研究与开发 ＤＳＲＣ技术及其通信机制的研究 范庆彬，孙健淞，牟红光 （联通系统集成有限公ｓ－Ｊ吉林省分公春１３００１２） １ 引言 随着科学技术的迅猛发展。人们对于灵活机动性的要 求不断提高，从而需要更快捷、更有效的交通管理。在这一 背景下，智能化交通运输系统（ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｓｙｓｔｅｍ， 它和其他无线通信技术（如Ｗｉ．Ｆｉ技术、ＷｉＭＡＸ技术）相 比，具有很大的优势，它们之间的比较见表１。 表１ ＤＳＲＣ技术和其他无线通信技术的比较 特性延迟ＤＳＲＣ ＜５０ ｍｓ Ｗｉ．Ｆｉ 秒级 ＷｉＭＡＸ 一 ＩＴＳ）孕育而生。它集成了通信、控制、信息处理等先进的技 术，使得我们以往熟悉的交通运输系统成为一个立体化、智 移动性 通信距离 ＞６０ ｍ／ｈ ＜１ ０００ ｍ＜５ ｍ／ｈ ＜１００ ｍ＞６０ ｍ／ｈ ＜１５ ｋｍ 能化、信息化的崭新智能交通系统。但是要实现ＩＴＳ最重要 的就是要解决在高速行驶中车辆之间通信问题。本文所介 数据传输率通信带宽 通信频段 ３～２７ Ｍｂｉｔ／ｓ １Ｏ ＭＨｚ ６－５４ Ｍｂｉｔ／ｓ ２０ ＭＩ－Ｉｚ １～３２ Ｍｂｉｔ／ｓ ＜１０ ＭＨｚ ５．８６～５．９２５ ＧＨｚ ２．４ ＧＨｚ，５．２ ＧＨｚ ２．５ ＧＨｚ 绍的专用短距离通信（ｄｅｄｉｃａｔｅｄ ｓｈｏｒｔ ｒａｎｇｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ， ＤＳＲＣ）技术为此提供了解决途径。 ＩＥＥＥ标准８０２．１１Ｐ（ｗａｖｅ）８０２．１ｌａ ８０２．１６ｅ ２ ＤＳＲＣ技术 ＤＳＲＣ技术提供了一种高效的短距离无线通信机制。 它具有传输速率高、延迟短等特点，支持点对点、点对多点 的通信，利用这种通信手段将车辆之间、车辆与道路之间 有机地联系在一起，为ＩＴＳ提供了高效的无线通信服务。 由表１可以明显看出。ＤＳＲＣ技术在性能和实现成本 及复杂程度方面综合考虑要远优于Ｗｉ－Ｆｉ和ＷｉＭＡＸ技术。 ３ ＤＳＲＣ结构及通信原理 ３．１ ＤＳＲＣ结构 ＤＳＲＣ结构主要由三部分构成，分别是ＯＢＵ（ｏｎ．ｂｏａｒｄ —ｊ ｌＩ纛 磷究与开发 ｕｎｉｔ）、ＲＳＵ（ｒｏａｄ．ｓｉｄｅ ｕｎｉｔ）、专用通信链路，如图１所示。 ＯＢＵ是放在行驶的车辆上的嵌入式处理单元，在整体 专用通信链路是ＯＢＵ和ＲＳＵ保持信息交互的通道， 它由两部分组成：下行链路和上行链路。ＲＳＵ到ＯＢＵ的通 结构中相当于移动终端。它通常采用双片式电子标签加 信应用下行链路，采用ＡＳＫ调制，数据通信速率５００ ｋｂｉｔ／ｓ， ＣＰＵ处理单元构成。电子标签和ＣＰＵ处理单元同时存储 着车辆的基本信息，如车主信息、车辆型号、车辆物理参数 等。ＣＰＵ处理单元还存储着一些辅助信息，如在不停车收 主要实现ＯＢＵ读取ＲＳＵ中信息和ＲＳＵ向ＯＢＵ写入信息 的功能，如不停车收费系统中，余额、收费记录等的写入。 上行链路是从ＯＢＵ到ＲＳＵ的通信，采用ＢＰＳＫ调制，主要 实现ＲＳＵ读取ＯＢＵ的信息，完成车辆的自主识别功能。 ３．２ ＤＳＲＣ通信原理 ３．２．１ ＤＳＲＣ协议 费系统中需要保存车主账号、余额、收费记录、通过时间 等。ＯＢＵ通过专用的通信链路依照通信协议的规定与 ＲＳＵ之间保持信息的交互，这种专用的通信协议是ＤＳＲＣ 技术的核心所在 ＤＳＲＣ协议主要是为实现ＯＢＵ和ＲＳＵ之间通信交互 ＲＳＵ是安装在指定地点（如车道旁边、车道上方等）固 定的通信设备，它保持着与不同ＯＢＵ实时高效的通信，实 现信息的交互，其有效的覆盖区域为３ ３０ ｍ。例如，在不 停车收费系统中．它与ＯＢＵ保持实时通信，实现车辆的自 主识别、自动交易、交易信息的记录等功能。 而制定的通信接１３规范。它参照了ＯＳＩ参考模型制定了三 层结构，分别是物理层、数据链路层、应用层。ＤＳＲＣ协议 模型及各层数据流如图２所示。 物理层为ＤＳＲＣ提供了上／下行通信通道，同时提供优 先级之分，属于底层协议。它采用的是ＯＦＤＭ（正交频分复 图１ ＤＳＲＣ结构 ｏＢＵ 图２ ＤＳＲＣ协议模型与各层数据流 电嚣科 黪 用）技术，采用这种技术大大提高了无线通信的抗干扰性 和稳定性．为数据链路层提供了良好的传输基础。 数据链路层是ＯＳＩ参考模型的第二层，在物理层的基 ４ ＤＳＲＣ技术展望 ＤＳＲＣ技术具有大容量、高速率、低延迟等特点．可以为 础上向应用层提供服务，负责数据信息的可靠传输。它规 定了通信帧的结构和封装方式，实现差错和流量的控制， 很多类似于ＩＴＳ系统的通信平台提供服务，应用前景广泛。 ＤＳＲＣ技术主要提供的服务如下。 为应用层提供了可靠的数据传输。 应用层是在数据链路层提供服务的基础上提供特定 的应用服务，如实现通信初始化和释放程序、广播服务支 （１）信息交互的服务 ＤＳＲＣ技术提供车辆之间的通信，满足如自动驾驶、信 息提示等多方面的服务。ＤＳＲＣ技术还提供了固定点与行 持、远程应用相关操作。 驶车辆间的通信，例如不停车收费系统。 ３．２．２ ＤＳＲＣ通信流程 （２）实时监控服务 结合我国实际应用环境及需求特点，以定点被动式传 可以实时监控道路上行驶的车辆，获取车辆的信息， 输通信为例，可以将ＤＳＲＣ的通信流程大致分为建立连 甚至对车辆进行控制等，这些实时性的监控服务为人们提 接、信息交换、连接释放３个基本过程。 供了很大的方便，同时也为实现全道路自动无人驾驶提供 第一过程，建立连接。ＲＳＵ利用物理层的下行线路循 了可能的技术支持。 环不断地发送帧控制信息，车载ＯＢＵ驶入ＲＳＵ的有效发 虽然ＤＳＲＣ标准应用前景十分广泛．但还存在如下有 射区域内时将接收此帧控制信息，同时回复相应信息请求 待解决的问题。 建立连接。这时ＲＳＵ收到请求信息做出响应操作，将响应 （１）ＲＵＳ问题 信息发送给对应的ＯＢＵ。ＯＢＵ收到响应信息，发出确认信 部分系统应用ＤＳＲＣ技术实现ＯＢＵ和ＲＳＵ之间的通 息，ＲＳＵ读取确认信息核实身份，连接建立成功。以上信息 信，只需要在特定位置安置一个或几个ＲＳＵ单元即可，如： 交互类似于ＴＣＮＩＰ协议中的３次握手过程。 不停车收费系统。但是对于有些系统如无人驾驶系统，则需 第二过程。信息交换。利用已建立好的连接，针对应用 要在道路上等距离安置ＲＳＵ单元．这样安置ＲＳＵ单元的数 服务类型进行数据交换。在此过程中差错控制应首先被考 量、距离、抗相互干扰等就成了有待解决的问题，所以对于 虑，可以通过帧携带ＯＢＵ私有标识、设置重传计数器、控 今后的研究应着重于如何设计ＲＳＵ的发射功率及分布。 制重传等待时间等方式解决。 （２）布网问题 第三过程，连接释放。ＲＳＵ向ＯＢＵ发送释放连接信 要应用ＤＳＲＣ技术就要为其提供相应的载体平台，这 息，ＯＢＵ接收信息，确认要释放连接，设定连接释放计数 样就需要投入大量资金做基础建设。所以如何使ＤＳＲＣ技 器，由连接释放计数器释放连接。 术能利用公网设施实现通信就成了有待解决的问题。 Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ＤＳＲＣ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ Ｆａｎ Ｑｉｎｇｂｉｎｇ，Ｓｕｎ Ｊｉａｎｓｏｎｇ，Ｍｕ Ｈｏｎｇｇｕａｎｇ （Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｃｏｍ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｊｉｌｉｎ Ｂｒａｎｃｈ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００１２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ ＤＳＲＣ，ＷｉＭＡＸ，Ｗｉ－Ｆｉ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ＳＯ ｏｎ ａｒｅ ｕｓｕａｌｌｙ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｖｅｈｉｃｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｐｔ ｏｆ ＤＳＲＣ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｅｍｐｈａｔｉｃａｌｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｓｙｓｔｅｍ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｈｔｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｉｔ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｅｄ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ＤＳＲＣ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ＩＴＳ． Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ＤＳＲＣ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｄｅｄｉｃａｔｅｄ ｓｈｏｒｔ ｒａｎｇｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｓｙｓｔｅｍ （收稿日期：２０１０—０６一ｌｏ）
