【正文】 DSRC系第三章 DSRC 協(xié)議理論研究 21 統(tǒng)差別的主要原因 [24]。在接收時 ，接收端 不停地對接收到的比特流進行監(jiān)控。 具體 如圖 所示： 0001* * * * * * ** * * * * * ** * * * * * ** * * * * * *M S B L S B 圖 私有鏈路地址域格式 廣播鏈路標示符 (LID)， 廣播 LID等于 127。 “ 0”命令 LPDU，“ 1”響應(yīng) LPDU。 上 行 鏈 路 窗 口下 行 鏈 路 窗 口幀 頭 開 始 f l a g 結(jié) 束 f l a g . . .T 1下 行 鏈 路 窗 口 的 最 長 持 續(xù) 時 間下 行 鏈 路 窗 口下 行 鏈 路 窗 口幀 頭 開 始 f l a g 結(jié) 束 f l a g . . .T 2下 行 鏈 路 窗 口 的 最 長 持 續(xù) 時 間 圖 下行鏈路窗口 (2)上行 鏈路窗口 上行 鏈路窗口中 RSU將下行鏈路幀 的 MAC控制 域 中的 A位設(shè)為 “ 1” ，可分配： 鏈路窗口 一個私有上行 鏈路窗口 只 可以 供某一個 OBU使用，并且其 LID必須和分配該 窗口 的幀的私有 LID相同。該服務(wù)為一個應(yīng) 用層實體提供了可以向另一個應(yīng)用層實體發(fā)送數(shù)據(jù)、請求一個預(yù)先準備 好 的數(shù)據(jù)單元、或交換數(shù)據(jù)的方法。為了便于計算，我們假定私有 LID長度為 4個字節(jié)，并且忽略了 0位插入程序。 (4)無效 LPDU 只要符合一個下述條件的 LPDU都是無效的，無效的 LPDU應(yīng)被忽略 * MAC子層將 LPDU定義為無效的。未確認操作可以 保障 未確認無連接模式服務(wù)通過數(shù)據(jù)鏈路的協(xié)議復雜性最小。 下 行 鏈 路 窗 口廣 播 或 私 有 L I D下 行 鏈 路 窗 口私 有 L I D私 有 上 行 鏈 路 窗 口下 行 鏈 路 窗 口廣 播 L I D公 共 上 行 鏈 路 窗 口下 行 鏈 路 窗 口廣 播 L I D公 共 上 行 鏈 路 窗 口公 共 上 行 鏈 路 窗 口? ?下 行 鏈 路 幀 沒 有 分 配 窗 口沒 有 分 配 上 行 鏈 路 窗 口下 行 鏈 路 幀 經(jīng) 行 了 窗 口 分 配分 配 了 私 有 上 行 鏈 路 窗 口下 行 鏈 路 幀 經(jīng) 行 了 窗 口 分 配分 配 了 公 共 上 行 鏈 路 窗 口下 行 鏈 路 幀 經(jīng) 行 了 窗 口 分 配分 配 了 連 續(xù) 的 公 共 上 行 鏈 路 窗 口圖 窗口管理概況 (1)下行 鏈路窗口 從幀頭的第 1位開始，以下行鏈路第 二 層幀的結(jié)束標記的最后 1位結(jié)束 (該 窗口中不包括在物理層中定義的幀尾 )。 第三章 DSRC 協(xié)議理論研究 25 A 媒體分配位，用于分配媒介。鏈路地址 域每一字節(jié)的 最低有效位 (LSB)都是一個擴展位。 幀頭與幀尾 物理比特流也可以組成幀頭和 /或幀尾，已在物理層中做了介紹，見圖 。上面是對 DSRC協(xié)議的通信流程做了 簡要介紹 ，在完成了最初的 BST和 VST交換后，可以認為 在RSU和 OBU之間建立 了一條“連 接”。我國 ETC系統(tǒng)的建設(shè)正處于 起步階段 ，有關(guān)標準 也 在規(guī)劃 之中。物理層為終端設(shè)備間的數(shù)據(jù)通信提供傳輸媒介及其連接。 我國 DSRC協(xié)議結(jié)構(gòu) DSRC協(xié)議可以說是 DSRC的基礎(chǔ)。當感應(yīng)線圈設(shè)備檢測到來車時，會自動觸發(fā)相應(yīng)的設(shè)備如 RSU、自動抓拍 攝像機 、 電動欄桿機 等，使其 處于 工作狀態(tài)。 外圍設(shè)備的控制應(yīng)用都是由車道控制機來完成，具體 ETC車道 控制機 連接如圖。 抓拍線圈：當車輛經(jīng)過觸發(fā)線圈時，車道控制機啟動車道攝像機，進行圖像抓拍，若成功交易，則升起欄 桿機。下面將介紹各硬件設(shè)備。 在這個數(shù)據(jù)交換和收費的過程中 DSRC協(xié)議發(fā)揮著不可替代的重要作用，可以說沒有 DSRC協(xié)議就沒有 ETC收費系統(tǒng)。 ETC車道系統(tǒng) 分為 MTC(人工收費車 道 )和 ETC車道系統(tǒng) ， ETC車道系統(tǒng) 是 ETC系統(tǒng) 的基本工作單元， ETC收費車道系統(tǒng)具有獨立工作能力，是其重要的組成部分。各章的內(nèi)容安排如下： 第一章 緒論，闡述了本 課題的研究背景，國內(nèi)外研究狀況，研究目的和意義，介紹了本文的主要工作及組織結(jié)構(gòu)。 1996年 8月在國家技術(shù)監(jiān)督局和交通部主管部門的指導支持下， 國家計劃委員會 決定立項開展 “ 公路交通工程設(shè)施綜合標準化研究 ” ，于 1997年 12月正式簽定研究合同。 CEN/TC278 DSRC標準的主要特點是： GHz被動式微波通信，中等通信速率（ 500Kbps上行， 250Kbps下行），調(diào)制方式為 ASK和 BPSK。 最后指出了關(guān)于 DSRC協(xié)議的缺點和不足。從而，交通控制中心可以通過與行駛車輛的數(shù)據(jù)通信實現(xiàn)對車輛的 智能管理，同時車輛還能夠接入交通信息網(wǎng)，使用信息網(wǎng)中的資源。 國內(nèi)外 狀況及發(fā)展 國外 ETC 和 DSRC 狀況及 發(fā)展 在 國際上，美國 、 日本、 歐洲 各國等 很早就針對 電子 不停車收費系統(tǒng)中的 關(guān)鍵 技術(shù)、工程實施、標準規(guī)范進行了 深入研究，并向國際標準化組織提交了有關(guān)電子不停車收費標準的草案，其中歐洲提出的標準較為成熟，獲得了較廣泛的廠商支持， 但在 ETC技術(shù) 和 DSRC協(xié)議方面都經(jīng)歷了很長 的過程。在 1997年 10月 ITS柏林世界大會上，歐盟代表 Carl Herbert Rokitansk博士提議 CEN/TC278標準作為 ISO標準時，遭到美日代表的反對。 (3) 對 ETC系統(tǒng) 中我國標準所規(guī)定的 DSRC協(xié)議物理層 、數(shù)據(jù)鏈路層以及應(yīng)用層進行了深入研究與分析 。 ETC 系統(tǒng) 的 整體構(gòu)成 一個 完整的 ETC系統(tǒng) ， 必須 由 聯(lián)網(wǎng)收費中心 、 ETC收費站系統(tǒng)、 ETC收費 車道系統(tǒng) 和電子標簽銷售充值點 (POS)組成 [2]， ETC總體結(jié)構(gòu)如圖 。 ETC 車道系統(tǒng) 和 DSRC 協(xié)議 的地位 在國內(nèi)現(xiàn)存的組合式車道收費系統(tǒng)中， ETC車道系統(tǒng) 分為 MTC(人工收費車道 )和 ETC車道系統(tǒng) ， ETC車道系統(tǒng) 是 ETC系統(tǒng) 的基本工作單元 。 ETC車道系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)如圖 [15]。當車輛通過以后， PCL725卡的這一通道的電路信號恢復，表示無車。 通行燈和雨棚燈 通行燈位于車道通行出口旁邊，有紅、綠兩色，用以指示車輛駕駛員是否可以駛離收費作業(yè)區(qū)。美國采用的頻率范圍為 900928MHZ，日本采用 ，歐洲采用。 歐美日三個國家的 DSRC頻段選擇及應(yīng)用如表 。 數(shù)據(jù)鏈路層 (Data Link Layer)： 規(guī)定了媒介訪問和邏輯鏈路控制方法，定義了共享物理媒介、尋址和差錯控制的操作。 DSRC協(xié)議 使用 工業(yè)、科學和 醫(yī)療 的共用頻段。這種非對稱的通信模式使得較為復雜的工作集中在 RSU側(cè) ，以節(jié)省 OBU側(cè)的功耗，簡化 OBU側(cè)的實現(xiàn)。 一般情況下，數(shù)據(jù)鏈路層的主要 工作 是負責將上層需要發(fā)送的報文 數(shù)據(jù) 構(gòu)造成數(shù)據(jù)幀 (Data Frame)，然后將數(shù)據(jù)幀傳送到通信的對端 [10]。傳輸 FCS時應(yīng)先傳輸其 最高項 的系數(shù)。 “ 0”表示 不包含 LPDU，“ 1”表示 包含 LPDU。 “ 0”命令 LPDU，“ 1”響應(yīng) LPDU。 T 5下 行 鏈 路 窗 口私 有 上 行 鏈 路 窗 口幀 頭 開 始 f l a g 結(jié) 束 f l a g. . .T 3T 4 B. . .T 4 BT 5圖 一個或多個連續(xù)的公共上行 鏈路窗口 邏輯鏈路控制子層 (LLC) LLC服務(wù)是基于 ISO/IEC88022標準的確認無連接和未確認無連接服務(wù) ， 為數(shù)據(jù)傳輸命令 PDU和響應(yīng) PDU，并解釋接收到的命令 PDU和響應(yīng) PDU、信號內(nèi)部交換的初始化、數(shù)據(jù)流的組織并完成部分錯誤控制和錯誤恢復功能。終止 (FINAL)位，用于響應(yīng) LPDU的發(fā)送。 DSRC 協(xié)議 應(yīng)用層 應(yīng)用層核心 的組成部分有傳輸核心 (TKernel)、 初始化核心 (IKernel)或廣播核心 (BKernel)二者之一，或二者兼有。 (1)LPDU格式 所有的 LPDU都必須遵循圖 。 私 有 上 行 鏈 路 窗 口 的 最 長 持 續(xù) 時 間下 行 鏈 路 窗 口私 有 上 行 鏈 路 窗 口幀 頭 開 始 f l a g 結(jié) 束 f l a g . . .T 3T 4 A 圖 一個私有上行 鏈路窗 鏈路窗口 一 個 下行鏈路幀可同時分配的連續(xù)公共上行 鏈路窗口 的最大個數(shù)為 N5， RSU從中選擇一個公共上行 鏈路窗口 的概率是 1/NS。 上行鏈路的 MAC控制 域 L D ( 1 ) R C / R X X X X 圖 上行鏈路 MAC 控制域 L LPDU存在位，指示改幀是否包含一個 LPDU。如圖 ： 1M S B L S B* * * * * * *第 7 6 5 4 3 2 1 0 B 圖 多點傳送鏈路地址域格式 媒介 訪問 控制 層 (MAC) MAC子層 控制著 RSU和 OBU上 對物理媒介的使用 ， 為 DSRC專用，具備半雙工模式和同步時分多址 訪問 (TDMA)的特性。如第七位為 比特“ 0” ， 接收端 則 認為 接收到了一 個有效的flag， 如果第七位為 比特“ 1” ， 接收端 則 認為接收到了一個錯誤的幀 ， 接收端 就會忽略 該 幀。 物理層鏈路包括 A、 B兩類 標準 ， A類 標準 主要應(yīng)滿足基本的 ETC應(yīng)用， B類 標準 在滿足 ETC應(yīng)用的基礎(chǔ)上，還應(yīng)滿足較高數(shù)據(jù) 率 傳輸應(yīng)用 [5]。在通信過程中，這兩種設(shè)備 承擔著 不同的角色。 本章小結(jié) 本章圍繞著 ETC車道系統(tǒng) 的研究展開，首先 分析了 ETC系統(tǒng) 的總體結(jié)構(gòu)， 在此基礎(chǔ)上詳細研究了 ETC車道系統(tǒng) 的功能 、總體 結(jié)構(gòu) 、相關(guān)技術(shù)以及 DSRC通信協(xié)議 。 DSRC分層示意圖如圖 。采用 DSRC技術(shù)完成 RSU與 OBU之間的數(shù)據(jù)通信，從而完成 整個收費過程。 車載單元采用兩片式電子標簽，由車載電子標簽和雙界面 CPU卡兩部分組成。采用視頻采集卡的主要目的是對采集到的視頻圖像進行壓縮處理。 PCL725 I/O控制卡 PCL725是一款帶隔離的數(shù)字量輸入 /輸出卡 。所以 ETC車道系統(tǒng) 不 僅僅是一個收費作業(yè)處理系統(tǒng)，同時也是一個實時控制系統(tǒng)。 提高收費工作效率，促進道路收費規(guī)范化發(fā)展 ETC系統(tǒng)采用電子貨幣支付方式，避免了收費工作人員與駕駛員的直接接觸過程，極大地提高了道路收費的工作效率，并且有利于道路收費的規(guī)范化。 ETC系統(tǒng)是采用專用短程無線通信 (Dedicated Short Range Communication，簡稱 DSRC)技術(shù)來完成整個收費過程，保證車輛 在 整個收費過程中保持行駛狀態(tài)而不用停車。我國 ETC系統(tǒng)兼容性正處于 “ 十字路口 ” ，合理選擇系統(tǒng)工作頻段，需從技術(shù)性能和產(chǎn)品可供應(yīng)面來考慮，以維護國家利益。 日本 DSRC標準化進展 日本制定 DSRC標準，是從本國實際情況出發(fā)。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不 包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學位或?qū)W歷而使用過的材料。摘要 摘 要 隨著高速公路的建設(shè)和車流量不斷地增長，原有 人工 收費站的通行能力 已經(jīng)難以滿足車輛快速通行的要求 ， 而采用 電子不停車 收費系統(tǒng) (Electronic Toll Collection，簡稱 ETC)可以有效地解決這一問題，本文在對 ETC系統(tǒng) 的分析基礎(chǔ)上，重點研究 DSRC通信協(xié)議的設(shè)計與實現(xiàn) 。 LLC 第一章 緒論 1 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。 1998年 6月 11日，在美國聯(lián)邦通信委員會的公開會上， 5位委員一致投票建議將 ~（ 75MHz）頻段分配給運輸服務(wù)領(lǐng)域的短程通信。具體技術(shù)指標為： 表 國內(nèi) 頻段技 術(shù)指標表 頻率用戶 智能運輸系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域的短程通信 頻段 調(diào)制方式 ASK, BPSK 輸出功率 300mW 傳播距離 不少于 10m 確定 ETC系統(tǒng)的工作頻段，是所有 ETC系統(tǒng) 制造商和用戶所密切關(guān)心的問題。 第二 章 ETC 系統(tǒng) 和 DSRC 協(xié)議 ETC(Electronic Toll Collection)，即電子不停車收費。調(diào)查數(shù)據(jù)表明，使用專用車道的高速 ETC系統(tǒng)，其通行能力為采用人工 收費 車道通行能力的 56倍。首先收費數(shù)據(jù)的采集處理和傳輸都離不開 車道系統(tǒng) ，其次收費過程中對外場設(shè)備的控制都由 車道系統(tǒng) 來完成。 車道控制機配置有圖像采集卡、以太網(wǎng)卡、 I/O控制 PCL725卡、多串口卡等，是收費車道設(shè)備的核心，主要完成車道入 /出口的收費操作、入 /出口收費信息的疊加、通行車輛的圖像抓拍、控制欄桿機以及完成這些信息的存儲和傳送。便于以后車道過車記錄圖 片的核查。其中： 電子標簽 (OBU