一種智能車載終端系統設計

劉磊 李曉歡 周勝源 姚榮彬 唐欣

摘 ?要： 現有車載終端只能提供視頻服務、網絡服務等單一功能，且存在提供的網絡服務不能區分不同用戶，服務質量不高的問題。設計一種智能車載終端系統，該系統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絡共享，采用C語言編程實現了上網功能、連接功能、管理功能、查詢功能，在無需其他基礎設施的情況下即可實現無線網絡共享服務、多媒體服務、GPS定位服務以及區分不同用戶的功能。測試結果表明，該系統設計合理、使用方便快捷，同時具有功能多樣化、無線共享能力強、數據傳輸速率高、服務質量高的優點。

關鍵詞： 車載終端; 視頻服務; 網絡服務; GPS定位; 服務質量; 無線網絡共享服務; 多媒體

中圖分類號： TN915.5?34; TP368 ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號： 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，為了促進城市的可持續發展，必須用新的理念去解決所存在的問題，而智能交通系統即是其中有力的武器之一[1?2]。車聯網是智能交通信息化平臺的核心組成部分[3]。智能車載終端系統作為車聯網的一種重要應用，在我國逐漸形成了一個潛力巨大的市場[4]。然而傳統的車載終端，不僅多媒體服務單一、操作繁瑣，而且用戶體驗差。針對上述問題，本文提出一種智能車載終端系統，能夠實現無線網絡共享、多媒體服務、GPS定位且能區分不同用戶的功能，有利于提高服務質量。

1 ?系統硬件設計

1.1 ?智能車載終端系統原理

智能車載終端系統原理如圖1所示，移動智能終端（如智能手機、平板電腦、筆記本電腦等）與智能車載終端系統（本文設計的設備）通過無線WiFi連接[5]。當移動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中的多媒體數據庫，且能通過智能車載終端系統連接到互聯網[6]。同時，智能車載終端系統也能為車輛提供GPS定位信息服務。

1.2 ?智能車載終端系統的硬件框架

根據智能車載終端系統原理，智能車載終端系統的硬件部分主要分為三個模塊：電源模塊、主控模塊、路由模塊。智能車載終端系統的硬件框架如圖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，從而為系統各模塊提供穩定的供電。

1.2.2 ?主控模塊

此部分是智能車載終端系統的核心部分。其主要由Intel 酷睿處理器、內存、固態硬盤、網口轉接模塊、外設接口和基帶模塊[7]組成。用于運行Linux系統，主要負責對整個系統的控制。

1.2.3 ?路由模塊

路由模塊主要是由專用的網絡處理器、內存和射頻天線組成。該模塊主要作為智能終端訪問本地資源和互聯網的接入點[8]。路由模塊利用有線以太網與主控模塊進行通信，然后通過主控模塊訪問互聯網。而用戶只需通過其提供的WiFi信號，就能接入智能車載終端系統，訪問該系統中的多媒體數據庫。

2 ?智能車載終端系統的軟件設計

2.1 ?智能車載終端系統的軟件框架

根據智能車載終端系統的功能需求，該系統軟件框架主要由Linux操作系統和嵌入式的路由操作系統構成，圖3對智能車載終端系統軟件架構進行說明。

主控操作系統采用Linux操作系統，該系統是一個基于POSIX和UNIX的多用戶、多任務、支持多線程的操作系統[9]。它能運行主要的UNIX工具軟件、應用程序和網絡協議，并支持32位和64位硬件。路由操作系統采用一種移植Linux內核的嵌入式操作系統，可擴展性最好，對路由的支持十分迅速，可以在路由強勁CPU的支持下獲得很好的性能表現，其主要實現無線路由功能，為智能終端提供網絡接入。

2.2 ?軟件設計方案

根據功能需求，軟件設計可劃分為四大功能模塊：2G/3G/4G撥號上網功能、連接功能、管理功能、查詢功能，這四個功能的基本內容如下：

1） 2G/3G/4G撥號上網功能：實現2G/3G/4G撥號接入互聯網功能。

2） 連接功能：完成主控系統和路由系統連接，為主控系統和路由系統提供數據交換通道。

3） 管理功能：管理連接智能車載終端系統的智能終端設備。

4） 查詢功能：能夠查詢智能車載終端系統的GPS定位及運行軌跡。

2.2.1 ?撥號上網功能

在Linux系統環境下，采用ppp撥號上網除了內核支持和所需的pppd可執行文件外，還需要撥號腳本和配置文件的協助才能完成撥號的過程，所需文件如下：

/etc/ppp/peers/wcdma

//連接建立、連接質量控制、網絡層協議配置[10]

/etc/ppp/chat?wcdma?connect ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? //AT撥號腳本

下面是一個wcdma腳本的實例：

/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指令的發送和接收腳本，該腳本主要由TIMEOUT，ABORT和AT指令等構成。

2.2.2 ?連接功能

Linux中有許多成熟的TCP/IP應用程序接口（API）。這個API稱為socket接口（套接口）[11]。socket在計算機中提供了一個通信端口，可以通過這個端口與任何一個具有socket接口的計算機通信。創建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

當智能終端設備連接智能車載終端系統時，該系統將會實現對智能終端設備信息查詢，完成對智能終端設備控制及刪除的功能。其主程序為：

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

通過天線等相關的接收設備，接收GPS衛星發送的原始數據，通過串口或網口等接口將原始數據傳入智能車載終端系統，然后通過相關的軟件處理原始數據，得出接收機的地理位置。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 ?系統測試

智能車載終端系統測試主要包括無線網絡共享性能測試，系統軟件登錄平臺測試，GPS定位測試。智能車載終端系統實物如圖4所示。

無線網絡共享性能測試是通過在PC機上搭建日常上網環境，模擬日常應用的情況下完成的，通過無線網卡來連接智能車載終端系統，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進行測試。

2） 測試方式：分別進行如下測試，每種測試進行8次，取平均值。

① 1 Pair，模擬網絡上有2個用戶的情況;

② 10 Pairs，模擬網絡上有20個用戶進行數據交換時的情況;

③ 50 Pairs，模擬網絡上有100個用戶進行數據交換時的情況。

總傳輸帶寬和平均傳輸帶寬見表1、表2。系統軟件登錄平臺測試是通過使用手機連接智能車載終端系統完成的。如圖5所示，手機連接智能車載終端系統后將會彈出認證信息（圖5a））;點擊試用認證時，手機被該系統設置為普通用戶，手機網速將會受到控制（圖5b））;當點擊微信認證時（圖5c）），手機將會跳轉到企業微信公眾號;關注公眾號后，手機則會被該系統設置為VIP用戶，用戶網速將會得到保證（圖5d））。測試結果表明，智能車載終端系統能夠區分不同用戶的功能并使不同的用戶得到不同帶寬，提高了服務質量。

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

4 ?結 ?語

本文提出一種智能車載終端系統，詳細介紹了其軟硬件設計方案。與現有的單一功能的車載電視及車載WiFi相比，該系統具備無線網絡共享服務、多媒體服務、GPS定位服務且能區分不同用戶的功能的優勢。本系統設計合理、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網需求，具有良好的應用價值和現實意義。

參考文獻

[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.對我國智能交通系統（ITS）發展的探討[J].北京：交通標準化，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.運營商借勢“4G+”加速進行互聯網化轉型[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.淺談計算機系統結構的發展[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在互聯網無線接入中的應用[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[J].電腦編程技巧與維護，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接入方案的設計與實現[J].計算機技術與發展，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網絡編程[M].北京：機械工業出版社，2000.

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