基于云霧協(xié)同計算的汽車健康檢測網(wǎng)絡系統(tǒng)構建

杜傳祥 魏秀嶺 東鑫淵 呂建新

摘要：本文從研究汽車健康狀態(tài)的檢測需求出發(fā)，研究了云計算與霧計算的應用特點，并以此為基礎，研究構建基于云霧協(xié)同計算的汽車健康狀態(tài)檢測系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)層級構成和系統(tǒng)框架方案。在系統(tǒng)中通過傳感設備采集數(shù)據(jù)，然后傳輸、存儲并綜合處理。所獲得的數(shù)據(jù)為汽車健康檢測提供了技術基礎。

關鍵詞：汽車健康狀態(tài);實時監(jiān)測;云霧協(xié)同網(wǎng)絡

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）04-0095-02

0 序言

近年來，隨著汽車工業(yè)不斷發(fā)展，汽車保有量的增加迅速，大量的汽車使用，原來出現(xiàn)概率較小的問題也逐步呈現(xiàn)一個較大的量的發(fā)生。在車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，雖然不至于報廢，但是經(jīng)常出毛病，用戶使用體驗越來越差。發(fā)動機是整個車輛的大腦，總的動力來源，它的健康狀態(tài)決定影響整個汽車的工作狀態(tài)。同時，隨著無線網(wǎng)絡技術、物聯(lián)網(wǎng)技術和傳感器技術的發(fā)展及應用普及，人們對數(shù)據(jù)處理、信息提取、知識發(fā)現(xiàn)、智能優(yōu)化和實時決策等有了更高的應用需求。云計算、霧計算的應用是實現(xiàn)這些應用的基礎，物聯(lián)網(wǎng)技術在汽車檢測領域的應用為其提供了平臺。

1 汽車健康檢測的需求

汽車是個機械產(chǎn)品，汽車的工作系統(tǒng)比較復雜。通過對近年來汽車事故的研究發(fā)現(xiàn)，把汽車作為一個獨立系統(tǒng)進行研究，從安全的角度考慮問題，已經(jīng)明顯不足。以往常見單獨的去思考問題，各安全部件之間的關聯(lián)性考慮不足。通過針對性的補強解決了一個方面的問題，卻會因此而產(chǎn)生一些別的情況，甚至發(fā)生二次事故。對人民群眾的生產(chǎn)生活已經(jīng)形成了困擾。

當今的汽車維護與保養(yǎng)市場主要采用的是定期保養(yǎng)和遇到問題維修處理的模式。其預判性不足，容易出現(xiàn)過度保養(yǎng)或者保養(yǎng)不及時的問題，尤其是一些問題出現(xiàn)才修理的現(xiàn)象，容易產(chǎn)生嚴重事故。且從業(yè)者主要是4s店以及一些相關修理店。不斷增長的消費需求需要精準的對汽車的健康狀態(tài)進行檢測。完善的汽車自診斷系統(tǒng)將成為解決這一問題的不二選擇。駕駛員或車主可以通過自診斷系統(tǒng)清晰的了解自己車輛，并輔助修理人員提高效率。既節(jié)約了使用成本，又節(jié)約了整個社會的資源。這個新的汽車安全思路將成為未來汽車發(fā)展的主要方向。

2 云霧協(xié)同計算概述

隨著物聯(lián)網(wǎng)的不斷普及，其相關終端設備亦大量增長并普及。物聯(lián)網(wǎng)的世界獲得了海量數(shù)據(jù)，云計算平臺具備了相應的存儲和計算能力。大數(shù)據(jù)處理和應用具有了平臺。云計算的優(yōu)勢是集中存儲和處理能力強大，在實際應用中其劣勢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)成為應用系統(tǒng)的瓶頸。在云服務器、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中斷。為解決此類問題，霧計算應運而生。

霧計算的精髓在于對邊緣設備的利用，它的主要構想是“智能前沿化”。當在云層和終端設備層之間加上一個叫做霧層的緩沖層時，可以極大的緩解云端和終端之間的傳輸問題。霧層可以進行中量計算的提供、短時性的存儲以及較快的網(wǎng)絡通信服務。從用戶的體驗角度而言，更近、更快、終端設備能耗更低。在互聯(lián)網(wǎng)中斷的地區(qū)甚至可以做到霧服務的提供。

云計算使得應用的執(zhí)行變得簡單，但是對敏感性要求高的業(yè)務支持性很弱。物聯(lián)網(wǎng)的世界里對移動性、區(qū)域分布性有較大的需求和更高的要求。同時終端用戶設備自身能耗的限制，也需要更多的節(jié)約能耗，延長待機時間。霧計算更接近“地面”用戶，其主要工作在網(wǎng)絡邊緣的特性使得自身可以廣泛的運用于各種業(yè)務中。云計算是假定數(shù)據(jù)傳輸寬帶不受限制，并且沒有延遲;霧計算是真正的低延時和快速位置感知，移動性更好，敏感度高。作為網(wǎng)絡的邊緣節(jié)點有效的解決了云和終端之間的瓶頸。二者的協(xié)同計算可以很好的解決實際應用中的問題。云霧協(xié)同計算的概念如圖1所示。

3 基于云霧協(xié)同計算汽車網(wǎng)絡系統(tǒng)的構建

隨著物聯(lián)網(wǎng)在生活中的逐步應用，其應用已經(jīng)逐漸從簡單的物與物連接向智能化方向轉型。物聯(lián)網(wǎng)主要涉及 RFID、紅外感知、GPS、激光掃描等技術，各設備按約定的協(xié)議，實現(xiàn)物物互聯(lián)，信息互通，實現(xiàn)智能監(jiān)管跟蹤、識別。其所使用的技術設備可以無縫銜接的運用于車輛本身。通過物聯(lián)網(wǎng)技術車輛完成自身各狀態(tài)信息的采集;通過物聯(lián)網(wǎng)技術，匯聚信息，傳輸、綜合處理。利用霧服務的高靈敏性和云服務的海量數(shù)據(jù)處理和存儲能力，協(xié)同工作，形成實用性強的交互式汽車網(wǎng)絡系統(tǒng)。

根據(jù)霧計算智能前沿化的思路，構建網(wǎng)絡邊緣的霧服務系統(tǒng)。霧層由大量的要求中等性能的網(wǎng)絡邊緣服務器組成。處于中間的霧服務器可以有效分擔云服務器的任務。云服務器本地化實現(xiàn)的關鍵是數(shù)據(jù)和計算服務轉移到更靠近終端的設備之上，霧服務器可以提供本地化的計算以數(shù)據(jù)存儲。可以充分滿足汽車移動終端設備的高流量和低延遲的需求。云霧協(xié)同計算汽車網(wǎng)絡系統(tǒng)結構圖如圖2所示。

根據(jù)霧計算處于網(wǎng)絡終端，每個終端節(jié)點具備霧計算設備，及時就近處理本地相關數(shù)據(jù)。構建基于云霧協(xié)同計算汽車網(wǎng)絡系統(tǒng)架構框架，如圖3所示。頂層為云計算中心，底層為傳感器和移動終端層。在頂層和底層終端節(jié)點之間增加霧計算層。霧層居于物聯(lián)網(wǎng)接入層。霧接入點同時也是物聯(lián)網(wǎng)的接入點。在獲得傳感器采集的數(shù)據(jù)以后，按照過濾、分析的結果分解任務、分布處理、分發(fā)給各霧接入點協(xié)作處理。處理結果再傳至云計算中心進行處理。客觀上可以降低對傳輸帶寬的需求。增強系統(tǒng)反映速度，變相擴充帶寬。

基于云霧協(xié)同計算汽車健康檢測網(wǎng)絡系統(tǒng)架構，結合汽車健康信息傳輸縱向分層、橫向分布特點，可以構建汽車健康檢測網(wǎng)絡分層分布式的分析優(yōu)化架構。其核心思想是：把大部分可以在各個不同汽車的車載裝置中實現(xiàn)的分析功能分布到車載裝置中實現(xiàn)，相當于傳統(tǒng)集中式網(wǎng)絡分析模式向多個分布式相互協(xié)調(diào)的分析模式轉變，全面支持實現(xiàn)快速感知、快速行動、綜合優(yōu)化的目標。

4 結語

本文主要目的是設計一個云霧協(xié)同計算汽車健康檢測網(wǎng)絡系統(tǒng)的應用系統(tǒng)。從車聯(lián)網(wǎng)及多媒體應用角度，利用霧服務器分布廣，構建汽車健康檢測的云霧協(xié)同網(wǎng)絡，以成本更低提供服務為特點，獲得汽車狀態(tài)信息，通過分析提供給相關部門以及汽車使用者。隨著智慧城市、智慧交通、智能汽車發(fā)展，其作用會越來越明顯，應用前景十分廣闊。

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