论电子收费（ETC）系统专用短程通信（DSRC）工作方式

论电子收费«丈）系统专用短程通信（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.%我国经济的快速增长弓I发日益严重的收费站车辆拥堵问题，电子收费(ETC)可以极大地提高收费车道通过率。文章从介绍电子收费(ETC)专用短程通信(DSRC)中重要设备OBE工作原理开始，着重分析了专用短程通信(DSRC)主动和被动2种工作方式，研究阐述了OBE专用短程通信(DSRC)主被动工作方式在RSE上实现的兼容性管理。【期刊名称】《江苏科技信息》【年（卷），期】2015（000）012【总页数】3页（P57-59）【关键词】收费;通信;主动;被动【作者】王登才【作者单位】江苏长天智远交通科技有限公司，江苏南京210039【正文语种】中文论电子收费（ETC）系统专用短程通信（DSRC）工作方式王登才（江苏长天智远交通科技有限公司，江苏南京210039）摘要：我国经济的快速增长引发日益严重的收费站车辆拥堵问题，电子收费（ETC）可以极大地提高收费车道通过率。文章从介绍电子收费（ETC）专用短程通信（DSRC）中重要设备OBE工作原理开始，着重分析了专用短程通信（DSRC）主动和被动2种工作方式，研究阐述了OBE专用短程通信（DSRC）主被动工作方式在RSE上实现的兼容性管理。关键词：收费；通信；主动；被动作者简介：王登才（1968-），男，江苏泰州，硕士，高级工程师；研究方向：信息、技术产业。1电子收费（ETC）概述电子收费系统英文名ElectroicTollCollectionSystem（ETCS），电子收费简称ETC。不停车、无人工操作、无现金交易是ETC过程3个主要特征。ETC系统是利用微波技术、电子技术、计算机技术、通信和网络技术、信息技术、传感技术、图象识别技术等高新技术设备和软件（包括管理）所组成的先进系统，以实现车辆无需停车即可自动地收取通行费用。ETC系统通过路侧设备（RoadsideEquipment,简称RSE）、车载设备（OnBoardEquipment,简称OBE）内特有编码信息，识别车型信息，通收费系统计算通行费用，并自动从账户中扣除通行费。我国目前使用RSE和OBE之间以微波专用短程通信（DedicatedShortRangeCommunication，简称DSRC）通信协议的数据交换方式和5.8GHZ微波无线传递手段（见图1）,实现移动OBE与RSE之间安全可靠的信息交换。图1电子收费（ETC）专用短程通信（DSRC）示意2车载设备OBET作原理车载设备OBE是电子收费的通行证，它类似于一个可查寻和写入的身份证件，将它安装在汽车前的挡风玻璃上，由安装在路面上的RSE读写天线与OBE交流信息，读出已有的信息、修改或写入新的数据信息。目前，OBE分为3种类型：只读型、读写型和带智能卡型。各类OBE方框结构如图2所示，一般由通信收发器、微处理单元、显示器、蜂鸣器和电源组成，但各类卡的微处理单元的功能却有较大区别。图2OBE方框结构车载设备OBE结构中的通信收发器有接收/发射天线，接收回路中有检波电路和解调器。唤醒收发器的微波激励水平会在一定范围内变动，为此设置电位判别器，根据设置的信号，输出需要的能量信号，以唤醒处理单元工作。发射回路接收微处理单元送来的已调制信号，经功率放大后由天线发出。半双TOBE，需要有一个触发信号控制收、发天线的非同步工作，通信收发器功能方框如图3所示。车载设备OBE面积有限，接收和发射天线大都做成微带天线形状。OBE底板厚度远小于微波波长入，常用作微带天线底板，用金属沉积法在底板上生成矩形、圆形或其他形状的辐射元，底板背面贴以金属薄层作接地板，如图4所示，天线体积小质量轻，工艺简单，而且最大辐射线基本在平面的法线方向，易于实现圆极化和双频率工作，但频带窄，效率较低。图3OBE结构中通信收发器方框图4微带天线3DSRC的主动式与被动式比较上文阐述了车载设备OBE结构原理，OBE与RSE之间DSRC通信工作方式可以分为主动式(ActiveDSRC)和被动式(PassiveDSRC)2种。主动式又称为收发器系统，OBE和RSE均带有电源和振荡器，用来发射电磁波，当RSE向OBE发射询问电磁波信号，OBE利用电池的能量将响应信号发回给RSE，发回信号功率较大，通信距离也较长。主动式可以全双工通信，收发信号频率不同。被动式又称为异频收发系统或反向散射系统，是指RSE发出具有一定能量的电磁波作为询问信号，OBE接受后形成激励源，在OBE内形成2V左右的直流电源，提供OBE内集成电路工作所需的稳定电压，OBE被电磁波激活后进入通信状态，利用RSE所发射的电磁波能量，切换到另一频率反向发送给RSE的系统。被动式如为半双工通信方式，收发信号频率可以相同，发射能量来自于所接受的电磁波，可以不配备电源，其有效通信距离较短。4DSRC的主动式与被动式的应用ITS的国际标准的制定由ISO的TC204技术委员会负责。收费技术标准的制定由TC204技术委员会的第5工作组（WG5）负责，DSRC标准的制定由第15工作组（WG15）负责。1999年11月底，ITU-R/SG8通过日本5.8GHz全双工主动式、欧洲CEN的5.8GHz和意大利的5.8GHz（全）双工被动式3种DSRC标准。2000年，5.8GHz微波频率已正式成为被ITU确认的用于ETC的国际标准。目前，国际上形成了以西方国家为代表的5.8GHz被动式和以日本为代表的5.8GHz主动式2种DSRC通信标准。我国于2002年7月公布了《关于使用5.8GHz频段频率事宜的通知》（信部无〔2002〕277号），2007年5月公布的国标GB/T20851.1-2007《电子收费专用短程通信》正式要求在我国电子收费中使用5.8GHz微波进行数据交换。在亚洲，日本多年前就放弃被动式DSRC,发展主动式DSRC技术，并将其作为国家标准；信息技术发达的韩国，也停止了多年的被动式DSRC的应用，全面开展了主动式DSRC技术的研究与应用。全球最大的封闭式高速公路ETC项目——马来西亚北南高速公路，采用奥地利EFKON公司提供的主动式DSRC技术，并加入到马来西亚IC卡一卡通应用系统。台湾ETC经过多年论证，决定全部采用EFKON提供的主动式DSRC技术。在我国较早使用电子收费专用设备（RSE和OBE）的江苏、广东等高速公路基本上都使用了被动式，目前被动式较为便宜，欧洲的厂家多，性能稳定。表1DSRC的主动式与被动式比较5DSRC的主动式与被动式兼容性管理2007年4月10日，交通部下发《关于开展京津冀和长三角区域高速公路联网不停车收费示范工程建设的通知》（交公路发〔2007〕161号），拉开了我国高速公路较大规模建设不停车电子收费车道的序幕。这次在京津冀和长三角区域高速公路需要大量的电子收费专用设备（RSE和OBE），这些设备完全由我国自主开发，还是像我国目前的汽车行业引进部分核心技术在国内生产、组装，或是整体引进设备与我国自产设备同台竞争，这都是要这次京津冀和长三角区域高速公路不停车收费示范工程需要解决的问题。如引进设备，欧洲、北美、日本DSRC通信标准工作方式又不一样。我国自产设备，也存在是不是直接开发主动式的DSRC通信方式的子收费专用设备，另外自产设备由于开发时间短、大规模应用少，在安全、稳定、可靠上是否可以得到保证等问题。因ETC用户存在一个市场培育的过程，用户刚开始不多（我国早期上的几条高速就因为使用不停车收费的车主很少，逐渐荒废直至停用），工程伊始就大规模的投资，性价比需要考虑。先上较为便宜的被动式设备，待ETC用户已占高速公路用户一定的份额，况且系统设备的使用周期在一定年限后本身也需要升级，到时逐步调整到主动式设备上来也不失为一种办法。为了我国各地根据具体情况使用主动式和被动式设备，在国标GB/T20851.3-2007中对主被动式设备进行了定义，将主动式设备定为B类，被动式设备定为A类，被动式设备主要满足ETC系统的基本应用，主动式设备在满足ETC基本应用的基础上，还可满足较高速率数据传输的应用。主动式设备和被动式设备通过信标服务表BST（BeaconServiceTable）实现兼容性管理，兼容性的实现在RSE端，即RSE支持主动式和被动式2类协议。国标GB/T20851.2-2007要求RSE和OBE之间的通信支持广播和点对点2种方式。广播方式下，RSE和OBE之间不需要建立专用通信链路，以广播MAC地址作为链路标识，所有OBE都能接受RSE发出的消息。点对点方式下，RSE与OBE之间需建立专用通信链路，该链路以专用MAC地址作为唯一标识进行数据交换。RSE支持主动式和被动式2类协议，现以广播方式通信为例实现RSE兼容性管理，示例如下：（1）RSE周期性广播主动式和被动式车辆服务表VST（VehicleServiceTable）；（2）主动式OBE或被动式OBE响应VST；（3）RSE判断OBE类型；（4）RSE与该OBE建立专用链路，并按照确定的协议（主动式或者被动式）进行后续通信。参考文献[1]翁小雄.高速公路机电系统[M].北京：人民交通出版社，2000.[2]王智.国际电联ITU关于ITS的研究[J].中国公路•交通信息产业，2002（2）:13-15.（责任编辑赵红）TheElectronicTollCollection(ETC)SystemofDedicatedShortRangeCommunication(DSRC)ModeWangDengcai（JiangsuItsskyTechnologyCo.,Ltd.,Nanjing210039,China）Abstract:China'srapideconomicgrowthhascausedincreasinglyserioustrafficcongestiontollstation,electronictollcollection（ETC）cangreatlyimprovetherateoftolllane.Thispaperintroducestheelectronictollcollection（ETC）dedicatedshortrangecommunication（DSRC）beganinimportantequipmentoftheworkingprincipleofOBE,focusesontheanalysis