一种多模态永不断联车载T-BOX系统的制作方法

本发明涉及车联网通信，具体为一种多模态永不断联车载t-box系统。

背景技术：

1、车载t-box是车联网系统中负责车辆与云端通信的核心单元，要求在全行驶场景下保持实时、可靠的数据连接。现有车载t-box主要依赖第四代或第五代移动通信网络实现数据传输。在偏远山区、荒漠、海洋及通信基础设施薄弱区域，地面蜂窝网络覆盖存在大量盲区，单一依赖蜂窝通信的t-box极易出现链路中断，无法满足全地域、全时段的车辆连接需求。部分方案通过额外集成一种卫星通信模块来补充覆盖，但链路管理仍然采用基于信号强度阈值的简单切换策略，未将多种异构链路的特性纳入统一的质量评价体系。现有的链路质量评估方法大多采用线性归一化加固定权重的评分模式，未能反映信号强度、误码率等参数在不同区段对通信质量的非线性影响，导致评分结果与实际感知体验偏差较大。同时，在链路选择过程中未考虑通信链路的自主可控属性，无法在有国产卫星通信资源可用时形成优先利用。在链路切换的执行层面，传统方案往往先断开当前链路再发起新链路的建立，切换窗口期内正在传输的数据包被直接丢弃，造成通信中断和业务数据丢失，对于车辆碰撞报警、实时远程控制等时敏业务，这种中断可能带来严重安全后果。如何在车辆移动过程中融合第五代移动通信网络、低轨卫星和北斗卫星消息等多种异构通信链路，并对链路质量进行非线性、多参数的精确评估与自适应择优，同时在多链路切换的瞬间实现数据零丢失的无感知衔接，是车载t-box实现永不断联所面临的直接问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种多模态永不断联车载t-box系统，克服现有车载t-box在地面网络覆盖盲区通信中断以及链路切换过程中丢包严重的问题，通过构建包含第五代移动通信、国产低轨卫星和北斗卫星消息的多模态融合架构，并利用非线性归一化加国产化优先因子的智能决策机制，以及双缓冲同步发送与超时提取的切换方法，使车辆在各种地理环境和网络条件下均能维持不间断的高可靠数据连接。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、本发明提供一种多模态永不断联车载t-box系统，该系统的多模态通信融合架构集成了第五代移动通信网络通信模块、国产低轨卫星通信模块和北斗卫星消息模块，形成天地一体多链路冗余架构，从根本上消除单一通信链路失效导致连接中断的风险。智能决策层运行多参数加权评估的智能决策算法，实时采集所有通信链路的原始性能参数，对每个原始性能参数进行非线性归一化映射，使得参数在不同工况下的质量表征更加贴合实际链路体验；将映射后的参数按照预设的权重系数进行加权求和后乘以国产化优先因子，得到每个通信链路的综合质量得分，优先因子在国产低轨卫星通信模块或北斗卫星消息模块激活时放大得分，从而在链路质量相近时优先选择自主可控的国产化链路，兼顾通信可靠性与供应链安全；由决策层选择综合质量得分最高的通信链路作为当前主链路。系统内设置双缓冲模块，在切换执行期间由发送端将数据包同时发送至当前主链路和目标链路，接收端设置超时定时器优先处理当前主链路到达的数据包，当超时定时器超时且当前主链路的数据包未到达时，从目标链路的接收缓冲区中提取对应的数据包并提交至上层应用，实现切换过程零丢包、零中断，保证车载应用的数据连续性。

4、作为本发明的一个技术方案，所述多模态通信融合架构包括通信模块层、智能决策层和应用接口层三层结构。通信模块层中，第五代移动通信网络通信模块通过高速串行计算机扩展总线接口与国产化硬件平台连接，国产低轨卫星通信模块通过串行外设接口与国产化硬件平台连接，北斗卫星消息模块通过通用异步收发传输器接口与国产化硬件平台连接，实现多制式、多接口的异构融合接入。国产化硬件平台采用紫光展锐a7720芯片作为主控处理器，并采用移远ar59x系列第五代移动通信网络模组作为第五代移动通信网络通信模块，从核心处理单元到通信模组均基于国产化供应链，保障系统的基础安全底座。

5、优选的，智能决策层驻留在国产化硬件平台的处理器内核中，包含参数采集单元、加权评估单元、决策单元和缓冲控制单元。参数采集单元按照固定的采样周期分别从各通信模块读取原始性能参数，所述原始性能参数包括信号强度、通信延迟、带宽利用率和误码率。参数采集单元根据当前主链路的综合质量得分动态调整采样周期，当主链路的综合质量得分连续多次高于高分阈值时，表明链路状态极好且稳定，增大采样周期以降低计算开销和功耗；当综合质量得分低于低分阈值时，表明链路质量恶化，减小采样周期以获得更密集的监测数据，为快速切换提供更及时的决策依据。

6、加权评估单元从参数采集单元获取每个通信模块的原始性能参数并进行非线性归一化映射：对于信号强度，将信号强度值线性归一化至[0,1]区间后，采用指数衰减特性的非线性变换，使高信号强度区间得分增益增大、低信号强度区间得分快速衰减，以精准反映信号覆盖边缘区域的通信质量劣化；对于通信延迟，将延迟值线性归一化后代入对数函数进行压缩，突出低延迟链路的响应优势并降低大延迟波动对评分的过度影响；对于带宽利用率，将利用率值除以百分百得到线性归一化值，再经双曲正切函数进行非线性平滑约束，使利用率处于适中区间时获得高分、利用率过高或过低时得分趋于平缓，以反映带宽资源的使用效率与拥塞倾向；对于误码率，直接取负对数后按预设动态范围对数值进行尺度映射，使得误码率的数量级变化转化为线性可比的归一化分值，更加灵敏地表征链路在深衰落下的可靠性变化。

7、加权评估单元将映射后的参数按信号强度权重系数、通信延迟权重系数、带宽利用率权重系数和误码率权重系数进行加权求和得到加权和值，再乘以国产化优先因子得出综合质量得分。国产化优先因子的设定方式为：当检测到国产低轨卫星通信模块和北斗卫星消息模块中至少有一个处于激活状态时，将该因子设置为大于一的数值，以提升国产链路的竞争力；当两者均未激活时，因子设为一，不影响原始评估。进一步，当国产低轨卫星通信模块和北斗卫星消息模块均处于激活状态时，国产化优先因子设置为两个模块各自优先因子的乘积，每个模块的优先因子根据其链路质量动态计算，使得综合优先程度随国产链路质量自适应调整，避免在国产链路质量过差时仍强行提升优先级而导致整体服务质量下降。

8、加权评估单元还引入功耗和链路建立时间的维度：采集每个通信模块的功耗电流值和链路建立时间值，对功耗电流值进行分段线性归一化映射，功耗电流值低于第一功耗阈值时映射为接近一的值，高于第二功耗阈值时映射为接近零的值，介于二者之间时按线性比例映射，以便将低功耗优势转化为更高的综合得分，在长期运行中降低车载蓄电池负荷；对链路建立时间值进行反比例归一化映射，时间越短映射值越大，时间越长映射值越小，从而在链路切换时倾向选择建链较快的链路，减少切换准备耗时。

9、加权评估单元基于每个通信链路的历史误码率序列计算误码率波动方差，并根据误码率波动方差对误码率权重系数进行动态调整，当链路误码抖动加剧时，增大误码率权重，使得评估算法对突发性恶化更敏感，提前触发链路切换；当链路误码稳定时，适当降低误码率权重，避免短期扰动造成不必要的乒乓切换。加权评估单元还接收来自应用接口层的安全评分请求，安全评分请求中包含当前传输数据的安全等级标识，加权评估单元根据安全等级标识生成安全评分加权系数，将加权和值先乘以国产化优先因子再乘以安全评分加权系数后得到综合质量得分，使得高安全等级数据传输时，综合质量得分进一步向安全性更高的链路倾斜，满足不同业务的安全差异化需求。

10、决策单元从加权评估单元获取每个通信链路的综合质量得分，按照综合质量得分从高到低排序，当当前主链路的综合质量得分与排序中最高综合质量得分之间的差值超过预设的切换阈值时，决策单元将综合质量得分最高的通信链路选为目标链路，由此避免因微弱得分波动引发频繁切换，在链路质量真正出现显著优势时才执行切换。同时，决策单元获取每个通信链路的误码率原始值，当当前主链路的误码率原始值超过预设的误码率上限阈值时，强制触发链路切换流程，确保在物理层出现严重劣化时即使得分差异未达阈值也能及时倒换，作为底层的快速保护机制。确定目标链路后，决策单元将目标链路的标识信息分别发送至发送端的缓冲控制单元和接收端的缓冲控制单元。

11、发送端的缓冲控制单元接收到目标链路标识后启动双缓冲发送流程：从上层应用接口层接收待发送的数据包，将数据包复制为两份完全相同的副本，一份通过当前主链路的发送队列传送，另一份通过目标链路的发送队列传送；为每份数据包副本分配相同的序列号，并在数据包头部标记主链路标识和目标链路标识，以支持接收侧的序列匹配与去重。接收端的缓冲控制单元启动双缓冲接收流程：为当前主链路和目标链路分别维护独立的接收缓冲区，优先从主链路的接收缓冲区中按序列号顺序提取数据包，每成功提取一个数据包即重置与主链路关联的超时定时器；若在规定序列号位置上未提取到数据包，则启动超时定时器，当超时定时器达到预设的超时阈值时，判定主链路丢包，从目标链路的接收缓冲区中按相同序列号提取对应的数据包副本并提交至上层应用接口层，从而在主链路瞬时中断或误码丢包的情况下，由目标链路无缝填补，应用层无感知连续接收数据。由于双缓冲模块在切换瞬间及切换前后均保持双路并行传送与接收，切换过程不引入额外时延，也不中断业务流，真正实现永不断联。

12、综上所述，本发明通过多模态通信融合架构实现异构链路互补覆盖，通过引入非线性映射和国产化优先因子的智能决策算法实现精准选路，并通过双缓冲模块的无缝倒换机制消除切换抖动，共同构建了满足车联网严苛连接需求的高可靠车载t-box系统。

13、本发明的有益效果：

14、多模态通信融合架构集成第五代移动通信网络、国产低轨卫星和北斗卫星消息三种异构通信模块，形成覆盖范围互补的多链路冗余通道，摆脱了对单一地面蜂窝网络的依赖。智能决策层从各通信模块实时采集信号强度、通信延迟、带宽利用率和误码率等原始性能参数，针对不同参数采用差异化的非线性映射函数。对信号强度施以负指数映射，使高分区域的信号微小衰减得到更灵敏的反映；对通信延迟采用对数映射，压缩高延迟区间的评分差异并拉伸低延迟区间的区分度；对带宽利用率使用双曲正切函数，将利用率变化平滑映射至归一化区间；对误码率直接取负对数后与动态范围对数相除，将指数级变化的误码率转化为线性可比的得分贡献。以上非线性映射使得每个参数对链路质量的刻画更接近真实通信感知，消除线性归一化在临界状态下产生的质量误判。映射后的参数按照预设权重加权求和，并根据国产低轨卫星通信模块和北斗卫星消息模块的激活状态动态生成国产化优先因子，当任一国产卫星链路可用时该因子大于一，在加权和值上施加正向增益，使得综合质量得分能够优先偏向自主可控链路。该机制在边境、远洋等涉及通信主权的场景中，促使系统自动将国产卫星链路作为主链路选用，不仅提升了通信抗毁性，也实现了对通信资源自主可控策略的自动贯彻。

15、双缓冲模块在决策层选定目标链路后，由发送端将待发送的每一数据包复制为两份副本，分别推入当前主链路和目标链路的发送队列，为每份副本标记相同的序列号以及对应的主链路标识与目标链路标识。接收端同时维护当前主链路与目标链路的两套独立接收缓冲区。在数据提取侧，接收端优先从主链路缓冲区按序列号顺序提取数据包，每成功提取一个数据包即重置与主链路关联的超时定时器。当主链路因链路衰落或切换瞬间未能按时到达预期序列号数据包且超时定时器溢出时，接收端立即转去目标链路缓冲区中取出相同序列号的数据包副本，并直接递交上层应用接口，在主链路重新恢复数据到达能力之前，后续数据包持续由目标链路缓冲区供给。该方式使链路切换过程无需暂停或丢弃任何正在传输的业务报文，接收端提取的数据序列保持完整且无重复，上层应用对底层链路变迁无任何感知，通信连续性不中断。对于碰撞自动报警、远程急救指令下发等毫秒级时延敏感的车载业务，双缓冲同步发送与超时提取机制消除了传统切换方式固有的数据空洞，实现了车载t-box在全地域移动场景下的永不断联能力。