V-CHARGE的V2I通訊系統(tǒng)由德國TU Braunschweig大學(xué)完成設(shè)計(jì)

V-CHARGE的V2I通訊系統(tǒng)由德國TU Braunschweig大學(xué)Institute of Operating Systems and Computer Networks完成設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)人員是Julian Timpner和Lars Wolf。設(shè)計(jì)方案在2012年初就已經(jīng)定型，在V-CHARGE項(xiàng)目里做了優(yōu)化。在2012年，歐盟智能手機(jī)還不是很普及，但是當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)方案已經(jīng)將智能手機(jī)考慮在內(nèi)。

上圖為V-CHARGE的用戶與停車場管理員之間的

軟件系統(tǒng)架構(gòu)

上圖為停車場出車（Pick-Up）的實(shí)例

用戶在停車場出口處，用手機(jī)發(fā)出出車的請求，車內(nèi)的HMI收到這個(gè)請求后，將這個(gè)請求再轉(zhuǎn)發(fā)給V-Charge服務(wù)器，V-Charge服務(wù)器通過Heartbeat模塊與車輛通訊。Heartbeat 是 Linux-HA 工程的一個(gè)組成部分，它實(shí)現(xiàn)了一個(gè)高可用集群系統(tǒng)。心跳服務(wù)和集群通信是高可用集群的兩個(gè)關(guān)鍵組件，在 Heartbeat 項(xiàng)目里，由 heartbeat 模塊實(shí)現(xiàn)了這兩個(gè)功能。heartbeat最核心的包括兩個(gè)部分，心跳監(jiān)測部分和資源接管部分，心跳監(jiān)測可以通過網(wǎng)絡(luò)鏈路和串口進(jìn)行，而且支持冗余鏈路，它們之間相互發(fā)送報(bào)文來告訴對方自己當(dāng)前的狀態(tài)，如果在指定的時(shí)間內(nèi)未收到對方發(fā)送的報(bào)文，那就認(rèn)為對方失效，這時(shí)需啟動資源接管模塊來接管運(yùn)行在對方主機(jī)上的資源或者服務(wù)。高可用Web服務(wù)器最常用的就是心跳通訊和keepalived。

心跳模塊檢測通過后激活出車程序，V-CHARGE服務(wù)器發(fā)送出車地圖和出車任務(wù)，車輛端確認(rèn)后，開始根據(jù)服務(wù)器發(fā)出的地圖和任務(wù)進(jìn)行路徑規(guī)劃。規(guī)劃完成后開始啟動，再發(fā)信號給服務(wù)器，服務(wù)器安排計(jì)劃列表，確認(rèn)出車道路通暢后驗(yàn)收，通知車輛駛出停車場，到達(dá)停車場出口，車輛停止，用戶上車。

上圖為整個(gè)系統(tǒng)的域模式概念

上圖為通訊系統(tǒng)中組件的特性，從圖中也可以看出泊車與出車的步驟，包括車輛與用戶注冊、車輛泊入、車輛移交、車輛開出和車輛狀態(tài)。

通訊系統(tǒng)看起來還是蠻簡單的，只不過有兩點(diǎn)需要注意，一是安全與便捷，二是地下車庫信號很差，時(shí)斷時(shí)續(xù)很正常，如何保障通訊的穩(wěn)定。

V-CHARGE為解決第一個(gè)問題選用了OAuth 2.0通訊協(xié)議，OAuth2.0是OAuth協(xié)議的延續(xù)版本，但不向后兼容OAuth 1.0即完全廢止了OAuth1.0。 OAuth 2.0關(guān)注客戶端開發(fā)者的簡易性。要么通過組織在資源擁有者和HTTP服務(wù)商之間的被批準(zhǔn)的交互動作代表用戶，要么允許第三方應(yīng)用代表用戶獲得訪問的權(quán)限。同時(shí)為Web應(yīng)用，桌面應(yīng)用和手機(jī)，和起居室設(shè)備提供專門的認(rèn)證流程。

2012年10月，OAuth 2.0協(xié)議正式發(fā)布為RFC 6749。V-CHARGE第一時(shí)間就使用了OAuth 2.0，直到今天，OAuth 2.0仍然是主流的授權(quán)碼模式協(xié)議。簡單來說，允許用戶提供一個(gè)令牌（token），而不是用戶名和密碼（如果進(jìn)出停車場新用戶都要注冊太麻煩了）來訪問他們存放在特定服務(wù)提供者的數(shù)據(jù)。每一個(gè)令牌授權(quán)一個(gè)特定的網(wǎng)站（例如，視頻編輯網(wǎng)站)在特定的時(shí)段（例如在接下來的2小時(shí)內(nèi)）內(nèi)訪問特定的資源（例如僅僅是某一相冊中的視頻）。這樣，OAuth允許用戶授權(quán)第三方網(wǎng)站訪問他們存儲在另外的服務(wù)提供者上的信息，而不需要分享他們的訪問許可或他們數(shù)據(jù)的所有內(nèi)容。

比如你去某停車場停車，手機(jī)需要停車場的服務(wù)器，自然需要注冊成為停車場的用戶，對懶人來說，這幾秒鐘太費(fèi)勁了。停車場為這種懶人準(zhǔn)備了另一種方式，就是第三方授權(quán)登陸，比如用微信登陸停車場的服務(wù)器。停車場可以看做一個(gè)客戶端，微信可看做認(rèn)證服務(wù)器，OAuth2.0就是客戶端和認(rèn)證服務(wù)器之間由于相互不信任而產(chǎn)生的一個(gè)授權(quán)協(xié)議。V-CHARGE沒有一個(gè)獨(dú)立的可供第三方的API，其用意也是為了擴(kuò)大V-CHARGE的使用范圍，無需下載特定的APP。

密鑰由手機(jī)生成，而非停車場的服務(wù)器，保證不會泄露你的私人信息，最大限度讓顧客放心。

V-CHARGE的安卓界面

上圖是V-CHARGE的DDS-DTN架構(gòu)。就是來應(yīng)對停車場這種無線信號比較差的場景開發(fā)的，傳統(tǒng)的TCP/IP對延遲很敏感，延遲都以毫秒計(jì)算，一旦超過時(shí)限，就無法建立通訊，而在地下車庫，延遲或中斷是以秒計(jì)算的，甚至是分鐘的。DTN網(wǎng)絡(luò)最初是應(yīng)對火星任務(wù)而設(shè)計(jì)的，地球與火星距離最近的時(shí)候，光傳播需要4min時(shí)間，而距離最遠(yuǎn)時(shí)的光傳播時(shí)間會超過20min。并且太空電磁干擾嚴(yán)重，誤碼率很高。在Internet中，傳播時(shí)間一般以毫秒計(jì)算，所以，如此長的延時(shí)，應(yīng)用基于TCP/IP協(xié)議是無法實(shí)現(xiàn)的。

DTN 是一個(gè)新興的研究領(lǐng)域，它是由 Kevin 等人于 2002 年提出的一種通用的面向消息的可靠的覆蓋層網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，它是一種位于區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(包括因特網(wǎng)) 之上的覆蓋網(wǎng)絡(luò)，處理受限網(wǎng)絡(luò)中頻繁網(wǎng)絡(luò)斷開、高延遲和異構(gòu)性等問題。實(shí)際V2X領(lǐng)域，DTN也是比較好的選擇。目前DTN主要用在軍事戰(zhàn)爭、航天通信、災(zāi)難恢復(fù)、應(yīng)急搶險(xiǎn)等領(lǐng)域。

對DTN研究最多的是美軍，美軍有意在2020年部署DTN系統(tǒng)，特別是海豹突擊隊(duì)此類深入敵后的作戰(zhàn)小隊(duì)，非常需要DTN。美軍認(rèn)為如果有DTN，像紅翼行動那樣的海豹突擊隊(duì)成立40年來最大傷亡的慘劇不會發(fā)生。