基于MQTT框架的远程车载控制系统.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202020142177.6 (22)申请日 2020.01.22 (73)专利权人 马瑞利汽车电子 （广州） 有限公司 地址 510800 广东省广州市花都区永利路2 号整栋幢 (72)发明人 余伟龙 (74)专利代理机构 广州致信伟盛知识产权代理 有限公司 44253 代理人 李东来 (51)Int.Cl. H04L 29/08(2006.01) H04L 29/06(2006.01) H04L 12/40(2006.01) H04W 4/14(2009.01) (ESM)同。

2、样的发明创造已同日申请发明专利 (54)实用新型名称 一种基于MQTT框架的远程车载控制系统 (57)摘要 本实用新型公开了基于MQTT框架的远程车 载控制系统， 包括车载T-Box装置， 车辆被唤醒 后， ECUMQTT客户端单元接收车辆状态数据， 对 其进行MQTT协议处理及传输层加密处理， 发送至 ECUMQTT代理单元； 且负责对CCMQTT客户端单 元回传的数据解密解封装； ECUMQTT代理单元与 CCMQTT代理单元建立桥接通道， 实现双向通道 传输信息， 并将加密处理后的车辆状态数据经通 信模块单元传输至CCMQTT代理单元； ECUMQTT 客户端单元将加密处理后的车辆状态数。

3、据传输 至CCMQTT客户端单元； 且对车辆状态数据解封 装和TLS解密处理， 并将其传输至CC处理器单元， 并对CC处理器单元回传的车辆控制指令数据进 行MQTT协议处理及传输层加密处理并传输回CC MQTT代理单元。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 211063634 U 2020.07.21 CN 211063634 U 1.一种基于MQTT框架的远程车载控制系统， 包括车载T-Box装置和远程管理系统， 其特 征在于， 所述车载T-Box装置设置通信模块单元、 处理器单元、 CAN总线管理单元、 ECU MQTT 客户端单元以及ECU MQTT代理单元； 所述远程管理系统设。

4、置CC处理器单元、 短信服务单元、 CC MQTT客户端单元以及CC MQTT代理单元； 所述CC处理器单元， 用于接收用户或管理员通过交互界面执行的远程控制指令数据， 并转换为短信数据发送至短信服务单元； 所述短信服务单元， 用于接收短信数据， 并转换为唤醒短信消息， 发送至通信模块单 元； 所述通信模块单元， 用于接收唤醒短信消息， 并将唤醒短信消息转发至处理器单元； 并 用于车载T-Box装置移动蜂窝网络数据的转发； 所述处理器单元， 将接收到的短信唤醒消息进行数据识别及处理， 并对处理器单元、 CAN总线管理单元、 ECU MQTT客户端单元以及ECU MQTT代理单元进行唤醒， 并将。

5、唤醒短信数 据转发至CAN总线管理单元； 并接收CAN总线管理单元回传的车辆状态数据， 将其发送至ECU MQTT客户端单元； 且接收来自ECU MQTT客户端单元的远程控制指令并将执行的结果回传给 ECU MQTT客户端单元； 所述CAN总线管理单元， 用于对远程控制指令数据进行CAN协议转换成远程控制指令的 CAN帧数据并发送至车辆， 车辆完成相应的远程控制指令操作后通过CAN总线网络发送车辆 响应结果的CAN帧数据至CAN总线管理单元， CAN总线管理单元对响应结果的CAN帧进行协议 转化为内部处理器可识别的数据， 并发送至处理器单元； 所述ECU MQTT客户端单元， 用于接收车辆状态。

6、数据， 并对其进行MQTT协议处理及传输 层加密处理， 发送至ECU MQTT代理单元； 并且负责对CC MQTT客户端单元回传的数据进行解 密解封装； 所述ECU MQTT代理单元， 分别用于与ECU MQTT客户端建立MQTT协议通道， 与CC MQTT代 理单元建立桥接通道， 实现双向通道传输信息， 并将加密处理后的车辆状态数据通过通信 模块单元传输至CC MQTT代理单元； 所述CC MQTT代理单元， 分别用于与CC MQTT客户端建立MQTT协议通道， 与ECU MQTT代 理单元建立桥接通道， 实现双向通道传输信息， 并将加密处理后的车辆状态数据传输至CC MQTT客户端单元； 。

7、所述CC MQTT客户端单元， 对车辆状态数据解封装和TLS解密处理， 并将其传输至CC处 理器单元， 并对CC处理器单元回传的车辆控制指令数据进行MQTT协议处理及传输层加密处 理传输至CC MQTT代理单元。 2.根据权利要求1所述一种基于MQTT框架的远程车载控制系统， 其特征在于， 车辆之间 的车载T-Box装置内的ECU MQTT代理单元与ECU MQTT代理单元建立MQTT协议通道。 3.根据权利要求1-2任一所述一种基于MQTT框架的远程车载控制系统， 其特征在于， 远 程管理系统内的CC MQTT代理单元与多车辆的车载T-Box装置内的ECU MQTT代理单元建立 桥接通道。 。

8、4.根据权利要求1所述一种基于MQTT框架的远程车载控制系统， 其特征在于， 所述车载 T-Box装置还设置ECU MQTT协同单元、 安全管理单元； 远程管理系统还设置CC MQTT协同单 元、 CC安全管理单元； 权利要求书 1/2 页 2 CN 211063634 U 2 所述安全管理单元和CC安全管理单元， 均用于存储CA证书的公钥和私钥文件以及MQTT 配置文件； 所述ECU MQTT协同单元， 调取安全管理单元内CA证书的公钥和私钥文件发送至ECU MQTT代理单元， ECU MQTT代理单元接收CA证书的公钥和私钥文件， 并对其进行校验， 通过通 信模块单元发送至CC MQTT代。

9、理单元； 并接收CC MQTT代理单元回传的CA证书的公钥和私钥 文件， 将其发送至安全管理单； 所述CC MQTT协同单元； 调取CC安全管理单元内CA证书的公钥和私钥文件发送至CC MQTT代理单元， CC MQTT代理单元接收CA证书的公钥和私钥文件， 并对其进行校验， 通过通 信模块单元发送至ECU MQTT代理单元； 并接收ECU MQTT代理单元回传的CA证书的公钥和私 钥文件， 将其发送至CC安全管理单。 5.根据权利要求4所述一种基于MQTT框架的远程车载控制系统， 其特征在于， 所述ECU MQTT协同单元还对ECU MQTT客户端单元进行管理， 通知ECU MQTT客户端单。

10、元是否对车辆状 态数进行加密， 并回传ECU MQTT代理单元验证的CA证书的公钥和私钥文件信息。 6.根据权利要求4所述一种基于MQTT框架的远程车载控制系统， 其特征在于， 所述CC MQTT协同单元还对CC MQTT客户端单元进行管理， 通知CC MQTT客户端单元是否对车辆状态 数进行加密， 并回传CC MQTT 代理单元验证的CA证书的公钥和私钥文件信息。 权利要求书 2/2 页 3 CN 211063634 U 3 一种基于MQTT框架的远程车载控制系统 技术领域 0001 本实用新型涉及一种基于MQTT框架的远程车载控制系统。 背景技术 0002 随着科学技术的进步和车联网技术的。

11、持续发展， 车辆远程控制成为目前车辆标配 的趋势， 能够远程控制车辆， 为汽车远程控制和安全提供依据。 0003 目前的车辆远程控制系统架构大部分都是基于HTTP （HyperText Transfer Protocol,即超文本传输协议， ） 或socket等传统的通信协议的传输方式， 其存在的问题为： 协议开销较大， 安全性低， 响应时间慢， 多车载系统连接时候并发吞吐量很慢等， 无法适用 物联网联网设备多样性， 低功耗等问题。 且这样的传输方式给用户和车厂管理员获取车辆 数据和实时控制车辆感知差， 实时性不高， 缺乏创新性。 0004 而目前MQTT架构大部分也是采用Client/Bro。

12、ker （客户端/代理服务端） 架构,即车 载为客户端， 远端服务器为代理服务端， 这种缺陷在于： 对于多车载系统自身功能扩展不 足， 对于车载系统与车载系统与其他车载设备的互联扩展能力不足， 车载系统远程唤醒执 行远控指令功能时候延迟较高， 用户体验差。 实用新型内容 0005 本实用新型目的在于提供一种提高用户体验的基于新型MQTT框架的远程车载控 制系统。 0006 本实用新型所述的一种基于MQTT框架的远程车载控制系统， 包括车载T-Box装置 和远程管理系统， 所述车载T-Box装置设置通信模块单元、 处理器单元、 CAN总线管理单元、 ECU MQTT客户端单元以及ECU MQTT。

13、代理单元； 所述远程管理系统设置CC处理器单元、 短信 服务单元、 CC MQTT客户端单元以及CC MQTT代理单元 ； 0007 所述CC处理器单元， 用于接收用户或管理员通过交互界面执行的远程控制指令数 据， 并转换为短信数据发送至短信服务单元； 0008 所述短信服务单元， 用于接收短信数据， 并转换为唤醒短信消息， 发送至通信模块 单元； 0009 所述通信模块单元， 用于接收唤醒短信消息， 并将唤醒短信消息转发至处理器单 元； 并用于车载T-Box装置移动蜂窝网络数据的转发。 0010 所述处理器单元， 将接收到的短信唤醒消息进行数据识别及处理， 并对处理器单 元、 CAN总线管理。

14、单元、 ECU MQTT客户端单元以及ECU MQTT代理单元进行唤醒， 并将唤醒短 信数据转发至CAN总线管理单元； 并接收CAN总线管理单元回传的车辆状态数据， 将其发送 至ECU MQTT客户端单元； 且接收来自ECU MQTT客户端单元的远程控制指令并将执行的结果 回传给ECU MQTT客户端单元。 0011 所述CAN总线管理单元， 用于对远程控制指令数据进行CAN协议转换成远程控制指 令的CAN帧数据并发送至车辆， 车辆完成相应的远程控制指令操作后通过CAN总线网络发送 说明书 1/5 页 4 CN 211063634 U 4 车辆响应结果的CAN帧数据至CAN总线管理单元， CA。

15、N总线管理单元对响应结果的CAN帧进行 协议转化为内部处理器可识别的数据， 并发送至处理器单元； 0012 所述ECU MQTT客户端单元， 用于接收车辆状态数据， 并对其进行MQTT协议处理及 传输层加密处理， 发送至ECU MQTT代理单元； 并且负责对CC MQTT客户端单元回传的数据进 行解密解封装； 0013 所述ECU MQTT代理单元， 分别用于与ECU MQTT客户端建立MQTT协议通道， 与CC MQTT代理单元建立桥接通道， 实现双向通道传输信息， 并将加密处理后的车辆状态数据通 过通信模块单元传输至CC MQTT代理单元； 0014 所述CC MQTT代理单元， 分别用于。

16、与CC MQTT客户端建立MQTT协议通道， 与ECU MQTT代理单元建立桥接通道， 实现双向通道传输信息， 并将加密处理后的车辆状态数据传 输至CC MQTT客户端单元； 0015 所述CC MQTT客户端单元， 对车辆状态数据解封装和TLS解密处理， 并将其传输至 CC处理器单元， 并对CC处理器单元回传的车辆控制指令数据进行MQTT协议处理及传输层加 密处理传输至CC MQTT代理单元。 0016 车载T-Box装置内的ECU MQTT代理单元和设置在远程管理系统内的CC MQTT代理 单元通过桥接的方式连接， 具有ECU MQTT客户端单元和ECU MQTT代理单元的车载T-Box装。

17、 置安全转发远程控制指令的响应结果到远程管理系统， 远程管理系统响应车主用户或车辆 厂商管理员的远程指令请求。 对于睡眠中的车辆， 车主用户或车辆厂商管理员可以通过远 程管理系统的CC处理器单元远程唤醒车辆和获取车辆状态数据、 位置信息、 车载T-Box信 息， 从而可以安全远程控制车辆和车载T-box 装置， 车载T-Box装置通过采集车辆车身网 络。 已唤醒的车载T-Box装置通过采集车辆车身网络， 并通过ECU MQTT客户端单元和ECU MQTT代理单元， 由通信模块单元的移动蜂窝网络将加密和封装的数据发射给远程管理系 统， 远程管理系统响应用户或车辆厂商管理员的远程指令， 并通过CC。

18、 MQTT客户端单元和CC MQTT代理单元返回响应结果到用户或车辆厂商管理员。 从而确保了数据高传输性， 处理多 车载系统并发时吞吐量高， 响应时间快， 协议开销小， 更适用于低功耗和车载系统的多样 性。 进一步提高用户和车厂管理员获取车辆数据和实时控制车辆的体验， 且用户可以有效 的管理车辆数据和升级车辆数据系统。 附图说明 0017 图1为一种基于MQTT框架的远程车载控制的系统原理图； 0018 图2为本实用新型与多车辆车载装置桥接原理图； 0019 图3为本实用新型实现CA认证的系统原理图。 具体实施方式 0020 如图1所示， 一种基于MQTT框架的远程车载控制系统， 包括车载T-。

19、Box装置和远程 管理系统， 所述车载T-Box装置设置通信模块单元、 处理器单元、 CAN总线管理单元、 ECU MQTT客户端单元以及ECU MQTT代理单元； 所述远程管理系统设置CC处理器单元、 短信服务 单元、 CC MQTT客户端单元以及CC MQTT代理单元 ； 0021 所述CC处理器单元， 用于接收用户或管理员通过交互界面执行的远程控制指令数 说明书 2/5 页 5 CN 211063634 U 5 据， 并转换为短信数据发送至短信服务单元； 0022 所述短信服务单元， 用于接收短信数据， 并转换为唤醒短信消息， 发送至通信模块 单元； 0023 所述通信模块单元， 用于接。

20、收唤醒短信消息， 并将唤醒短信消息转发至处理器单 元； 并用于车载T-Box装置移动蜂窝网络数据的转发。 0024 所述处理器单元， 将接收到的短信唤醒消息进行数据识别及处理， 并对处理器单 元、 CAN总线管理单元、 ECU MQTT客户端单元以及ECU MQTT代理单元进行唤醒， 并将唤醒短 信数据转发至CAN总线管理单元； 并接收CAN总线管理单元回传的车辆状态数据， 将其发送 至ECU MQTT客户端单元； 且接收来自ECU MQTT客户端单元的远程控制指令并将执行的结果 回传给ECU MQTT客户端单元。 0025 所述CAN总线管理单元， 用于对远程控制指令数据进行CAN协议转换成。

21、远程控制指 令的CAN帧数据并发送至车辆， 车辆完成相应的远程控制指令操作后通过CAN总线网络发送 车辆响应结果的CAN帧数据至CAN总线管理单元， CAN总线管理单元对响应结果的CAN帧进行 协议转化为内部处理器可识别的数据， 并发送至处理器单元； 0026 所述ECU MQTT客户端单元， 用于接收车辆状态数据， 并对其进行MQTT协议处理及 传输层加密处理， 发送至ECU MQTT代理单元； 并且负责对CC MQTT客户端单元回传的数据进 行解密解封装； 0027 所述ECU MQTT代理单元， 分别用于与ECU MQTT客户端建立MQTT协议通道， 与CC MQTT代理单元建立桥接通道。

22、， 实现双向通道传输信息， 并将加密处理后的车辆状态数据通 过通信模块单元传输至CC MQTT代理单元； 0028 所述CC MQTT代理单元， 分别用于与CC MQTT客户端建立MQTT协议通道， 与ECU MQTT代理单元建立桥接通道， 实现双向通道传输信息， 并将加密处理后的车辆状态数据传 输至CC MQTT客户端单元； 0029 所述CC MQTT客户端单元， 对车辆状态数据解封装和TLS解密处理， 并将其传输至 CC处理器单元， 并对CC处理器单元回传的车辆控制指令数据进行MQTT协议处理及传输层加 密处理传输至CC MQTT代理单元。 0030 车载T-Box装置内的ECU MQT。

23、T代理单元和设置在远程管理系统内的CC MQTT代理 单元通过桥接的方式连接， 具有ECU MQTT客户端单元和ECU MQTT代理单元的车载T-Box装 置安全转发远程控制指令的响应结果到远程管理系统， 远程管理系统响应车主用户或车辆 厂商管理员的远程指令请求。 对于睡眠中的车辆， 车主用户或车辆厂商管理员可以通过远 程管理系统的CC处理器单元远程唤醒车辆和获取车辆状态数据、 位置信息、 车载T-Box信 息， 从而可以安全远程控制车辆和车载T-box 装置。 对于已唤醒的车载T-Box装置通过采集 车辆车身网络， 并通过ECU MQTT客户端单元和ECU MQTT代理单元， 由通信模块单元。

24、的移动 蜂窝网络将加密和封装的数据发射给远程管理系统， 远程管理系统响应用户或车辆厂商管 理员的远程指令， 并通过CC MQTT客户端单元和CC MQTT代理单元返回响应结果到用户或车 辆厂商管理员。 从而确保了数据高传输性， 处理多车载系统并发时吞吐量高， 响应时间快， 协议开销小， 更适用于低功耗和车载系统的多样性。 进一步提高用户和车厂管理员获取车 辆数据和实时控制车辆的体验， 且用户可以有效的管理车辆数据和升级车辆数据系统。 0031 如图2所示， 车辆之间的车载T-Box装置内的ECU MQTT代理单元与ECU MQTT代理单 说明书 3/5 页 6 CN 211063634 U 6。

25、 元建立MQTT协议通道。 远程管理系统内的CC MQTT代理单元与多车辆的车载T-Box装置内的 ECU MQTT代理单元建立桥接通道， 从而实现双向通道传输信息。 使得可以提高多车辆的车 载T-Box装置自身功能扩展的能力， 有效提高对于车载T-Box装置与车载T-Box装置与其他 车载设备的互联扩展的能力， 且远程管理系统可以同时控制多辆车载设备， 实现车载设备 和远程管理系统的互通互联， 远程管理系统与车载设备的互通互联， 车载设备与车载设备 的互通互联， 从而提升了用户的体验。 而且， 车载T-Box装置ECU MQTT客户端单元和车载T- Box装置自身的ECU MQTT客户端单元。

26、可以进行扩展连接， 进一步提高自身的扩展功能。 0032 如图3所示， 车载T-Box装置还设置ECU MQTT协同单元、 安全管理单元； 远程管理系 统还设置CC MQTT协同单元、 CC安全管理单元； 安全管理单元和CC安全管理单元， 均用于存 储CA证书的公钥和私钥文件以及MQTT配置文件； ECU MQTT协同单元， 调取安全管理单元内 CA证书的公钥和私钥文件发送至ECU MQTT代理单元， ECU MQTT代理单元， 接收CA证书的公 钥和私钥文件， 并对其进行校验， 通过通信模块单元发送至CC MQTT代理单元； 并接收CC MQTT代理单元回传的CA证书的公钥和私钥文件， 将其。

27、发送至安全管理单； CC MQTT协同单 元； 调取CC安全管理单元内CA证书的公钥和私钥文件发送至CC MQTT代理单元， CC MQTT代 理单元接收CA证书的公钥和私钥文件， 并对其进行校验， 通过通信模块单元发送至ECU MQTT代理单元； 并接收ECU MQTT代理单元回传的CA证书的公钥和私钥文件， 将其发送至CC 安全管理单。 ECU MQTT协同单元还对ECU MQTT客户端单元进行管理， 通知ECU MQTT客户端 单元是否对车辆状态数进行加密， 并回传ECU MQTT代理单元验证的CA证书的公钥和私钥文 件信息。 CC MQTT协同单元还对CC MQTT客户端单元进行管理，。

28、 通知CC MQTT客户端单元是否 对车辆状态数进行加密， 并回传CC MQTT 代理单元验证的CA证书的公钥和私钥文件信息。 0033 车载T-Box装置的ECU MQTT 代理单元发送SSL版本等信息给CC MQTT 代理单元； CC MQTT 代理单元通过CC MQTT协同单元获取存储在CC安全管理单元的CA证书的公钥和私 钥文件进行回传。 进一步地， CC MQTT代理单元通过发送SSL版本、 随机数、 CA证书的公钥和 私钥文件等消息发送给ECU MQTT代理单元； ECU MQTT代理单元校验是否合法， 合法则继续， 否则告警； ECU MQTT 代理单元校验完成后， ECU MQ。

29、TT代理单元通过所属ECU MQTT 协同单 元获取存储在安全管理单元的车载T-Box装置的CA证书的公钥和私钥文件。 进一步地， ECU MQTT代理单元通过通信模块单元将已获取的的车载T-Box装置的CA证书的公钥和私钥文件 发送到所述远程管理系统的CC MQTT 代理单元； 远程管理系统的CC MQTT 代理单元对车载 T-Box装置的CA证书的公钥和私钥文件进行校验。 具体化地CC MQTT代理单元通过CC MQTT 协同单元获取CC安全管理单元的CA证书进行校验， 所述检验成功后获得车载T-Box装置的 CA证书的公钥和私钥文件， 并将存储车载T-Box装置的CA证书的公钥和私钥文件。

30、存储在CC 安全管理单元； CC MQTT代理单元把校验结果回传给ECU MQTT代理单元； ECU MQTT代理单元 通过所属ECU MQTT 协同单元获取存储在安全管理单元的对称加密方法发送给CC MQTT代 理单元； CC MQTT代理单元通过CC MQTT 协同单元获取CC安全管理组件对称加密方法进行 匹配， 选择加密度最优方案； CC MQTT代理单元将匹配后的对称加密方法使用已获取的车载 T-Box装置的CA证书的公钥和私钥文件进行加密生成加密方式的数据， 并将加密方式的数 据发送到ECU MQTT 代理单元； ECU MQTT代理单元接收到加密方式的数据后， 所述ECU MQTT。

31、 代理单元通过所属ECU MQTT协同单元获取存储在安全管理单元的自身的CA证书的公钥和 私钥文件进行解密， 产生随机码作为对称加密密钥并存储在安全管理单元中。 进一步地， 对 说明书 4/5 页 7 CN 211063634 U 7 远程管理系统的CA证书的公钥和私钥文件进行加密生成对称加密的密钥； ECU MQTT代理单 元将对称加密的密钥发送给CC MQTT代理单元； CC MQTT 代理单元通过CC MQTT 协同单元 获取CC安全管理单元自身的CA证书的公钥和私钥文件对对称加密的密钥进行解密， 获取对 称加密的密钥。 进一步地， CC MQTT代理单元将校验成功的结果回传给ECU M。

32、QTT代理单元， 即完成CA证书的双向认证； 即车载T-Box装置的ECU MQTT 代理单元和远程管理系统的CC MQTT 代理单元通过双向认证方式完成初始化安全MQTT桥接通道连接， 即可以通过安全 MQTT桥接通道进行MQTT安全数据传输。 可以实现远程安全控制车辆， 如车门、 车窗、 车灯、 尾 箱或其他操作。 0034 以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明， 不能 认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。 对于本实用新型所属技术领域的普通技术 人员来说， 在不脱离本实用新型构思的前提下， 还可以做出若干简单推演或替换， 都应当视 为属于本实用新型的保护范围。 说明书 5/5 页 8 CN 211063634 U 8 图 1 图 2 图 3 说明书附图 1/1 页 9 CN 211063634 U 9 。