专用短程通信技术是一种新型的技术,专门用于机动车辆在
高速公路等收费点实现不停车自动收费
ETC技术。
术语解释
DSRC(Dedicated Short Range Communication)专用短程通信是ITS
智能运输系统领域中专门用于机动车辆在
高速公路等收费点实现不停车自动收费EFC(Electronic Fee Collection)的技术,也就是长距离
RFID射频识别(又称
电子标签E-tag)。
工作频段
国际上DSRC专用短程通信技术曾出现3个主要的工作频段:800-900MHz、2.4GHz和5.8GHz频段,我们国家采用的是源于ISO/TC204
国际标准化组织智能
运输系统技术委员会(国内编号为SAC/TC268)的5.795-5.815GHz ISM频段,
下行链路(D-link)500Kbp,2-AM;
上行链路(U-link)250Kbp,2-PSK的技术标准。
标准协议
信息交换、电子收费与
支付系统物理层(L1)、
链路层(L2)和应用层(L7)协议。
相关通信设备
DSRC标准主要涉及两类设备:路边设备RSU和车载设备OBU(On-Board Unit)。正是通过路边设备RSU与车载设备OBU之间的通信建立,使得机动车辆(装有OBU)在中速(50-60公里/小时)情况下通行在下部置有RSU天线的门架时实现车辆与路边设备RSU的
数据交换,应用于ETC就是自动收费(记录,只读功能)/管理/信息交换传输/结算系统。
标准化动态
国际上已形成以CEN/TC278,美国
ASTM/
IEEE,日本ISO/TC204为核心的DSRC
标准化体系。其中CEN/TC278和日本ISO/TC204已
公开发表其DSRC标准。美国则仍对ASTM/IEEE提出的DSRC
标准草案持异议。ISO究竟会以哪一标准为基础,还得假以时日。
欧洲进展
1994 年,CEN/TC278第9工作组开始了DSRC标准的起草工作,于95年2月完成ENV12253“5.8
GHz DSRC
物理层” 和ENV12795“DSRC
数据链路层”草案的编制工作、该草案于1997年7月最终获各成员国通过。ENN12834“DSRC应用层” 标准也于1997年9月获投票通过。CEN/TC278 DSRC标准的主要特点是:5.8 GHz被动式
微波通信,中等通信速率(500Kbps 上行,250 Kbps下行),
调制方式为ASK和
BPSK。另外,欧洲的Bosch、CGE和Combitech还联合制定了“Global Specification for DSRC”和“Global Tolling System”厂商统一标准,为不同
ETC收费系统的通用性做好了硬件技术准备。
美国进展
1992年,ASTM对
北美地区的不同ETC技术进行评价,
休斯公司提出的DSRC标准被ASTM以ASTM V6草案提交各部门讨论,其主要内容是:915
MHz,
TDMA通信协议和主动
应答器。然而不幸的是该方案遭到了Amtech,
TI,MFS等公司的反对,他们建议采用
CEN标准作为允许使用915 MHz系统的补充。因为CEN/TC 278是欧洲国家多年努力的结果,已进行相当广泛的试验。关于频率
资源问题,1997年5月19日,
ITS America 向联邦通信委员会(
FCC)提出将5.850~5.925GHz
频带分配给智能运输服务领域并保留915MHz用于近期ETC系统的申请。1998年6月11日,在
美国联邦通信委员会的公开会上,5位委员一致投票建议将5.850~5.925GHz(75MHz)频段分配给运输服务领域的短程通信。
日本进展
日本制定DSRC标准,是从本国实际情况出发。
建设省和道路
公团于1994年11月邀请国内10家公司和集团联合进行了ETC收费系统的
野外试验,历时5个月,并同时进行了全国范围内的
电磁场测试,为DSRC频率的选定提供了依据,于1996年8月出版了“共同研究报告”。1997年1月,日本TC204委员会完成了DSRC标准制定工作,已提交给邮政省和建设省待批。虽没有审批结果,但日本ISO/TC204第15工作组负责人Sam Oyama称该标准不可能有大的修改,并且该标准已提交ISO,
希能成为
国际标准。
ISO进展
ISO/TC204关于DSRC标准之争集中在是采用欧洲、美国、日本中的哪一种标准还是允许多种标准存在。根据ISO与CEN签订的
维也纳协议,CEN和ISO工作组进行相同项目研究时,其研究成果互相交换。在1997年10月ITS
柏林世界大会上,欧盟代表Carl Herbert Rokitansk博士提议CEN/TC278标准作为ISO标准时,遭到美日代表的反对。有关人士预测,若
欧美仍争执不下,
ISO标准将在物理层(L1)允许多种频率的存在甚至不规定频率,而采用世界统一的应用层(L7)协议。
中国动态
1996年8月在
国家技术监督局和
交通部主管部门的指导支持下,国家计委决定立项开展“公路
交通工程设施
综合标准化研究”,于1997年12月正式签定研究合同。内容是完成公路交通工程设施综合标准化研究报告和标准化体系表,并在相应的试验基础上编制国家首批急需的20~25项标准,其中ETC收费系统DSRC是其中一项,整个项目研究和首批标准编制
工作计划于1999年10月之前完成。
针对公路管理部门对ETC系统的需求,交通部
科技司从大局出发,于1998年1月下达了“
网络环境下ETC收费
系统研究与推广应用”的联合攻关项目,旨在全面系统地研究ETC收费系统的
技术构成、
接口规范、
电磁兼容性、网络结算等
技术细节,以保障全国各大区域内的
系统兼容性,从而确保公路管理公司以及
最终用户等的利益,促使ETC收费系统市场健康、快速地发展。此课题的承担单位为交通部公路所和西安公路所,
北京市
公路局、江苏省交通厅、
广东省交通厅、
四川省交通厅为参加单位,并在以上四省市开展ETC系统示范
工程建设。此课题的开展无疑对ETC系统的应用具有重要指导意义。在此课题的研究基础上,中国交通工程设施(公路)标委会和中国ISO/TC204技术委员会将完成ETC收费系统DSRC标准化。
鉴于国际DSRC标准
发展趋势和国内ETC系统应用现状,1998年5月,交通部ITS中心向交通部无线电管理委员会提出将5.8Ghz频段分配给智能运输
系统技术领域的短程通信(包括ETC收费系统)。
具体技术指标
项目值 频率用户
智能运输系统技术领域的短程通信
频段:5.795-5.815 Ghz
调制方式:ASK, BPSK
传播距离:10 m
确定ETC系统的工作频段,是所有ETC收费系统制造商和用户所密切关心的问题。我国ETC系统兼容性正处于“十字路口”,合理
选择系统工作频段,需从
技术性能和产品可供应面来考虑,以维护
国家利益。在确定工作频段基础上,还需制定相关
技术规范并形成
国家标准。
技术应用
在采用DSRC技术的系统中,车子上装备有
OBU,相当于
移动终端。并且OBU有比较强的数据处理能力,可以满足DSRC的特定需要。在路边部署了被称为路边单元的
RSU,与OBU相比除了具有基本通信功能外还拥有一定的
管理功能并且接入后备网络。
车载DSRC系统包括车-路(V2R)通信和车-车(V2V)通信两种形式:车-路通信是车辆与路边基础设施的通信,属于移动节点与固定节点的通信,采用基于一跳的
Ad Hoc网络模型;车-车通信是车辆间通信,采用基于
多跳的Ad Hoc网络模型。两种
通信方式被应用于不同领域。
电子地图
除了已经比较成熟的ETC系统外,基于车-路通信的DSRC应用还可以用在电子地图的下载和交通调度等。路边的RSU接入后备网络与当地的交通信息网或因特网相连,通过
OBU与
RSU的通信来获得
电子地图和路况信息等,从而可以选择最优路线,能够缓解交通拥堵等。
车-车通信
车-车通信方式主要用于车辆的
主动安全方面。据
世卫组织统计全球每年有120多万人死于
交通事故,每年交通事故造成的经济损失高达5180亿美元。将DSRC技术应用于交通安全领域,能够提高交通的
安全系数,作用是减少交通事故,降低直接和非直接的经济损失,以及减少地面
交通网络的拥塞。
一种情形是当前面车辆检测到障碍物或车祸等情况时,它将向后发送碰撞
警告信息,提醒后面的车辆潜在的危险;另一情形为,在路边紧急停车的车辆向靠近自己的车发送警告消息,提醒它们不要进入危险区域。车-车通信的应用还包括转弯
速度控制、车队管理和安全超车等。
DW结合
未来的
智能交通通信系统将会是一个统一的
信息交互平台,除了提供交通和
安全信息实时交互以外,还包括内容丰富的定制
信息服务,如获取娱乐和资讯信息,实现因特网接入等。
能提供高速的
数据传输,并且能保证通信的低延时和低干扰,保证
系统的可靠性,是
蜂窝网络的一种补充。并且很重要的是,DSRC网络是由汽车厂商主导的,因此
应将网络设备尽可能的部署在车辆上。
WiMAX的
无线中继技术为在高频段实现
宽带无线接入提供了一种具有高性价比的解决方案,能提供更好的
通信质量,同时还能实现对无线资源的二级调度,在改善网络覆盖质量的同时,提升
系统容量,提高资源
利用率。可以采用移动中继技术实现DSRC与WiMAX的结合。
同济大学在DSRC方面的研究起步较早,在国内最早提出了采用移动中继
技术融合DSRC,如图3所示,通过移动
中继站接入当前服务小区的
接入点,并由此接入
基础设施网络。携带中继站的车辆能为车内用户提供高速、可靠的公网连接,提供大容量的通信并保证通信质量。
车内用户无须
直接连接基站,只要通过车载移动中继站就可以进行高速的上传、下载。而车辆间通信是局域联网,是通过DSRC自组织的方式实现,为车间通信提供了
高可靠性的连接和数据传输,实现安全性应用,而未装备移动中继的车辆可以通过DSRC网络实现
资源共享。
DLTE-V
DSRC已被
美国交通部确认为V2V标准,经过10年研发与测试已经定型。
LTE-V技术被认为是实现
车联网的重要基石,受到智能交通ITS领域人士看重。
为应对车辆主动安全、行车效率、
车载娱乐多场景业务需求,LTE-V采用“广域蜂窝式(LTE-V-Cell)+短程直通式通信(LTE-V-Direct)”,前者基于现有
蜂窝技术的扩展,主要承载传统的车联网业务;后者引入LTE D2D(
Device-to-Device),LTE-D具备能寻找500公尺内数以千计设备以及服务的能力,因此能让两个以上最接近的LTE-D设备在网内通信,能为LTE
V2X提供良好的基础,实现V2V、V2I直接通信,承载车辆主动安全业务,主要满足
终端安全低
时延、高可靠的要求。
由于5.9GHz的DSRC在
中国会有潜在干扰的问题,中国需要一个不同的 V2X解决方案,
CCSA已经在中国针对LTE V2X推出了工作项目(Work Item)。LTE V2X的最大好处在于能重复使用现有的蜂窝
基础建设与频谱,运营商不需要布建专用的路侧设备(road side unit,RSU)以及提供专用频谱。