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UDP穿透NAT技术实现数据唤醒车联网T-Box设备的方案

2020-04-23夏宝华李佳胡孟永

电子技术与软件工程 2020年5期
关键词:服务程序短信部署

夏宝华 李佳 胡孟永

(北京福田汽车工程研究总院智博汽车科技(上海)有限公司 上海市 201101)

T-Box 是现代车联网系统中一个非常重要的部件,其主要功能是:用户可以通过T-Box 提供的Telematics 服务功能实现远程操控汽车的目的。通常TSP 部署智能T 服务的策略,车辆T-Box 与TSP 通过无线互联网进行交互,配合车辆BCM/ECU 完成用户远程操控汽车的命令请求。

1 目前现状缺陷与本案目的

当车辆在用户落锁后车辆进入安全防护状态,T-Box 以及整车CAN 进入休眠态。若此时用户想远程操控自己的车辆,用户需要打开手机APP 发送远程操控指令(如远程打开空调等功能)到TSP,TSP 收到用户的远程操控指令后先检查该车辆的T-Box 是否处于休眠状态,若T-Box 处于休眠状态TSP 根据策略需立即唤醒T-Box,T-Box 被唤醒后立即执行来自TSP 的远程操作指令,并将执行结果回送给TSP,TSP 将执行结果推送到用户手机APP 并呈现执行结果给用户。

TSP 唤醒车辆休眠中的T-Box,通用的方法基本上都是发送唤醒短信到T-Box 移动模块来实现的,整个作业流程如图1。

因为T-Box 休眠后虽然主CPU 是处于冻结非工作状态,但是T-Box 的移动模块处于DRX 模式。若有唤醒短信送达T-Box 所在的基站,通常1-2 个DRX 周期(运营商DRX 周期大多设定为1200 毫秒)就能收取到该唤醒短信,那么T-Box 的移动模块就可以立即唤醒主CPU,那么整个T-Box 就立即处于工作状态且同时也唤醒整车CAN。唤醒后的T-Box 马上就可以执行来自TSP 的远控命令。

另外TSP 唤醒T-Box 同样也可以采用电话呼叫来实现,即TSP需要唤醒处于休眠态的T-Box 时直接呼叫该T-Box 的电话号码,通常1-2 个DRX 周期T-Box 的电话模块就能收到唤醒来电,完成T-Box的唤醒过程。

使用短信和电话呼叫唤醒T-Box,有以下缺点:

(1)发送短信需要TSP 运营平台支付费用,TSP 运营成本很高;

(2)电话呼叫,TSP 运营平台需要租用电话中继线路,TSP运营成本也比较高。另外电话呼叫比发送短信速度慢,并发呼叫数量也远不如并发发送短信数量大,用户使用远程控制等待T-Box 唤醒时间长,体验差。

现在的T-Box 移动无线模块都支持:

(1)短信唤醒(2G 网络或VoIP 支持);

(2)电话唤醒(2G 网络或VoIP 支持);

(3)数据唤醒(3G/4G/5G 数据网络支持);

因此本案提出使用数据唤醒方式来唤醒休眠中的T-Box。

2 数据唤醒T-Box的方案

针对以上短信/电话唤醒的缺点这一现状,本案试图通过3G/4G/5G 数据网络实现数据唤醒T-Box。

图1

现在车辆的T-Box 都支持3G/4G/5G 数据网络,休眠后根据3GPP DRX标准,若有数据到达该T-Box所在的蜂窝,休眠中的T-Box在下一个活动DRX 周期若发现有送来的数据T-Box 的3G/4G/5G无线模块就立即唤醒来接收数据,而3G/4G/5G 无线模块唤醒后也会将整个T-Box 唤醒,这样的方法就实现了通过数据唤醒T-Box 的目的。

TSP 使用数据唤醒T-Box 的必要条件:TSP 能实现P2P 访问T-Box 并将唤醒数据发送到对应的T-Box 上。

为了实现P2P 数据唤醒T-Box,本案中TSP 与T-Box 之间的唤醒数据通信协议将使用UDP。

2.1 建立TSP与T-Box唤醒方案

建立TSP 与T-Box 唤醒方案模型如图2,在图2 的模型中,主要部件为:

(1)【TSP 唤醒交换服务程序】 部署在TSP 公网IP 所在服务器上,负责帮助T-Box 程序与TSP 唤醒服务程序建立UDP P2P数据通道。

(2)【T-Box 程序】 部署在T-Box 上,在TSP 唤醒交换服务程序的帮助下,穿透移动互联网与TSP 唤醒服务程序建立UDP P2P 数据通道。

(3)【TSP 唤醒服务程序】 部署在TSP 其他服务器上,在TSP 唤醒交换服务程序的帮助下,穿透互联网与T-Box 程序建立UDP P2P数据通道。维护T-Box唤醒资源表。在需要唤醒某T-Box时,将UDP唤醒数据发送到UDP P2P数据通道上,实现数据唤醒T-Box。

表1

图2

图3

(4)【T-Box 唤醒资源表】 存放T-Box 身份识别信息与UDP P2P 数据通道对应关系。

(5)【T-Box 与TSP 唤醒服务程序UDP P2P 数据通道】 当TSP 唤醒服务程序需要唤醒某T-Box 时,通过此通道发送唤醒数据到T-Box 程序,实现数据唤醒T-Box。

2.2 基本原理

【T-Box 程序】和【TSP 唤醒服务程序】首先连接部署在公网IP 服务器上的【TSP 唤醒交换服务程序】,在【TSP 唤醒交换服务程序】的帮助下【T-Box 程序】和【TSP 唤醒服务程序】交换双方的UDP IP 地址和端口号,这样【T-Box 程序】和【TSP 唤醒服务程序】都知道对方NAT 后的UDP IP 地址和端口号。这样双方就能建立穿透NAT 的【T-Box 与TSP 唤醒服务程序UDP P2P 数据通道】。同时【TSP 唤醒服务程序】维护【T-Box 唤醒资源表】,即建立T-Box身份识别信息与UDP P2P 数据通道对应关系。这样当TSP 需要唤醒某T-Box 时,【TSP 唤醒服务程序】查询【T-Box 唤醒资源表】获取到该T-Box 对应的【T-Box 与TSP 唤醒服务程序UDP P2P 数据通道】参数,随即【TSP 唤醒服务程序】发送唤醒数据到该通道上,这样就实现了使用数据唤醒T-Box 的目的。

3 数据唤醒T-Box作业流程

图3 说明了数据唤醒T-Box 作业流程:

(1)当TSP 收到手机APP 发来的远程控制命令后,发唤醒T-Box 请求到【TSP 唤醒服务程序】。

(2)【TSP 唤醒服务程序】先检查该T-Box 是否处于休眠状态,若不是处于休眠状态就结速本次唤醒作业。

(3)【TSP 唤醒服务程序】查询【T-Box 唤醒资源表】获取到该T-Box 对应的【T-Box 与TSP 唤醒服务程序UDP P2P 数据通道】参数。

(4)【TSP 唤醒服务程序】发送唤醒数据到该通道上,发送完毕后结速本次唤醒作业。

4 数据唤醒T-Box的优势

下面列表比较一下电话、短信、数据唤醒的指标参数,如表1所示。

通过表1 不难看出本案实现的数据唤醒T-Box 有以下优点:

(1)实现可靠,TSP 可以落地实现。

(2)作业速度快,响应快。

(3)平均唤醒T-Box 时间实测3-5 秒,用户体验佳。

(4)无需租用专门线路,使用现有互联网链路就可以实现本案。

(5)因为无需租用专门线路,因此本案实现不需支付发送短信费用以及租用电话中继线路费用。

(6)并发唤醒T-Box 数量没有上限。

本案除了在部署实现上需要有相当的技术门槛,其他指标都优于电话、短信唤醒,因此在未来车联网方案设计部署时需要加强推广与落地。

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