2011开题报告《车联网研发》.doc

知识水坝（豆丁网pologoogle）为您倾心整理（下载后双击删除）中国移动集团级重点研发项目（含联合项目）开题报告一、项目编号及名称：车联网研发二、项目组：项目组承担子课题题名称负责人及手机、邮箱中国移动研究院（牵头单位）网络汽车应用研究江苏公司（协助单位）工程机械物联网解决方案三、课题背景和意义作为当前国内乃至全球信息产业领域关注的热点，物联网被视为计算机、互联网之后的全球信息产业第三次浪潮，开发应用前景巨大。车联网被认为是最有望突破千亿的物联网应用之一，其规模效应、示范效应和产业带动作用巨大。车联网是建设智慧城市和发展智能交通的关键举措，通过实现“人-车-路-环境”的互联，最大程度优化交通资源调配，解决城市交通拥堵，减少尾气排放，保障交通安全，让车主享受到高品质的车载信息服务。车联网是汽车工业技术与信息化技术的融合，是中国实现由汽车制造大国向汽车产业强国转型的重要战略，发展车联网将为国内汽车厂商、汽车电子厂商、芯片厂商、软硬件提供商、方案提供商、网络供应商和服务/内容提供商带来难得的产业升级的机遇。对于国内电信运营商来说，正在兴起的车联网产业无疑是一片具有广阔市场前景的蓝海。如何切入车联网市场，并通过整合各种核心资源，提高其在产业链中的话语权，是目前国内各大运营商正在努力探索的课题。本项目以面向公众客户的telematics（汽车信息服务）业务和面向行业客户的工程机械物联网业务作为重点研究课题，旨在开发典型的车联网示范应用，实现物联网技术在关键行业领域的应用突破，并借助庞大的汽车市场实现应用的快速推广，增强中国移动在车联网领域的话语权。四、课题研究目标本课题的研究目标如下：l 研究汽车信息服务和工业机械物联网的市场环境、解决方案、关键技术和行业发展趋势，形成相关解决方案，输出针对性的研究报告；l 研发面向汽车信息服务的网络汽车信息服务平台、车载终端和手机客户端，积极推动产品的规模化商用；l 研发面向工业机械应用的车载终端、手持机终端和监控管理平台，积极推动产品在工业机械领域的商用。l 实现自主研发和自主知识产权，建立以中国移动为主导的车联网运营体系架构。五、课题研究内容5.1 研究总体框架本项目提出了中国移动面向车联网系统架构，并以此架构作为研究总体框架。车联网系统架构符合物联网感知层、网络层和应用层的三层结构。 感知层网络汽车感知层由车载终端、车载网络、外接设备和路侧控制设备等构成。车载终端设备是用来连接汽车自身网络与外部网络之间的桥梁，通过各种无线、有线的通信方式实现“人-车-路-环境”的互联。车载终端通过自身集成的传感器、gps模块和外接设备，以及车载网络、汽车传感器、路侧控制设备等采集与车辆运行状态相关的信息，并通过无线通信网络将采集到的信息发送到汽车信息服务平台，并接受平台的远程管理和控制。本项目将研发车辆安防终端，采用mems传感器、无钥匙进入和终端低功耗技术，实现移位报警、区域设防、定位、语音监听和一键报警等功能。工业机械感知层由车载终端、can总线、工业机械传感器组/控制器组等构成。智能车载设备主要包括信息采集与控制模块、gps模块、m2m通信模组、can总线接口等，其采集机械设备的运行状态信息、位置信息，并将采集到的信息通过宽带无线移动网络传送到业务控制平台，并接收业务控制平台发送的控制消息。本项目将研发基于can总线技术并支持多种外围接口、集成智能主控程序的智能车载终端。感知层车载终端与网络层物联网业务网关之间采用采用中国移动wmmp-t协议，实现终端注册、认证、远程管理和业务数据的传输。 网络层网络层在为车载终端提供语音、gprs、短信和彩信等基础通信服务的同时通过建设物联网专用核心网元、物联网业务网关和物联网运营管理平台，构建差异化的的物联网智能通道服务能力，提供对物联网业务和终端的统一接入和服务，以及终端状态感知、通信质量监测、qos管理和故障管理等功能。物联网业务网关采用中国移动wmmp协议实现感知层车载终端和应用层业务平台的统一接入、管理控制和业务数据承载。本项目将研究wmmp协议在车联网领域的扩展与应用，推动其成为行业内的相关应用规范及标准。 应用层网络汽车应用层由汽车信息服务平台、呼叫中心、第三方应用等构成，为用户提供车辆防盗、导航和线路规划、安全和支援、车辆诊断、实时信息和娱乐等汽车信息服务。汽车信息服务平台主要实现车载终端的接入和管理，呼叫中心及第三方应用接入和管理，维护用户数据/业务数据进行管理，实现业务开通、鉴权、计费等功能。本项目将研究网络汽车信息服务平台系统架构，开发汽车信息服务平台，实现定位、防盗、车辆安全、终端管理、用户自服务门户等功能，并引入实时交通、poi等第三方应用提供的增值信息服务。同时还将开发手机客户端软件，用户通过手机实现对车辆的定位、安防管理和终端管理等功能，并获取车辆出行相关的增值信息服务。工业机械应用层包括业务控制平台、呼叫中心、crm（客户关系管理系统）和isc（供应链管理系统）等构成。业务控制平台基于采集的机械设备关键部件详细的工作状态信息进行建模分析，实现机械设备的故障预警功能、支持远程专家指导和现场故障排除，同时还提供车辆防盗、自动锁车、车辆跟踪定位等车辆防控业务。本项目将开发业务控制平台，并提供接口实现与客户已有的呼叫中心、crm（客户关系管理系统）、isc（供应链管理系统）和其他生产控制系统的无缝对接。同时还将开发便携式手持机终端，结合车载和手持设备，实时掌控工程车辆状态，并能够对车辆进行参数设置，能更好的维护和保养，同时给使用者和管理者提供更大的便利，可以全面实现工程机械在使用、管理和维护的信息化。5.2 难点及解决方案 网络汽车难点：1）安防终端可以放置于车辆任意一个隐蔽的位置，采用电池供电，如果平均功耗太高，会导致用户经常充电或更换电池，从而影响用户体验；2）由于安防终端采用后装模式，未与汽车总线连接，如何获取车辆运动的相关信息从而判断是否被盗是技术难题；3）传统的采用电子车钥匙按键控制防盗加/锁解锁的方式用户体验较差，需要更加智能的控制手段；4）安防终端如果遭到破坏，无法即时报警。解决方案：1）采用低功耗节电技术，包括低功耗工作模式设计、采用低功耗芯片和电源管理等方案，有效降低终端的平均功耗；2）采用加速度传感器采集汽车加速度信息，并通过数字信息号处理技术分析车辆运动状态，从而判断是否触发异常移动警报；3）设计感应式遥控器技术，采用125khz射频探测终端与遥控器的距离，并根据测量出来的距离决定启用防盗加/解锁；4）设计基于传感器网络的安防终端自组网防盗方案，即使车内的安防终端被破坏，由自组网内的其他终端以及路侧节点进行报警。 工业机械难点：1）物联网终端的通信链路及设备状态缺乏有效的监控，且存在欠费的风险；2）车载定位的应用与工程设备状态监控结合度不高，业务系统不统一，难以与工程机械的crm、erp等系统进行对接；3）由于工程机械的流动性，客服人员无法实时的使用各种系统。解决方案：1）开发基于wmmp协议的智能车载终端，并可方便的扩展can、rs485、rs232等多种接口协议，结合m2m管理平台实现终端的监控；2）开发模块化的业务平台，与crm、erp系统进行对接；3）开发工程机械便携式手持机终端，全面实现工程机械在使用、管理和维护的信息化。5.3 主要技术方案和关键技术 网络汽车终端低功耗方案研究终端低功耗主要通过以下几点技术方案实现：1）低功耗工作模式设计引入mems加速度传感器芯片，在节电工作模式下，除加速度传感器、遥控接收模块处于工作状态，主控芯片处于低电工作状态外（仅能接受中断），其余模块电源关闭。当车辆移动的加速度超过一定门限后，加速度传感器产生中断唤醒主控芯片进入正常工作模式。处于待机状态下的遥控器射频芯片，为了尽量减少功耗，采用1：10占空比工作模式。2）低功耗芯片选用业内成熟的低功耗mems传感器芯片、主控芯片，以及遥控器315mhz和125khz射频芯片，并使用芯片的低功耗模式功能。3）电源管理在终端不同工作模式下，主控芯片和电源管理芯片对各模块进行供电管理，包括电源的开闭、工作电压的调整和主控芯片工作频率的设置，最大限度的降低终端整体功耗。在本项目中，终端低功耗方案预计申请1项专利。 车辆运动状态检测考虑采用gps测量位置变化的功耗较大，因此研究以下两种替代方案：1）通过gsm/td模块检测主小区和邻小区列表的变化率和信号强度的变化；2）通过加速度传感器的输出，分析计算运动状态。方案1）对车辆运动状态判断的精确度较低，有赖于小区的覆盖半径，同时gsm/td模块处于工作状态，功耗为毫安级别。方案2）能够通过数字信号处理区分震动和位移状态，并且能够较精确的计算位移量，而且功耗mems芯片工作时的功耗为几十微安，因此在本项目中将重点研究方法2），包括硬件电路设计，以及数字信号滤波、特征值分析、模式识别和线性预测等算法研究。在本项目中，车辆运动状态检测方案预计申请1项专利。 感应式遥控器方案利用125khz射频精准测距的特性，终端采用125khz射频探测遥控器，遥控器接收到探测信号后利用高频模块返回身份认证信息（采用keeloq滚动码算法），滚动码算法可以由编解码芯片或者mcu实现。根据遥控器探测结果（遥控器是否在附近），终端启动“加/解锁”。因为每次探测的电流值较大，为最大限度降低功耗，在终端发生移动时触发对遥控器的距离探测。如果遥控器在一定范围以内，说明是车主在操控车辆，通过对加速度输出值的一定算法处理，在此期间都不再进行探测，直到车主驻车。 终端防破坏方案现有技术方案的主要缺点是防盗功能完全依靠车内部署的防盗装置实现，无法保证在车内防盗装置被恶意破坏、电子防盗密码被破解、或与外部通信链路被切断的情况下，仍能及时有效的发出车辆被盗的报警信息。在本项目中，将研究一种基于传感器网络的安防终端自组网防破坏的方案：在停车区域内，安防终端和路侧节点能够自组织成为传感器网络，推举担任与移动通信网通信的报警节点（可以多个）。一旦某安防终端被破坏、或者车辆非移动并离开自组网后，与该安防终端邻近的终端或路侧节点会将报警信息通过传感器网转发给报警节点，报警节点再通过移动通信网将报警信息实时上报给报警中心。在本项目中，终端防破坏方案预计申请2项专利。 工业机械车载终端研究车载终端主要任务就是针对不同的工程机械设备采取不同的数据采集接口方式而获取工程机械设备的工作状态信息，并对这些数据进行处理；通过gps模块采集工程机械设备所处的地理位置坐标，然后将这些数据打包处理通过gprs方式发送到监控中心的监控计算机，另外也可以通过短消息发送到用户手机上，终端还可以接收上位机发出的控制命令。具体的功能如下：数据采集部分电路所采集的工程机械的工作参数主要有：液压系统工作压力、发动机转速、发动机机油压力、工作装置的工作状态等数据。定位功能：通过全球定位系统而获得工程机械的三维地理位置信息（经度、纬度、高度）以及速度等信息。这些信息是通过gps接收机根据收到的卫星星历、伪距观测数据，计算出三维坐标和速度。自断电功能：终端可以通过对工程机械一些状态的检测和上位机的命令判断是否将终端的供电电源断开。终端支持蓝牙以具有本地通信的能力。同时具备远程通信的能力，同时内嵌了中国移动的wmmp协议，增加了管道管理的功能。m2m模块配置中国移动设计开发的工业级sim卡，具有可靠性高的特点。 工程车辆业务控制平台研究研究思路主要是基于采集到的机械设备多种运行参数进行分析建模，来实现智能化的故障预防、故障诊断、远程专家指导等功能。同时制定业务接口规范，实现不同厂商的终端与平台的互通。平台同时研发支持开放的接口与机械设备生产厂商现有的crm（客户关系管理系统）、呼叫中心进行对接。当最终使用者有问题咨询时，拨打生产厂商的客户中心电话，话务员接听后会自动连接本平台系统，实时获取用户使用设备的所有信息，如设备型号、设备维修记录、设备出厂日期、设备当前运行状态的各个参数、设备当前运行状态诊断情况等等，并根据平台的输出建议为用户提供帮助。平台同时集成调度管理的功能，比如生产机械设备的厂商提供设备租用服务，其下有多个分厂，有施工工地或个人客户需要机械设备时，可根据资源统筹分析后调度最适合的分厂（如距离最近的）提供设备租用服务，这样就可以提高企业的运营效率。 工业机械便携式手持机终端b/s模式是在以前的主机/终端和c/s都无法满足当前的全球网络开发、互连、信息随处可见和信息共享的新要求的条件下出现的，其特点在于用户可以通过www浏览器去访问internet上的文本、数据、图像、动画、视频点播和声音信息。 基于internet的b/s模式，对硬件成本要求比较高，需要嵌入式web服务器和pc，一般用作远程、多用户访问。因此，便携式手持机终端将基于嵌入式操作系统进行开发，通过gprs连接后台服务器，把车辆状态信息、定位信息、电子地图等结合到移动即时通讯技术中。便携式手持机终端能够通过无线或者有线方式读取安装在工程车辆内部的终端信息，实时掌控车况信息。同时手持机终端能够对车辆进行参数设置。另外，通过手持机终端还可以实现作业者与管理中心之间的一键对讲，实现方便快捷的即时沟通；工程车辆出现问题时，工作人员可对现场进行拍照、录音等信息采集，并上传到管理中心，协助装备保障工作人员快速、准确地找出故障原因和提供维修建议。同时，在工程机械用户接口系统应用程序的开发中，采用同一进程双线程的方式来实现任务并发执行，以提高用户界面的响应能力、图形显示的质量和数据交换的效率。 工程机械物联网平台的标准化研究目前工程车辆一般都是安装车载终端后通过远程后台系统实现监控和运营维护的，机械设备工作地点不固定，且工作环境一般比较恶劣，车载终端本身容易发生故障，对其现场维护的成本很高，而当前业界对车载终端本身不能提供完善的远程监控维护机制。如不能同时支持远程软件升级、参数配置、终端重启、状态监测等功能。同时据市场调查发现，车载终端中使用的sim卡的流量、费用等信息不能实时告知用户。结合m2m平台的运作原理，工程机械物联网标准平台是在原系统与其智能终端之间增加了数据通道管理的功能，其对接前后的通信模式对比如下图所示：基于m2m平台的监控管理系统开发方案主要分两个阶段展开。1）实现现有监控管理系统与m2m平台的对接该阶段主要对原系统的通信模块进行改造，通过内嵌支持移动wmmp协议的m2m模组，利用m2m模组所提供的指令接口函数实现与m2m平台的无缝对接，从而将原来的监控管理系统与智能终端之间一对多的双向长时间连接模式（监控管理系统为服务端，智能终端作为客户端）转换为监控管理系统与m2m平台之间的一对一的双向长时间连接（监控管理系统为客户端，m2m平台作为服务端）。该阶段预期达到的效果是：监控管理系统与智能终端之间经过m2m平台实现双向数据透传，保证原监控管理系统的基本监控功能运行正常，包括智能终端的实时定位、工况的实时查询及统计，远程指令发送等。2）在现有监控管理系统上扩展m2m平台提供的附加业务在顺利完成原系统与m2m平台对接的基础上，再扩展m2m平台提供的若干关于终端通信管理方面的附加业务，进一步提高监控管理系统对终端的管理能力。亟待扩展的附加业务主要包括：终端登入/出状态查询、终端绑定的sim卡通信流量/故障检测、终端发生通信故障后的基站定位报告及短信通知。该阶段的预期效果是：充分利用m2m平台的优势（具有接入运营商boss系统的部分授权），扩展一些跟终端通信状态、质量检测有关的相对成熟可靠的附加业务，从而实现监控管理系统对智能终端（及其sim卡）的全方位控制和管理。因为只有先保证终端自身的通信状态正常、通信质量良好，才能确保其上传数据的及时有效，以及对下行指令的正常接收。通过上面两个阶段的系统改造，通过上面两个阶段的系统改造，建立了工程机械的标准物联网监测平台体系，保证其日常监控事务的正常运行。另一方面，在原系统上扩展m2m平台的专属业务，充分体现了监控管理系统在新的通信模式下所具有的新优势。六、专利检索情况七、已有的研究工作积累和取得的研究成果 网络汽车1）前期已开发了定位于车辆防盗的“车行无忧”产品并商用，积累大量的产品开发和运营经验，并对产品性能和用户体验方面的欠缺有着深入的认识；2）在汽车信息服务方面做了大量的调研和深入研究，并编制了汽车信息服务研究报告；3）在车载终端和汽车信息服务平台关键技术方面进行了深入研究，并通过开发原型产品进行验证，在终端低功耗、车辆运动状态检测和终端防破坏等方面预计申请4项专利。 工业机械1）已在徐工集团部署呼叫中心并与其crm系统成功对接，实现了以呼叫中心为核心的售前售后信息流管理。2）已在徐工客服人员推广lbs业务，并与徐工车辆定位系统进行对接，实现了lbs、gps业务功能的统一。3）基于wmmp协议的智能车载终端原型系统已完成了开发，并已对接m2m管理平台。目前计划在工程机械企业进行试装，并定制个性化的业务系统。八、本课题的创新点和专利点本课题主要有以下创新点和专利点：1）提出符合物联网三层结构的车联网体系架构，将面向公众客户的汽车信息服务业务和面向行业客户的工程机械物联网业务纳入到统一开发的架构之中；2）基于wmmp协议的车联网智能通道技术方案，拓展wmmp协议在车联网领域中的应用；3）车载终端低功耗技术方案；4）基于加速度传感器的车辆运动状态检测技术方案；5）终端防破坏报警技术方案；6）基于b/s架构的工业机械便携式手持终端技术方案；7）工程机械的标准物联网监测平台体系架构。九、外部合作伙伴委托方案十、预期研究产出10.1 研究成果研究报告成果包括：汽车信息服务业务及技术研究报告、网络汽车安防终端解决方案、工程机械智能车载终端解决方案、工程机械手持机终端解决方案、工程机械管理平台解决方案。产品开发成果包括：1）网络汽车安防终端：采用mems传感器、感应式遥控和终端低功耗技术，实现移位报警、区域设防、定位、语音监听和一键报警等功能；2）网络汽车信息服务平台，实现定位、防盗、车辆安全、终端管理、用户自服务门户等功能，并引入实时交通、poi等第三方应用提供的增值信息服务；3）网络汽车手机客户端软件，用户通过手机实现对车辆的定位、安防管理和终端管理等功能，并获取车辆出行相关的增值信息服务；4）工程机械智能车载终端产品：基于can总线技术并支持多种外围接口，具备信息采集、远程控制和自主防盗等功能； 5）便携式手持机终端，结合车载和手持设备，实时掌控工程车辆状态，并能够对车辆进行参数设置，能更好的维护和保养，同时给使用者和管理者提供更大的便利；6）工程机械设备监控平台，集成参数模型分析、故障预警、远程控制、定位监控、智能告警等功能。10.2 专利成果本项目计划输出不低于4项专利成果。 10.3 试验成果编制整套测试规范：包括网络汽车安防终端设备测试规范、网络汽车信息服务平台设备测试规范、网络汽车手机客户端测试规范、工业机械智能车载终端设备功能测试规范、工业机械手持机终端设备测试规范、工业机械监控管理平台测试规范。对各个厂家的产品进行实验室测试，输出对应的实验室测试报告。在试点期间，输出现网环境的测试报告。十一、课题研究分工单位分工内容研究产出负责人研究院物联网应用研究子课题1、产品研发1）汽车安防终端产品；2）网络汽车信息服务平台产品；3）网络汽车手机客户端产品；2、研究报告1）汽车信息服务业务及技术研究报告；2）网络汽车安防终端解决方案。江苏公司工程机械物联网解决方案子课题1、产品研发1）工业机械智能车载终端；2）工业机械设备监控平台3）工程机械手持终端；2、研究报告1）工程机械智能车载终端解决方案；2）工程机械管理平台解决方案；3）工程机械手持终端解决方案。十二 、项目研究计划进度网络汽车应用研究子课题：任务名称开始日期结束日期市场需求细化整理2010年7月1日2010年8月30日项目开题2010年8月1日2011年9月30日项目研发2010年10月1日2011年5月31日一阶段产品开发2010年10月1日2011年2月28日系统联调2011年3月1日2011年3月31日二阶段产品优化2011年4月1日2011年5月10日产品验收测试2011年5月11日2011年5月31日研究报告编制2011年8月1日2011年5月31日专利研究和申请2010年11月1日2011年5月31日试点项目推广2011年6月1日2011年10月31日客户交流2011年6月1日2011年7月31日试点项目建设2011年6月1日2011年8月31日产品试点2011年8月1日2011年10月31日工程机械物联网解决方案子课题：任务名称开始日期结束日期项目创新立项2010年8月20日2010年10月12日市场需求细化整理2010年8月30日2010年11月20日项目开题2010年12月1日2011年1月31日项目研发2010年12月1日2011年8月31日产品开发2010年12月1日2011年1月31日产品联调2011年2月1日2011年4月30日产品二期功能的开发与优化2011年5月1日2011年8月31日研究报告整理2011年3月1日2011年8月31日专利研究和申请2010年9月1日2011年8月31日试点项目推广2011年2月1日2011年8月31日拜访客户交流2011年2月1日2011年4月30日试点项目改进2011年5月1日2011年6月30日项目落地实施2011年7月1日2011年8月31日十三、项目关键技术决