推进汽车互联:全面物联网基础设施框架的提案

论文标题:Advancing Automotive Connectivity: A Proposal For Comprehensive IoT Infrastructure Framework(推进汽车互联:全面物联网基础设施框架的提案)

作者信息:Ajay kumar V, Suthapalli Akhil Sri Harsha R&D TVS Motor Company Limited Hosur, India {ajaykumar.v, suthapalli.akhil}@tvsmotor.com

论文出处:2024 International Conference on Vehicular Technology and Transportation Systems (ICVTTS)


摘要: 本文研究了物联网(IoT)基础设施框架和设计模式,特别是针对汽车IoT系统,参考了亚马逊、谷歌、微软和IBM等主要云服务提供商的IoT基础设施组件及其目的。研究了这些组件如何解决可扩展性、安全性、效率和成本问题,并据此准备了一份组件清单,为汽车IoT系统创建了需求矩阵,并在架构层面对IoT应用进行了接口检查。研究识别了汽车IoT基础设施框架所需的组件,并展示了所提出的架构如何与智能家居语音助手、车队管理、车联网、共享移动性管理等应用集成。

引言: 物联网设备已广泛渗透到消费电子和工业应用中。在汽车领域,自CASE(连接、自动、共享、电动)运动兴起以来,IoT的采用率一直在上升。随着车辆数量的增加,迫切需要一个合适的基础设施,它不仅要可扩展,而且要安全,能够适应新的和现代的用例而不增加太多开销。本文从原始设备制造商(OEM)的角度出发,提出了一个统一的IoT基础设施方法,以增强车辆和交通系统的连接性、效率和安全性。

IoT基础设施组件: 基于对各种云服务提供商提供的IoT基础设施组件的研究,列出了以下组件:

  • 边缘SDK(Edge SDK):简化IoT设备的通信和安全性。
  • IoT核心(IoT Core):作为MQTT代理,处理数据传输。
  • 车辆配置服务(Vehicle provisioning Service):与公共或私有证书颁发机构互动,确保设备安装最新固件。
  • 用户配置服务(User Provisioning service):将车辆映射到对应的用户。
  • 认证服务(Authentication service):根据IoT设备部署所需的认证机制。
  • 无服务器计算(Serverless compute):解决IoT系统的可扩展性问题。
  • 负载均衡服务(Load balancing service):与无服务器计算一起实现可扩展性。
  • 分布式计算(Distributed computing):处理来自IoT设备的大量数据。
  • API管理平台和API网关(API management platform and API gateway):维护设备注册和上线板。
  • 健康监控服务(Health monitoring service):监控IoT基础设施中的功能性和安全模块。
  • 机器学习集成(Machine learning Integration):IoT设备可以利用云端强大的机器学习模型。
  • 证书颁发和维护(Certificate Issuance and maintenance):OEM应拥有证书颁发机构和私钥基础设施。
  • 分析平台(Analytics platform):处理IoT设备发布数据。
  • 数字镜像(Digital mirroring):保持设备的备份或数字孪生。
  • 位置服务(Location service):IoT设备持续向服务器发送其位置。
  • 设备数据存储(Device datastore)和车辆数据存储(Vehicle datastore):分别存储设备数据和车辆数据。
  • 配置管理器(Profile manager):根据用户偏好和IoT设备维护相应的配置文件。
  • FOTA服务(FOTA service):IoT设备作为车辆ECU空中更新的入口点。
  • 事件驱动数据处理(Event driven data processing):基于MQTT主题的阈值条件触发特定微服务。
  • 密钥管理系统(Key management system):处理IoT设备生成私钥的功能。
  • 云搜索服务(Cloud search service):优化数据库搜索。
  • 连接服务(Connected service):使用户和外部方能够利用IoT设备发布数据。
  • 聚合服务(Aggregation service):从授权平台聚合控制IoT设备。

提出的IoT基础设施: 提出的架构包含7个主要模块:配置模块、IoT引擎、数据存储、服务、平台、维护模块和IoT设备。配置模块负责用户、车辆和设备配置。维护模块监控IoT引擎中运行的服务健康,并根据地理法规安排数据治理审计。IoT引擎负责IoT设备的认证和发布数据。数据存储以结构化方式存储车辆、设备和用户数据。平台通过创建访问分布式计算服务、可视化、分析、聚合平台的网关来扩展IoT引擎的能力,并且还具有机器学习模型功能。

提出的框架应用:

  • 智能家居语音助手应用:允许用户通过智能家居扬声器查询车辆信息。
  • 车队管理:为车队所有者提供车队车辆的命令、控制和监控系统。
  • 车联网:随着电动汽车数量的增加,电网必须能够处理这种需求,电动汽车可以作为电网需求的负载平衡器。
  • 共享移动性:用户可以基于可用性和邻近性找到附近的车辆进行通勤。

结论: 本文提出了一个IoT基础设施框架,为汽车领域中电动汽车的未来用例提供覆盖。详细讨论了配置和认证领域,并提出了基于事件驱动的IoT引擎以节省存储和带宽。提出了基于微服务的服务部署,并提出了一个框架,该框架可以扩展IoT引擎的能力,并作为服务和IoT引擎之间的桥梁。还提出了事故监控和数据治理领域,这些领域可以进行进一步的研究。通过应用描述了IoT设备以聚合方式使用的新方法,这些应用可以扩展到区块链等领域。

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