基于GID的全球汽车智慧感知与统一标识系统

摘要

本发明公开了一种基于GID的全球汽车智慧感知与统一标识系统，将一种具有全球移动识别能力的、能够唯一性地代表使用载体个性的新型ID结构组成的GID系统应用于车联网领域。该系统通过智能感知包含终端、网络、业务端到端的使用者和使用载体，形成包含车辆使用者和车辆的静态与动态信息的多维、多态模式的汽车DNA（V-DNA），并通过V-DNA来描述和标识移动车辆，具有高可靠性、高性能、高安全性和高扩展性等特点，能够解决诸如大量以前根本无法解决的问题，如套牌、走私、保险欺诈、定位追踪、溯源、盗窃、伪冒、全天候计费、匿名入侵、4S服务、召回管理等。

说明书

技术领域

本发明涉及信息物理系统CPS、物联网IOT、车联网IOV领域。

背景技术

国通信强制法CALEA（Communications Assistance for Law Enforcement Act）和M911、E911要求，所有移动装置都必须提供可被跟踪、监听、定位等功能，尤其是车辆和机器移动装置、大型物联网设备等；而“数字身份识别”恰是其核心要求。欧洲、南美、美国和金砖四国等国，都曾明确提出要求在2012～2014间解决此项技术难题。自2003年我国开始研究汽车计算平台、机器通信以来，国家发改委也曾在《汽车产业发展政策》第十二条明确提出“国家支持汽车电子产品的研发和生产，积极发展汽车电子产业，加速在汽车产品、销售物流和生产企业中运用电子信息技术，推动汽车产业发展”。研究发现，在汽车通信、定位、ITS、追踪、车辆监控等领域，相关难题都归结为最核心的、唯一性的汽车的智慧感知和标识问题。如何有效地对汽车进行智慧感知和标识，对于规范车辆/汽车信息化与数字化、安防、汽车通信与机器移动等相关领域的难题和简化各种独立系统的浪费，将起到巨大的作用，从根本上解决了很多当前信息化应用的中遇到的阻碍和难题，也是各种不规范和不统一解决方案的共享核心，从而使各自为政的解决方案有了它融合的客观基础。

缩略语和关键术语定义

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对汽车的智慧感知和统一认证问题，

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于GID的全球汽车智慧感知与统一标识系统，该系统由终端侧、网络侧、云平台组成，其中，所述终端侧包括外围设备接口、ID规则库、车辆信息采集分析模块、轨迹记录模块、身份认证模块、第一访问代理控制模块、通信模块；所述网络侧包括第二访问代理控制模块、虚拟漫游模块、QoS保证模块、资源分配模块；所述云平台包括ID模块、信息采集模块、分析决策模块、第三访问代理控制模块、用户认证模块、业务能力模块；其中，

终端侧各模块的工作步骤如下：

外围设备接口用于接收用户终端各个外部设备提供的各种模拟及数字信号；

车辆信息采集分析模块用于通过外围设备接口对不同外部设备进行数据收集，并将收集的数据信息进行采样、量化和存储，然后将其传输至轨迹记录模块；

轨迹记录模块用于负责用户数据的存储，根据用户数据中的历史信息进行数据挖掘分析得出客户参数、动态参数、固态参数，然后将其提供给云平台的分析决策模块；

ID规则库用于负责终端侧的用户特征数据信息的存储；

身份认证模块用于在用户请求使用具体业务的过程中，与云平台中的用户认证模块交互，提取ID规则库中的用户特征数据，对用户的身份信息进行认证；

第一访问代理控制模块用于对终端侧的各种请求进行应答或转发，并与网络侧的第二访问代理控制模块和云平台的第三访问代理控制模块进行交互；同时，负责将终端侧参数发送至云平台的分析决策模块；

通信模块用于实现终端侧的实时通信功能；

网络侧各模块的工作步骤如下：

第二访问代理控制模块用于对网络侧各模块的各种请求进行应答或转发，并负责将网络侧参数发送至云平台的分析决策模块；

虚拟漫游模块用于与终端侧的通信模块交互，实现终端的虚拟漫游功能，使终端在异地时接入当地移动网络；

QoS保证模块通过拥塞控制、报文分类、流量整形与监测、队列管理、分组调度、QoS路由方法实现网络的QoS，保证端到端数据包的丢包率、网络抖动以及时延的稳定；

资源分配模块负责采用多商品流模型为业务类型复杂的网络进行网络资源分配，实现网络的QoS保证；

云平台各模块的工作步骤如下：

信息采集模块用于负责在用户使用业务的过程中，对用户使用业务的行为进行业务侧参数的信息采集，并将收集数据信息传送至分析决策模块；

分析决策模块通过收集的客户参数、动态参数、固态参数、终端侧参数、网络侧参数以及业务侧参数推理得到用户的客户属性、动态属性、固态属性、终端侧属性、网络侧属性以及业务侧属性信息，然后将这些属性信息发送给ID模块；

ID模块用于存储分析决策模块得到的客户属性、动态属性、固态属性、终端侧属性、网络侧属性以及业务侧属性信息，综合以上信息生成用户ID信息；

第三访问代理控制模块用于对云平台各模块的各种请求进行应答或转发；

用户认证模块用于和终端侧的身份认证模块交互，根据ID模块生成的用户ID信息进行用户身份的鉴别，通过鉴别的用户允许其与业务能力模块进行交互；

业务能力模块负责实现用户请求的各项具体业务功能。

进一步的，本发明的一种基于GID的全球汽车智慧感知与统一标识系统，所述云平台中还包括安全模块，所述安全模块负责通信信令与通信信息的加密。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明利用一种具有全球(移动)识别能力的、能够唯一性地代表使用载体个性的新型ID结构组成的GID（Global ID）统一的车辆身份识别问题，以车联网为研究对象，将数字GID技术用于全球汽车身份标识，并与物联网和云计算（实体DNA Profile专属云）相结合，提出基于GID的全球汽车智慧感知与统一标识系统，可以解决诸如大量以前根本无法解决的问题，如套牌、走私、保险欺诈、定位追踪、溯源、盗窃、伪冒、全天候计费、匿名入侵、4S服务、召回管理等。

附图说明

图1是汽车网络ID（V-DNA）提取框图。

图2是泛在网络下的基于GID的全球汽车智慧感知与统一标识系统整体结构示意图。

图3是基于GID的全球汽车智慧感知与统一标识系统的终端基本结构图。

图4是基于GID的全球汽车智慧感知与统一标识系统的网络侧基本结构图。

图5是基于GID的全球汽车智慧感知与统一标识系统的云端基本结构图。

图6是汽车网络ID（V-DNA）提取示意图。

图7是多维矩阵到网络基因的映射(FDNA)关系图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明提出一种基于GID的全球汽车智慧感知与统一标识系统。该系统是典型的物联网的产业级应用，可以替代或彻底解决传统与车辆相关的移动服务体系中的系统或问题，如ITS、不停车收费、防盗、保险索赔认证、套牌、汽车轨迹、超速违章等，蕴含着巨大的经济潜力。该系统能够根据车联网的实际使用需求和汽车自身特性，实现车辆信息的智慧感知、车辆的泛在通信、实现车联网中基于V-DNA的统一身份认证和唯一性标识。

具体实现如下：

1，首先实现车联网的泛在通信。

若将GID技术应用于IOV，与现有的RFID技术相比，利用网络基因原理可以实现车辆的套牌区分、防止走私伪冒、网络实名寻址、网络溯源、可信标识、网络泛在、虚拟漫游及全球标准化（全球统一网络车牌）等功能。基于GID的多模、多归属和唯一标识的特性，包含GID的车载终端可以实现每时每刻永远在线功能和全天候准确定位、跟踪和溯源功能，解决了现有的网络技术中很难实现的技术瓶颈问题。

在各种终端组成的异构网络中，每个包含GID的车载终端通过利用桥接功能，基于多跳中继或中央控制，将来自其他网络的终端接入当前的可用网络，实现泛在通信。基于终端的多模式桥接功能和虚拟漫游功能利用网络的数据交换和业务共享实现网络的泛在通信，实现不限时间地点的任意连接，突破局域范围的限制，能够在全球广域范围内提供虚拟漫游服务。通过利用终端的信息交换和网络的无缝切换，保证用户信息的顺畅传输和共享，兼容各种无线网络，包括具有局部通信能力的Indoor网络，如Wi-Fi、Bluetooth、红外、Zigbee、Ad-hoc等，具有全局通信功能的Outdoor网络，如GSM、WCDMA、TD-SCDMA、LTE和GPS定位系统等。基于GID终端的多态特性，在不同的网络环境下，可以实现多角色转换，为终端模块和不同网络之间提供通信的接口，共享终端和业务的数据。

2，实现车辆信息的智慧感知、基于V-DNA的统一身份认证和唯一性标识。

本发明提供一种使用客观数据和属性进行身份识别的汽车ID信息，具有普适的、天然的、可以唯一标识用户的特性。本专利采用客观的方法，通过感知用户的各种客观属性信息（客户参数、动态参数、固态参数、终端侧参数、网络侧参数以及业务侧参数）即已知信息获得可以唯一标识的客观ID，利用已知求未知的方法构建一个基于用户客观元素信息的聚合物—汽车网络ID，我们也形象的比喻为V-DNA，实现用户的客观性、智能型、唯一性、安全性以及隐私性的特征。

基于对上述汽车网络ID特征的描述，我们可知汽车ID的结构性信息源自于信息空间中的“网络属性、业务属性、行为属性、内容属性、安全属性”之5大属性的数据信息。这些属性参数包含了网络、传输、应用等各个方面的信息，而且这些信息是客观存在的。基于这些客观存在的信息构建的多维矩阵通过利用数学建模和数据分析提取的汽车网络ID固然也是客观存在的。汽车网络ID功能的实现框图（以IOV中车辆标识问题为例）如图1所示。

如图6所示，以IOV为例，汽车固有参数包括车架号、发动机号、VIN、品牌、类型等；用户的个人信息参数包括用户的密码、账号、数据银行、用户消费行为关联等；网络信息参数包括网络类型、IMEI、SIM地址、漫游属性等。通过在不同时间的采样，可以得到在时间维度上的T维矩阵，每一个维度又通过不同的类别来进行描述，每一个类别中又包含具体的元素。即，多个元素组成了一个类别，多个类别组成了一个维度，多个维度形成了一个具体的汽车网络DNA。

如图7所示，立体的物理空间的多维结构通过映射可以生成数学空间的多维矩阵H，即$>H=\left(H_{\overrightarrow{X_t}\overrightarrow{Y_t}\overrightarrow{Z_t}}\right),(t=1,...,T;\overrightarrow{X}=\{x_1,x_2,...,x_{n_t}\};\overrightarrow{Y}=\{y_1,y_2,...,y_{n_t}\};\overrightarrow{Z}=\{z_1,z_2,...,z_{m_t}\left\}\right),$>用来描述网络DNA的结构，H中的元素表示DNA中的t维度上的数组（共有T个维度），下标分别代表维度t的各个类别的属性向量、数组中元素的类别向量（共分为n_t个类别）和第l个类别中元素的取值向量。

因此，DNA上的每个元素都是由$>H_{\overrightarrow{X_t}\overrightarrow{X_t}\overrightarrow{Z_t}}|t=1,...,T;x_i,i=1,...,n_t;y_i,i=1,...,n_t;z_j,j=1,...,m_t\}$>取得，基于属性信息和类别信息可以构成九宫格信息数据图，利用DNA提取函数FDNA(·)获得可以唯一标识的客观存在的网络ID，即汽车DNA。

如图6所示，在系统框图的九宫格图中，纵坐标通过利用固态参数I₁、动态参数I₂、用户参数I₃，横坐标通过利用终端参数C₁、网络参数C₂、业务参数C₃构成一个九维方格图，其中的每一维信息反映了用户在通信业务使用过程中的属性和类别的特征信息，汽车的固态参数包括以车架号、发动机号、品牌、类型等为主的终端参数，以网络类型、漫游属性、地理位置、网号等为主的网络参数，以安全机制、服务等级、支付方式为主的业务参数。动态参数和客户参数同样包括在终端侧、网络侧和业务侧所呈现出来的各种动态参数或客户参数，他们是客观存在的。通过在不同时间的取样获得各个维度上参数的动态特征和随机变量特性。因此，基于这些客观存在的信息，利用DNA特征提取函数就可以获得一个客观存在的ID用于车辆的唯一性标识，同时实现和网络、终端以及业务的接入。

3，基于GID的全球汽车智慧感知与统一标识系统的整体框架

3.1基于GID的全球汽车智慧感知与统一标识系统的基本结构

首先把GID技术实施于汽车电子身份证领域，并与物联网和云计算（实体DNA Profile专属云）相结合，提出了基于GID的全球汽车智慧感知与统一标识系统，能够有效地解决车辆智慧感知和统一认证的核心问题。基于GID的全球汽车智慧感知与统一标识系统，如图2所示。

从图2可以看出，泛在网络下的基于GID的全球汽车智慧感知与统一标识系统包含以下三部分：

端（终端侧）：用“移动模块+DNA数字档案+控制接口+移动定位系统+加密算法”等构成嵌入式普适性移动机器模块；其中车辆DNA芯片作为车辆DNA技术的核心产品，作为车辆信息的唯一性电子标识，可以以多种形式出现：如汽车预装的内部芯片，也可作为车载信息应用设备的内嵌芯片（类似与Intel CPU模式），或后装模块。

管（网络侧）：采取AGPS+OTDOA+WiFi技术为主，增加网络位置管理服务器（LMS），在原有蜂窝网络（2G-4G）定位系统中增加“位置管理与坐标系统”相关技术参数和协议改动，形成与“端”通信的“智慧位置管道”；

云（业务侧）：设计面向DNA服务的云体系基础架构。基于核心基础云架构规模（最大5000节点，PB级数据规模），设计了面向高安全、高可靠性要求的DNA Profile数据库结构。云基础架构可结合特定应用业务，扩展出子应用云服务平台。如面向移动定位的位置云服务平台，可灵活为其它基于位置的电子商务系统服务。服务对象可以是上级应用合作商、普通用户，甚至是社会公共管理机构（交管、110等）。基于GID的全球汽车智慧感知与统一标识系统实现的功能包括防盗、定位、追踪、监控、识别、定位、调度、远控，ITS等功能。

3.2基于GID的全球汽车智慧感知与统一标识系统终端侧的基本结构

本专利提出的基于GID的全球汽车智慧感知与统一标识系统终端侧的基本结构如图3所示，主要包括：外围设备接口、ID规则库、采集分析模块、轨迹记录模块、身份认证模块、访问代理控制模块、G模块等。其中外围设备接口主要接收各个外部设备提供的各种模拟及数字信号。ID规则库主要负责终端侧的用户GID数据信息的存储、管理、访问。车辆信息采集分析模块主要负责在用户使用业务的过程中，对用户行为进行各个维度的信息采集。该模块通过访问控制代理模块的相关接口对不同外部设备进行数据收集。将收集的数据信息按照GID格式规范进行采样、量化、传输和存储。轨迹记录模块主要负责用户数据的存储、管理和数据挖掘分析。根据用户使用业务的历史信息得出规律，使GID系统能够准确全面反应出用户的行为。身份认证模块主要在业务使用的过程中，以用户的数据信息为基础，对用户的基本信息、通信信息进行认证。访问代理控制模块是GID系统终端部分与外部系统交互的控制功能部件，对GID系统中终端部分的各种请求进行应答或转发。G通信模块主要实现多模多归属、虚拟漫游功能，可以提供更高的灵活性和无处不在的网络覆盖。

3.3基于GID的全球汽车智慧感知与统一标识系统网络侧的基本结构

本专利提出的基于GID的全球汽车智慧感知与统一标识系统网络侧的基本结构如图4所示，主要包括：访问代理控制模块、虚拟漫游模块、QoS保证模块、资源分配模块。其中访问代理控制模块是GID系统与外部系统交互的控制功能部件，对GID系统中的各种请求进行应答或转发。虚拟漫游模块负责虚拟漫游功能，通过该模块可依据区域间漫游协议使用本区域GID身份在当地移动网络登记注册，激活虚拟漫游业务，并获得一个临时的移动通信ID号，成为当地的虚拟终端，接入当地移动网络。QoS保证模块通过拥塞控制、报文分类、流量整形与监测、队列管理、分组调度、QoS路由等实现网络的QoS，保证端到端数据包的丢包率、网络抖动、时延稳定在一定范围内。资源分配模块负责为业务类型复杂的网络合理地分配网络资源从而实现网络QoS保证，同时尽可能得到全网效应最大化。

3.4基于GID的全球汽车智慧感知与统一标识系统云端（业务侧）的基本结构

本专利提出的基于GID的全球汽车智慧感知与统一标识系统云端的基本结构如图5所示，主要包括：ID模块、信息采集模块、分析决策模块、访问代理控制模块、用户认证模块、安全模块、业务能力模块。其中ID模块：主要负责用户ID数据信息的生成、存储、管理、访问。信息采集模块主要负责在用户使用业务的过程，对用户的行为进行各个维度的信息采集，并将收集数据信息按照ID格式规范进行综合的管理和存储。分析决策模块通过收集的数据信息推理得到ID模块所需的客户属性、动态属性、固态属性、终端侧属性、网络侧属性以及业务侧属性信息。访问代理控制模块是GID系统与外部系统交互的控制功能部件，对GID系统中的各种请求进行应答或转发。用户认证模块根据生成的ID信息进行用户身份的鉴别，如满足，则可以进行具体的业务功能。安全模块负责通信信令与通信信息的加密，保证通信安全。业务能力模块负责实现具体业务功能，如对汽车的实时定位、追踪、监控等业务功能。

“业务能力模块”负责实现具体业务功能，如对汽车的实时定位、追踪、监控等业务功能。主要用于为社会大众用户提供和汽车相关的信息服务.诸如车辆位置搜索,电子栅栏报警,车辆轨迹信息,以及特有的车辆动态信息的实时掌控,汽车状态自检服务等等；并为车主配套提供基于位置的周边信息搜索、行车知识库、紧急救援信息、车险服务等。

主要的工作过程如下：

1.在终端侧利用外围设备接口、车辆信息采集分析模块等模块对汽车can总线的数据分析,使得可以提供车辆实时动态信息或感知信息.如:当前汽车的位置,行驶速度。

2.在云端平台,通过第三访问代理控制模块、用户认证模块获取网络侧平台的信息,再通过云平台的信息采集模块和分析决策模块对车辆动态数据进行自检信息的分析,使得车主可以实时了解汽车的各项数据指标，比如可以实时了解汽车的轨迹等。

本发明将GID应用于汽车领域，其重大技术突破在于：

与现有其他的标识方式不同，V-DNA采用多维标识模式（基于静态与动态数据的集合模型，涉及车辆信息、驾驶员信息、行驶信息等等），而不是传统的一维或二维的静态数据。

V-DNA是绝对安全的，由于采用端到端的综合认证方式（芯片级加密、网络心跳和云平台认证），确保其不会像现有的技术一样，存在信息泄露、伪造和欺骗的问题。

支持全天候的服务能力。V-DNA技术可达到随时随地的数据访问，不受网络、时间和地域的限制。

拥有与汽车相同的生命周期。V-DNA数据与车辆设备与使用用户信息紧密绑定，可完全在汽车全生命周期中代表汽车的实际信息。

作为车辆的唯一性身份证，可作为核心模块嵌入到所有车辆子应用系统（如GPS导航、车辆信息采集等等），同时子系统无法反向访问V-DNA的内部数据，确保核心数据安全。