基于云数据中心的电动汽车服务平台设计与实现

陈晨 刘文军 浦信 李大鹏

摘要：电动汽车的发展代表了汽车工业的一种新趋势。通过新一代信息技术强化车辆生产、运营和监管以提升效率成为一种必然。设计了一种基于云数据中心的电动汽车服务平台设计与实现，首先给出平台总体框架，然后从网络架构、云平台架构和大数据架构方面给出系统设计，最后给出服务层所提供的主要功能。通过实际应用，该平台可以较好地满足用户需求，特别是平台基于分层和分模块的设计思想可以很好地应对用户后期需求变更。

关键词：电动汽车；云计算；数据中心；远程监控

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2019）06-0275-02

1 引言

当前能源消耗和环境保护成为关系国计民生的根本性问题，大力发展节能环保的新能源汽车已经成为节能工业减排的重要途径，以纯电动汽车、增程式电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车等为代表的新能源汽车开始受到人们的青睐。新一代信息技术的发展推动汽车产业逐步由封闭走向开放，汽车业成为跨行业、多学科的创新技术前沿[1-3]。新应用背景下，设计一种基于云数据中心的电动汽车服务平台，服务新能源汽车生产、销售、运行和维护整个生命周期的智能化过程成为一种迫切需求。在新服务平台支持下，将车辆运行数据和环境数据通过智能车载终端实时或批量上传至云端数据服务器，通过大数据的处理、分析和优化和可视化软件的开发，为车厂、车队、用户、监管部门等提供匹配服务，包括车辆安全、节能、故障诊断和预警，管理上的运营与决策等提供服务。

2 平台总体设计

图1给出了服务平台总体框架图。采用层次化的设计模式，平台总体设计总共分为四层，由低到高分别为设备连接层、云计算平台层、大数据平台层、应用服务层。各层主要功能介绍如下：

1） 设备连接层：设备连接层是指通过车载终端设备实现对新能源汽车的状态和行为进行感知和采集，并将采集到的行车数据和环境数据通过处理、融合、加密等操作后传输到云端数据中心。该层主要包括新能源汽车、智能数据采集终端及其附属模块，典型模块包括CAN模块、GPS模块、视频和图像模块、无线通信模块等，主要用于完成车辆运行状态、所处位置、道路环境信息等的采集。要求该层实现车辆终端设备与云端数据平台的稳定、可靠、双向的数据互连互通。

2） 云计算平台层： 云计算平台层是系统的云端资源支持平台，通过虚拟化技术的运用，将计算、存储和网络资源进行统一管理，提供对底层物理资源利用的高效支持， 为上层的数据平台提供管理、运行和部署环境。

3） 大数据平台层：大数据平台层是整个系统数据存储、分析和操作的核心，利用Netty、Kafca等大数据组件，实现支持车辆终端数据资源的并发实时接入、多终端、多格式数据的处理、解密、存储以及数据的高效管理等多种功能。以底层云平台提供的运行环境和资源调度管理为支撑，借助典型开源的大数据处理框架，利用 map-reduce、spark、storm 等技术实现车辆数据的实时、批量处理，实现数据的高效存储、分析和调用。

4） 用户服务层： 用户服务层从新能源汽车产业链相关核心角色的利益和关切出发，覆盖车辆销售、运营、维保、监管和回收等整个生命周期，力争最大化解决行业痛点，实现相关功能，典型地提供车辆远程实时监控、故障诊断、业务决策支持和其他定制化服务。

3 系统设计

3.1 云平台架构

云平台选择基于 OpenStack 的 IaaS 平台和基于 OpenShift 的 PaaS 平台。云存储系统采用基于 OpenStack Swift 的对象存储系统。对象系统是利用普通的服务器来构建冗余的对象存储集群，是最切合“云存储”概念的存储类型，例如各种流行的网上“云盘”，都是采用分布式对象存储技术构建的。提供一套完整的可以部署在服务器上的分布式对象存储系统，提供开发SDK API，支持桌面和移动客户端接入。OpenStack Swift为代表的对象存储，由于采用简洁的架构和分布式技术，相比传统存储更适用于“互联网+”新业态下的数据存储，特别是海量的非结构化数据，超高并发访问，以及多地域、多数据中心等场景。图2给出云平台架构图。

3.2 大数据平台架构

汽车前端采集数据，通过运营商网络，将实时数据传输给院校云数据中心，进行存储，大数据分析应用平台提取存储数据，对数据进行分析，大数据平台采用目前主流的开源技术 Hadoop 进行搭建，由 Ambari Server 服务来实现平台管理，Master 节点和 slave 节点作为 Hadoop 集群服务的主控节点和从节点，每个节点当中都安装了Ambari Agent服务，该服务与Ambari Server通过心跳连接信号来监控 Hadoop 集群进程的状态以及命令操作的传递。图3个给出了基于 Hadoop 和 Ambari 的大数据平台架构图。

4 应用平台

应用平台实现对新能源汽车行车、电池、电机、车辆位置、故障状况等状态的远程实时监控。特别地，在故障诊断方面不仅支持实时获取车辆故障码，实现对车辆故障的诊断上报、预警，同时支持基于車辆历史数据的故障预测，给出维保建议，提前进行干预。在驾驶行为分析方面，基于驾驶历史数据和采集的驾驶员驾驶过程、道路标志标线等图像数据，多角度分析得出驾驶行为，进行定量评分，并给出提升建议。后台管理系统实现对车辆、车队、车主、维修人员、设备等业务相关基础信息的统一管理；统计与分析功能为政府监管、行业运营提供决策数据；数据交换系统提供数据对接及交换服务。业务数据展现主要通过手机APP和Web两种方式完成。售后维护人员、驾驶人员可以通过手机APP进行车辆故障情况查询，获取车辆阶段性运行状况与建议，以及接收来自数据中心的相关推送信息等；研发、管理、监管人员则可以通过Web端（或数据大屏）查看车辆宏观运行和统计信息。在数据展现形式上，利用数据可视化技术，通过折线图、柱状图、地图、热力图等多种方式呈现车辆整车数据、运行轨迹、故障状况的可视化分布图。服务平台典型的功能清单如表1所示。

5 结论

新能源电动汽车代表了汽车工业发展的一种新趋势。强化车辆监控，提升行业运营管理的效率成为一种必然趋势。设计了一种基于云数据中心的电动汽车服务平台设计与实现，首先给出平台总体框架，然后从云平台和大数据平台架构等方面给出服务平台详细设计，最后给出平台服务层所提供的主要功能清单。通过实际应用的检验，该服务平台可以较好地满足用户需求，特别是平台基于分层和分模块的设计思想可以很好地应对用户后期需求变更。

参考文献：

[1]彭晨伟， 巴继东， 基于交通大数据的智能信息服务平台[J].计算机系统应用， 2017， 26（7）：97?103.

[2] 张文强， 陈晨， 刘文军， 李大鹏， 基于CAN总线的电动车故障诊断系统设计与实现[J].信息通信， 2018， 185： 101-102.

[3]张文强， 陈晨， 刘文军， 吴新兵， 浦信， 李大鹏， 新能源汽车多接口数据采集终端设计研究[J].电脑知识与技术， 2018， 14（12）， 190-292.

【通联编辑：梁书】