车联网单元架构白皮书

目录第1章新能源汽车车联网面临的挑战第2章单元架构原理与优势2.1单元架构的核心概念与设计理念2.2单元架构帮助车联网应对挑战2.3单元架构与双活/多活容灾的区别第3章单元架构在车联网中的应用概述3.1车联网的单元化部署3.2车联网的单元化部署的网络基础3.3单元化车联网架构概览3.4单元化车联网核心业务工作流示例3.4.1车辆连接的工作流3.4.2远程指令下发流程3.4.3车辆数据上行流程第4章流量调度层（路由层）的功能说明和实现4.1基于DNS层路由实现4.2基于VIN码的路由机制目录 0205070810111213151718191920212324 034.3基于VIN码路由机制的网关实现264.4基于Serverless技术的单元架构路由层的参考实现274.5路由层的可靠性保障29第5章车联网单元化架构的控制平面的实现30第6章车联网区域单元业务概览336.1车联网区域单元中的应用组成346.2车联网区域单元中的常用数据结构366.3单元的工作负载的迁移和容灾38第7章车联网单元化架构的部署策略40第8章总结与建议43附录45参考文档47目录 本白皮书陈述了亚马逊云科技在封面页所示日期的有关服务产品及实践，该等信息可能变化且我们不会另行通知。客户对于本白皮书的信息以及亚马逊云科技的产品或服务应自己做出独立的判断，该等内容都是“依现状”提供，不包含任何明示或者暗示的保证。本白皮书并没有创设来自亚马逊云科技、北京光环新网科技股份有限公司（“光环新网”）、宁夏西云数据科技有限公司（“西云数据”）、或其各自的关联方、提供方或许可方的任何保证、陈述、合同性承诺、条件或者担保。亚马逊云科技、光环新网、西云数据对其各自的客户的义务和责任均由适用的客户协议管辖。本白皮书不是亚马逊云科技、光环新网、西云数据和其各自的客户之间任何协议的组成部分，也不构成对任何协议的修改。免责声明免责声明 04 05新能源汽车车联网面临的挑战 06中国新能源汽车市场已稳居全球首位，2024年基于中汽协的数据显示其渗透率已达48.9%，政策驱动（双积分、购置税减免）与技术突破（固态电池、800V平台）推动产业高速发展。发展趋势呈现"电动化+智能化+生态化"三位一体转型，根据乘联分会发布《2024年12月汽车智能网联洞察报告》指出，2024年新能源乘用车L2级及以上的辅助驾驶功能装车率将突破60%。车联网技术作为战略核心，通过5G-V2X、OTA升级、云端孪生等技术实现数据闭环，重构用户体验、商业模式（订阅制）和产业边界，成为车企从"硬件制造商"向"移动服务商"跃迁的关键支点。随着车联网覆盖用户的规模越来越大，其稳定性已成为用户体验的隐形战场，在新能源汽车"软件定义汽车"的变革浪潮中，车联网平台稳定性至关重要。传统的车联网平台架构在面对海量设备接入、数据激增、带宽受限以及时延敏感等挑战时，逐渐显露出其局限性。智能车辆正在以前所未有的速度产生海量数据。特别是在"全量数据上云"的传统处理模式下，单一区域部署难以满足当前车联网系统对实时性和效率的严苛要求。同时面对极致车控体验、云游戏、大模型等新兴智能化应用场景带来的挑战，传统车联网架构也已难以为继。为此我们提出单元架构的理念，单元架构具备故障隔离、易扩展、快速部署以及就近服务的特性，可以帮助高速发展的车企应对上述挑战。单元架构将计算能力前移，在物理位置上更贴近用户端和数据产生源，不仅是对传统车联网平台的重要补充，更是一次架构层面的革新性突破。通过就近提供服务和数据处理能力，单元化设计有效解决了传统架构中的痛点问题。值得骄傲的是，中国汽车厂商在这场技术变革中展现出了非凡的创新勇气和前瞻眼光，已经有部分厂商率先将单元架构设计理念融入车联网系统建设。这不仅体现了中国汽车产业在智能网联领域的技术实力，更展现了引领全球车联网技术发展的雄心。通过创新性地应用单元架构，中国车企正在为全球智能汽车产业开创一条全新的发展道路。后续将阐述单元架构的定义、组成，单元架构在亚马逊科技上的构建方法以及单元架构在车企中的落地实践。全生命周期用户运营需7x24小 时 服 务 在 线，故 障1小 时 可 能 导 致 数百万元损失；同时应对高峰时段百万车 辆 并 发 请 求， 需 云 平台无感扩容；毫秒级响应的车联控制以及智能座舱的语音交互提升用户体验的同时需要更高的稳定性；新能源汽车车联网面临的挑战 07单元架构原理与优势 2.1单元架构的核心概念与设计理念单元架构(Cell-Based Architecture)源自船舶隔舱的概念，其中垂直隔墙将船舶内部细分为独立的水密隔间。隔舱可减少损坏时海水淹没的程度，并为船梁提供额外的刚性。在复杂的IT系统中，通常会采用这种模式以实现故障隔离。故障隔离边界将工作负载内故障的影响限制在有限数量的组件内。边界之外的组件不受故障影响。单元是指一个能完成所有业务操作的集合，即单元化应用服务层的部署单元，是一个独立完整的业务处理闭环，在这个集合中包含了所有业务所需的所有服务以及分配给这个单元的数据。单元架构就是将单元作为部署的基本单位，在业务需要覆盖的范围内部署多个单元，任一单元均部署系统所需的全部应用，数据则是全量数据按照某种维度划分后的一部分。基于单元架构部署相同工作负载的多个隔离单位，其中每个单位称为一个单元。每个单元都是独立的，不与其他单元共享状态，并处理总体工作负载请求的子集。这减少了故障（例如错误的软件更新）对单个单元及其正在处理的请求的潜在影响。如果一个工作负载使用10个单元来服务100个请求，那么当一个单元发生故障时，90%的请求将不会受到故障的影响。通过使用多个隔离边界，可以限制故障对工作负载的影响。在配置新客户、租户或应用工作负载更改时，您可以逐个隔离区的执行操作。这样，当发生故障时，就可以减少受影响的客户或资源的数量。在亚马逊云科技上，客户可以使用多个可用区（Availability Zone）和区域（Region）来进行故障隔离，但相同的概念也可以扩展到车联网系统架构中。单元架构原理与优势 08 09为此可以将一个典型的三层架构进行改造，增加路由层和单元的控制平面（管理系统）后，就构成新的基于单元架构的系统。单元架构具有以下组件：单元路由层负责流量的路由层根据单元的映射算法控制流量分发到各个单元的。其路由机制可使用分区映射算法将分区键映射到相应的单元。也可结合业务逻辑进行分配。（单元的管理系统）单元的管理系统负责各个单元的创建、部署以及用户在单元间的迁移。单元应用系统和通常的系统部署类似，运行完整的工作负载，具有独立运行所需的一切。单元路由层控制平面单元单元架构原理与优势 针对车联网面临的可用性、可扩展性和低延迟的要求，单元架构的如下设计特点可以帮助车联网应对挑战：•更小的爆炸半径将服务分散到多个单元可以减少影响范围。单元代表隔舱，可以遏制许多常见故障，例如部署失败、行为不当的客户端、数据损坏和操作错误。当正确的隔离后，服务中断不太可能跨越多个单元。•更高的可用性=更高的平均无故障时间+缩短平均恢复时间单元架构不仅仅减少了故障影响，它甚至可能减少故障本身，单元架构的最大容量限制以及可以经常性的进行测试行为，减少了因每天不断变化所导致的动态风险。在日常运营中，客户分布在各个单元中可以就地识别问题，例如您的客户分布在多个单元中，如10个单元，因此现在每个单元中都有10%的客户，就可以更好地管理系统变更并控制某些单元中的代码或流量峰值等故障影响范围。对于新版本应用程序的部署，如果每次发布只应用于少量单元，则可以在识别出故障时进行回滚，只影响少量客户。由于其他单元保持稳定且不受影响，从而增加应用程序的整体平均无故障时间。单元也更容易恢复，因为它们限制了需要分析和进行问题诊断以及紧急代码和配置部署的主机数量。单元带来的大小和规模的可预测性也使得在发生故障时恢复更加可预测。•更好地控制部署和回滚的影响单元的分阶段部署可以减少有问题的部署的影响范围，使用单元可以使部署和回滚更顺畅。可以一次将更改部署到一个单元，从而最大限度地减少代码和部署问题带来的影响。上述三点可以帮助车联网缩小局部故障后的对终端用户的影响范围，提高总体可用性。•应对高峰时刻容量扩容，横向扩展优于纵向扩展单元架构将系统的扩展方法从纵向扩展变为横向扩展。每个单元是一个完全独立的容量单位，可以定义和管理每个单元的容量，可以添加更多的单元，每个单元都包含已知容量，从而使系统具有固有的可扩展性。这种设计更改不会改变您的服务的客户体验，客户可以像现在一样继续访问服务。通过添加更多单元以进行扩展并平均分配工作负载来处理增长。这避免了由于扩展(通过增加数据库、服务器或子系统等系统组件的大小来适应增长)而导致的资源限制。随着需求的增长，可以添加更多的单元，每个单元都包含已知容量，从而使系统具有固有的可扩展性。•便于测试测试分布式系统是一项具有挑战性的任务，并且随着系统的增长而变得更加艰巨。使用限制组件的最大尺寸，测试也变得更容易，可以对这样组件进行压力测试并突破其极限点，以了解其安全运营冗余度。如果系统的大部分复杂性和风险都经过压力测试（而且应该如此），则测试覆盖率和置信度水平会显着提高。单元架构原理与优势2.2单元架构帮助车联网应对挑战 10 11由于成本原因，大规模服务定期模拟所有租户的全部工作负载是不切实际的，但模拟单元可以容纳的最大工作负载是合理的。单元架构经常和容灾中的双活/多活策略进行对比，二者是不同时代、不同行业的技术产物，应对不同的业务挑战。单元架构和双活/多活架构都是为了提升系统的高可用性和可靠性而设计的分布式架构，但它们的目标、应用场景和设计理念有所不同。单元架构是一种将系统按业务功能划分为相对独立单元的架构模式，每个单元能够独立提供完整的业务服务。而双活/多活容灾则是在多个地理位置同时部署功能相同的活跃系统副本，以提供容灾能力和服务连续性。单元架构按照业务功能或领域进行划分，强调的是功能的自治性。双活/多活容灾则主要按地理位置进行划分，重点是冗余。在单元架构中，数据通常按业务功能进行分片和隔离，减少单元间的数据依赖。而双活/多活容灾更强调跨地域的数据同步与一致性，需要解决分布式数据复制和冲突处理问题。二者并不是对立的，可以根据业务需要进行融合。详见附录说明。上述这两点可以帮助车联网精准、快速的应对业务扩展，服务更多的终端用户。•单元的就近部署车联网完成单元化改造后，可以根据业务的发展选择离客户最近的地域进行快速部署，避免了中心化部署离某些客户距离较远的问题，可以为客户提供低延迟的访问、提升终端用户体验。同时还可以根据业务和客户的发展对单元的容量进行调整。单元架构原理与优势2.3单元架构与双活/多活容灾的区别 12单元架构在车联网中的应用概述 单元化车联网是一种创新的网络架构，融合了边缘计算和单元化部署的先进理念。它将计算和存储资源部署在靠近数据源的边缘节点上，如车辆和路侧单元，实现低延迟、高带宽和高可靠性的车联网服务。通过对这些资源进行单元化部署，实现了车联网业务的故障隔离和灵活扩展，提高了系统的稳定性、可扩展性和适应性。典型的单元化车联网架构由两个核心组件构成：中心单元和区域业务单元。中心单元包括负责流量接入调度的路由层和管理单元部署及车辆单元调度的单元管理层（详见第四章以及第五章）；区域业务单元则部署在各个地理区域，处理本地化的车联网业务（详见第六章）。单元架构在车联网中的应用概述3.1车联网的单元化部署 13 单元化的车联网具有如下优势：低时延，稳定的业务通信；满足业务全新的场景化需求。大模型上车，车端云游戏；故障隔离，某个单元故障只影响该单元内部署的车辆，缩小了故障的影响范围。同时单元化部署的车联网，可以充分利用国内各个云供应商的资源，利用其区域覆盖优化单元化车联网部署在更靠近用户的地方。单元架构在车联网中的应用概述 14 3.2车联网的单元化部署的网络基础车联网单元架构引入了一种创新的连接模式，其中车辆根据特定属性与区域单元建立连接，这与传统依赖4G网络的车联网模