智能网联汽车导航即时通信应用研究_相奇.pdf

46上海信息化企业案例ENTERPRISE CASE随着汽车工业迅速发展和人民生活水平不断提高，私人汽车保有量近年持续增长，国家统计局2022年发布的国民经济和社会发展统计数据显示，全国私人汽车保有量已达26246万辆。与此同时，在科技进步与市场需求推动下，汽车不再是简单的代步工具，而是集安全、环保、舒适、娱乐、办公及服务于一体的智能工具。相关统计数据显示，2021年中国智能汽车销量约为204万辆，同比增长22.16%。随着新一代信息通信技术飞速发展，远程通信和信息系统逐步进入汽车行业应用，并呈现多样化、集成化发展趋势。为了改善智能网联汽车导航即时通信应用研究文 相奇随着智能化、网联化、平台化成为未来汽车产业发展的大势所趋，车联网也从最初的车机系统扩展到整车数字化，这对汽车通信技术提出了更高要求。博泰车联网研究即时通信软件（IM）在智能网联汽车导航领域的应用，并选择车间通信车队场景进行实践，不但验证了即时通信应用于智能网联汽车的可行性，而且实现了应用场景技术创新。用户交互体验，汽车信息传输及通信要求进一步提升。智能网联汽车通信研究相较传统汽车，智能网联汽车最为显著的特征是智能化、网联化与平台化。智能化即汽车搭载智能摄像头、激光雷达等感知终端及智能操作系统、人工智能芯片，实现超视距数据采集与自动驾驶；网联化即汽车通过车载单元与人、车、路、云全面互联，实现数据互联互通；平台化即交通管理、信息服务等涉车47上海信息化业务的实现逐步向云平台迁移。其中网联化作为纽带，需要稳定、高效、便捷的车载通信系统进行互联互通，且直接反应到用户体验上。与此同时，近年即时通信软件发展迅猛。作为拥有最多用户规模的即时通信软件，微信为人们的生活带来极大便利。其他云平台亦提供各具特色的即时通信产品，如网易云信、腾讯IM、百度IM+、融云等。如何将即时通信软件应用于智能网联汽车，为用户带来极智智能产品和极致交互体验，成为产业界面临的重要课题。车联网是以车内网、车际网和车载移动互联网为基础，按照约定的通信协议和数据交换标准，在车和车、车和人、车和环境之间进行无线通信及信息传输，实现车辆智能化控制、智能动态服务、智能交通管理的一体化网络。车联网通信技术目前主要分为两类：一是短距离无线通信技术，二是远距离移动通信技术。前者主要是RFID传感识别、红外、蓝牙、NFC及类似WiFi等2.4G通信技术，后者主要为GPRS、3G、LTE、4G、5G等移动通信技术。相关通信技术除了用于车联网，还可用于高速公路及停车厂自动缴费、无线设备互联、监控调度数据包传输、视频监控等场景。相关背景技术即时通信技术即时通信基于TCP/IP和UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议)进行通信，帮助人们在网上识别在线用户并与之实时交换消息，是当前最主流的通信方式。当前，各类即时通信软件企业可提供丰富的服务功能，包括文字、图片、语音、视频、位置、文件等多种富媒体消息类型，支持单聊、群聊、聊天室多种会话形式，并支持多端消息同步，确保消息体验的一致性。即时通信完全基于移动蜂窝通信，而通信软件或SDK（Software Development Kit，软件开发工具包）由通信服务商提供，不同终端开发方不需要在通信技术上耗费人力，只需直接接入相应SDK，即可快速实现即时通信的全部功能。智能网联导航系统根据国务院最新发布的智能汽车创新发展战略，智能汽车是指通过搭载先进传感器等装置，运用人工智能等新技术，具有自动驾驶功48上海信息化企业案例ENTERPRISE CASE能，逐步成为智能移动空间和应用终端的新一代汽车。智能汽车通常又称为智能网联汽车、自动驾驶汽车。而智能汽车车载无线通信技术是将汽车技术、电子技术、计算机技术、无线通信技术紧密结合，整合各种不同应用系统而形成的新型技术，主要实现汽车状况实时检测、车内无线移动办公、GPS全球定位、汽车行驶导航、车辆指挥调度、环境数据采集、车内娱乐等功能。移动通信技术在有移动网络覆盖时能够提供直接通信，主要包括提供文本通信的短信服务、提供语音通信的语音服务、提供多媒体通信的彩信服务，以及其他增值服务，且覆盖范围很大。虽然直接移动通信能够为通信提供较为全面的服务，但其服务质量取决于网络覆盖范围和网络质量，且会产生大量通信费用。车用无线通信技术V 2 X车用无线通信技术（Vehicle to Everything，简称V2X）是将车辆与一切事物相连 接 的 新 一 代 信 息 通 信 技 术，其中V代表车辆，X代表任何与车进行信息交互的对象，当前X主要包含车、人、交 通 路 侧 基 础 设 施 和 网络。V2X交互的信息模式主要包括车与车之间（Vehicle to Vehicle，简称V2V）、车与路之间（Vehicle toInfrastructure，简称V2I）、车与人之间（Vehicle to Pedestrian，简称V2P）、车与网络之间（Vehicleto Network，V2N）的交互。V2X是车辆信息交互的核心通信技术。应用场景研究即时通信技术具有跨区域、全天候、实时性、安全性、信息多样性、集成度高的特点，博泰车联网按照智能网联汽车通信的对象，将通信场景分为车与车、车与人、车与环境三种。车间通信场景车间通信应用于多车之间的双向传输，主要应用场景包括车载对讲、信息同步及车辆安全、防撞等意外及时提醒与防止。所以，车间通信对安全性、实时性要求很高，目前采用的技术包括微波、红外技术、专用短程通信等。这些技术虽可保证通信的实时性，但无法保证安全性，且无法应用于不限距离的车间通信。相比之下，即时通信在保证数据加密传输安全的同时，不存在距离方面的限制。传统的对讲机通信方式对网络条件要求很49上海信息化低，而且一按即通，十分方便，在距离不远的情况下能够提供很好的语音通信，且几乎不产生通信费用。其最大的缺点是只能提供简单的语音通信，同时，这种半双工的通信方式并不能很好地满足车间通信的需求。而即时通信技术可在有移动网络覆盖的地方，通过移动接入连接到即时通信服务器，提供各种各样的通信服务。这种方式在满足车队通信要求的同时，不需要花很大代价去维护服务器（即时通信服务器由服务提供方进行维护）。车人通信场景车与人之间的通信是指用户可以通过WiFi、蓝牙、蜂窝等无线通信手段与车辆进行信息沟通，使用户能通过对应的移动终端设备监测控制车辆，并与智能汽车进行信息交互。该场景对通信数据的安全性、多样性及实时性要求较高，可应用场景包括远程车控、手机互联、行程分享、家人通信等。博泰车联网将车机系统引入即时通信SDK的同时，将通信SDK嵌入用户的车主APP，即可实现车与车主间的通信。比如，车主可以通过APP即时通信组件发送车控消息给车机，以此实现通信互联；车机系统可以发送导航相关行程位置信息给家人的微信，家人打开微信H5链接，即可实时查看车主位置及剩余行程时间。车与环境通信场景车与环境通信是指车辆与外部设施（如交通标识、外部实体、道路基础设施等)的无线通信，同时外部环境也可以获取附近区域车辆的信息，并发布各种实时信息。在V2X通信网络系统 中，车 与 环 境 的 通 信 是 最 关 键 也 是 最 核 心的。V2X包含DSRC（Dedicated Short Range C o m m u n i c a t i o n s，专 用 短 程 通 信 技 术）和C-V2X（Cellular-Vehicle to Everything，蜂窝车联网）两种技术。其中DSRC由物理层标准IEEE802.11P和网络层标准IEEE1609构成，受欧美国家推崇，V2V是其主要应用方式，广泛应用于ETC不停车收费、出入控制、车队管理、信息服务等领域；C-V2X是基于4G、5G等蜂窝网络通信技术演进形成的车用无线通信技术，包含LTE-V2X和5G-V2X，本文围绕即时通信技术在该场景下的应用进行研究分析。相较V2X对通信基站和通信设备的要求，即时通信完全基于移动蜂窝通信技术，通过即时通信软件或嵌入SDK来实现，每个外部设施都可以嵌入即时通信SDK而成为一个独立的通信终端，从而将环境的实时信息通过单一通信或群广场通信发送给已经接入通信SDK的车机终端，同时汇总各车辆信息对外发布，成本大大降低，且容易落地实现。在自动驾驶场景，车也可以通过即时通信IM跨距离与停车场、加油站通信，如寻找车位或沿途加油站点，或在遇到车祸事故、车辆故障时自动通过即时通信向周边的救护站、车辆发出求助等。车间组队场景实践基于上述即时通信应用场景，博泰车联网选择车间通信中车载对讲组队进行实践，以验证其可行性。50上海信息化组队场景随着近年私人汽车保有量攀升，自驾游成为优选出行方式。在结伴出行过程中，往往有多个用户加入同一队伍，大家组队从不同出发点去往同一目的地。在该场景中，博泰车联网可以概括三种通信细分场景：一是在驾驶途中，队友之间需要同步包括目的地、攻略、路书、路线等信息；二是在车辆组队场景中，队长和队友、队友之间需要进行通话及位置共享通信，包括自动同步数据和触发同步的多媒体数据；三是车与车的数据通信场景，如定位状态、导航状态、车辆行驶姿态、防撞提醒及自动呼救等。组队框架博泰车联网将车机组队程序独立化，在单独的导航组队程序中引入第三方即时通信模块（如网易云信、腾讯IM），将所有数据同步功能全部交给第三方即时通信模块来完成。车机云端维护车机ID和即时通信ID的对应关系，及组队的相关属性数据（队伍名称、头像、目的地、路书ID、创建时间、队员车机列表），当队长修改属性数据后，即时通信下发群属性变更通知，告知队友以此实现信息同步。车机组队程序使用基础的即时通信功能（群组公告、群组语音消息、群组文字消息、群组图片消息、群组视频消息、系统通知等）来实现基础的对讲通话、聊天及位置共享等。博泰车联网使用即时通信自定义消息来实现车与车行驶数据、防撞提醒、紧急自动呼救等通信。比如，当某位队友驾驶的车辆发生碰撞事故时，车辆陀螺行驶姿态会发生变化，检测到事故发生，导航组队程序将自定义消息“MAP_CARSOS+事故位置+事故详情”发送到即时通信群聊中，其他队友的程序在后台收到消息后，以UI界面或语音播报形式提醒队友，告知其队友发生事故。综上，博泰车联网即可使用第三方即时通信实现完整的数据同步，如路书同步、导航公告、语音对讲、多媒体同步、车辆状态同步等。组队功能根据车机组队程序框架，博泰车联网可以列出该场景下可支持通信的消息：一是目的地消息，组队出行的目的地信息同步交互；二是车队路线，导航路线的同步交互；三是攻略路书，包括景点、酒店等攻略的数据交互；四是文字消息，文本聊天信息；五是语音消息，语音消息对讲；六是音视频对讲通话，车友间对讲；七是位置共享；八是车机状态同步，防撞提醒、感应数据同步交互；九是事故消息自动求救，事件信息的同步交互。组队实践通过将即时通信在车间组队通信场景中的应用实践，博泰车联网发现即时通信完全可以支持组队场景中的相关功能，并在保证通信安全性的同时，大大降低开发工作量，只需在组队程序中对接即时通信模块，即可实现丰富多样的功能，易于落地。同时，通过即时通信各种消息的自定义扩展，增强可扩展性，使车间通信更智能、更便捷。（本文作者单位系上海博泰悦臻网络技术服务有限公司）企业案例ENTERPRISE CASE