面向远程驾驶的智能信息交互系统设计与实现

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智能网联汽车是一种可以提供安全、舒适、节能、环保的交通出行方案。远程驾驶技术是加快智能网联汽车落地的关键子系统。面向远程驾驶的智能信息交互系统是克服远程驾驶系统设备分布在不同局域网下网络不可达问题的一种解决方案。通过该信息交互系统,驾驶员可以远程控制5G(5th generation mobile networks,5G)网联自动驾驶观光车在封闭场地进行观光作业。尤其在复杂路况下,驾驶员可远程协助自动驾驶观光车做出正确及时的决策、消除车辆异常、保障出行人员安全、提高自动驾驶的安全性和可靠性。本文首先介绍了车联网远程控制系统在国内外的发展情况,并深入研究了套接字通信、MQTT(Message Queuing Telemetry Transport,MQTT)协议、车载CAN总线、GPS(global positioning system,GPS)数据解析等相关技术。在此基础上,完成了面向远程驾驶智能信息交互系统的总体架构设计,明确了系统各个模块的实现功能。基于该架构设计,构建了系统的软、硬件平台。最后,通过实际场地测试,验证了该面向远程驾驶的智能信息交互系统的性能。本文主要工作分为以下三个部分:(1)针对校园内部搭建远程驾驶系统时,外网不能直接访问校园网IP(Internet Protocol)的问题,设计并实现了一种面向远程驾驶的智能信息交互系统;该系统将远程调度平台、视频转发服务、MQTT服务器部署在具有学校公网IP和相应服务端口号开放的云服务器上,进行数据服务的转发。其中台架端的网络设备均使用校园网,车端网络设备使用5G中继设备的局域网。该系统的网络架构实现了依托有限校园网络资源下的5G远程驾驶系统“车端-云服务器-台架端”的网络联通性。(2)本文设计了基于套接字通道的车端与远程调度平台,台架端与远程调度平台的信息交互子系统。分别完成:车端与远程调度平台及台架端与调度平台之间的连接、鉴权、调度、共享MQTT话题参数等任务;并应用套接字、线程池及视频流报头数据格式等技术,设计了一个视频转发服务,实现了视频流在原有的独立局域网之间进行传输。(3)为解决处于不同局域网下的远程车端与台架端设备网络不可达或者公网IP资源紧缺问题,本文运用MQTT开源库函数及相关技术,设计了基于MQTT服务器的信息交互子系统。根据远程调度平台分配的MQTT话题参数、MQTT服务器的公网IP及端口号,建立起“台架-MQTT服务器-车”特定网络通道,实现控制报文在原有的独立局域网之间传输。车端与远程调度平台将车辆ID(平台内唯一)作为MQTT话题参数并结合其它参数,建立“车端-MQTT服务器-远程调度平台”特定网络通道,实现远程调度平台获取车端上报的远程驾驶状态信息,主要包括:(1)车辆状态(如:驾驶模式、经纬度、速度、海拔、方向角等信息);(2)台架端状态(如:驾驶模式、挡位、油门深度、刹车深度、转向角度等信息)。基于上述技术设计的智能信息交互平台,本文实现了利用视频转发服务降低公网IP使用,节约网络资源;实现了5G及校园网络下的远程驾驶,提高了控制报文传输的可靠性。此外,当远程调度平台里注册了多台车辆时,可以实现单一台架分时段共享机制,提高台架利用率,降低成本。
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