同步：按照采样周期TS对所有的数据进行同步，对于更新周期不等于TS的信息，取其离采样时刻最近时间内的数据。对于具有不同更新周期的信息集{S1S2…Sn}，如果智能网关在K采样时刻，任一信号Si当前值没有发生变化，即：Si(k)=Si(k-1),那么取（k-1）时刻值为当前时刻值。那么对于更新周期Tt＞TS的信号，同一个值会被多次采样，而对于Tt＜TS的信号，则会漏掉一些信息，这就是本实施例中采取的硬同步方法。2）采用延时过滤、距离过滤和IP过滤分别对经步骤1）同步后的数据进行过滤：2.1）延时过滤：对于实时信息（如周围车辆运动状态信息和道路交通信息）延时超过预设范围则进行过滤，目的是保证信息的实时性，即：如果tdelay>tthreshold,需要过滤该ID的信息。tdelay=tself-tid式中，tself是自车数据同步时刻的时间戳，tid是具有某一ID的应用终端3中的一种或者几种在自车数据同步时刻的时间戳，tdelay是两者的时间差，tthreshold是时间差 的门槛值。2.2）距离过滤：对于距离车辆超过预设距离（通过GPS位置差分得到距离，距离的阈值是动态变化的）的车-车、车-路通信的动态信息进行过滤，目的是减少信息量，提高处理效率，即：如果Ddis＞Dthreshold,需要过滤该ID的信息式中，Xself和Xid分别是自车与具有某一ID的周边车辆/路侧DSRC终端35，在同步数据时刻的高斯平面坐标X轴位置，Yself和Yid分别是自车与具有某一ID的应用终端3中的一种或者几种在同步数据时刻的高斯平面坐标Y轴位置，Ddis是两者的距离，Dthreshold是距离的门槛值。2.3）IP过滤：在进行汽车-互联网连接时，只访问授权的车联网中心、云平台和服务网站的IP地址，对于不属于授权车联网中心、云平台和服务网站的IP地址进行IP过滤，确保信息的安全性和有效性。3）重构：将过滤后得到的所有信息按设定的车联网数据交互标准重构（车联网数据交互标准可以根据用户的实际需要进行设定，在此不作具体限定），根据不同的需求，在不同的协议（UDP/IP、TCP/IP、CAN、802.11n/802.15、3G/4G）下重新打包，即：将所有采集到的信息，按使用时设定的车联网数据交互标准进行重新编排，例如在与车载智能手机通信的过程中，车载智能手机通过蓝牙通信请求一个车速信号，则将车速这个信号打包，按802.15协议发给手机，车载智能手机再进行解析。4）分发：将业务数据包进行数据编号后发送到智能网络切换单元13。上述各实施例中，如图3所示，智能网络切换单元13包括事件库和决策库，通过识别业务数据包的数据编号，将数据编号与事件库进行比对，确定业务数据包的事件类型，决策库根据业务数据包的事件类型确定应用终端3所使用的网络，具体过程为：1）事件库用于设置事件类型，并根据事件类型进行事件编号。事件设置包括系统内置和用户手动设置两种设置方式。事件类型包括应用终端3（互联网31、周边车辆/路侧DSRC设备32、车载智能手机33、车载终端34和汽车总线及控制单元35）和事件级别。事件级别包括普通事件、紧急事件和定制事件，其中普通事件包括车辆的一般信息，例如车速、发动机转速、油门开度、经纬度信息；紧急事件包括可能导致紧急事件的信息，例如紧急刹车、汽车故障码、气囊打开信号等；定制事件包括用户自定义的一些信息，例如定位信息、交通信息、互联网信息等。2）智能网络切换单元识别业务数据包的数据编号，将数据编号与事件库进行比对，确定业务数据包的事件类型；3）决策库根据业务数据包的事件类型，提供3G/4G、DSRC、Wifi/蓝牙、以太网 的接入和退出方案，具体包括：①基于3G/4G的移动互联网智能接入和退出机制，通过事件驱动的方式，用预先定义（系统定义和客户自定义）事件触发互联网接入和退出，通过智能网络切换单元13对互联网接入时机进行管理，合理管理用户流量。②基于DSRC的Ad-Hoc网络接入和退出机制，当车辆进入周边车辆或路侧设备的DSRC通信覆盖区域时，按照固定或临时分配的IP地址，实时接入临时组织的Ad-Hoc网络，当退出通信范围时，自动退出网络。③基于Wifi或蓝牙的局域网络接入和退出机制，通过事件驱动的方式，用预先定义（系统定义和客户自定义）事件触发汽车与车载智能手机组成的无线局域网络接入和退出。④通信隔离机制，在智能网络切换单元13中，对CAN/LIN总线通信与其他通信进行软件隔离，任何时候都不允许数据协同处理单元向总线发送信息，避免网络信息（尤其是病毒）干扰车内总线，影响车辆的安全运行。采用上述智能网关的数据协同处理系统，详细说明本发明的数据协同处理的具体工作过程为：1、车载终端（车机）34通过以太网口连接以太网通信模块21，以太网通信模块21与主控制器1连接。车载终端34的数据采用TCP/IP协议封装通过以太网通信模块21发送到协议解析单元11，协议解析单元11根据TCP/IP协议解析后发送到异构信息融合单元12，异构信息融合单元12在系统时钟单元121的支持下，依次进行同步、过滤，车载终端数据与其他信息（例如CAN数据、DSRC数据、GPS数据等）一起按设定的车联网数据标准重构处理，重构后的数据，根据应用终端的业务请求（例如车载终端34请求一个包括自车故障代码的数据业务），给请求该应用的车载终端34打成相应业务数据包（包括自车故障代码），再用相应的协议封装（车载终端34支持的TCP/IP协议），由智能网络切换单元13发送给请求该应用的车载终端34；以太网通信模块11能够以一定的周期，按照规定的协议向车载终端34发送数据（包括汽车状态信息、驾驶员操作信息和汽车故障信息，例如车速、加速度、横摆角速度、方向盘角度、发动机转速、制动压力、档位、转向灯、车门、车锁、制动踏板开度、油门踏板开度等），便于车载终端34解析利用，实现主控制器1与车载终端34的信息双向交互。2、汽车CAN/LIN总线连接CAN/LIN总线模块22，CAN/LIN总线模块22通过CAN接口与主控制器1连接，汽车CAN/LIN总线的数据采用CAN2.0协议打包通过CAN/LIN总线模块22发送到协议解析单元11，协议解析单元11根据不同的汽车CAN总线数据协议编制的汽车CAN数据库对其进行解析后发送到异构信息融合单元12，异构信息融 合单元12在系统时钟单元121的支持下，依次进行同步和过滤，CAN数据与其他信息（例如GPS/北斗数据、DSRC数据、车载终端数据等）一起按设定的车联网数据协议重构处理，重构后的数据，根据应用终端的业务请求（例如车载终端34请求一个包括车速、发动机转速、转向灯的数据业务），给请求该应用的应用终端（例如车载终端34）打成相应业务数据包（包括车速、发动机转速、转向灯），再用相应的协议封装（例如车载终端支持的TCP/IP协议），由智能网络切换单元13发送给请求该应用的应用终端（例如车载终端34）；CAN/LIN总线模块22用于将车内网络信息发送到主控制器1，车内网络信息包括汽车运动状态信息（速度、加速度和横摆角速度等）、驾驶员操作信息（油门踏板开度、制动压力、方向盘转角和转向灯等）、车身控制信息（车灯、车门、门锁和雨刮等）、汽车主要总成状态信息（发动机、变速器、电池、ABS和ESP等）。3、GPS/北斗模块23通过串口与主控制器1连接，协议解析单元11根据NMEA0183标准对GPS/北斗数据进行解析，并通过异构信息融合单元12依次进行同步、过滤，GPS/北斗数据与其他信息（例如CAN数据、DSRC数据、车载终端数据等）一起按设定的车联网数据标准重构处理，重构后的数据，根据应用终端的业务请求（例如车载智能手机33请求一个包括周边车辆制动、转向灯的数据业务），给请求该应用的应用终端（例如车载智能手机33）打成相应业务数据包（包括周边车辆的制动、转向灯），再用相应的协议封装（例如车载智能手机33支持的CDMA2000协议），由智能网络切换单元13发送给请求该应用的应用终端（例如车载智能手机33）；GPS/北斗模块23用于将采集的汽车空间信息、运动信息、协调世界时发送到主控制器1。4、DSRC模块24通过以太网口与主控制器1连接，DSRC数据采用UDP/IP协议打包，协议解析单元11根据SAEJ2735标准对其进行解析，并通过异构信息融合单元12依次进行同步、过滤，DSRC数据与其他信息（例如CAN数据、GPS数据等、车载终端数据）一起按规定的数据标准重构处理，重构后的数据，根据应用终端的业务请求（例如周边车辆的DSRC32请求一个包括自车车辆制动、转向灯的数据业务），给请求该应用的应用终端（例如周边车辆的DSRC终端32）打成相应业务数据包（包括自车车辆制动、转向灯），再用相应的协议封装（例如DSRC32支持的UDP/IP协议），由智能网络切换单元13发送给请求该应用的应用终端（例如周边车辆的DSRC32）；DSRC模块24用于实现自车与周边车辆、路侧设备的短程无线通信，能够接收周围DRSC设备发来的车辆信息，并且通过周期发送或事件驱动的方式向周围DSRC设备发送车辆信息，实现主控制器1与DSRC设备的信息双向交互。5、Wifi/蓝牙模块25通过串口与主控制器1连接，协议解析单元11对Wifi/蓝牙数据采用TCP/IP协议封装，并通过异构信息融合单元11依次进行同步、过滤，Wifi/ 蓝牙数据与其他信息（例如CAN数据、GPS数据、DSRC数据、车载终端数据等）一起按规定的数据标准重构处理，重构后的数据，根据应用终端的业务请求（例如车载智能手机33请求一个包括自车车辆制动、转向灯的数据业务），给请求该应用的应用终端（例如车载智能手机33）打成相应业务数据包（包括自车车辆制动、转向灯），再用相应的协议封装（例如车载智能手机33支持的802.15蓝牙协议），由智能网络切换单元13发送给请求该应用的应用终端（例如车载智能手机33）；Wifi/蓝牙模块25用于实现自车与车载智能手机的连接，能够通过请求响应的方式与车载智能手机相互收发信息，实现主控制器1与车载智能手机33的信息双向交互。6、3G/4G模块26通过USB接口与主控制器1连接，协议解析单元11对3G/4G数据采用TCP/IP协议进行解析，并通过异构信息融合单元12依次进行同步、过滤，3G/4G数据与其他信息（例如CAN数据、GPS数据、DSRC数据、车载终端数据等）一起按设定的车联网数据标准重构处理，重构后的数据，根据应用终端的业务请求（例如互联网31通过3G通信请求一个包括自车经纬度、速度的数据业务），给请求该应用的应用终端（例如互联网31）打成相应业务数据包（包括自车经纬度、速度），再用相应的协议封装（例如3G支持的CDMA2000协议），由智能网络切换单元13发送给请求该应用的应用终端（例如通过3G26发送给互联网31）；3G/4G模块26用于实现自车与互联网的连接，通过事件驱动的方式与互联网收发信息，实现主控制器1与互联网信息的双向交互。上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构和连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。