我是穿拖鞋的漢子，魔都中堅持長期主義的汽車電子工程師。
老規矩，分享一段喜歡的文字，避免自己成為高知識低文化的工程師：
鈍感力的“鈍”，不是木訥、遲鈍，而是直面困境的韌勁和耐力，是面對外界噪音的通透淡然。
生活中有兩種人，一種人格外在意別人的眼光;另一種人無論別人如何，他們始終有自己的節奏。
過度關注別人的看法，會攪亂自己的步調，讓自己更加慌亂。與其把情緒的開關交到別人手中，不如把有限的精力用在提升自己上，久而久之，你自然會更加優秀。
時間不知不覺中，來到新的一年。2025開始新的忙碌。成年人的我也不知道去哪里渡自己的靈魂，獨自敲擊一些文字算是對這段時間做一個記錄。
一、基于區塊鏈技術的智能汽車診斷與性能分析
汽車行業目前正尋求增加對車輛的遠程連接，這產生了對以安全方式連接車輛以及以可信方式驗證和存儲其數據的高度需求。此外，為了正確診斷車輛并確定何時或如何遠程更新車輛，必須獲取大量信息。在此背景下，我們提出了一種基于區塊鏈的、完全自動化的遠程車輛診斷系統。該系統提供了一種安全且可信的方式來存儲和驗證車輛數據，并分析車輛在不同環境下的性能。此外，我們還討論了該系統對不同參與方（如車主和制造商）的諸多益處。此外，我們使用 MATLAB Simulink 對所提出的系統進行了性能評估仿真，以模擬車輛和區塊鏈，并給出了系統結構的原型。另外，使用 OMNET++ 來測量在給定某些固定參數（如發送周期和速度）的情況下系統的預期存儲容量和吞吐量。仿真結果表明，隨著車輛數量的增加，吞吐量、端到端延遲和功耗也隨之增加。總體而言，原始設備制造商（OEM）可以通過考慮增加存儲容量以添加更多車輛，或降低發送頻率以允許更多車輛加入，來實施該系統。總的來說，所提出的系統是完全動態的，其配置可以根據 OEM 的需求進行調整，因為在實施過程中沒有特定的限制。
當前汽車行業的結構存在一個缺陷，即缺乏對車輛內部性能信息以及各內部部件狀態的持續監測。在車輛從工廠生產到首次及二次使用的整個生命周期中，這些信息都是必需的。缺乏真實可靠的信息會導致一系列問題，引發信任危機，例如車輛的歷史和性能信息、更換部件的原廠性、更換部件的使用壽命、推薦的保養歷史記錄等。在購買新車時，這些信息以及車輛品牌的可靠性都是需要考慮的主要因素[1,2]。
通常情況下，原始設備制造商（OEM）在車輛生產后并不會追蹤其車輛的真實數據。例如，需要監測的數據包括車輛在不同環境下的性能，如在非洲和歐洲的空調性能。因此，持續且實時的車輛監測可以節省大量成本，因為這有助于早期發現故障部件。豐田公司就是一個因缺乏持續監測而遭遇問題的知名案例，該公司在生產了數千輛汽車后才發現安全氣囊存在問題。由于缺乏持續監測，這一問題未能及時發現，導致工廠損失了數十億美元。如果采用持續監測，這一問題本可以更早被發現，并且可以通過無線軟件升級（FOTA）來修復或預防此類問題[3]。
此外，隨著自動駕駛技術對汽車行業的顛覆性影響，持續監測可以在發生事故時收集信息，以確定事故責任是軟件問題還是制造商問題[4]。另一個可以從持續監測中受益的方面是測量車輛排放的二氧化碳量。目前，這一信息是通過在特定區域收集樣本得出的，這可能導致數據不準確。此外，持續監測還可以用于收集車輛取證信息；然而，有關車輛取證的解決方案必須保護駕駛員的隱私。下一節將列出一些現有的解決方案和試驗，它們都依賴于手動收集數據[5,6]，這取決于人類的信任或不可信的系統，從而導致結果不可信[7,8]。
此外，區塊鏈技術正迅速成為智能時代的一股顛覆性力量，在多個行業中具有廣泛的應用潛力[9]。從本質上講，區塊鏈是一種去中心化、分布式的賬本技術，能夠實現安全、透明且防篡改的交易和數據共享。它提供了一個創建無需信任環境的平臺，在該環境中，數據可以在各方之間安全、透明地共享和驗證，而無需中介。這項技術有可能通過實現安全、透明的交易和數據共享，徹底改變金融、供應鏈管理、醫療保健等多個行業[10]。近年來，區塊鏈在物聯網（IoT）和連接設備領域受到了關注，它可以用于增強安全性和隱私保護、確保數據完整性，并實現新的商業模式[11]。特別是，區塊鏈在車聯網（IoV）的發展中具有巨大潛力，它可以為車輛、基礎設施和其他利益相關者之間的數據共享和通信提供一個安全、可靠的平臺[12]。
因此，在本文中，我們提出了一種基于區塊鏈技術的持續監測系統。所提出的方法采用區塊鏈技術來解決汽車行業中與數據信任和安全相關的挑戰。采用這種技術的動機在于，傳統的數據管理系統（如集中式數據庫）在確保數據完整性、保密性和真實性方面存在局限性。這些局限性可能導致欺詐行為、數據篡改和缺乏透明度，進而可能引發安全問題并降低消費者對汽車行業的信任。通過使用區塊鏈技術，所提出的方法可以提供一個去中心化、透明且防篡改的系統，確保網絡中存儲的數據的真實性和完整性。區塊鏈中的每個區塊都包含前一個區塊的加密哈希值，從而創建了一個難以修改的區塊鏈。這使得在沒有網絡參與者共識的情況下無法更改或刪除數據，從而確保了數據的不可變性和完整性。此外，所提出的方法中使用加密和對稱密碼學技術，為從車輛傳輸到OEM的數據提供了保密性和真實性。這確保了只有授權方才能訪問和修改數據，從而提供了一個安全、可靠的數據收集和分析系統。總體而言，在所提出的方法中采用區塊鏈技術旨在解決汽車行業中與數據信任和安全相關的挑戰，確保車輛的安全性和可靠性，并提高消費者對該行業的信任。
所提出的系統使用加密技術來確保從車輛傳輸到OEM的數據具有以下特性：保密性、完整性和真實性。區塊鏈技術為數據庫中保存的數據提供了完整性保障。從OEM的角度來看，我們的系統具有以下優勢：安全性、品牌塑造、早期發現故障部件以及車輛性能分析。這是通過車輛向制造商服務器發送定期消息來實現的，這些消息包含車輛記錄的所有診斷故障代碼（DTC），以及對每個部件的性能和原廠性進行定期檢查。另一方面，從車主的角度來看，該系統具有以下優勢：
安全性、維護和車輛歷史記錄。車主可以檢查車輛的性能以及所需的維護時間。此外，這些數據還可以作為車輛歷史記錄的證明，在車輛轉售時提供數據信任保障，因為使用區塊鏈技術可以防止這些數據在發布后被修改。此外，制造商還可以利用這些數據來分析車輛在不同環境下的性能。
為了創建系統原型，我們使用MATLAB Simulink對車輛和區塊鏈進行了模擬。此外，還使用OMNET++來測量系統的預期存儲容量和吞吐量。
在我們的假設中，使用區塊鏈技術通過提高提取數據的信任度和可靠性來滿足系統的一些要求。去中心化的特性賦予了系統更多的能力。除了透明度外，不可變性和訪問控制也是使系統安全并實現目標所必需的要求。本文的主要貢獻總結如下：
我們提出了一種基于區塊鏈技術的完全自動化遠程車輛診斷系統，該系統提供了一種安全、可信的方式來存儲和驗證車輛數據，并分析車輛在不同環境下的性能。
我們通過提供有關車輛性能、歷史記錄和可靠性的可靠數據，研究了所提出系統對不同參與方（如車主和制造商）的益處。該系統還可以進行調整，以滿足OEM在實施過程中的特定需求，且無需特定約束。
我們展示了使用MATLAB和OMNET++對所提出系統進行性能評估的幾個仿真結果。
本文的其余部分組織如下：第2節和第3節介紹了區塊鏈的背景和先前工作的文獻綜述。第4節詳細討論了我們所提出系統的框架。第5節給出了所提出解決方案的仿真結果以及對結果的討論。最后，第6節對全文進行了總結。
車聯網（Internet of Vehicles, IoV）是一項迅速發展的技術，它通過實現車輛與基礎設施之間的通信，正在改變交通運輸行業，從而帶來更高效、更安全的道路環境。車聯網涵蓋了廣泛的應用，如交通管理、車與車（Vehicle-to-Vehicle, V2V）通信、車與基礎設施（Vehicle-to-Infrastructure, V2I）通信、自動駕駛以及智能交通系統。近年來，通信技術（如5G、邊緣計算和區塊鏈）的最新進展，通過提供低延遲、高帶寬和安全的通信渠道，加速了車聯網的發展。車聯網具有減少交通擁堵、提高道路安全性和提升用戶整體駕駛體驗的潛力。因此，車聯網應用和框架的開發對于交通運輸行業的未來至關重要。
在此背景下，基于移動邊緣計算（Mobile-Edge-Computing, MEC）的車聯網框架是近年來出現的一項關鍵創新。該框架整合了MEC和車聯網的優勢，實現了車輛、基礎設施和云之間高效、可靠的通信、數據處理和存儲[2]。特別是，在5G異構網絡（HetNets）中的卸載方法是基于MEC的車聯網框架的關鍵方面之一。它能夠將計算密集型和數據密集型任務從車輛傳輸到位于網絡邊緣的MEC服務器，從而顯著降低通信延遲并提高整體系統性能。因此，5G HetNets中的卸載方法對于實現車聯網的全部潛力以及支持自動駕駛、實時交通監控和智能交通系統等各種應用至關重要。
因此，車聯網通過實現車輛之間以及車輛與周圍基礎設施之間的通信，徹底改變了汽車行業。車聯網的一個關鍵應用是車輛的持續監測和遠程診斷系統。通過集成傳感器和連接技術，車輛可以生成與其性能和健康狀況相關的大量數據，這些數據可以實時傳輸到制造商的服務器進行分析。然后，這些數據可用于診斷潛在問題、識別故障部件并進行主動維護，以避免故障發生。此外，借助先進的分析技術，制造商可以深入了解車輛的行為和性能，優化其生產流程，并提升客戶體驗。基于車聯網的持續監測和遠程診斷系統具有降低維護成本、提高車輛安全性和提升整體效率的潛力[26]。
此外，聯網車輛和車聯網的出現給汽車行業帶來了與安全、隱私和信任相關的新挑戰。在此背景下，區塊鏈技術因其去中心化、不可篡改和透明性等特性而被提出作為一種有前景的解決方案[27]。基于區塊鏈的車聯網框架可以增加信任和可追溯性，防止欺詐和網絡攻擊，并確保交換數據的保密性、完整性和真實性。這對于汽車行業的各個方面（如車輛安全、維護、性能分析和車輛歷史記錄）都具有重大影響。因此，基于區塊鏈的車聯網框架具有徹底改變汽車行業并啟用新服務和商業模式的潛力[28]。在本節的其余部分中，我們將概述文獻中提出的類似系統和相關工作，以解決車聯網背景下車輛持續監測和遠程診斷系統的挑戰。
最初的持續監測數據收集嘗試是通過使用車載診斷（On-Board Diagnostics, OBD）設備收集診斷故障代碼（DTCs），并通過WiFi將它們發送到服務器來完成的[29]。該系統的缺點是它沒有使用任何加密手段，因此不安全。此外，數據應在特定時間在一臺服務器上收集，這代表了一個單點故障。
二、區塊鏈實現架構
所提出的系統依賴于自動從車輛收集數據，以防止在手動輸入時添加任何虛假或錯誤數據。在車輛生產后，原始設備制造商（OEM）應對車輛進行注冊。最初，車輛將使用數據標識符（DIDs）讀取所有部件的序列號以進行識別。DIDs是統一診斷服務（UDS）所支持的服務之一，用于使用該編號從車輛中診斷或請求數據。發送用于讀取序列號的請求應如下所示：（22 F1 40）。此請求應發送到每個電子控制單元（ECU）以讀取序列號。響應應如下所示：（62 F1 40 + 序列號）。完成此步驟后，系統應使用內部數據庫或直接連接到OEM的服務器來檢查每個部件的原裝性。第二步是讀取所有數據故障代碼（DTCs）。DTC是存儲在可擦除可編程只讀存儲器（EPROM）中的代碼，用于指示任何問題。它也是UDS-ISO所支持的服務之一。
第三步分為以下三個階段：
對每個部件進行自檢，并報告測試結果。
使用DIDs讀取每個部件的生產日期。我們可以根據前兩個步驟計算部件的質量和壽命。檢查已更換的部件及其維護時間。
檢查車輛里程計數器，并將其存儲在區塊中。這是一個重要步驟，因為在二手車市場中，該計數器可能會被篡改以降低數字，從而給出錯誤的車輛使用時間指示。最后一步是讀取二氧化碳（CO2）排放量，這對于將污染控制在一定范圍內并在必要時減少污染至關重要。此外，高CO2排放量表明發動機存在問題。
在收集完所有這些信息后，區塊即可進行加密和簽名。然后，在驗證后，它將上傳到區塊鏈，用戶和OEM可以在其中瀏覽并查看所需信息。圖顯示了所提出解決方案的流程圖。
所收集的數據分為以下幾類：
OEM報告分析：這是從一輛或多輛車的存儲數據中提取的。報告包含有關車輛可靠性和每個部件在性能和原裝性方面的狀態信息。此類報告用于改進開發過程，并滿足每個市場的實際需求。
時間線報告分析：此報告提供了車輛狀態與特定時間的對比摘要。它描述了故障部件、更換時間、記錄的DTC以及故障原因。
車輛牌照、合同、交通違章記錄以及屬于該車輛的所有法律文件。
例如，汽車診斷代碼（Diagnostic Trouble Codes，簡稱DTCs）由一個五位字母數字代碼組成。其格式如圖所示。
所提出解決方案的主要優勢
如圖所示，原始設備制造商（OEM）和車主可以瀏覽并分析數據。該解決方案為OEM和車主帶來了以下六個主要優勢：
-> 安全性：避免因任何缺陷導致的嚴重事故，并在出現嚴重問題時提醒用戶，車輛將進行安全關閉。
-> 檢測故障部件：OEM能夠更早地檢測到故障部件，并根據故障區域對其進行分類。相應地，OEM可以迅速采取行動，如更快地召回車輛或通過無線固件升級（FOTA）進行軟件更新。
-> 品牌塑造：OEM在宣傳其車輛時，可以將分析結果作為可靠數據，因為提取的關于車輛性能的數據未被篡改。
-> 部件性能分析：通過分析部件性能，OEM能夠針對性能與壽命的關系更快地找到解決方案。此外，這將提高某些部件的質量（例如，在炎熱地區提高空調的性能）。
-> 維護：通過節省維護時間和更早地檢測到故障部件，可以防止與故障部件相連的任何其他部件受損。
-> 車輛歷史記錄：這是最有用的功能，因為用戶在將車輛作為二手車轉售時，將擁有可靠的數據，從而增加對車輛歷史記錄的信任。
