一種智能車載終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉磊 李曉歡 周勝源 姚榮彬 唐欣

摘 ?要： 現(xiàn)有車載終端只能提供視頻服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等單一功能，且存在提供的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)不能區(qū)分不同用戶，服務(wù)質(zhì)量不高的問題。設(shè)計(jì)一種智能車載終端系統(tǒng)，該系統(tǒng)的硬件電路以主控模塊為核心，利用大功率的路由模塊提供無線網(wǎng)絡(luò)共享，采用C語言編程實(shí)現(xiàn)了上網(wǎng)功能、連接功能、管理功能、查詢功能，在無需其他基礎(chǔ)設(shè)施的情況下即可實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)共享服務(wù)、多媒體服務(wù)、GPS定位服務(wù)以及區(qū)分不同用戶的功能。測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理、使用方便快捷，同時(shí)具有功能多樣化、無線共享能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)傳輸速率高、服務(wù)質(zhì)量高的優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞： 車載終端; 視頻服務(wù); 網(wǎng)絡(luò)服務(wù); GPS定位; 服務(wù)質(zhì)量; 無線網(wǎng)絡(luò)共享服務(wù); 多媒體

中圖分類號(hào)： TN915.5?34; TP368 ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)： 1004?373X（2018）10?0047?04

Abstract： Since the existing vehicle?mounted terminal can only provide single functions such as video service and network services， and has the problems of the provided network services failing to distinguish different users and low quality of service， an intelligent vehicle?mounted terminal system was designed. In the system， the master control module is taken as the core of hardware circuit， and the high?power routing module is adopted to provide wireless network sharing service. The functions of online surfing， connection， management and query were realized by means of C language programming. Wireless network sharing service， multimedia service， GPS positioning service and the function of distinguishing different users were realized without requiring any other infrastructure. The test results show that this system has a reasonable design and convenient operation， and has the advantages of diversified functions， strong wireless sharing capability， high data transmission rate， and high quality of service （QoS）.

Keywords： vehicle?mounted terminal; video service; network service; GPS positioning; QoS; wireless network sharing service; multimedia

近年來，為了促進(jìn)城市的可持續(xù)發(fā)展，必須用新的理念去解決所存在的問題，而智能交通系統(tǒng)即是其中有力的武器之一[1?2]。車聯(lián)網(wǎng)是智能交通信息化平臺(tái)的核心組成部分[3]。智能車載終端系統(tǒng)作為車聯(lián)網(wǎng)的一種重要應(yīng)用，在我國逐漸形成了一個(gè)潛力巨大的市場[4]。然而傳統(tǒng)的車載終端，不僅多媒體服務(wù)單一、操作繁瑣，而且用戶體驗(yàn)差。針對(duì)上述問題，本文提出一種智能車載終端系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)共享、多媒體服務(wù)、GPS定位且能區(qū)分不同用戶的功能，有利于提高服務(wù)質(zhì)量。

1 ?系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 ?智能車載終端系統(tǒng)原理

智能車載終端系統(tǒng)原理如圖1所示，移動(dòng)智能終端（如智能手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦等）與智能車載終端系統(tǒng)（本文設(shè)計(jì)的設(shè)備）通過無線WiFi連接[5]。當(dāng)移動(dòng)智能終端與智能車載終端建立連接后，便可訪問智能車載終端系統(tǒng)中的多媒體數(shù)據(jù)庫，且能通過智能車載終端系統(tǒng)連接到互聯(lián)網(wǎng)[6]。同時(shí)，智能車載終端系統(tǒng)也能為車輛提供GPS定位信息服務(wù)。

1.2 ?智能車載終端系統(tǒng)的硬件框架

根據(jù)智能車載終端系統(tǒng)原理，智能車載終端系統(tǒng)的硬件部分主要分為三個(gè)模塊：電源模塊、主控模塊、路由模塊。智能車載終端系統(tǒng)的硬件框架如圖2所示。

1.2.1 ?電源模塊

電源模塊主要是將外接的直流電源轉(zhuǎn)換為輸出電壓為12 V，電流為8.3 A，最大功率為100 W的直流電，從而為系統(tǒng)各模塊提供穩(wěn)定的供電。

1.2.2 ?主控模塊

此部分是智能車載終端系統(tǒng)的核心部分。其主要由Intel 酷睿處理器、內(nèi)存、固態(tài)硬盤、網(wǎng)口轉(zhuǎn)接模塊、外設(shè)接口和基帶模塊[7]組成。用于運(yùn)行Linux系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制。

1.2.3 ?路由模塊

路由模塊主要是由專用的網(wǎng)絡(luò)處理器、內(nèi)存和射頻天線組成。該模塊主要作為智能終端訪問本地資源和互聯(lián)網(wǎng)的接入點(diǎn)[8]。路由模塊利用有線以太網(wǎng)與主控模塊進(jìn)行通信，然后通過主控模塊訪問互聯(lián)網(wǎng)。而用戶只需通過其提供的WiFi信號(hào)，就能接入智能車載終端系統(tǒng)，訪問該系統(tǒng)中的多媒體數(shù)據(jù)庫。

2 ?智能車載終端系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

2.1 ?智能車載終端系統(tǒng)的軟件框架

根據(jù)智能車載終端系統(tǒng)的功能需求，該系統(tǒng)軟件框架主要由Linux操作系統(tǒng)和嵌入式的路由操作系統(tǒng)構(gòu)成，圖3對(duì)智能車載終端系統(tǒng)軟件架構(gòu)進(jìn)行說明。

主控操作系統(tǒng)采用Linux操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一個(gè)基于POSIX和UNIX的多用戶、多任務(wù)、支持多線程的操作系統(tǒng)[9]。它能運(yùn)行主要的UNIX工具軟件、應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，并支持32位和64位硬件。路由操作系統(tǒng)采用一種移植Linux內(nèi)核的嵌入式操作系統(tǒng)，可擴(kuò)展性最好，對(duì)路由的支持十分迅速，可以在路由強(qiáng)勁CPU的支持下獲得很好的性能表現(xiàn)，其主要實(shí)現(xiàn)無線路由功能，為智能終端提供網(wǎng)絡(luò)接入。

2.2 ?軟件設(shè)計(jì)方案

根據(jù)功能需求，軟件設(shè)計(jì)可劃分為四大功能模塊：2G/3G/4G撥號(hào)上網(wǎng)功能、連接功能、管理功能、查詢功能，這四個(gè)功能的基本內(nèi)容如下：

1） 2G/3G/4G撥號(hào)上網(wǎng)功能：實(shí)現(xiàn)2G/3G/4G撥號(hào)接入互聯(lián)網(wǎng)功能。

2） 連接功能：完成主控系統(tǒng)和路由系統(tǒng)連接，為主控系統(tǒng)和路由系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)交換通道。

3） 管理功能：管理連接智能車載終端系統(tǒng)的智能終端設(shè)備。

4） 查詢功能：能夠查詢智能車載終端系統(tǒng)的GPS定位及運(yùn)行軌跡。

2.2.1 ?撥號(hào)上網(wǎng)功能

在Linux系統(tǒng)環(huán)境下，采用ppp撥號(hào)上網(wǎng)除了內(nèi)核支持和所需的pppd可執(zhí)行文件外，還需要撥號(hào)腳本和配置文件的協(xié)助才能完成撥號(hào)的過程，所需文件如下：

/etc/ppp/peers/wcdma

//連接建立、連接質(zhì)量控制、網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議配置[10]

/etc/ppp/chat?wcdma?connect ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? //AT撥號(hào)腳本

下面是一個(gè)wcdma腳本的實(shí)例：

/dev/ttyUSB2

115 200

crtscts

modem

debug

usepeerdns

defaultroute

user "3gnet"

0.0.0.0：0.0.0.0

connect ′/usr/sbin/chat ?s ?v ?f /etc/ppp/wcdma?connect?chat′

chat?wcdma?connect腳本是AT指令的發(fā)送和接收腳本，該腳本主要由TIMEOUT，ABORT和AT指令等構(gòu)成。

2.2.2 ?連接功能

Linux中有許多成熟的TCP/IP應(yīng)用程序接口（API）。這個(gè)API稱為socket接口（套接口）[11]。socket在計(jì)算機(jī)中提供了一個(gè)通信端口，可以通過這個(gè)端口與任何一個(gè)具有socket接口的計(jì)算機(jī)通信。創(chuàng)建ipv4套接字程序：

int ipv4_tcp_socket（void）{

server.sin_family = AF_INET;

server.sin_port = htons（SERV_PROT）;

server.sin_addr.s_addr = htonl（INADDR_ANY） ;

len = sizeof（struct sockaddr）;

bind（listenfd， （struct sockaddr *）&server， len） ;

listen（listenfd， MAX_LISTEN_QUE）;

return listenfd;

}

2.2.3 ?管理功能

當(dāng)智能終端設(shè)備連接智能車載終端系統(tǒng)時(shí)，該系統(tǒng)將會(huì)實(shí)現(xiàn)對(duì)智能終端設(shè)備信息查詢，完成對(duì)智能終端設(shè)備控制及刪除的功能。其主程序?yàn)椋?/p>

while（1）{

bytes = read（sockfd， read_buf， SIZE2）;

strtok_str（read_buf， charlist）;

transfer_post_data（charlist， sockfd， bytes， time_out）;

}

2.2.4 ?查詢功能

通過天線等相關(guān)的接收設(shè)備，接收GPS衛(wèi)星發(fā)送的原始數(shù)據(jù)，通過串口或網(wǎng)口等接口將原始數(shù)據(jù)傳入智能車載終端系統(tǒng)，然后通過相關(guān)的軟件處理原始數(shù)據(jù)，得出接收機(jī)的地理位置。其主程序如下：

while （1）{

while（（nread = read（fd， gps_read， SIZE1））>0）{

gps_read[nread+1] = ′＼0′;

if（strncmp（gps_read， gprmc， strlen（gprmc））==0）{

strcpy（copy_gps， gps_read）;}

}

}

3 ?系統(tǒng)測試

智能車載終端系統(tǒng)測試主要包括無線網(wǎng)絡(luò)共享性能測試，系統(tǒng)軟件登錄平臺(tái)測試，GPS定位測試。智能車載終端系統(tǒng)實(shí)物如圖4所示。

無線網(wǎng)絡(luò)共享性能測試是通過在PC機(jī)上搭建日常上網(wǎng)環(huán)境，模擬日常應(yīng)用的情況下完成的，通過無線網(wǎng)卡來連接智能車載終端系統(tǒng)，具體測試方法如下：

1） 測試模式分為2.4G，5G，2.4G和5G來連接智能車載終端系統(tǒng)進(jìn)行測試。

2） 測試方式：分別進(jìn)行如下測試，每種測試進(jìn)行8次，取平均值。

① 1 Pair，模擬網(wǎng)絡(luò)上有2個(gè)用戶的情況;

② 10 Pairs，模擬網(wǎng)絡(luò)上有20個(gè)用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)的情況;

③ 50 Pairs，模擬網(wǎng)絡(luò)上有100個(gè)用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)的情況。

總傳輸帶寬和平均傳輸帶寬見表1、表2。系統(tǒng)軟件登錄平臺(tái)測試是通過使用手機(jī)連接智能車載終端系統(tǒng)完成的。如圖5所示，手機(jī)連接智能車載終端系統(tǒng)后將會(huì)彈出認(rèn)證信息（圖5a））;點(diǎn)擊試用認(rèn)證時(shí)，手機(jī)被該系統(tǒng)設(shè)置為普通用戶，手機(jī)網(wǎng)速將會(huì)受到控制（圖5b））;當(dāng)點(diǎn)擊微信認(rèn)證時(shí)（圖5c）），手機(jī)將會(huì)跳轉(zhuǎn)到企業(yè)微信公眾號(hào);關(guān)注公眾號(hào)后，手機(jī)則會(huì)被該系統(tǒng)設(shè)置為VIP用戶，用戶網(wǎng)速將會(huì)得到保證（圖5d））。測試結(jié)果表明，智能車載終端系統(tǒng)能夠區(qū)分不同用戶的功能并使不同的用戶得到不同帶寬，提高了服務(wù)質(zhì)量。

選擇桂林13路公交車，使智能車載終端系統(tǒng)每到一個(gè)公交站保存一次GPS定位信息如表3所示。測試結(jié)果如圖6所示，其定位精確，能很好地顯示車輛的運(yùn)行軌跡。

4 ?結(jié) ?語

本文提出一種智能車載終端系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了其軟硬件設(shè)計(jì)方案。與現(xiàn)有的單一功能的車載電視及車載WiFi相比，該系統(tǒng)具備無線網(wǎng)絡(luò)共享服務(wù)、多媒體服務(wù)、GPS定位服務(wù)且能區(qū)分不同用戶的功能的優(yōu)勢。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理、使用方便快捷、車輛的配置成本低，不僅很好地解決了旅客在乘車途中的娛樂性問題，而且更好地滿足了不同用戶的聯(lián)網(wǎng)需求，具有良好的應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

[1] GUERRERO?IBANEZ J A， ZEADALLY S， CONTRERAS?CASTILLO J. Integration challenges of intelligent transportation systems with connected vehicle， cloud computing， and Internet of Things technologies [J]. IEEE wireless communications， 2015， 22（6）： 122?128.

[2] 劉勇，吳勇，周芳.對(duì)我國智能交通系統(tǒng)（ITS）發(fā)展的探討[J].北京：交通標(biāo)準(zhǔn)化，2006（1）：48?50.

LIU Yong， WU Yong， ZHOU Fang. Discussion on development of intelligent transportation system [J]. Transportation standardization， 2006（1）： 48?50.

[3] DU L， DAO H. Information dissemination delay in vehicle?to?vehicle communication networks in a traffic stream [J]. IEEE transactions on intelligent transportation systems， 2015， 16（1）： 66?80.

[4] 馮波.一種基于4G和WiFi的車載路由終端：CN204539192U[P].2015?08?05.

FENG Bo. A vehicle routing terminal based on 4G and WiFi： CN204539192U [P]. 2015?08?05.

[5] YU R， HUANG X， KANG J. Cooperative resource management in cloud?enabled vehicular networks [J]. IEEE transactions on industrial electronics， 2015， 62（12）： 7938?7951.

[6] 劉越.運(yùn)營商借勢“4G+”加速進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)化轉(zhuǎn)型[J].世界電信，2014（11）：35?37.

LIU Yue. Operators take advantage of “4G+” to speed up Internet transformation [J]. World telecommunications， 2014（11）： 35?37.

[7] 何志超.淺談?dòng)?jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展[J].信息通信，2015（5）：144?145.

HE Zhichao. Talking about the development of computer system structure [J]. Information & communications， 2015（5）： 144.

[8] 李智勇.AP與WiFi在互聯(lián)網(wǎng)無線接入中的應(yīng)用[J].廣播電視信息，2016（1）：19?21.

LI Zhiyong. Application of AP and WiFi in Internet wireless access [J]. Radio & television information， 2016（1）： 19?21.

[9] 孫光懿.試析Linux操作系統(tǒng)[J].電腦編程技巧與維護(hù)，2016（22）：13?16.

SUN Guangyi. Analysis of Linux operating system [J]. Computer programming skills and maintenance， 2016（22）： 13?16.

[10] 曾桂根，吳霜.基于嵌入式Linux的3G接入方案的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2010（9）：193?196.

ZENG Guigen， WU Shuang. Design and realization of 3G access scheme based on embedded Linux [J]. Computer technology and development [J]. 2010（9）： 193?196.

[11] 李卓恒，翟華.Linux網(wǎng)絡(luò)編程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

LI Zhuoheng， ZHAI Hua. Linux network programming [M]. Beijing： China Machine Press， 2000.