使用 亚马逊云科技 IoT 构建和现代化联网汽车平台

简介

亚马逊云科技 很高兴地宣布新的和更新的架构指南和设计模式，用于使用 亚马逊云科技 IoT 对互联汽车平台进行现代化和构建。如今，汽车制造商 (OEM) 正在使其产品组合脱颖而出，这不仅体现在他们提供的硬件和规格上，还体现在他们提供的创新的、软件驱动的连接功能上。借助车辆连接和收集车辆数据（遥测）的机会，汽车公司正在开发和提供更高级的功能，例如：

• 软件定义车辆 (SDV) 和无线 (OTA) 更新，可以改善车辆整个生命周期内的车辆功能（例如自动驾驶）
• 智能测绘和定位服务（智能停车、交通预测）
• 车辆地理围栏（定位家庭成员）
• 信息娱乐和娱乐服务（动态应用商店）
• 增强的驱动程序支持（睡眠驾驶员警报）
• 车辆安全模式（基于事件的录制和来自联网车辆摄像头的直播）
• 远程车辆操作（远程汽车启动、锁定/解锁车辆、数字钥匙）

联网车辆平台支持和简化收集车辆遥测数据并将其发送到云端的过程，从而使 亚马逊云科技 服务能够收集、分析和处理采集的数据。基于服务的性能、可扩展性、成本效益 和灵活性 ， 本田 和 WirelessCar 等汽车公司已在其互联汽车平台上采用 亚马逊云科技 IoT。许多维护传统车辆平台和本地技术堆栈的公司正在通过迁移到云原生架构来实现系统的现代化，这使他们能够将底层基础设施的可扩展性、弹性和安全性方面的责任转移给 亚马逊云科技。在这篇文章中，我们将分享如何在现代互联汽车平台架构中使用 亚马逊云科技 IoT Cor e 和 亚马逊云科技 IoT FleetWise 等服务。

MQTT 消息代理的好处

消息代理是互联车辆架构的核心，因为它在车队和云之间提供双向、安全的通信。MQTT 是联网车辆消息代理的事实上的标准，它允许在车辆和云之间建立持久、始终在线的连接。通过间歇性连接（例如，车辆穿过地下隧道），当车辆重新建立连接时，MQTT 可以毫不费力地处理缓冲、排队和同步。MQTT 是联网汽车平台的理想通信协议，因为它重量轻，可以实现与云的高效通信并降低边缘的功耗，它利用持续连接而不是请求/响应，以及会使其他协议（例如 HTTP 等）变得更昂贵和更低效率的多次 TLS 握手。

亚马逊云科技 IoT Core 提供托管的 MQTT 消息代理，该消息代理已经支持每天连接数亿台设备，从而使汽车制造商无需担心计算基础设施的扩展、弹性或配置以满足峰值需求。亚马逊云科技 IoT Core 具有多区域功能和按使用量付费的公用事业定价模式，可轻松扩展并可靠地处理车队中的数百万辆车。通过迁移到托管 亚马逊云科技 IoT 服务，客户可以降低运营成本和第三方技术许可证的成本。亚马逊云科技 IoT Core 可在全球范围内使用，使客户能够遵守本地数据存储、主权和隐私要求。作为对服务正常运行时间和可用性的承诺，亚马逊云科技 提供了 AW S IoT Core 的 服务级别协议 。

在联网车辆架构的背景下，亚马逊云科技 IoT Core 提供了连接层（行业标准的托管 MQTT 消息代理），世界各地的车辆都使用该连接层与云进行安全通信。亚马逊云科技 IoT Core MQTT 代理使用发布/订阅机制支持事件驱动架构。该通信协议还允许车辆安全地与其他下游 亚马逊云科技 服务进行连接和通信，以实现经济实惠的存储、按需高性能计算、深度的机器学习服务组合以及许多其他 亚马逊云科技 服务集成。

亚马逊云科技 最近宣布全面支持 MQTTv5 ，这将解锁更多联网汽车用例。使用 MQTTv5，有 几项适用于互联平台的新功能 ，包括：

• 通过 “消息到期” 和 “请求/响应” 选项灵活开发配套应用程序
• 具有 Protobuf 支持和用户属性的更强大的设备消息传送功能
• 共享订阅可更轻松地扩展采集处理应用程序
• 通过主题别名功能和会话到期改善资源管理

借助这些新的 MQTTv5 功能，许多客户正在将其在本地托管或使用第三方解决方案的现有生产中 MQTT 消息代理迁移到 亚马逊云科技 IoT Core 以获得托管 MQTT 服务。这保持了与其当前平台相同的功能，并通过减少管理基础架构本身的运营开销来节省资金和工程时间。

对现有联网汽车平台进行现代化改造

亚马逊云科技 最近发布了一套新的 参考架构 ， 用于使用 亚马逊云科技 IoT 构建联网汽车平台，重点展示了迁移到 亚马逊云科技 IoT Core 的便捷性，同时保持现有车辆配置不变，以最大限度地降低与对生产中的传统平台进行现代化改造相关的风险。借助最新的 MQTTv5 功能，OEM 可以通过无缝更新其当前的联网车辆工作负载并将其采集终端切换到 亚马逊云科技 IoT Core（只要现有平台遵守并正确实现 MQTT 3.1 或 MQTTV5 规范），即可避免供应商锁定并迁移到托管的 MQTT 消息代理。这使得 OEM 能够对其当前的消息代理进行现代化改造，并便于访问其他 亚马逊云科技 服务（存储、计算、机器学习、分析、可视化工具等）。

图 1：亚马逊云科技 联网车辆架构 — 现代化

现代化参考架构为联网汽车平台中最常见的功能提供了高级指导。无需实现架构中列出的所有用例或功能。相反，它旨在说明搭载 亚马逊云科技 IoT Core 的 MQTTv5 的强大功能，提供最佳实践技术指导和可重复的设计模式。要实现参考架构，一个基本假设是，车辆已经（或将）配置为使用 mTLS、MQTT 和适当的加密库（例如，支持连接到 亚马逊云科技 IoT Core 的必要要求的 OpenSSL 库）安全地连接到 亚马逊云科技 IoT Core。将 MQTT 消息代理迁移到 亚马逊云科技 IoT Core 允许现有车辆平台中的发布和订阅机制按原样运行。为了完成迁移，云中的逻辑会更新并配置为处理从车辆发送的数据有效载荷。

在 亚马逊云科技 re: Invent 2022 上， 梅赛德斯-奔驰北美研发部 介绍了他们的消息代理现代化方法，描述了他们如何将数百万辆汽车迁移到 亚马逊云科技 IoT Core，以降低消息代理实施的复杂性并降低成本。对他们而言，现代化的发布/订阅架构为每辆车提供了更好的可观察性，用于故障排除、调试和跟踪功能。借助流媒体架构和更新的消息代理，他们可以将遥测收集与命令/控制操作分开，从而更快地迭代生产工作负载，并与 Amazon Kinesis 等其他下游 亚马逊云科技 服务无缝集成。

通过这种实现消息代理现代化的方法，OEM 只需几个简单步骤即可开始迁移到 亚马逊云科技 IoT Core，从而为其联网车辆平台的运营、可观察性和可扩展性带来即时影响和价值。

构建新的下一代联网汽车平台

对于打算使用 MQTTv5 和 亚马逊云科技 IoT Core 构建新的下一代联网汽车平台或希望通过新的 MQTTv5 功能扩展其现有 亚马逊云科技 IoT Core 平台的 OEM、自动驾驶汽车初创公司或远程信息处理解决方案提供商，我们发布了新的联网车辆参考架构，重点介绍了互联平台的关键元素和功能。这是使用 亚马逊云科技 IoT 和相关 亚马逊云科技 服务构建下一代联网汽车平台的最佳实践设计或蓝图，通过现代云原生方法展示了可能性的艺术。

图 2：亚马逊云科技 联网车辆架构

该架构从车辆开始，包含使用 亚马逊云科技 IoT Core 和 亚马逊云科技 IoT FleetWise 将车辆安全连接到云所需的组件。要与 亚马逊云科技 IoT Core 进行通信，需要双向 TLS (mTLS) 认证，必须拥有 X.509 证书和私钥。亚马逊云科技 提供的 IoT SDK 可以自定义并集成到联网汽车软件堆栈中，或者如果这是首选路径，客户也可以构建和部署自己的自定义 MQTT 客户端。要连接到 亚马逊云科技 IoT Core，亚马逊云科技 不要求也不要求在车辆上部署任何特定的软件。 为了将 亚马逊云科技 IoT FleetWise 纳入互联平台，亚马逊云科技 提供了一个可从 GitHub 下载的开源、轻量级 亚马逊云科技 IoT FleetWise Edge 代理。 FleetWise Edge Agent 将解码来自车辆 CAN 总线的信号，并根据条件和事件将数据发送到云端，与云中的 亚马逊云科技 IoT FleetWise 服务配合使用以存储数据、采取行动并分发发送到您的 亚马逊云科技 账户的数据。

对于多区域部署，亚马逊云科技 采用了简单的设计模式，即使用 Route53 地理位置路由，根据客户为管理车辆应如何连接到云基础设施而配置的规则，识别车辆应与之通信的最近的经纪人。我们还提供有关动态主题和订阅的指导，这些主题和订阅可在首次连接到 Route53 时用作车辆的引导配置。

亚马逊云科技 IoT FleetWise 是第一款专为汽车行业打造的 亚马逊云科技 服务，它使用云优先的方法对车辆进行建模并使用这些模型部署数据收集活动。这消除了编写和维护数据记录器或其他数据收集机制所带来的无差别待遇，因为 亚马逊云科技 IoT FleetWise 与 亚马逊云科技 IoT Core 并肩工作并与之协作，使用与 亚马逊云科技 IoT Core 相同的身份验证机制汇总数据并将其发送到 亚马逊云科技。

结论

新 IoT 参考架构中的指南旨在向使用 亚马逊云科技 IoT 构建联网车辆平台的 亚马逊云科技 客户和合作伙伴演示并提供指导和最佳实践，而不是一个必须不加修改地部署的包罗万象、单片架构。这些架构旨在作为讨论和集思广益的蓝图起点，并为架构针对车辆整个生命周期的长期运行和可维护性进行了优化的下一代联网汽车平台奠定基础。有关技术架构以外的更多规范性指导，我们建议参阅 亚马逊云科技 汽车物联网研讨会 或 亚马逊云科技 白皮书《在 亚马逊云科技 IoT Core 上 设计下一代车辆通信平台》 。 我们还鼓励客户联系他们的 亚马逊云科技 账户团队安排头脑风暴和其他技术会议，邀请 亚马逊云科技 主题专家帮助设计最适合您的业务和技术要求的 亚马逊云科技 架构。