曹劍東，楊 楊，羅明慧，張新豐

(1.交通運(yùn)輸部科學(xué)研究院，北京 100029； 2.同濟(jì)大學(xué)新能源汽車工程中心，上海 201804)

2016178

車輛導(dǎo)航系統(tǒng)增量數(shù)據(jù)在線交換平臺(tái)設(shè)計(jì)*

曹劍東1，楊 楊1，羅明慧2，張新豐2

(1.交通運(yùn)輸部科學(xué)研究院，北京 100029； 2.同濟(jì)大學(xué)新能源汽車工程中心，上海 201804)

本文中提出了一種在車輛導(dǎo)航系統(tǒng)中用于實(shí)時(shí)更新導(dǎo)航數(shù)據(jù)而進(jìn)行增量數(shù)據(jù)在線交換的平臺(tái)，并針對(duì)數(shù)據(jù)的更新設(shè)計(jì)了導(dǎo)航地點(diǎn)和路線的增量數(shù)據(jù)的交換機(jī)制。該平臺(tái)以中心-終端交換式平臺(tái)為基礎(chǔ)，結(jié)合GPRS和FTP技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在車載導(dǎo)航設(shè)備與數(shù)據(jù)源服務(wù)器之間的在線數(shù)據(jù)交換。在此基礎(chǔ)上，采用終端請(qǐng)求模式，針對(duì)增量數(shù)據(jù)的請(qǐng)求、回復(fù)和文件傳輸分別設(shè)計(jì)了相應(yīng)的數(shù)據(jù)交換機(jī)制。最后通過增量數(shù)據(jù)在線交換試驗(yàn)，驗(yàn)證了該平臺(tái)的可靠性與實(shí)時(shí)性。

車輛導(dǎo)航；增量數(shù)據(jù)更新；在線交換；導(dǎo)航地點(diǎn)；導(dǎo)航路線

前言

車輛導(dǎo)航系統(tǒng)是智能交通運(yùn)輸系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。目前傳統(tǒng)的車輛導(dǎo)航系統(tǒng)主要采用離線版本式的數(shù)據(jù)更新方法。這種方式步驟復(fù)雜，更新周期較長(zhǎng)，難以保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性[1-2]。因此，有必要為車輛導(dǎo)航系統(tǒng)增加在線數(shù)據(jù)更新的能力，以提高系統(tǒng)中地點(diǎn)和道路等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。

車輛導(dǎo)航系統(tǒng)的增量數(shù)據(jù)更新是指以增量的形式，為行駛中車輛的導(dǎo)航系統(tǒng)提供導(dǎo)航數(shù)據(jù)的更新和擴(kuò)展，以提高導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性和導(dǎo)航能力。其難點(diǎn)在于如何實(shí)現(xiàn)對(duì)行駛中車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸。

在目前的研究與應(yīng)用中，一般通過建立融合無線通信技術(shù)的中心-終端式交換平臺(tái)來解決增量更新的問題。根據(jù)研究[3-4]，該平臺(tái)的信息中心可從內(nèi)容提供方獲取被查詢內(nèi)容的數(shù)據(jù)，移動(dòng)終端向信息中心發(fā)出查詢請(qǐng)求，信息中心根據(jù)請(qǐng)求，查詢到滿足條件的內(nèi)容后，將數(shù)據(jù)以確定的數(shù)據(jù)格式構(gòu)成數(shù)據(jù)包，發(fā)送給移動(dòng)終端，從而實(shí)現(xiàn)移動(dòng)設(shè)備與信息中心之間的數(shù)據(jù)交換。由于用Web服務(wù)架構(gòu)建立傳輸通道，可使用無線通信技術(shù)建立移動(dòng)的車輛終端與互聯(lián)網(wǎng)的通信連接，即可解決移動(dòng)設(shè)備與信息中心之間在線數(shù)據(jù)交換的問題。

同時(shí)，還需要根據(jù)行駛中車輛的特點(diǎn)選擇合適的無線通信技術(shù)?？捎糜谲囕d導(dǎo)航設(shè)備的無線通信技術(shù)包括GPRS，CDMA和藍(lán)牙等[5-6]，GPRS通信技術(shù)在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸中具有顯著優(yōu)點(diǎn)[7]，并已有研究建立了基于GPRS技術(shù)的移動(dòng)設(shè)備通信鏈路[8]。為了實(shí)現(xiàn)增量數(shù)據(jù)的交換，在建立數(shù)據(jù)傳輸通道的基礎(chǔ)上，還需要確定合適的數(shù)據(jù)交換模式，常用的有中心推送模式和終端請(qǐng)求模式[2]，與中心推送模式相比，終端請(qǐng)求模式的系統(tǒng)擴(kuò)展性較好，靈活性較高，成本較低。

根據(jù)以上分析，本文中選取結(jié)合GPRS技術(shù)與中心-終端式交換平臺(tái)，并采用終端請(qǐng)求模式，為車載導(dǎo)航設(shè)備的數(shù)據(jù)更新功能設(shè)計(jì)了增量數(shù)據(jù)交換機(jī)制，用以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)的車載導(dǎo)航設(shè)備與增量數(shù)據(jù)中心進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)交換。

1 車載導(dǎo)航增量數(shù)據(jù)的交換平臺(tái)

車載導(dǎo)航設(shè)備的數(shù)據(jù)交換平臺(tái)由增量數(shù)據(jù)中心Cn、車載導(dǎo)航設(shè)備Nm和通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，如圖1所示。其中，增量數(shù)據(jù)中心儲(chǔ)存并傳輸增量數(shù)據(jù)；車載導(dǎo)航設(shè)備接收導(dǎo)航增量數(shù)據(jù)；無線通信網(wǎng)絡(luò)用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心與導(dǎo)航設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。

圖1 車載導(dǎo)航設(shè)備的增量數(shù)據(jù)交換平臺(tái)

1.1 車載導(dǎo)航設(shè)備

傳統(tǒng)的車載導(dǎo)航設(shè)備基于嵌入式主板，安裝GPS接收模塊、存儲(chǔ)設(shè)備、顯示設(shè)備和輸入設(shè)備。為使車載導(dǎo)航設(shè)備具有無線通信能力，在該平臺(tái)中安裝了GPRS模塊，因此需要嵌入式主板可外接串口設(shè)備以連接GPRS模塊。為了儲(chǔ)存不斷更新擴(kuò)展的導(dǎo)航數(shù)據(jù)，為車載導(dǎo)航設(shè)備配置閃存卡作為外部存儲(chǔ)設(shè)備，其容量可根據(jù)應(yīng)用的地理信息系統(tǒng)規(guī)模和更新速度進(jìn)行估算。當(dāng)所儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)增長(zhǎng)到閃存卡儲(chǔ)存上限時(shí)，可更換存儲(chǔ)空間更大的閃存卡。若無特殊說明，本文中車載導(dǎo)航設(shè)備均指可以進(jìn)行在線增量數(shù)據(jù)交換的車載導(dǎo)航設(shè)備。

1.2 增量數(shù)據(jù)中心

在增量數(shù)據(jù)中心，多臺(tái)計(jì)算機(jī)服務(wù)器集群系統(tǒng)以局域網(wǎng)為主干，連接一定數(shù)量的服務(wù)器，通過其并行計(jì)算提高中心的請(qǐng)求處理能力[9]。通過增加中心的數(shù)量，形成多個(gè)中心為不同區(qū)域的車載導(dǎo)航設(shè)備群服務(wù)，可進(jìn)一步增加可服務(wù)的用戶規(guī)模。

當(dāng)多個(gè)增量數(shù)據(jù)請(qǐng)求進(jìn)入數(shù)據(jù)中心時(shí)，在中心網(wǎng)關(guān)與局域網(wǎng)間設(shè)置的請(qǐng)求分配服務(wù)器根據(jù)局域網(wǎng)內(nèi)各服務(wù)器的負(fù)載情況，將請(qǐng)求分配給有較多空閑資源的服務(wù)器。服務(wù)器在使用增量數(shù)據(jù)時(shí)，則可從局域網(wǎng)上的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中提取，這樣既減少了數(shù)據(jù)占用的存儲(chǔ)空間，又保證了增量數(shù)據(jù)的一致性。在計(jì)算服務(wù)器處理完增量請(qǐng)求后，將增量數(shù)據(jù)放置在請(qǐng)求分配服務(wù)器中，由請(qǐng)求分配服務(wù)器通知發(fā)出該請(qǐng)求的車載導(dǎo)航設(shè)備到服務(wù)器下載增量數(shù)據(jù)。

1.3 增量更新

圖2 單個(gè)設(shè)備與非集群增量數(shù)據(jù)中 心構(gòu)成的增量數(shù)據(jù)交換平臺(tái)

增量更新可在單個(gè)車載導(dǎo)航設(shè)備Nd和非集群的增量數(shù)據(jù)中心Ce的簡(jiǎn)化模型下進(jìn)行研究，如圖2所示。根據(jù)該模型設(shè)計(jì)的方法，結(jié)合計(jì)算機(jī)集群技術(shù)，可推廣到大規(guī)模車載導(dǎo)航設(shè)備的情況中。以下均在此模型下對(duì)增量更新問題進(jìn)行敘述。

2 導(dǎo)航增量數(shù)據(jù)的交換模式

增量數(shù)據(jù)交換包括中心推送模式和終端請(qǐng)求模式[2]。在終端請(qǐng)求下，由車載導(dǎo)航設(shè)備主動(dòng)發(fā)起數(shù)據(jù)請(qǐng)求，增量數(shù)據(jù)中心根據(jù)請(qǐng)求形成增量數(shù)據(jù)后，再由車載導(dǎo)航設(shè)備主動(dòng)獲取數(shù)據(jù)。增量數(shù)據(jù)中心處于等待響應(yīng)的工作狀態(tài)，可減輕增量中心的通信和計(jì)算壓力，且無需對(duì)導(dǎo)航設(shè)備的連接信息進(jìn)行保存。為了便于增量數(shù)據(jù)的發(fā)送，可在增量數(shù)據(jù)中心將數(shù)據(jù)以文件的形式儲(chǔ)存，這樣僅根據(jù)文件的存儲(chǔ)路徑和文件校驗(yàn)信息即可保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。

由以上分析可見，增量數(shù)據(jù)的交換過程中存在增量數(shù)據(jù)請(qǐng)求、增量數(shù)據(jù)回復(fù)和增量數(shù)據(jù)文件3種類型的數(shù)據(jù)。

2.1 車載導(dǎo)航設(shè)備數(shù)據(jù)請(qǐng)求的發(fā)送

數(shù)據(jù)請(qǐng)求由車載導(dǎo)航設(shè)備發(fā)送。為保證請(qǐng)求成功被數(shù)據(jù)中心接收，采用重復(fù)請(qǐng)求的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)請(qǐng)求，即車載導(dǎo)航設(shè)備在等待期間內(nèi)持續(xù)發(fā)送相同的數(shù)據(jù)請(qǐng)求消息，直至收到數(shù)據(jù)中心的回復(fù)消息。通過這種方法可避免由于移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的連接不穩(wěn)定而造成請(qǐng)求發(fā)送失敗的問題。

數(shù)個(gè)內(nèi)容完全相同的子請(qǐng)求構(gòu)成了一個(gè)請(qǐng)求單元，多個(gè)請(qǐng)求單元構(gòu)成了車載導(dǎo)航設(shè)備Nd的數(shù)據(jù)請(qǐng)求集合R：

R={ri,j|i=1,2,…,n;j=1,2,…,m(i)}

式中：ri,j為一個(gè)子請(qǐng)求；i為子請(qǐng)求父序，表示ri,j所表示的子請(qǐng)求在數(shù)據(jù)請(qǐng)求集R中的序號(hào)，n表示集合中所包含的請(qǐng)求單元的總數(shù)；j為子請(qǐng)求子序，表示ri,j在父序?yàn)閕的請(qǐng)求單元中的序號(hào)，m(i)表示序號(hào)為i的請(qǐng)求單元中包含的子請(qǐng)求數(shù)量。

由于車載導(dǎo)航設(shè)備的性能限制，不可能非常密集地對(duì)請(qǐng)求進(jìn)行重復(fù)發(fā)送，因此需要在相同的子請(qǐng)求發(fā)送間設(shè)置一時(shí)間差以滿足系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力。時(shí)間差的具體數(shù)值可通過網(wǎng)絡(luò)狀況估計(jì)。在數(shù)據(jù)請(qǐng)求集R中子請(qǐng)求的時(shí)間排列依據(jù)以下兩個(gè)原則。

(1) 同父序連續(xù)排列 相同父序i的子請(qǐng)求ri,j，在時(shí)間軸上總是按序號(hào)j遞增連續(xù)排列。

(2) 回復(fù)中斷 車載導(dǎo)航設(shè)備收到來自數(shù)據(jù)中心的回復(fù)后，即刻停止對(duì)當(dāng)前子請(qǐng)求發(fā)送。

增量請(qǐng)求集R中各子請(qǐng)求在時(shí)間軸上的排列如圖3所示。其中，ai是對(duì)增量請(qǐng)求集R中父序?yàn)閕的子請(qǐng)求的回復(fù)。

圖3 增量子請(qǐng)求在時(shí)間軸上的排列

子請(qǐng)求的信息中應(yīng)包括導(dǎo)航設(shè)備的增量數(shù)據(jù)要求、導(dǎo)航設(shè)備的ID和表示子請(qǐng)求的編號(hào)i和j。根據(jù)以上信息，數(shù)據(jù)中心可得知導(dǎo)航設(shè)備的需求，對(duì)車輛進(jìn)行識(shí)別，并確定子請(qǐng)求所屬的請(qǐng)求單元。描述這些信息所需的數(shù)據(jù)量較小，可采用多級(jí)分段的文本格式，如圖4所示。

圖4 增量數(shù)據(jù)請(qǐng)求的文本格式

其中，類型碼用于表示增量數(shù)據(jù)請(qǐng)求的類型，如表1所示。正文中是請(qǐng)求的主要內(nèi)容，包含上文中提到的各種信息。校驗(yàn)碼用于校驗(yàn)所接收到的請(qǐng)求文本是否有損壞，采用奇偶校驗(yàn)。

表1 增量數(shù)據(jù)請(qǐng)求文本的類型碼

2.1.1 導(dǎo)航地點(diǎn)增量數(shù)據(jù)請(qǐng)求

導(dǎo)航地點(diǎn)增量請(qǐng)求文本格式如圖5所示。

圖5 增量數(shù)據(jù)請(qǐng)求的基本文本格式

其中，K為車載導(dǎo)航設(shè)備Nd的ID，n為子請(qǐng)求父序數(shù)，m為子序數(shù)，T為設(shè)備Nd中的導(dǎo)航地點(diǎn)標(biāo)識(shí)。

2.1.2 導(dǎo)航路線數(shù)據(jù)請(qǐng)求

導(dǎo)航路線數(shù)據(jù)的增量請(qǐng)求消息中包擴(kuò)導(dǎo)航起點(diǎn)坐標(biāo)(x0,y0)和目的地坐標(biāo)集合{(xi,yi)}，其文本格式如圖6所示。其中x0為起點(diǎn)的經(jīng)度，y0為起點(diǎn)的緯度；xi為目的地的經(jīng)度，yi為目的地的緯度；L為導(dǎo)航終點(diǎn)的數(shù)量。

圖6 路徑規(guī)劃能力增量請(qǐng)求的文本格式

2.2 數(shù)據(jù)中心的增量描述

數(shù)據(jù)中心根據(jù)收到的數(shù)據(jù)請(qǐng)求的內(nèi)容進(jìn)行計(jì)算，并作出相應(yīng)的回復(fù)?；貜?fù)用來告知車載導(dǎo)航設(shè)備增量數(shù)據(jù)的信息，如增量數(shù)據(jù)文件的存儲(chǔ)路徑等。

與增量數(shù)據(jù)請(qǐng)求的重復(fù)請(qǐng)求方法相配合，為避免多次回復(fù)造成網(wǎng)絡(luò)堵塞，數(shù)據(jù)中心對(duì)于同一父序的子請(qǐng)求序列，只回復(fù)收到的第一條校驗(yàn)正確的子請(qǐng)求，對(duì)后續(xù)請(qǐng)求不做回復(fù)。設(shè)對(duì)子請(qǐng)求ri,j的回復(fù)為Θ(ri,j)，則有

(1)

式中ai為數(shù)據(jù)中心對(duì)父序?yàn)閕的數(shù)據(jù)子請(qǐng)求的回復(fù)。當(dāng)數(shù)據(jù)中心收到校驗(yàn)錯(cuò)誤的子請(qǐng)求時(shí)，將拋棄該條子請(qǐng)求不作處理；而當(dāng)車載導(dǎo)航設(shè)備收到回復(fù)，但檢查到校驗(yàn)錯(cuò)誤時(shí)，應(yīng)繼續(xù)發(fā)送同樣內(nèi)容的子請(qǐng)求。

增量數(shù)據(jù)回復(fù)主要以描述信息為主，所含數(shù)據(jù)量小，同樣可使用文本格式。增量數(shù)據(jù)回復(fù)文本采用與增量數(shù)據(jù)請(qǐng)求相同的多級(jí)分段的格式，如圖7所示。

圖7 增量數(shù)據(jù)回復(fù)的基本文本格式

其中，類型碼如表2所示。由于增量回復(fù)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度較短，同樣可采用簡(jiǎn)單的奇偶校驗(yàn)。

表2 增量數(shù)據(jù)回復(fù)的類型碼

2.2.1 導(dǎo)航地點(diǎn)增量數(shù)據(jù)回復(fù)

導(dǎo)航地點(diǎn)增量數(shù)據(jù)回復(fù)用于告知車載導(dǎo)航設(shè)備增量數(shù)據(jù)文件的獲取方法，內(nèi)容包括增量數(shù)據(jù)文件的數(shù)量、所有文件的存儲(chǔ)路徑和校驗(yàn)信息。

設(shè)增量數(shù)據(jù)文件集合為

F={ft|t=1,2,…,D}

(2)

式中：ft為增量數(shù)據(jù)文件；D為文件的數(shù)量，若D為0，則說明車載導(dǎo)航設(shè)備與數(shù)據(jù)中心的導(dǎo)航地點(diǎn)數(shù)據(jù)已同步。設(shè)ft的文件路徑為βt，文件校驗(yàn)信息為γt，則增量數(shù)據(jù)回復(fù)的文本格式如圖8所示。

圖8 導(dǎo)航地點(diǎn)增量數(shù)據(jù)回復(fù)的文本格式

考慮到車載導(dǎo)航設(shè)備的負(fù)載，為減少文件校驗(yàn)占用的資源和時(shí)間，實(shí)際中根據(jù)文件的字節(jié)長(zhǎng)度作為校驗(yàn)信息。

2.2.2 導(dǎo)航路線增量數(shù)據(jù)的回復(fù)

回復(fù)的內(nèi)容須包括文件在增量中心服務(wù)器上的存儲(chǔ)路徑和文件的校驗(yàn)信息。設(shè)所發(fā)送的最佳導(dǎo)航路線文件為f，文件儲(chǔ)存路徑為β，校驗(yàn)信息為γ，則導(dǎo)航路線增量數(shù)據(jù)回復(fù)的文本格式如圖9所示。

圖9 導(dǎo)航路線增量數(shù)據(jù)回復(fù)的文本格式

回復(fù)文件同樣可根據(jù)文件的字節(jié)長(zhǎng)度進(jìn)行校驗(yàn)。

2.3 增量數(shù)據(jù)文件的傳輸

通過對(duì)回復(fù)文件中導(dǎo)航數(shù)據(jù)儲(chǔ)存路徑的解析，導(dǎo)航設(shè)備可從數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器中獲取所需的導(dǎo)航數(shù)據(jù)。對(duì)于文件的獲取，可通過FTP(File Transfer Protocol)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。FTP文件傳輸協(xié)議是基于TCP/IP協(xié)議向用戶提供文件傳輸服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之一。本文中所述的增量數(shù)據(jù)交換平臺(tái)由于采用了GPRS模塊，因此可使用TCP/IP協(xié)議，增量數(shù)據(jù)文件的傳輸則可通過FTP技術(shù)實(shí)現(xiàn)[12]。

FTP是基于客戶-服務(wù)器模型設(shè)計(jì)的，這種模型可與增量數(shù)據(jù)交換平臺(tái)相結(jié)合，使平臺(tái)具有FTP文件傳輸能力，如圖10所示。

圖10 基于FTP傳輸文件的增量數(shù)據(jù)交換平臺(tái)

為實(shí)現(xiàn)圖10中的結(jié)構(gòu)，需要在車載導(dǎo)航設(shè)備上加入FTP客戶端模塊，在數(shù)據(jù)中心加入FTP服務(wù)器端模塊。車載導(dǎo)航設(shè)備通過FTP客戶端向FTP服務(wù)器端發(fā)出文件操作請(qǐng)求，即可從數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器上獲取增量數(shù)據(jù)文件。

設(shè)車載導(dǎo)航設(shè)備向數(shù)據(jù)中心服務(wù)器獲取增量數(shù)據(jù)文件集合為

F={fi,t|i=1,2,…,P;t=1,2,…,D(i)}

(3)

式中：fi,t為增量數(shù)據(jù)文件，i為回復(fù)序，與數(shù)據(jù)請(qǐng)求順序?qū)?yīng)；t為單次數(shù)據(jù)請(qǐng)求需獲取的文件集合內(nèi)的序，稱為增量數(shù)據(jù)文件序；D(i)為單次增量的文件數(shù)量。單次增量的文件集合可描述為

Fi={fi,t|t=1,2,…,D(i)}

(4)

可見，F(xiàn)i與增量回復(fù)ai一一對(duì)應(yīng)。當(dāng)ai為導(dǎo)航地點(diǎn)增量數(shù)據(jù)回復(fù)時(shí)，D(i)為與增量數(shù)據(jù)組數(shù)相關(guān)的非負(fù)整數(shù)；當(dāng)ai為導(dǎo)航路線增量數(shù)據(jù)回復(fù)時(shí)，D(i)為1。由此，通過在增量數(shù)據(jù)回復(fù)ai中對(duì)Fi進(jìn)行的描述，使車載導(dǎo)航設(shè)備可根據(jù)文件路徑向數(shù)據(jù)中心提取增量文件集合Fi。圖11顯示了單次增量數(shù)據(jù)交換中增量數(shù)據(jù)的請(qǐng)求、回復(fù)和增量數(shù)據(jù)文件的傳輸。

圖11 車載導(dǎo)航設(shè)備與數(shù)據(jù)中心間單次增量數(shù)據(jù)傳輸

由于不同類型的增量數(shù)據(jù)回復(fù)文件信息描述的協(xié)議不同，因此在解析文件信息時(shí)也有著不同的步驟，以下分別敘述。

2.3.1 導(dǎo)航地點(diǎn)增量數(shù)據(jù)回復(fù)文件

設(shè)導(dǎo)航地點(diǎn)增量數(shù)據(jù)回復(fù)如圖12所示。

圖12 車載導(dǎo)航設(shè)備收到的導(dǎo)航地點(diǎn)增量數(shù)據(jù)回復(fù)

由回復(fù)可知，回復(fù)文件數(shù)量為D，文件路徑為βt，校驗(yàn)信息為γt，t為文件序，滿足

t=1,2,…,D

(5)

因此，可根據(jù)文件路徑βt獲取對(duì)應(yīng)增量數(shù)據(jù)文件，設(shè)為ft，其校驗(yàn)信息為γt，若滿足

λt=γt,t=1,2,…,D

(6)

則增量數(shù)據(jù)文件獲取成功，否則重新獲取校驗(yàn)失敗的增量數(shù)據(jù)文件。

由此，可設(shè)計(jì)車載導(dǎo)航設(shè)備Nd獲取導(dǎo)航地點(diǎn)增量數(shù)據(jù)文件的步驟如下：

(1) 建立與增量中心Ce的FTP連接；

(2) 令獲取文件序t=1；

(3) 若t≤D，根據(jù)文件路徑βt從FTP服務(wù)器端提取到增量文件ft，若t>D，則獲取結(jié)束；

(4) 若ft的校驗(yàn)信息λt=γt，則校驗(yàn)正確，令t遞增1，返回步驟(3)，若λt≠γt，則校驗(yàn)錯(cuò)誤，直接返回步驟(3)。

2.3.2 導(dǎo)航路線增量數(shù)據(jù)文件

設(shè)導(dǎo)航路線增量數(shù)據(jù)回復(fù)如圖13所示。由回復(fù)可知，導(dǎo)航路線文件在服務(wù)器的儲(chǔ)存路徑為β，校驗(yàn)信息為γ。

圖13 車載導(dǎo)航設(shè)備收到的導(dǎo)航路線增量數(shù)據(jù)回復(fù)

因此，可根據(jù)文件路徑β獲取導(dǎo)航路線文件，設(shè)為f，其校驗(yàn)信息為λ，若λ=γ，則文件獲取成功，否則重新獲取導(dǎo)航路線文件。

3 增量數(shù)據(jù)在線交換的試驗(yàn)驗(yàn)證

為檢驗(yàn)以上增量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)交換平臺(tái)及機(jī)制，進(jìn)行了數(shù)據(jù)交換的試驗(yàn)。車載導(dǎo)航設(shè)備基于嵌入式計(jì)算機(jī)構(gòu)建，采用的CPU是主頻300MHz的ARM處理器CPU，內(nèi)存64MB，外存為2GB的SD存儲(chǔ)卡，而GPRS模塊則采用了WAVECOM Q2403A。增量中心基于臺(tái)式機(jī)構(gòu)建，采用主頻為3GHz的雙核CPU，內(nèi)存2GB，且通過固定網(wǎng)絡(luò)直接連接到互聯(lián)網(wǎng)中。開發(fā)工具均采用Microsoft Visual C++2005。

為驗(yàn)證增量數(shù)據(jù)交換機(jī)制，對(duì)車載導(dǎo)航設(shè)備發(fā)送增量數(shù)據(jù)請(qǐng)求和數(shù)據(jù)中心返回增量數(shù)據(jù)回復(fù)的過程進(jìn)行了試驗(yàn)。試驗(yàn)中，分別記錄車載導(dǎo)航設(shè)備發(fā) 出10次增量數(shù)據(jù)請(qǐng)求，獲得回復(fù)的耗時(shí)Δt，如表3所示，其中i表示增量數(shù)據(jù)請(qǐng)求的父序。

表3 車載導(dǎo)航設(shè)備獲得回復(fù)的耗時(shí)

試驗(yàn)結(jié)果顯示，每次增量數(shù)據(jù)請(qǐng)求獲得數(shù)據(jù)中心的回復(fù)耗時(shí)都保持在4～5s左右，基本可以滿足對(duì)增量數(shù)據(jù)交換實(shí)時(shí)性的要求。

同時(shí)，對(duì)增量數(shù)據(jù)文件的FTP傳輸方法進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)中文件的傳輸平均速度達(dá)到10kB/s，基本可以滿足增量數(shù)據(jù)文件的傳輸需求。

4 結(jié)論

針對(duì)目前車輛導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)據(jù)更新的不足，本文中提出了可增量更新的車輛導(dǎo)航系統(tǒng)，并對(duì)導(dǎo)航地點(diǎn)數(shù)據(jù)增量方法進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：車載導(dǎo)航設(shè)備的數(shù)據(jù)交換平臺(tái)構(gòu)建了車載導(dǎo)航設(shè)備與數(shù)據(jù)中心間交換增量數(shù)據(jù)，以及車載導(dǎo)航設(shè)備融合增量數(shù)據(jù)的物理平臺(tái)，為行車中的增量數(shù)據(jù)在線交換提供了基礎(chǔ)；導(dǎo)航增量數(shù)據(jù)交換機(jī)制設(shè)計(jì)了增量數(shù)據(jù)在線交換的機(jī)制，為導(dǎo)航地點(diǎn)數(shù)據(jù)增量及路徑規(guī)劃能力增量制定了增量數(shù)據(jù)格式，從而確保了行車條件下增量數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和穩(wěn)定性。

通過增量數(shù)據(jù)在線交換的試驗(yàn)，驗(yàn)證了本文設(shè)計(jì)的車輛導(dǎo)航系統(tǒng)增量數(shù)據(jù)在線交換平臺(tái)在數(shù)據(jù)傳輸方面具有較高的實(shí)時(shí)性，且可滿足用戶對(duì)數(shù)據(jù)傳輸能力的需求。

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Design of Online Exchange Platform for IncrementalData in Vehicle Navigation System

Cao Jiandong1, Yang Yang1, Luo Minghui2& Zhang Xinfeng2

1.ChinaAcademyofTransportationSciences,Beijing100029; 2.CleanEnergyAutomotiveEngineeringCenter,TongjiUniversity,Shanghai201804

In this paper, an online exchange platform of incremental data for the realtime updating of navigation data in vehicle navigation system is proposed, and the exchange mechanism of incremental data of navigation poins of interest and route is designed for data updating. Based on the center-terminal exchange platform and combined with the technologies of general packet radio service and file transfer protocol, the platform achieves the online data exchange between on-board navigation device and data source server. On this basis and by adopting terminal request mode, the corresponding data exchange mechanisms are designed for the request, reply and message transmission of incremental data respectively. Fianally, an online exchange test of incremental data verifies the reliability and realtime performance of the platform.

vehicle navigation; incremental data updating; online exchange; navigation POI; navigation route

*國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目(2013AA12A026)資助。

原稿收到日期為2015年10月19日，修改稿收到日期為2016年1月4日。