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。