Платформа и прикладное по для смарт-терминалов телематических систем Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

12 января 2012 г. 16:11

ТЕМА НОМЕРА

Платформа и прикладное ПО для смарт-терминалов телематических систем

Ключевые слова:

Телематические системы, смарт-термталы, интеллектуальные транспортире системы.

Рассматриваются требования к терминалу телематических систем и предлагается решение для его универсальной аппаратно-программной платформы для реализации информационных, коммуникационных и навигационных функций. Делается акцент на автомобильные терминалы интеллектуальных транспортных систем, служб реагирования на ДТП на дорогах, систем инфотеймента (In Vehicle Infotainment) и др. Описывается логическая организация терминала с более детальным представлением прикладного программного обеспечения. Предлагается подход на основе программных движков для поддержки различных функций. Более детально описываются речевой и навигационный движки, которые спроектированы на основе проприетарных технологий от компании SPIRIT.

Свириденко В.А., Будник Р.А.,

SPIRIT-Telecom

Термины "смартфон" и "умный автомобиль" начали широко использоваться в последние годы и прежде всего это означает повышение уровня интеллекта коммуникатора или автоэлектроники (в частности, бортового компьютера) на базе применения все более мошных процессоров и, главным образом, разнообразного программного обеспечения (системного и прикладного), решающего все более широкий круг задач в интересах пользователя или водителя и пассажиров автомобиля. Их спектр для более общего случая транспортного средства простирается от сбора данных о его состоянии до искусственного интеллекта (ИИ), помогающего водителю найти лучшее решение в любой дорожной ситуации. Однако понятно, что автономное решение для транспортного средства не может быть эффективным, если не рассматривать такое средство как элемент сложной и распределенной интеллектуальной транспортной системы (ИТС) или системы, решающей более ограниченный клосс зо-дач (например, службы спасения, службы розыска угнанных автомобилей или системы инфотеймента (М) и др.). Все это естественно приводит нас к телематическим системам (ТС).

Телематика — емкое, но не до конца еще четкое понятие из-за, возможно, попытки охво-тить многие области человеческой деятельности, в основе которых лежсгг информационные и коммуникационные технологии. Но определенно, что телематические системы базируются на интеграции информации и связи. В последние несколько лет в связи с развитием рынка навигационной аппаратуры пользователей (НАЛ) для широкого круга потребителей можно говорить об интеграции информационных комму-

никационных и навигационных (ИКН) технологий в рамках географически распределенной ИКН-среды. Для пользователя обеспечивается удаленный доступ к ресурсам этой сред ы на базе компьютеризированного ИКН-термина-ла. Наиболее сложный вариант — это мобильный пользователь, которому доступ к ресурсам обеспечивается по радиоканалу. Таким образом, телематическая система — это сложная территориально-распределенная система сетевой структуры, предоставляющая ее пользователям нобор разнообразных информационных услуг и поддержек на базе телекоммуникации и позиционирования. Примерами ТС являются системы безопасности, система ЭРА ПЛОНАСС, системы охраны транспортных средств, интеллектуальные транспортные системы, рассматриваемые проекты "Социальный ПЛОНАСС* и "Опекун" и др.

Далее основное внимание уделяется терминалом транспортных телематических систем (ТТС), специфика которых состоит в сочетании ИКТ-технологий с рациональной организацией транспортных потоков с целью эффективного использования пропускной способности транспортной инфраструктуры, повышения безопасности движения и психологического комфорта водителя и пассажиров транспортных средств

пращ

В рамках указанных ограничений терминал ТТС может рассматриваться в качестве клиента информационно-управляющей системы, взаимодействующего с ее серверной частью (система "клиент-сервер"). С позиций пользователя такой терминал должен обладать собственными вычислительными ресурсами и большой памятью, чтобы самостоятельно решать ряд задач в его интересах, т.е. функционально это должен быть так называемый "толстый клиент". Если к этому добавить информационный комфорт для водителя и пассажиров ТС, обес-

печиваемыи, как правило, радиодоступом в интернет (ПО для мобильного офиса, поисковые системы, электронная почта, голосовая коммуникация, вццеоконференсинг и др.) и мультимедиа (проигрывание аудио и видеофайлов), что имеет место в системах инфотейнмента IVI (In Vehicle Infotainment), то требования к ресурсам бортового (автомобильного) компьютера сильно повышаются. В перспективных терминалах для автомобилей дополнительно предполагается повысил, их интеллектуальность за счет подсистемы технического зрения, способного оценивать дорожную обстановку и принимать решение или выдавать оперативные подсказки водителю по управлению автомобилем, а также введения дополненной реальности (Augmented reality), способной оказать помощь водителю в условиях неопределенности.

Реализация терминала как "толстого клиента" с высоким уровнем интеллектуализации становится возможной благодаря прогрессу процессорных чипов (более продвинутые технологические нормы — 32 нм и менее, развитые архитектуры, многоядерность и др.). Воз-росине ресурсы процессоров позволяют существенно расширить функциональность терминала ИТС, одновременно решать несколько задач, обеспечить предоставление разнообразных услуг в интересах мобильных пользователей. Это также позволяет не только ставить новые задачи в рамках развития ИТС, способствующих ее интеллектуализации, начиная с терминального оборудования, но и менять основные реализационные концепции при их разработке и производстве (например, использовать подход на базе программного радио (Software Defined Radio — SDR) при имплементации разнообразных радиоинтерфейсов или хост (host based) принцип при имплементации телекоммуникационной или навигационной функций).

зо

T-Comm #2-201'

А

Y

ТЕМА НОМЕРА

В идеале концепция терминала должна выбираться в рамках системною решения для ИТС с учетом набора общих и специальных требований, специфики отдельных приложений и оценок вычислительных ресурсов и памяти для их поддержки. В качестве альтернативы служит универсальное решение, которое может быть адаптировано на каждый конкретный случай (от поддержки минимального (базового) набора функций до максимального набора (полная версия)). При этом аппаратная часть терминала может оставаться практически неизменной (в частности, при использовании процессоров одной линии, от младиих моделей к старшим, и памяти разного объема) для терминалов разных возможностей, а расширение функциональности может бьпъ обеспечено только программно.

Перечислим основные требования к функциональным и техн^еским характеристикам стандартных и продвинутых терминалов, а также к их коммерческим свойствам.

Функциональные требования к современным терминалам ИТС таковы:

• сбор информации отдатчиков для оценки состояния подвижного объекта;

• регулярная оценка навигационных PVT-данных (Р — позиция, V — скорость, Т — время);

• регистрация событий из заданного списка;

• запись навигационных данных, зарегистрированных событий и состояния транспортного средство за выбранный интервал времени ("черный ящик");

• отображение текущей позиции транспортного средства на цифровой карте;

• прокладка маршрута с учетом состояния транспортной инфраструктуры и информации о трафике;

• коммуникация в ближней зоне (например, Bluetooth, RFID и др.);

• передача данных и речевая связь в дальней зоне (в зонах с радиопокрытием сотовой связью (GSM/GPRS, WiMAX/LTE и др.), в зонах с отсутствием такого радио покрытия (спутниковая, КВ-радиосвязьидр.));

• регулярная передача собранных д анных в центр мониторинга/диспетчеризации;

• охранные функции (передою данных об особых событиях, биометрика, тревожная кнопка и др.);

• доступ в интернет и сервис на основе местоположения (LBS);

• реализация Assisted-GNSS, поддержка системы дифференциальной коррекции и мониторинга (СДКМ) и SBAS;

• обеспечение электронной оплаты на платной дороге;

• информационная поддержка;

• проигрывание аудио- и видеофайлов.

Дополнительные функциональные требования к перспективным терминалам:

• речевой интерефейс водителя с бортовым компьютером;

• речевое управление некоторыми подсистемами транспортного средства;

• видеоконференцсвязь В многоточечном режиме;

• видеообзор (видео- и термокамеры) и радиолокация среды вблизи транспортного средства;

• поддержка запроса по аудио- и видеосреде внутри транспортного средства при ДТП или при опасности;

• поддержка водителя подсистемой машинного зрения для повышения безопасности вождения и другие подсистемы на базе DSS (Driver Support System);

• оперативный выбор оптимального маршрута по информации о "пробках" и изменении дорожной ситуации;

• режим дополненной реальности для помощи водителю транспортного средства;

• распознавание состояния водителя и перевод управления транспортным средством в автоматический режим;

• система предупреждения столкновений.

Технические требования к бортовому компьютеру и терминалу в цапом:

• высокая производительность процессорного ядра и большой объем памяти;

• поддержка интерфейсов (CAN, MOST, USB и др.);

• малые массогабаритные параметры;

• низкое энергопотребление и возможности по его снижению;

• высокая точность навигации (РУТ-данные) и малые значения времени старта (TTFF);

• хорошее качество связи;

• высокое разрешение в видеопотоке;

• надежность для разных условий эксплуатации;

• ремонтопригодность;

• возможности по модернизации;

• простота инсталляции;

• масштабируемость ПО.

Коммерческие требованес

• стоимость приобретения и гарантии/ поддержки терминального оборудования;

• стоимость его эксплуатации и обновления;

• стоимость ремонта;

• стоимость услуг.

Если рассматривать смарт-терминал ИТС с позиций его системного и прикладного ПО с учетом обеспечения перечисленных выше требований соответствующими аппаратными средствами, то в этом случае имеется в виду компьютерная платформа с многоуровневой архитектурой. К ее аппаратной части относятся физические устройства, архитектура процессорного ядра, используемые шины и система команд на нижних уровнях, а программная часть включает связующее (middleware) и системное (прежде всего операционную систему) ПО, а также прикладное ПО вместе с библиотеками и интерфейсом пользователя (UI). Часто к программной части платформы предъявляется требование гибкости и открытости ее логической организации и базирование на открытых стандартах.

Понятие платформы применительно широкому классу компьтеризованных систем (в том числе и к интеллектуальным терминалам транспортных средств) используется широко. Для платформ автотерминалов известными западными компаниями разработан ряд решений. В качестве примеров можно указать Microsoft Auto, NXP ATOP CSR SIRFprimaAuto, Intel IVI и другие [3-6]. Предложены и отечественные терминалы для систем мониторинга транспортных средств компаниями "М2М" и "РНГ. Планируется выбор платформы для терминала системы ЭРА ГЛОНАСС, ориентированной на повсеместное внедрение в РФ [2]. Авторы [7, 8] предложили универсальный вариант аппаратно-программной платформы терминала, которая адаптируется к конкретной телематической системе.

Подход в [7,8] далее развивается на основе концепции программного блока или программного движка (engine), представляющего собой центральную часть ПО для реализации конкретной прикладной задачи. Такой движок может быть относительно автономным и переносимым и наиболее часто он представлен в виде библиотеки или SDK. Использование готовых движков позволяет сократить время разработки ПО терминала и компоновать общее решение на базе конструирования архитектуры ПО для разнообразных терминалов. Применительно к транспортным ТС такими движками могут быть навигационный движок, движок речевой связи, видесдвижок, движок речевого интерфейса с пользователем, движок биометрики, телекоммуникационный движок, движок регистрации событий, движок сбора д анных, движок машинного зрения и т.п. Такой блочный подход может сочетаться с готовыми программными решениями (например, с готовым ПО мобильного офиса, которое обеспечивает ин-

T-Comm #2-2011

31

л

ТЕМА НОМЕРА

IMU

Cell ID

GNSS

SPIRIT Super sensitive software receiver

WiFi

AGPS

A-GLONASS

Internet aiding

CAN USB SDIO

mini USB Vendor specific

fac. 4» Интегрированный навигационный движок, поддерживающий разные интерфейсы в автомобиле

• 32 канала и более;

• TTFF < 2с в режиме Assisted GNSS;

• точность позиционирования: 3 м (СЕР) в автономном и 1 м в дифференциальном режиме;

• чувствительность в режиме ХОЛОДНОГО старта до -159 dBm;

• чувствительность в режиме горячего старта (< 1 сек.) и в режиме А-GNSS до -164 dBm;

• чувствительность в режиме поиска сито-ла до -165 dBm;

• чувствительность в режиме слежения до -170 dBm;

• возможные режимы: ГЛОНАСС+GPS, только GPS, только ПЛОНАСС;

• поддержка Internet aided Assisted GNSS.

• возможное обеспечение приема сита-лов Galileo.

Высокая чувствительность и подавление помех нужны в сложных дорожных услових, для которых характерна относительно низкая динамика ТрС, а в условиях прямой видимости достаточного числа спутников чувствительность можно снизить без потери качества приема радиосигналов и точности позиционирования и при этом можно не огран ичиватъ динамику ТрС.

Как отмечалось выше, надежность позиционирования повышается, если обеспечена интеграция различных технологий. Один из примеров такой интеграции показал на рис.4. Здесь гибридный навигационный движок (Hybrid Location Engine), ядром которого является спутниковый программный приемник, включает в себя радиопозиционирование по Wi-Fi и Cell ID. позиционирование с использованием инерциальной подсистемы IMU и поддержку через интернет в режиме Assisted-GPS и Assisted-Glonass.

Отметим, что в состав прикладного ПО могут быть также включены разработанные SPIRIT телеком-движок (обеспечение спутниковой и KB-связи в районах, где нет радио покрытия со-

товой системой радиосвязи), движок голосовой биометрики (верификация диктора), движок речевого интерфейса (распознавание речевых команд и компилятивный синтез речи), аудиодвижок (аудиокодеки МРЗ, ААС, ААС+, СХтС^МА, эквалайзинг и др.) и видеодвижок (видеокодеки Н.263, Н.264, МРКЗ 2, МРЕС4, виаэо процессинг).

Очевидно, что разработка терминалов для телематических систем, включая ИТС, пойдет по пути расширения состава функций, наращивания вычислительных ресурсов процессорного ядра, увеличения объемов внутренней и внешней памяти, интеграции ИКН-технологий, высокою уровня гибкости, акцента на программное обеспечение, повышение интеллектуальности терминального оборудования.

Литература

1 ПЛржибл, МСвитек. Телематика на транспорте. Прага-Москва, 2004 г.

2 Домарадой Я А Автомобильные терминалы "ЭРА- ГЛОНАСС — основные функции и требования к г^ограммно-аппаратной платформе. Матери-

алы конференции ‘Оборудование спутниковой навигации, модули и электронные компоненты. Производство и технологии", ChipExpo-2010,26.102010.

3. Microsoft Corporation, MS Auto Platform Overview, 2008.

4. NXP Automotive Telematics On-board unit Platform (ATOP).

5. CSR launches SiRFprimaAuto location platform SoC. hep://(ohndayautomctT«^ledronics.com/ ?p=4199.

6. Suresh Morisetty at al. Low Power Intel Architecture Plarform for InAfehicle Infotainment. Intel Technology Joumol. v. 13, 2009.

7 РАБудок, ВАСа^ипвнюх Универсальная компьютерная платформа для информационно-ком мутмкационно-навигационных терминалов и ее программная составляющая для различных приложений. Материалы конференции "Оборудова^е спутниковой навигации, модули и электронные компоненты. Производство и технологии", СЬ'рЕхро-2010, 26.10.2010.

8. ВАСвириденюэ. Аппаратно-программная платформа для ИКН-терминалов. "Встроенные системы", №1,2011.

9. http://www.vkieomosf.com/about.

10. http://www.spirit-ru/data$heets-

Platform and application software for smart-terminals of telematic systems V.Sviridenko, R.Budnilc

In the paper requirements to a terminal of telematic systems are considered and a solution for its universal ha rcfwa re-software platform for realization of information, communication and navigation functions is proposed. An accent is done on car terminals of intellectual transport systems, eCall services, in vehicle infotainment systems et al. logical organization of the terminal is described with an accent on application software details- Software engines based approach for different functions support is proposed. Speech ond navigation engines which are developed by SPIRIT on base of its proprietory technologies are described in details.

References

1 P.Przhibl, M.Svitec. Telematika na Iransporte. — Praga-Moscow,2004.

2 Domoraday YaA Avtomobdnie terminali "Era-GLONASS*. Material conference ChipExpo-2010.

3. Microsoft Corporation, MS Auto Platform Overview. 2008.

4. NXP Automotive Telematics On-board unit Platform (ATOP).

5. CSR hunches SiRFprimaAuto location platform SoC. http://johndayautomotiveleclronia.com/ ?p=4l 99.

6. Suresh Marisetty at d. Lov Power Intel Architecture Platform for In-Nfehide Infotainment. Intel Technology Journal,

v.l 3,2009.

7 RA BucWc, VA Sviridenka U river salnaya kompMemaya planforma diya aDmmunicadonncHKrvigackx¥iih termonalcv i programmnaya soslavlyaushaya dlya razlichnli prilozheniy. Material conferenci, ChipExpo-2010.

8 VA Sviridenka Apporatoo-prigrammnaya planforma dya IKN-terminabv. — "Vslroennie sistemi", № 1,2011.

9. hlp://www,videomost.com/about

10. htp:/ / www.spirit.nj/datasheet5.

34

T-Comm #2-20)

Ж