ETC系统及DSRC协议的分析与实现Word格式文档下载.docx
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DSRC协议是专用于智能交通领域的一种短距离无线通信协议,协议分为三层:
物理层、数据链路层、应用层。
国内的DSRC协议是基于5.8GHz频段的。
它是车载单元(OBU)与路侧单元(RSU)进行单向或双向交互式通信的标准,将车辆和道路有机地连接起来。
从而,交通控制中心可以通过与行驶车辆的数据通信实现对车辆的智能管理,同时车辆还能够接入交通信息网,使用信息网中的资源。
本文首先分析了ETC系统,对ETC体系结构进行简单介绍,然后详细地研究和探讨了DSRC协议的原理、设计思想和体系结构,进而对其数据链路层中的媒介访问控制子层(MAC)和逻辑链路控制子层(LLC)进行详细分析与实现。
在此基础上,通过外场测试其通信过程,验证协议的一致性、可靠性和稳定性。
最后指出了关于DSRC协议的缺点和不足。
关键词:
ETC系统;
专用短程通信(DSRC);
路侧单元(RSU)和车载单元(OBU);
媒介访问控制子层(MAC);
逻辑链路控制子层(LLC)
Abstract
Withtheconstantincreasingofhighwayconstructionandtraffic,theexistingmanualtrafficcapacityofthetollstationcouldnotmeettherequirementsofthespeedypassageofvehicles.UsingElectronicTollCollection(ETC)caneffectivelysolvethisproblem.Inthispaper,wefocusonthedesignandimplementofDSRCprotocaldatalinklayerbasedontheanalysisofETCsystem.
TheETCsystemincludestwoparts:
oneofthemisroadsideunit(RSU),andtheotherisonboardequipment(OBU).TheRSUcommunicatewiththeOBUusingDSRCprotocal(thededicatedshortrangecommunication)completingbargainprocess.TheDSRCprotocalisakindofshortrangewirelesscommunicationprotocols,whichisappliedexclusivelyintheintelligencetransportationfield.Itdefinesthreelayers:
physicallayer,datalinkerlayer,andapplicationIayer.TheinlandDSRCprotocalisbasedonthefrequencyof5.8GHz.Itisastandardofinteractivecommunicationinthesingleordoubledirectionsbetweenonboardequipment(OBU)androadsideunit(RSU).Andwiththehelpofthisprotocol,theroadsideandvehicleunitareconnectedperfectlytogether.Therebythetransportationcontrolcentercanmanagethevehiclewiththecommunicationdataofthedrivingvehicle.Atthesametime.thevehiclecanconnectintothetransportationinformationnetworkandusetheinformationresourcesinthenetwork.Firstly,thisthesisintroducetheETCsystem,andintroducesimplyarchitectureofETCsystem.Thenwefocusonthetheory,designingideaandarchitectureofDSRCprotocal,andthenanalyseandrealizetheMediaAccessControllayer(MAC)andlogicallinkcontrollayer(LLC),whichconstituteDSRCdatalinklayer.Onthesebasises,throughfieldtestingofitscommunicationprocess,wecanveilfytheconsistencydependabilityandstabilityoftheprotocal.Finally,weindicatetheweaknessandshortageofourdesignandimplementforDSRCprotocal.
Keywords:
ETCsystem;
DSRC;
RSU;
OBU;
MAC;
LLC
第一章绪论
1.1研究背景
当前高速公路收费系统大部分还是采用传统的人工收费,当汽车流通量大幅度增加时,传统的人工收费方式效率低下、通行缓慢,从而造成交通拥挤、阻塞现象日益严重,随之而来的交通污染与交通事故也越来越多。
长期广泛的研究和经验教训表明:
单纯依靠修建更多的道路,加大路网规模来解决日益增长的交通需求是不明智的。
现代社会电子计算机和通信技术的迅速发展,促使我国逐步引进电子不停车收费系统(ElectronicTollCollection,简称ETC),利用现代化高新技术来改造现有道路运输系统及其管理体系,以达到大幅度提高路网通行能力和道路使用效率的目的[1]。
1.2国内外状况及发展
1.2.1国外ETC和DSRC状况及发展
在国际上,美国、日本、欧洲各国等很早就针对电子不停车收费系统中的关键技术、工程实施、标准规范进行了深入研究,并向国际标准化组织提交了有关电子不停车收费标准的草案,其中欧洲提出的标准较为成熟,获得了较广泛的厂商支持,但在ETC技术和DSRC协议方面都经历了很长的过程。
1、欧洲DSRC标准化进展
1994年,CEN/TC278第9工作组开始了对DSRC标准的起草工作,并于1995年2月完成ENV12253(5.8GHzDSRC物理层)和ENV12795(5.8GHzDSRC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(5.8GHzDSRC应用层)标准也于1997年9月获投票通过。
CEN/TC278DSRC标准的主要特点是:
5.8GHz被动式微波通信,中等通信速率(500Kbps上行,250Kbps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GlobalSpecificationforDSRC和GlobalTollingSystem厂商统一标准,为不同ETC系统的通用性做好了硬件技术准备。
2、美国DSRC标准化进展
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ASTMV6草案提交各部门讨论,其主要内容是:
915MHz,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915MHz系统的补充。
因为CEN/TC278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,ITSAmerica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。
3、日本DSRC标准化进展
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。
到目前为止虽没有审批结果,但日本ISO/TC204第15工作组负责人SamOyama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。
4、ISO/TC204DSRC标准化进展
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CarlHerbertRokitansk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。
1.2.2国内ETC和DSRC状况及发展
国内ETC标准化工作进展相对缓慢,导致各省市交通部门和道路运营部门在此问题上持观望态度,担心标准不统一产生重复建设问题,因此ETC收费在我国还未成规模展开,目前除广东外,只有少数省市在高速公路或大桥上进行了有限的实践。
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,国家计划委员会决定立项开展“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。
针对目前公路管理部门对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系统市场健康、快速地发展。
此课题的承担单位为交通部公
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- ETC 系统 DSRC 协议 分析 实现