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        電子收費(fèi)之5.8GHz系統(tǒng)與915MHz系統(tǒng)的比較

        文章出處:http://www.mjagi.com 作者:張北海&nbsp;&nbsp; 人氣: 發(fā)表時間:2011年11月04日

        [文章內(nèi)容簡介]:電子收費(fèi)之5.8GHz系統(tǒng)與915MHz系統(tǒng)的比較

        近一段時間以來,社會上出現(xiàn)了關(guān)于采用5.8GHz頻段微波車輛自動識別技術(shù)(AVI)用于公路聯(lián)網(wǎng)電子收費(fèi)前景堪憂的傳言,這在一定程度上阻礙了我國公路電子不停車收費(fèi)技術(shù)的健康發(fā)展。為此,國家智能交通系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心、ISO/TC204中國技術(shù)委員會根據(jù)中華人民共和國信息產(chǎn)業(yè)部和中華人民共和國交通部有關(guān)文件,確認(rèn)我國公路聯(lián)網(wǎng)電子收費(fèi)車輛識別確定在5.8GHz頻段已成定局,同時電子不停車收費(fèi)技術(shù)將作為政府和企業(yè)提高公路收費(fèi)效率的重要手段。

        作為上述確認(rèn)的補(bǔ)充,本文將從技術(shù)層面以及標(biāo)準(zhǔn)化層面,對5.8GHz AVI系統(tǒng)與915MHz AVI系統(tǒng)作一比較。

        0 電子收費(fèi)射頻識別技術(shù)概述
        射頻(Radio Frequency,RF)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域,如:電視、廣播、移動電話、雷達(dá)、自動識別系統(tǒng)等。射頻識別(RFID)即指應(yīng)用射頻識別信號對目標(biāo)物進(jìn)行識別。射頻識別的應(yīng)用領(lǐng)域包括:道路電子收費(fèi)系統(tǒng)(ETC),集裝箱、貨物識別,出入門禁管理,鐵路機(jī)車車輛識別與跟蹤,商用車隊管理等。

        道路收費(fèi)領(lǐng)域內(nèi)的射頻識別技術(shù)-自動車輛識別(AVI),主要指工作在微波5.8GHz頻段的短距離(8米~30米)通信技術(shù)。國際上在自動車輛識別領(lǐng)域內(nèi)曾經(jīng)研究和使用過的頻率主要有三種:915MHz、2.45GHz、5.8GHz。從已經(jīng)建成的應(yīng)用系統(tǒng)來看,915MHz系統(tǒng)主要應(yīng)用與北美地區(qū),尤其是集裝箱識別系統(tǒng)。并且,近八年以來,國際上(包括美國在內(nèi))幾乎再沒有新的915MHz系統(tǒng)應(yīng)用于道路收費(fèi)系統(tǒng)。美國自身也在逐步地將應(yīng)用于智能交通領(lǐng)域內(nèi)的自動車輛識別的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)向5.8GHz~5.9GHz系統(tǒng)。5.8GHz專用短程通信(DSRC)系統(tǒng)主要應(yīng)用于歐洲、亞洲及大洋洲地區(qū)。2.45GHz系統(tǒng)應(yīng)用相對較少,沒有形成主流。

        目前,國際上道路電子收費(fèi)系統(tǒng)頻點確定在5.8GHz附近已經(jīng)是不爭的事實,國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)、歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(CEN)、日本、美國、中國等大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化組織和國家都已將其標(biāo)準(zhǔn)確定在5.8GHz~5.9GHz頻段上。

        從技術(shù)上講,5.8GHz系統(tǒng)相對于915MHz系統(tǒng)而言,無疑有著無法比擬的優(yōu)勢。下面將從數(shù)據(jù)傳輸速率、通訊距離、安全性、抗干擾性、系統(tǒng)可擴(kuò)展性等方面對兩種系統(tǒng)做一對比。

        1 數(shù)據(jù)傳輸速率
        5.8GHz系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率是下行500Kbps(寫入功能),上行250Kbps(讀出功能)。這樣的傳輸速率可以確保收費(fèi)處理交易的正確完成,也可以在將來提供ITS領(lǐng)域內(nèi)的其他服務(wù)。

        而915MHz系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率分別為0.3Kbps(寫入功能)和 6Kbps(讀出功能)。也就是說,從單個標(biāo)簽上讀8 Byte耗時12ms,向單個標(biāo)簽上寫入1 Byte耗時25ms。由于系統(tǒng)的寫入能力非常有限(通常會遇到過高錯誤率等問題),最后僅使用其只讀的功能。這給915MHz系統(tǒng)在封閉式收費(fèi)系統(tǒng)內(nèi)的應(yīng)用帶來了巨大的障礙。

        2 通訊距離
        電子標(biāo)簽和讀寫器的通訊距離是ETC系統(tǒng)設(shè)計的重要因素。為了保障系統(tǒng)的能夠交換更多的數(shù)據(jù)(如封閉式收費(fèi)系統(tǒng)應(yīng)用),保障較高的通行速度及較低的交易錯誤率,較長的通訊距離是必須的。

        5.8GHz系統(tǒng)DSRC協(xié)議的基礎(chǔ)技術(shù)保證其至少有10米的雙向通訊距離。反向散射原理使下行和上行的通訊互不干擾,從而使得標(biāo)簽可以在有限的功率范圍內(nèi)可靠地進(jìn)行通訊。因此根據(jù)反向散射原理工作的系統(tǒng)讀和寫的距離相等。

        915MHz等低頻點的技術(shù)則要求電子標(biāo)簽必須利用讀寫器下行通訊的能量進(jìn)行上行通訊。這種方法雖然投入少,但需要比反向散射解決方案更大的發(fā)射功率。要達(dá)到有效讀寫距離,電子標(biāo)簽需要反射部分發(fā)射功率,并不斷的重發(fā)數(shù)據(jù)。與電子標(biāo)簽通訊所需的功率與其距離的平方成反比,也就是說在一米的距離處一定的功率在10米處就減少了100倍。對于低頻點的技術(shù)10米距離的可靠通訊所需的功率高達(dá)100瓦。但是發(fā)射功率越大,與使用鄰近頻點的設(shè)備就越有可能出現(xiàn)干擾的情況。

        3 系統(tǒng)安全性
        ETC系統(tǒng)的成敗常常取決于公眾對系統(tǒng)性能的認(rèn)可程度。偽造電子標(biāo)簽的出現(xiàn)會導(dǎo)致用戶對整個系統(tǒng)的不信任,甚至?xí)?yán)重到?jīng)]有人愿意再使用這套系統(tǒng)。因此選擇可靠、安全的解決方案至關(guān)重要。

        當(dāng)然安全性能需要附加的存儲空間以及運(yùn)算處理的能力,這會相應(yīng)地增加成本。但這種成本的增加是值得的,也是相當(dāng)必要的。

        對于915M系統(tǒng)的標(biāo)簽來講,由于載波頻率比較低,同時其數(shù)據(jù)傳輸速率又比較低,故標(biāo)簽與讀寫天線之間的微波通信很容易被竊聽。

        由于915M的標(biāo)簽不支持任何有效的安全機(jī)制,如信息加密以及產(chǎn)生報文認(rèn)證MAC碼,很可能會出現(xiàn)偽造電子標(biāo)簽的情況,并且對標(biāo)簽進(jìn)行仿造是很容易做到的。事實上,對于系統(tǒng)運(yùn)營商來講是幾乎不可能發(fā)現(xiàn)這種情況的。

        而基于DSRC的5.8GHz系統(tǒng),在用戶界面上提供了一套較完備的信息安全管理機(jī)制,包括了基于DES及Triple-DES算法的RSR對OBU 的訪問許可管理及OBU對RSE的合法性認(rèn)證的管理。這些安全性能,包括電子標(biāo)簽及智能IC卡,有一系列國際標(biāo)準(zhǔn)做保障,使它們都能符合世界范圍內(nèi)各國銀行所要求的安全性能水平。

        電子標(biāo)簽的防拆卸功能對于基于車輛類型進(jìn)行收費(fèi)的系統(tǒng)非常重要的。配備拆卸檢測功能,能夠防止在系統(tǒng)不知情的情況下,將標(biāo)簽從一輛車上拆下安裝到另外一輛車上。大多數(shù)基于DSRC的5.8GHz系統(tǒng)的電子標(biāo)簽都具備非常成熟的防拆卸手段用以避免由于故意更換標(biāo)簽而造成的通信費(fèi)款流失。而915M系統(tǒng)的標(biāo)簽則不具備類似的功能。

        4 抗干擾性
        系統(tǒng)的抗干擾性是非常重要的一個質(zhì)量因素,尤其是當(dāng)該系統(tǒng)很龐大并且鄰近的頻點也在使用中的情況。抗干擾性能對讀取數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率、寫入的準(zhǔn)確率以及通信距離有極大的影響。

        目前在900MHZ頻段工作的無線電設(shè)備包括GSM無線電移動通信設(shè)備、RFID設(shè)備以及用于工業(yè)、科研、醫(yī)療用途的一些設(shè)備(國際稱為ISM頻段)。在此頻段中的890MHZ-915MHZ用于GSM系統(tǒng)的上行傳輸,即手提電話在此頻段自基站發(fā)送信息,基站在此頻段接收;935-960MHZ用于基站向手機(jī)發(fā)送信息。

        美國AMTECH公司的IT500系列產(chǎn)品的通信頻率在902MHz-928MHz,其電子標(biāo)簽會積極響應(yīng)其他大功率的微波發(fā)射源,故其和手機(jī)之間產(chǎn)生的相互干擾有可能阻塞、中斷或干擾標(biāo)簽與讀寫器之間的通訊,這種干擾對讀取的準(zhǔn)確性,特別是寫入的準(zhǔn)確程度和距離帶來極大的影響。

        同時,在ISM頻段中為增加讀取距離而加大發(fā)射功率也會為同一頻段或相鄰頻段工作的無線通訊設(shè)備(手機(jī))帶來干擾。

        由于干擾問題出現(xiàn)讀取數(shù)據(jù)的錯誤率促使全世界的運(yùn)營公司都在考慮將2.45GHz 以下頻點工作的系統(tǒng)更換為5.8GHz的系統(tǒng)。

        5 系統(tǒng)可擴(kuò)展性
        系統(tǒng)可擴(kuò)展性意味著基于DSRC的ETC系統(tǒng)是完全開放的,它可以兼容從簡單的只讀電子標(biāo)簽一直到支持多種應(yīng)用的更為先進(jìn)的電子標(biāo)簽。這使得現(xiàn)有的電子收費(fèi)系統(tǒng)可以輕易地擴(kuò)展到其他的ITS服務(wù)領(lǐng)域,從而為業(yè)主運(yùn)營商帶來多種收入。

        5.8GHz的DSRC系統(tǒng)可以同時兼容不同應(yīng)用的電子標(biāo)簽而無須對已安裝的基礎(chǔ)設(shè)施(路側(cè)天線)做任何更改。運(yùn)營商可以在實施項目的初期使用只讀系統(tǒng),隨后,根據(jù)其自身的情況來選擇向系統(tǒng)中加入更高級的電子標(biāo)簽,如兩片式電子標(biāo)簽(帶有IC卡的電子標(biāo)簽),而不需要更換其讀寫天線。可以很容易地以同樣的方式向后續(xù)擴(kuò)展的系統(tǒng)提供更高的安全級別。

        而915MHz系統(tǒng)由于其雙向通信能力的低下,極大地限制了未來系統(tǒng)應(yīng)用的擴(kuò)展。

        6 標(biāo)準(zhǔn)化
        從目前的情況來看,對于915 MHz系統(tǒng)來講,還沒有一個通用的國際規(guī)范或國際標(biāo)準(zhǔn)。盡管其接口和通信協(xié)議開放了一些,但目前市場上的系統(tǒng)仍然屬于專有系統(tǒng)。

        對于ETC應(yīng)用來講,基于專用短程通信的系統(tǒng)已由ISO TC204 / CEN TC278進(jìn)行了充分地標(biāo)準(zhǔn)化。5.8GHz的DSRC由完全開放的、且無需任何許可協(xié)議的三組成:

        DSRC 物理層 (EN 12253)
        DSRC 數(shù)據(jù)鏈路層 (EN 12795)
        DSRC 應(yīng)用層 (EN 12834 / ISO 15628)
        5.8GHz的DSRC標(biāo)準(zhǔn)自1997年以來就已經(jīng)穩(wěn)定。大多數(shù)歐盟的成員國以及瑞士、智利、巴西、澳大利亞等國都支持DSRC標(biāo)準(zhǔn)。服從DSRC標(biāo)準(zhǔn)、用于收費(fèi)服務(wù)系統(tǒng)已從1997年運(yùn)營至今,它們應(yīng)用于不同的國家,并由不同的供應(yīng)商供貨。

        在我國,國家智能交通系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心、ISO/TC204中國技術(shù)委員會負(fù)責(zé)交通專用短程通信的標(biāo)準(zhǔn)化工作。目前,基于5.8GHz的交通專用短程通信國家標(biāo)準(zhǔn)制定工作正在進(jìn)行當(dāng)中,物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層三項國標(biāo)已經(jīng)于2002年底完成征求意見工作,標(biāo)準(zhǔn)審批將于2003年上半年開始。

        7 結(jié)論
        由上述比較可以看出,5.8GHz系統(tǒng)相對于915MHz系統(tǒng)而言,有著無法比擬的優(yōu)勢。

        首先,從技術(shù)上講,5.8GHz系統(tǒng)通信距離長,通信速率高,該頻段背景噪聲小,干擾與抗干擾問題容易解決,系統(tǒng)具有相當(dāng)高的安全性,易于在大規(guī)模、開放性的系統(tǒng)中實施。

        其次,5.8GHz頻段的設(shè)備供應(yīng)商相對較多,這有利于我國ETC系統(tǒng)的設(shè)備引進(jìn),有利于降低系統(tǒng)成本,也有利于講來開展智能交通領(lǐng)域內(nèi)的其他服務(wù)。

        最后,從標(biāo)準(zhǔn)化角度來講,5.8GHz系統(tǒng)更符合我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化組織及技術(shù)主管部門的技術(shù)取向,同時也與國際上主流的ITS標(biāo)準(zhǔn)化體系保持一致。

        勿容置疑,我國公路聯(lián)網(wǎng)電子收費(fèi)車輛識別確定在5.8GHz頻段已成定局。

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