ETC系统及DSRC协议的分析与实现毕业论文.doc

摘要摘要随着高速公路的建设和车流量不断地增长，原有人工收费站的通行能力已经难以满足车辆快速通行的要求，而采用电子不停车收费系统(Electronic Toll Collection，简称ETC)可以有效地解决这一问题，本文在对ETC系统的分析基础上，重点研究DSRC通信协议的设计与实现。ETC系统包括两部分：路侧单元(Road-Side Units，简称RSU)和车载单元(On board Unit，简称OBU)。RSU通过专用短程通信协议(Dedicated Short Range Communication，简称DSRC)与OBU实现通信和数据交互，完成交易过程。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)AbstractAbstractWith the constant increasing of highway construction and traffic, the existing manual traffic capacity of the toll station could not meet the requirements of the speedy passage of vehicles. Using Electronic Toll Collection(ETC) can effectively solve this problem. In this paper, we focus on the design and implement of DSRC protocal data link layer based on the analysis of ETC system.The ETC system includes two parts: one of them is road side unit(RSU), and the other is on board equipment(OBU). The RSU communicate with the OBU using DSRC protocal(the dedicated short range communication) completing bargain process The DSRC protocal is a kind of short range wireless communication protocols, which is applied exclusively in the intelligence transportation field. It defines three layers: physical layer,data linker layer,and application Iayer. The inland DSRC protocal is based on the frequency of 5.8GHz. It is a standard of interactive communication in the single or double directions between on board equipment(OBU) and road side unit(RSU). And with the help of this protocol, the roadside and vehicle unit are connected perfectly together. Thereby the transportation control center can manage the vehicle with the communication data of the driving vehicle. At the same time. the vehicle can connect into the transportation information network and use the information resources in the network. Firstly, this thesis introduce the ETC system, and introduce simply architecture of ETC system. Then we focus on the theory, designing idea and architecture of DSRC protocal, and then analyse and realize the Media Access Control layer(MAC) and logical link control layer(LLC), which constitute DSRC data link layer. On these basises, through field testing of its communicationprocess, we can veilfy the consistency dependability and stability of the protocal.Finally, we indicate the weakness and shortage of our design and implement for DSRC protocal.Key words: ETC system; DSRC; RSU; OBU; MAC; LLC5第一章 绪论毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 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(Electronic Toll Collection，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(5.8GHz DSRC物理层)和ENV12795(5.8GHz 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(5.8GHz 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，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Global Specification for DSRC和Global Tolling System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ASTM V6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5.8505.925GHz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5.8505.925GHz（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。4、ISO/TC204 DSRC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