BOA技术在车辆感知网络中的应用研究

摘要：“车联网技术”的兴起，大量传感技术得到应用，受无线传输设备与传感器体积限制，信息只能单向传递，缺少与被感知设备间交互。提出一种通过BOA技术远程感知交通设备中部件访问的双向交互技术，配合虚拟独立地址技术可以达到部件分组独立控制。这样BOA通过CAN总线集成可以对设备整体进行全部部件监控和更多的优化操作，达到更大范围内的远程参数获取与监控。最后，通过具有BOA技术的实例证明，此种技术可行。
关键词：智能交通；车联网技术；BOA；远程交互

    车辆感知是支持车联网技术(Internet of Vehicle，IoV)的主要技术内容之一，在文献中车联网技术被定义为：指利用先进传感器技术、网络技术、计算技术、控制技术、智能技术，对道路和交通进行全面感知，实现多个系统间大范围、大容量数据的交互，对每一个车辆、每一个道路的状态进行多方面、全时段的控制，以提供交通安全及交通效率。从定义中可以看出“车联网”技术本质就是无处不在的感知，这样感知过程需要有效的传感器及双向信息交互。车联网的研究关注的重点在于车-车、车-路的宏观通讯技术，以及车辆自身的微观状态感知，大多数微小设备感知信息是单向传递，缺乏对部件的控制与操作回馈的双向信息传递，故此需要完善，文中基于这个需求进行了研究。技术主要内容把嵌入式的BOA技术引入到车联网技术当中。此方法可以通过与CAN(Controller Area Network)总线、控制中心的智能程序集成，达到集中监控与调整设备整体的关键部件参数，即智能部件感知的目的。甚至通过具有独立的虚拟地址技术对关键部件设置独有地址，达到远程感知。对此，本文做了部分研究工作，首先，介绍了基于BOA的面向车联网构架结构，其次，对关键技术GoAhead的Web Server迁移到VxWorks做详细的介绍，最后，给出一个对车联网中的关键部件进行管理的简单例程。

1 “车联网”与BOA技术
    在车联网系统中需要感知具体的关键部件的健康状态，运行信息等。车联网技术感知模型如图1所示，车辆感知信息通过(OBU)与路边设备(RSU)建立无线通信，经过网关接入互联网。

 “车联网”感知模型相比来说较为宏观，如果微观层面上需要在“车联网”内部具有感知车辆内部设备的数据交互，达到被感知设备与管理系统或数据中心建立通信关系。借助BOA技术建立关系如图2所示，达到双向交互目的。

2 具有虚拟地址的独立控制
2．1 感知范围分析
    对一些具体的仪器组件是通过传感器的方式感知获取数据，缺少对信息的交互能力。如果部件感知过细，可以看出对传输的环境要求将有所提高。如图3所示，(a)表示为感知的是目标的整体，而(b)感知的为目标的各个组成部分，(c)则是通过集中控制器与部件和控制中心联系，通道数量减少，降低复杂程度与成本。目前，“车联网”的信息交互是处于一个集中的层面上体现，如天气情况、健康状态、交通冲突与否。在本项研究中，建立一个BOA连接一个被感知部件与控制中心或数据中心的机制，达到感知更加细微，实现整体更多有效决策。

    实现“车联感知”的计算模式，是依靠各类嵌入式BOA服务微系统的应用，集成各个部件异构传感数据的平台，集收集传感数据和指令发送于一体。目前嵌入式BOA服务器软件中，GoAhead Web Server是一款可移植性强，免费的嵌入式WEB服务器，它是运行于嵌入式操作系统之上的应用层软件。VxWorks操作系统是美国风河公司设计开发一种嵌入式实时操作系统(RTOS)，因其良好的持续发展能力、高性能的内核、友好的开发环境、卓越的可靠性和实时性，被广泛应用于通信、航空、航天等实时性要求极高的领域中。并结合安防监控系统的视频传感器控制器给出了应用实例。
2．2 微部件与虚拟地址
    通过分析，具有局部控制器的部件感知降更具优势，故此需要建立虚拟地址与外围控制的关系，达到控制中心与微部件的信息交互。如图3中的(c)所示，c．1….c.4都集成了BOA的技术，这样局部控制与部件见建立映射关系，如图4所示。其中BOA0为与外界感知的总接口，而BOA1到BOA6……等分别为在BOA0下的虚拟端口地址控制的部件接口。通过这种虚拟独立地址的技术完全可以避免由于IP地址不足带来的弊端，并且可以便于整体管理感知微部件。当然BOA支持IPv6，那么地址分配可以采用实地址方式进行信息交互。

3 嵌入式BOA技术
    BOA是单任务的HTTP服务器，与其他传统的Web服务器不同的是当有连接请求到来时，它并不为每个连接单独创建进程，也不通过复制自身进程来处理多链接，而是通过建立HTTP请求列表来处理多路HTTP连接请求，同时它只为CGI程序创建新的进程，这样就在最大程度上节省了系统资源，这对嵌入式系统来说是关键。同时它还具有自动生成目录、自动解压文件等功能，因此，BOA具有很高的HTTP请求处理速度和效率，在嵌入式系统中具有很高的应用范围。GoAhead就是这样一类Web Server的工程应用软件。目前有支持GoAhead的嵌入式操作系统包括Windows CE，pSOS，Embedded Linux，uCOS，VxWorks，QNX等。这种嵌入式BOA技术的Web Server支持ASP，嵌入式JavaScript，标准CGI，内存中的CGI处理GoForms，扩展的API，每秒可处理大于50个请求。支持硬件构架ARM7，ARM9等，并满足VxWorks操作系统和GoAhead工程运行的需要。

3．1 面向车联网BOA技术条件
    首先关键部件本身能够ARM7／ARM9硬件构架控制，这是一个基本条件，如图5所示。在本例中采用ARM7作为主要控制硬件平台部分。

    操作系统是应用软件正常工作的平台，BOA属于应用软件的类型，它具备Web Setver功能属性。为了完成这个工作，需要借助能够应用在VxWorks平台上的GoAhead软件。移植GoAhead关键是让VxWorks在ARM7硬件平台上具有很好的运行状态，故此需要开发板级支持包(BSP)，用于建立操作系统与硬件之间的中间层。然后移植TFFS(Tme File Format System)文件系统，这样VxWorks操作系统映像文件、GoAhead的工程映像文件及Web文档就可以运行在嵌入式系统硬件平台上。
    当目标板中需设计一个用于接受用户指令的进程，加入到系统的多个正在运行的进程当中，系统采用称为ROUND-ROBIN的调度方式进行轮转调度。
3．2 GoAhead的移植方法
    为方便程序调试和系统集成，分别对EOS(Embedded Operation System)环境和应用程序进行配置。首先，进行移植准备。建立一个可下载的(downloadable)的VxWorks工程，调试成功后再将VxWorks映像和GoAhead．out文件一起上传到tffsl中，在VxWorks的usrAppInit()函数中加载goahead．out文件，然后再启动Web Server。
    UsrAppInit中的关键代码如下：

    对于完成的正常能够运行的项目，在浏览器中输入地址http：／／192．168．1．1／controltree．html即可以访问／tffs1／webs／con troltree．html文件。
3．3 BSP的移植过程
    板级支持包BSP(Board Support Package)是介于嵌入式硬件和EOS之间的一层系统软件，负责向VxWorks提供与硬件环境的基本接口，其移植的主要过程有：
    第一步配置嵌入式处理器的CPU型号，主频等相关参数，为整个软件系统提供底层硬件支持；
    第二步根据硬件模块配置相关设备驱动和系统中断服务程序；
    第三步定制总线及芯片引脚功能，配置存储空间映射和存储空间大小；
    第四步定制EOS功能，为软件系统提供一个多任务工作环境。
    BSP的配置是系统重中之重，合理的配置能够保证系统稳定运行。

4 代码工作
    选择好的调试方法，可以提高学习和项目开发的效率。目前VxWorks程序开发中常用的调试方法有网络和串口调试方法，在本应用系统中选择网络调试。正确的配置方法是在所建立的Bootable工程的VxWorks组件中选择WDB连接和END驱动，所生成的VxWorks映像通过网络加载到内存运行。主机端还需要在Target Server配置和目标机相连，配置中BackEnd选择wdbrpc，目标机的IP设置为192．168．1．11，核心文件指向主机FTTP下载目录中的VxWorks映像，最选择all symbol并选中Synchronize Target／Host Symbol Table。配置如果正确，即可启动Tar get Server。
    此时可以在当前工作空间下建立一个可下载的应用程序模块，在该模块下新建一个程序文件Multitasks．c经编译生成Multitasks．o，下载到目标机，最后在主机的wShell中输入Mutiltasks，在超级终端中即可以看到任务的执行情况，其中代码如下：

    在开发过程中使用应用程序模块是非常方便的，如果要形成最终产品，需要将调试成功的模块迁移到bootableVxWorks映像中，方法是将源程序加入bootable VxWorks项目，并在usrAppInit．C文件中的usrAppInit()函数下添加入口代码Mutiltasks()，代码如下所示。最后编译成符合现场要求的VxWorks映像并完成迁移工作。
    void usrAppInit(void){
    #ifdefUSER_APPL_INIT
    USER_APPL_INIT；
    #endif
    Mutihasks()；}

5 结论
    本文针对车联网的特点介绍了目标板上移植嵌入式BOA的方法和步骤，交叉编译环境的建立方法及控制器的设计思路。可以看出，BOA技术支持车联网，可以满足细致部件的感知。
    此外，针对于系统的“车联网”技术还需要深入的研究，BOA只是在此研究上的一个基本内容。由于感知是通过虚拟地址映射得到每一个部件的ID，故此需要一个控制中心，在工程中需要控制中心与感知部件总体考虑，文中没有在此内容上有过多描述。在实际应用中采用IPv6地址，还是虚拟地址这取决于成本与技术条件，这些是以后需要深入研究的内容。