引言

我國2017年ETC用戶約為6046.9萬,2018年底ETC用戶約為7656萬。交通運輸部最新數(shù)據(jù)顯示,截至2019年8月27日,全國ETC用戶累計達到11587.77萬,ETC用戶呈高速增長態(tài)勢。

截至2018年12月底,全國29個聯(lián)網(wǎng)省份共設收費站9322個,ETC專用車道19674條,MTC車道60405條,混合車道2318條。隨著智慧高速應用需求的提出,ETC車道系統(tǒng)也將朝著智能化方向升級。RSU作為ETC系統(tǒng)的關鍵設備,也面臨著升級換代的需求。

1RSU工作原理

ETC系統(tǒng)主要由收費島、ETC主控機、車載設備(onboardunit,oBU）、路側(cè)設備(Roadsideunit,RSU）、地感線圈、車道攝像機、高速自動欄桿機、通行信號燈等組成。

ETC主控機的主要功能是采集車道車流狀態(tài),處理車道收費流程及數(shù)據(jù),控制車道設備,引導、控制車輛通過ETC車道。

RSU與oBU是ETC系統(tǒng)的短程無線通信設備。RSU由微波天線、射頻部分、數(shù)字控制和電源部分組成,主要功能是信息的傳遞通信。RSU通過微波無線通信讀取oBU內(nèi)信息,供ETC主控機分析處理,同時可傳遞指令給oBU,以便對oBU內(nèi)信息進行修改,寫入電子收費信息。oBU為雙片式電子標簽,由車載機和IC卡(雙界面CPU卡）兩部分組成,車載機存儲了車牌、車型等車輛身份參數(shù),而IC卡存儲了消費賬號、賬戶金額方面的信息。oBU一般安裝在車內(nèi)的擋風玻璃上或汽車后視鏡的背面,視寬約為仰角35o～85o,離地面高度約1.5m。oBU具有防拆卸功能,自行拆卸會使oBU失效,需要重新激活后才能使用。

RSU與oBU通過微波通信交換數(shù)據(jù),ETC主控機與RSU通過RS485連接交換數(shù)據(jù)。

2RSU通信原理

我國ETC使用的是基于GB/T20851.1定義的DSRC協(xié)議。DSRC協(xié)議包括L1物理層、L2數(shù)據(jù)鏈路層(DLL:LLC+MAC）、L7應用層,如圖1所示。

L1物理層包含上行鏈路、下行鏈路,其中上行鏈路為oBU至RSU的鏈路,采用ASK調(diào)制,速率為512kbps:下行鏈路為RSU至oBU的鏈路,采用BPSK調(diào)制,速率為256kbps。RSU工作頻率上行5.790/5.800GHz,下行5.830/5.840GHz,發(fā)射功率33dBm:可靠性指標要求MTBF>100000h。RSU天線半功率角、水平半功率波瓣寬度<209,垂直半功率波瓣寬度<389。

L2數(shù)據(jù)鏈路層定義了RsU和0BU之間通信過程的參數(shù),控制0BU與RsU之間的信息交互過程。L2數(shù)據(jù)鏈路層包括兩個子層:媒體訪問控制(MAC）層、邏輯鏈路控制(LLC）層。MAC層通過物理通道建立RsU與0BU間的連接,實施幀控制、數(shù)據(jù)校驗等。MAC層還定義了通信控制規(guī)程HDLC、對共享媒體訪問的控制等。LLC層負責完成與RsU側(cè)LLC間的鏈路維護、負責對LsDU的管理、校驗LPDU數(shù)據(jù)等。

為了降低車載設備功耗和復雜性,DsRC協(xié)議采用了非對稱設計理念,RsU端完成了較多工作。車輛行駛時0BU通常處于低功耗"睡眠"狀態(tài),當0BU進入RsU覆蓋區(qū)域時,0BU收到RsU定期發(fā)送的BsT,喚醒其MCU并發(fā)送VsT作為應答:相對于0BU而言,RsU是主動端,通信和交易都以命令形式由RsU發(fā)起,0BU則對這些命令作出相應的響應。

應用層包括傳輸核心(T-Kerne1）、初始化核心(1-Kerne1）或廣播核心(B-Kerne1）等。應用層并沒實現(xiàn)0s1第7層的所有功能,但可以調(diào)用L2數(shù)據(jù)鏈路層提供的服務,且具有0s1基本參考模型中媒介層的功能。應用層為應用程序提供數(shù)據(jù)傳輸和初始化服務。

3RSU與ETC主控機通信接口

RsU與ETC主控機之間的通信主要包括ETC主控機發(fā)送給RsU的指令流、RsU反饋給ETC主控機的信息流。

ETC主控機發(fā)送給RsU的指令流主要有:初始化指令C0,對RsU關鍵參數(shù)如功率、車道模式等進行初始化/設置:繼續(xù)交易指令C1,對ETC主控機收到RsU發(fā)來信息的應答,表示收到信息并要求繼續(xù)處理指定0BU:停止交易指令C2,對ETC主控機收到RsU發(fā)來信息的應答,表示收到信息并要求當前不再繼續(xù)處理指定0BU:消費并寫站信息指令C6,對指定0BU的電子錢包扣費,并向指定的0BU寫站信息:異常處理指令C7,電子錢包交易情形下的異常處理:開關天線指令等。

RsU反饋給ETC主控機的信息流主要有:RsU設備狀態(tài)信息幀B0,包含RsU的設備狀態(tài)信息,含PsAM卡號等:0BU系統(tǒng)信息幀B2,包括0BU系統(tǒng)信息文件內(nèi)容:0BU車輛信息幀B3,包括車輛信息文件等內(nèi)容:1C卡信息幀B4,包括1C卡關鍵信息文件內(nèi)容:成功交易結(jié)束幀B5,RsU與0BU交易完成后的結(jié)果信息,扣款未完成時,ETC主控機應答C1指令,如果搜索到同一0BU,則進入異常處理流程。

4RSUETC入口流程控制

(1）RsU搜索0BU,直到搜索到0BU為止:

(2）RsU發(fā)送0BU號信息(B2幀）給ETC主控機,ETC主控機回應C1指令:

(3）RsU讀0BU屬性,并發(fā)送0BU屬性(B3幀）給ETC主控機,ETC主控機回應C1指令:

(4）RsU讀1C卡信息,并發(fā)送1C卡信息(B4幀）給ETC主控機,ETC主控機發(fā)送C6指令給RsU:

(5）RsU對0BU進行寫入口文件操作,并虛擬扣款,如果不成功,則轉(zhuǎn)入第1步驟:

(6）RsU發(fā)送成功交易結(jié)果信息(B5幀）給ETC主控機,此次交易結(jié)束。

5結(jié)語

隨著ETC用戶的高速增長以及智能車聯(lián)網(wǎng)時代的到來,大量的RsU面臨改造和升級換代,在此過程中,RsU的互聯(lián)互通能力、RsU的改造方案越來越受到各方關注。本文就ETC系統(tǒng)的RsU如何通信,跟誰通信進行了詳細分析與研究,為從事相關工程的技術人員提供參考。