論電子收費（ETC）系統(tǒng)專用短程通信（DSRC）工作方式

論電子收費?丈）系統(tǒng)專用短程通信（DSRC）工作方式王登才【摘要】China'srapideconomicgrowthhascausedincreasinglyserioustrafficcongestiontollstation,electronictollcollection(ETC)cangreatlyimprovetherateoftolllane.Thispaperintroducestheelectronictollcollection(ETC)dedicatedshortrangecommunication(DSRC)beganinimportantequipmentoftheworkingprincipleofOBE,focusesontheanalysisofthededicatedshort-rangecommunications(DSRC)activeandpassiveworkingmodetwokindsofworkmode,theresearchexpoundstheOBEdedicatedshortrangecommunication(DSRC)compatibilitymanagementinpassivemode,therealizationinRSE.%我國經(jīng)濟的快速增長弓I發(fā)日益嚴(yán)重的收費站車輛擁堵問題，電子收費(ETC)可以極大地提高收費車道通過率。文章從介紹電子收費(ETC)專用短程通信(DSRC)中重要設(shè)備OBE工作原理開始，著重分析了專用短程通信(DSRC)主動和被動2種工作方式，研究闡述了OBE專用短程通信(DSRC)主被動工作方式在RSE上實現(xiàn)的兼容性管理?！酒诳Q】《江蘇科技信息》【年（卷），期】2015（000）012【總頁數(shù)】3頁（P57-59）【關(guān)鍵詞】收費;通信;主動;被動【作者】王登才【作者單位】江蘇長天智遠交通科技有限公司，江蘇南京210039【正文語種】中文論電子收費（ETC）系統(tǒng)專用短程通信（DSRC）工作方式王登才（江蘇長天智遠交通科技有限公司，江蘇南京210039）摘要：我國經(jīng)濟的快速增長引發(fā)日益嚴(yán)重的收費站車輛擁堵問題，電子收費（ETC）可以極大地提高收費車道通過率。文章從介紹電子收費（ETC）專用短程通信（DSRC）中重要設(shè)備OBE工作原理開始，著重分析了專用短程通信（DSRC）主動和被動2種工作方式，研究闡述了OBE專用短程通信（DSRC）主被動工作方式在RSE上實現(xiàn)的兼容性管理。關(guān)鍵詞：收費；通信；主動；被動作者簡介：王登才（1968-），男，江蘇泰州，碩士，高級工程師；研究方向：信息、技術(shù)產(chǎn)業(yè)。1電子收費（ETC）概述電子收費系統(tǒng)英文名ElectroicTollCollectionSystem（ETCS），電子收費簡稱ETC。不停車、無人工操作、無現(xiàn)金交易是ETC過程3個主要特征。ETC系統(tǒng)是利用微波技術(shù)、電子技術(shù)、計算機技術(shù)、通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感技術(shù)、圖象識別技術(shù)等高新技術(shù)設(shè)備和軟件（包括管理）所組成的先進系統(tǒng)，以實現(xiàn)車輛無需停車即可自動地收取通行費用。ETC系統(tǒng)通過路側(cè)設(shè)備（RoadsideEquipment,簡稱RSE）、車載設(shè)備（OnBoardEquipment,簡稱OBE）內(nèi)特有編碼信息，識別車型信息，通收費系統(tǒng)計算通行費用，并自動從賬戶中扣除通行費。我國目前使用RSE和OBE之間以微波專用短程通信（DedicatedShortRangeCommunication，簡稱DSRC）通信協(xié)議的數(shù)據(jù)交換方式和5.8GHZ微波無線傳遞手段（見圖1）,實現(xiàn)移動OBE與RSE之間安全可靠的信息交換。圖1電子收費（ETC）專用短程通信（DSRC）示意2車載設(shè)備OBET作原理車載設(shè)備OBE是電子收費的通行證，它類似于一個可查尋和寫入的身份證件，將它安裝在汽車前的擋風(fēng)玻璃上，由安裝在路面上的RSE讀寫天線與OBE交流信息，讀出已有的信息、修改或?qū)懭胄碌臄?shù)據(jù)信息。目前，OBE分為3種類型：只讀型、讀寫型和帶智能卡型。各類OBE方框結(jié)構(gòu)如圖2所示，一般由通信收發(fā)器、微處理單元、顯示器、蜂鳴器和電源組成，但各類卡的微處理單元的功能卻有較大區(qū)別。圖2OBE方框結(jié)構(gòu)車載設(shè)備OBE結(jié)構(gòu)中的通信收發(fā)器有接收/發(fā)射天線，接收回路中有檢波電路和解調(diào)器。喚醒收發(fā)器的微波激勵水平會在一定范圍內(nèi)變動，為此設(shè)置電位判別器，根據(jù)設(shè)置的信號，輸出需要的能量信號，以喚醒處理單元工作。發(fā)射回路接收微處理單元送來的已調(diào)制信號，經(jīng)功率放大后由天線發(fā)出。半雙TOBE，需要有一個觸發(fā)信號控制收、發(fā)天線的非同步工作，通信收發(fā)器功能方框如圖3所示。車載設(shè)備OBE面積有限，接收和發(fā)射天線大都做成微帶天線形狀。OBE底板厚度遠小于微波波長入，常用作微帶天線底板，用金屬沉積法在底板上生成矩形、圓形或其他形狀的輻射元，底板背面貼以金屬薄層作接地板，如圖4所示，天線體積小質(zhì)量輕，工藝簡單，而且最大輻射線基本在平面的法線方向，易于實現(xiàn)圓極化和雙頻率工作，但頻帶窄，效率較低。圖3OBE結(jié)構(gòu)中通信收發(fā)器方框圖4微帶天線3DSRC的主動式與被動式比較上文闡述了車載設(shè)備OBE結(jié)構(gòu)原理，OBE與RSE之間DSRC通信工作方式可以分為主動式(ActiveDSRC)和被動式(PassiveDSRC)2種。主動式又稱為收發(fā)器系統(tǒng)，OBE和RSE均帶有電源和振蕩器，用來發(fā)射電磁波，當(dāng)RSE向OBE發(fā)射詢問電磁波信號，OBE利用電池的能量將響應(yīng)信號發(fā)回給RSE，發(fā)回信號功率較大，通信距離也較長。主動式可以全雙工通信，收發(fā)信號頻率不同。被動式又稱為異頻收發(fā)系統(tǒng)或反向散射系統(tǒng)，是指RSE發(fā)出具有一定能量的電磁波作為詢問信號，OBE接受后形成激勵源，在OBE內(nèi)形成2V左右的直流電源，提供OBE內(nèi)集成電路工作所需的穩(wěn)定電壓，OBE被電磁波激活后進入通信狀態(tài)，利用RSE所發(fā)射的電磁波能量，切換到另一頻率反向發(fā)送給RSE的系統(tǒng)。被動式如為半雙工通信方式，收發(fā)信號頻率可以相同，發(fā)射能量來自于所接受的電磁波，可以不配備電源，其有效通信距離較短。4DSRC的主動式與被動式的應(yīng)用ITS的國際標(biāo)準(zhǔn)的制定由ISO的TC204技術(shù)委員會負責(zé)。收費技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定由TC204技術(shù)委員會的第5工作組（WG5）負責(zé)，DSRC標(biāo)準(zhǔn)的制定由第15工作組（WG15）負責(zé)。1999年11月底，ITU-R/SG8通過日本5.8GHz全雙工主動式、歐洲CEN的5.8GHz和意大利的5.8GHz（全）雙工被動式3種DSRC標(biāo)準(zhǔn)。2000年，5.8GHz微波頻率已正式成為被ITU確認的用于ETC的國際標(biāo)準(zhǔn)。目前，國際上形成了以西方國家為代表的5.8GHz被動式和以日本為代表的5.8GHz主動式2種DSRC通信標(biāo)準(zhǔn)。我國于2002年7月公布了《關(guān)于使用5.8GHz頻段頻率事宜的通知》（信部無〔2002〕277號），2007年5月公布的國標(biāo)GB/T20851.1-2007《電子收費專用短程通信》正式要求在我國電子收費中使用5.8GHz微波進行數(shù)據(jù)交換。在亞洲，日本多年前就放棄被動式DSRC,發(fā)展主動式DSRC技術(shù)，并將其作為國家標(biāo)準(zhǔn)；信息技術(shù)發(fā)達的韓國，也停止了多年的被動式DSRC的應(yīng)用，全面開展了主動式DSRC技術(shù)的研究與應(yīng)用。全球最大的封閉式高速公路ETC項目——馬來西亞北南高速公路，采用奧地利EFKON公司提供的主動式DSRC技術(shù)，并加入到馬來西亞IC卡一卡通應(yīng)用系統(tǒng)。臺灣ETC經(jīng)過多年論證，決定全部采用EFKON提供的主動式DSRC技術(shù)。在我國較早使用電子收費專用設(shè)備（RSE和OBE）的江蘇、廣東等高速公路基本上都使用了被動式，目前被動式較為便宜，歐洲的廠家多，性能穩(wěn)定。表1DSRC的主動式與被動式比較5DSRC的主動式與被動式兼容性管理2007年4月10日，交通部下發(fā)《關(guān)于開展京津冀和長三角區(qū)域高速公路聯(lián)網(wǎng)不停車收費示范工程建設(shè)的通知》（交公路發(fā)〔2007〕161號），拉開了我國高速公路較大規(guī)模建設(shè)不停車電子收費車道的序幕。這次在京津冀和長三角區(qū)域高速公路需要大量的電子收費專用設(shè)備（RSE和OBE），這些設(shè)備完全由我國自主開發(fā)，還是像我國目前的汽車行業(yè)引進部分核心技術(shù)在國內(nèi)生產(chǎn)、組裝，或是整體引進設(shè)備與我國自產(chǎn)設(shè)備同臺競爭，這都是要這次京津冀和長三角區(qū)域高速公路不停車收費示范工程需要解決的問題。如引進設(shè)備，歐洲、北美、日本DSRC通信標(biāo)準(zhǔn)工作方式又不一樣。我國自產(chǎn)設(shè)備，也存在是不是直接開發(fā)主動式的DSRC通信方式的子收費專用設(shè)備，另外自產(chǎn)設(shè)備由于開發(fā)時間短、大規(guī)模應(yīng)用少，在安全、穩(wěn)定、可靠上是否可以得到保證等問題。因ETC用戶存在一個市場培育的過程，用戶剛開始不多（我國早期上的幾條高速就因為使用不停車收費的車主很少，逐漸荒廢直至停用），工程伊始就大規(guī)模的投資，性價比需要考慮。先上較為便宜的被動式設(shè)備，待ETC用戶已占高速公路用戶一定的份額，況且系統(tǒng)設(shè)備的使用周期在一定年限后本身也需要升級，到時逐步調(diào)整到主動式設(shè)備上來也不失為一種辦法。為了我國各地根據(jù)具體情況使用主動式和被動式設(shè)備，在國標(biāo)GB/T20851.3-2007中對主被動式設(shè)備進行了定義，將主動式設(shè)備定為B類，被動式設(shè)備定為A類，被動式設(shè)備主要滿足ETC系統(tǒng)的基本應(yīng)用，主動式設(shè)備在滿足ETC基本應(yīng)用的基礎(chǔ)上，還可滿足較高速率數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。主動式設(shè)備和被動式設(shè)備通過信標(biāo)服務(wù)表BST（BeaconServiceTable）實現(xiàn)兼容性管理，兼容性的實現(xiàn)在RSE端，即RSE支持主動式和被動式2類協(xié)議。國標(biāo)GB/T20851.2-2007要求RSE和OBE之間的通信支持廣播和點對點2種方式。廣播方式下，RSE和OBE之間不需要建立專用通信鏈路，以廣播MAC地址作為鏈路標(biāo)識，所有OBE都能接受RSE發(fā)出的消息。點對點方式下，RSE與OBE之間需建立專用通信鏈路，該鏈路以專用MAC地址作為唯一標(biāo)識進行數(shù)據(jù)交換。RSE支持主動式和被動式2類協(xié)議，現(xiàn)以廣播方式通信為例實現(xiàn)RSE兼容性管理，示例如下：（1）RSE周期性廣播主動式和被動式車輛服務(wù)表VST（VehicleServiceTable）；（2）主動式OBE或被動式OBE響應(yīng)VST；（3）RSE判斷OBE類型；（4）RSE與該OBE建立專用鏈路，并按照確定的協(xié)議（主動式或者被動式）進行后續(xù)通信。參考文獻[1]翁小雄.高速公路機電系統(tǒng)[M].北京：人民交通出版社，2000.[2]王智.國際電聯(lián)ITU關(guān)于ITS的研究[J].中國公路?交通信息產(chǎn)業(yè)，2002（2）:13-15.（責(zé)任編輯趙紅）TheElectronicTollCollection(ETC)SystemofDedicatedShortRangeCommunication(DSRC)ModeWangDengcai（JiangsuItsskyTechnologyCo.,Ltd.,Nanjing210039,China）Abstract:China'srapideconomicgrowthhascausedincreasinglyserioustrafficcongestiontollstation,electronictollcollection（ETC）cangreatlyimprovetherateoftolllane.Thispaperintroducestheelectronictollcollection（ETC）dedicatedshortrangecommunication（DSRC）beganinimportantequipmentoftheworkingprincipleofOBE,focusesontheanalysis