UDP穿透NAT技術實現數據喚醒車聯網T-Box設備的方案

夏寶華 李佳 胡孟永

（北京福田汽車工程研究總院智博汽車科技(上海)有限公司 上海市 201101）

T-Box 是現代車聯網系統中一個非常重要的部件，其主要功能是：用戶可以通過T-Box 提供的Telematics 服務功能實現遠程操控汽車的目的。通常TSP 部署智能T 服務的策略，車輛T-Box 與TSP 通過無線互聯網進行交互，配合車輛BCM/ECU 完成用戶遠程操控汽車的命令請求。

1 目前現狀缺陷與本案目的

當車輛在用戶落鎖后車輛進入安全防護狀態，T-Box 以及整車CAN 進入休眠態。若此時用戶想遠程操控自己的車輛，用戶需要打開手機APP 發送遠程操控指令（如遠程打開空調等功能）到TSP，TSP 收到用戶的遠程操控指令后先檢查該車輛的T-Box 是否處于休眠狀態，若T-Box 處于休眠狀態TSP 根據策略需立即喚醒T-Box，T-Box 被喚醒后立即執行來自TSP 的遠程操作指令，并將執行結果回送給TSP，TSP 將執行結果推送到用戶手機APP 并呈現執行結果給用戶。

TSP 喚醒車輛休眠中的T-Box，通用的方法基本上都是發送喚醒短信到T-Box 移動模塊來實現的，整個作業流程如圖1。

因為T-Box 休眠后雖然主CPU 是處于凍結非工作狀態，但是T-Box 的移動模塊處于DRX 模式。若有喚醒短信送達T-Box 所在的基站，通常1-2 個DRX 周期（運營商DRX 周期大多設定為1200 毫秒）就能收取到該喚醒短信，那么T-Box 的移動模塊就可以立即喚醒主CPU，那么整個T-Box 就立即處于工作狀態且同時也喚醒整車CAN。喚醒后的T-Box 馬上就可以執行來自TSP 的遠控命令。

另外TSP 喚醒T-Box 同樣也可以采用電話呼叫來實現，即TSP需要喚醒處于休眠態的T-Box 時直接呼叫該T-Box 的電話號碼，通常1-2 個DRX 周期T-Box 的電話模塊就能收到喚醒來電，完成T-Box的喚醒過程。

使用短信和電話呼叫喚醒T-Box，有以下缺點：

（1）發送短信需要TSP 運營平臺支付費用，TSP 運營成本很高；

（2）電話呼叫，TSP 運營平臺需要租用電話中繼線路，TSP運營成本也比較高。另外電話呼叫比發送短信速度慢，并發呼叫數量也遠不如并發發送短信數量大，用戶使用遠程控制等待T-Box 喚醒時間長，體驗差。

現在的T-Box 移動無線模塊都支持：

（1）短信喚醒（2G 網絡或VoIP 支持）；

（2）電話喚醒（2G 網絡或VoIP 支持）；

（3）數據喚醒（3G/4G/5G 數據網絡支持）；

因此本案提出使用數據喚醒方式來喚醒休眠中的T-Box。

2 數據喚醒T-Box的方案

針對以上短信/電話喚醒的缺點這一現狀，本案試圖通過3G/4G/5G 數據網絡實現數據喚醒T-Box。

圖1

現在車輛的T-Box 都支持3G/4G/5G 數據網絡，休眠后根據3GPP DRX標準，若有數據到達該T-Box所在的蜂窩，休眠中的T-Box在下一個活動DRX 周期若發現有送來的數據T-Box 的3G/4G/5G無線模塊就立即喚醒來接收數據，而3G/4G/5G 無線模塊喚醒后也會將整個T-Box 喚醒，這樣的方法就實現了通過數據喚醒T-Box 的目的。

TSP 使用數據喚醒T-Box 的必要條件：TSP 能實現P2P 訪問T-Box 并將喚醒數據發送到對應的T-Box 上。

為了實現P2P 數據喚醒T-Box，本案中TSP 與T-Box 之間的喚醒數據通信協議將使用UDP。

2.1 建立TSP與T-Box喚醒方案

建立TSP 與T-Box 喚醒方案模型如圖2，在圖2 的模型中，主要部件為：

（1）【TSP 喚醒交換服務程序】 部署在TSP 公網IP 所在服務器上，負責幫助T-Box 程序與TSP 喚醒服務程序建立UDP P2P數據通道。

（2）【T-Box 程序】 部署在T-Box 上，在TSP 喚醒交換服務程序的幫助下，穿透移動互聯網與TSP 喚醒服務程序建立UDP P2P 數據通道。

（3）【TSP 喚醒服務程序】 部署在TSP 其他服務器上，在TSP 喚醒交換服務程序的幫助下，穿透互聯網與T-Box 程序建立UDP P2P數據通道。維護T-Box喚醒資源表。在需要喚醒某T-Box時，將UDP喚醒數據發送到UDP P2P數據通道上，實現數據喚醒T-Box。

表1

圖2

圖3

（4）【T-Box 喚醒資源表】 存放T-Box 身份識別信息與UDP P2P 數據通道對應關系。

（5）【T-Box 與TSP 喚醒服務程序UDP P2P 數據通道】 當TSP 喚醒服務程序需要喚醒某T-Box 時，通過此通道發送喚醒數據到T-Box 程序，實現數據喚醒T-Box。

2.2 基本原理

【T-Box 程序】和【TSP 喚醒服務程序】首先連接部署在公網IP 服務器上的【TSP 喚醒交換服務程序】，在【TSP 喚醒交換服務程序】的幫助下【T-Box 程序】和【TSP 喚醒服務程序】交換雙方的UDP IP 地址和端口號，這樣【T-Box 程序】和【TSP 喚醒服務程序】都知道對方NAT 后的UDP IP 地址和端口號。這樣雙方就能建立穿透NAT 的【T-Box 與TSP 喚醒服務程序UDP P2P 數據通道】。同時【TSP 喚醒服務程序】維護【T-Box 喚醒資源表】，即建立T-Box身份識別信息與UDP P2P 數據通道對應關系。這樣當TSP 需要喚醒某T-Box 時，【TSP 喚醒服務程序】查詢【T-Box 喚醒資源表】獲取到該T-Box 對應的【T-Box 與TSP 喚醒服務程序UDP P2P 數據通道】參數，隨即【TSP 喚醒服務程序】發送喚醒數據到該通道上，這樣就實現了使用數據喚醒T-Box 的目的。

3 數據喚醒T-Box作業流程

圖3 說明了數據喚醒T-Box 作業流程：

（1）當TSP 收到手機APP 發來的遠程控制命令后，發喚醒T-Box 請求到【TSP 喚醒服務程序】。

（2）【TSP 喚醒服務程序】先檢查該T-Box 是否處于休眠狀態，若不是處于休眠狀態就結速本次喚醒作業。

（3）【TSP 喚醒服務程序】查詢【T-Box 喚醒資源表】獲取到該T-Box 對應的【T-Box 與TSP 喚醒服務程序UDP P2P 數據通道】參數。

（4）【TSP 喚醒服務程序】發送喚醒數據到該通道上，發送完畢后結速本次喚醒作業。

4 數據喚醒T-Box的優勢

下面列表比較一下電話、短信、數據喚醒的指標參數，如表1所示。

通過表1 不難看出本案實現的數據喚醒T-Box 有以下優點：

（1）實現可靠，TSP 可以落地實現。

（2）作業速度快，響應快。

（3）平均喚醒T-Box 時間實測3-5 秒，用戶體驗佳。

（4）無需租用專門線路，使用現有互聯網鏈路就可以實現本案。

（5）因為無需租用專門線路，因此本案實現不需支付發送短信費用以及租用電話中繼線路費用。

（6）并發喚醒T-Box 數量沒有上限。

本案除了在部署實現上需要有相當的技術門檻，其他指標都優于電話、短信喚醒，因此在未來車聯網方案設計部署時需要加強推廣與落地。