一、DSRC系統的概述

       DSRC通信協議是ITS標準體系框架中的重要組成部分，是整個智能交通服務系統的基礎。DSRC系統是一種無線移動通信系統，它通過數據的雙向傳輸將車輛和道路有機的結合起來，利用計算機網絡，在智能交通系統中提供車-車，車-路之間的信息高速傳輸的無線通訊服務。DSRC系統能夠支持行駛車輛間的公共安全和不停車收費，提供高速的數據傳輸，并保證通信鏈路的低延時和低干擾，確保整個交通系統的可靠性。

二、DSRC系統的組成

       專用短程通信設備基于專用短程通信 (Dedicated Short Range Communication，簡稱DSRC) 規范，主要包含路側設備(Road Side Unit，簡稱RSU)和車載設備(On Board Unit,簡稱OBU)兩部分，通過路側設備和車載設備之間的無線通信實現路網與車輛之間的信息交流。DSRC是一種小范圍無線通信系統，它作為車-路的通信平臺，通過信息的雙向傳輸將車輛、道路有機地連接起來。

       典型專用短程通訊系統的應用環境（通訊區域）見圖1和圖2。

圖1 典型專用短程通訊系統的通訊區域（側視）

圖2 典型專用短程通訊系統的通訊區域（俯視）

       RSU是OBU的讀寫控制器，由加密電路、編解碼器電路和微波通訊控制器等組成，以DSRC通訊協議的數據交換方式和微波無線傳遞手段，實現移動車載設備與路側設備之間安全可靠的信息交換目的。

       OBU是一種具有微波通信功能和信息存儲功能的移動識別設備。OBU本身既可以作為獨立的數據載體成為單片式電子標簽，也可以通過附加一個智能卡讀寫接口，實現擴展的數據存儲、處理、訪問控制功能，而成為雙片式電子標簽。智能卡的引入，不僅使電子標簽的擴展存儲空間大大增加，可以容納更多的應用；而且還可以作為電子錢包形式的金融儲值卡使用，大大降低了系統營運的風險。

三、DSRC系統的特點

       DSRC設備通過通用的串行口與計算機連接，成為一個高性能的移動數據采集裝置。在計算機上配置相應的計算機軟件、設備和網絡，能構成不同應用條件要求下的車載設備信息統計、處理及管理系統，廣泛應用于路橋收費、公安交管、智能小區及海關通關等相關短程移動信息應用領域。

       根據調制方式的不同，DSRC系統可分為主動式（Active System）和被動式（Passive System）兩種。主動式又稱為收發器（Transceiver）系統，在這種系統中OBU和RSU均有振蕩器，都可以用來發射電磁波。當RSU向OBU發射詢問信號后，OBU利用自身的電池能量發射數據RSU，主動式OBU必須帶有電池；被動式又被稱為異頻收發系統（Transponder System)或反向散射系統（Back scatter System），是指RSU發射電磁信號，OBU被電磁波激活后進入通信狀態，并以一種切換頻率反向發送給RSU的系統，被動式OBU可以是有電源，也可以是無電源。

       5.8GHz微波專用短程通信基于HDLC協議，具有區域分割、時分多址（TDMA）、主從控制、透明傳輸等特性，使之逐步成為世界各國DSRC設備研究和開發工作者們共同認可的通信手段。“專用短程通信設備”原理方框圖如3所示。

圖3 DSRC設備的原理圖

四、DSRC協議概述

       為了實施對交通的智能化，實時，動態管理，國際上專門開發了應用于ITS領域的道路與車輛間的通訊協議，即專用短程通訊協議（Dedicated Short Range Communication,簡稱“DSRC”)。DSRC利用高效的無線通信技術，可以為行駛車輛和道路提供有機連接，實現小范圍內圖像，語音和數據的準確和可靠的雙向傳輸。DSRC技術具有傳輸速率高，傳輸延遲短，實現復雜度低等特點，與其他無線通訊協議相比，更加適合應用于車-車，車-路通信的苛刻環境。

五、DSRC協議功能與結構

       針對專用短程通信設備的應用需求，DSRC協議體系遵循OSI參考模型中的三層結構：物理層、數據鏈路層和應用層。各層之間的數據傳輸由各層協議保證,三層協議構成DSRC協議體系。其結構如圖4所示。

圖4 DSRC協議體系結構

       應用層規定應用服務資料的切段和重組，負責向應用系統提供服務接口；數據鏈路層加強物理層的原始比特流傳輸，保證上層無差錯傳輸，由MAC子層和LLC子層組成；物理層提供物理媒體信道。

5.1 MAC子層與LLC子層的功能

       MAC子層借助物理媒介信道建立RSU與OBU之間通信連接,處理時隙分配、數據單元分組與重組以及有關確認操作等。LLC子層定義了在路邊單元與車載單元之間的無線鏈路上對協議數據單元（LLC Protocol Data Unit,LPDU）的傳輸與差錯控制。LLC子層生成命令PDU和響應PDU以供傳輸，同時解釋收到的命令及響應PDU。

5.2 應用層

       應用層由三個核心單元（Kernel Element，KE)組成：初始化核心單元（I-KE）、廣播核心單元（B-KE）、傳輸核心單元（T-KE），用于實現初始化、廣播信息傳輸和協議數據單元傳輸服務。應用層核心單元結構如圖5所示。

圖5 應用層核心單元結構

       初始化核心單元（1-KE）負責車上單元與路側單元建立通信的初始化工作；廣播核心單元（B-KE）利用車上單元與路側單元的廣播數據集中區來收集、廣播、發布與不同應用有關的信息；傳輸核心單元（F-KE）負責通信雙方對等服務用戶之間進行的信息傳輸工作。

六、現有DSRC標準比較

       CEN的DSRC標準是歐洲各會員國折中的結果，對各層除了基本規定外，有許多參數可選或可設定。如此做法使得該標準保有最大彈性，但由于許多地方敘述不清，無法構成嚴謹的標準，易導致各制造商對此標準解讀不同。不過歐洲DSRC系統設計成支持不同物理媒介，適合多種應用場合、多車道環境，保證該項技術有廣泛的應用領域。

       日本標準相對CEN標準而言更嚴謹，內容敘述和參數規定比較明確，而且日本標準將DSRC頻段劃分為7組，分別對應不同應用（目前有兩組確定為ETC應用），這一規范有助于提高頻道利用率。

七、DSRC技術在ITS領域的應用

       DSRC作為一種無線通信方式，在ETC系統中,具有傳輸速度快（1Mbps）、受干擾程度小（專用通信頻段5.8GHz）、安全性好（偽隨機加密算法）等特點，可以靈活的將路邊和車輛聯系起來，實現路邊和車輛信息雙向實時傳輸。基于這些特點，DSRC在ITS的許多子系統中得到應用，如先進的公共運輸系統（APTS）、商用車輛營運系統（CVOS）、先進的交通信息系統（ATIS）和先進的交通管理系統（ATMS)等。

       目前，專用短程通信系統己經被廣泛地應用于ITS的各個方面，其作用如下：

       1、電子收費：利用微波或紅外無線讀寫識別設備對通過ETC車道的車輛實行車輛自動識別和不停車自動收費，減少停車時間，提高通行能力；對收費停車場進行自動記時和自動收費，使收費過程更加方便、快捷、安全和易于管理。

       2、提供道路交通信息：利用DSRC系統的雙向交互功能，向交通信息中心提供各處的交通信息，中心對信息進行處理后，實時向駕駛員提供道路、交通及其他信息。

       3、車輛監管及防盜功能：對車輛的車主、車型以及牌照等相關信息進行登記記錄，DSRC系統可以實現對車輛的實時管理。在主要路口、收費站安裝路邊設備，當被盜車輛通過這些路口時，就可以被專用短程通信系統發現。

       4、公共交通管理：采用DI編碼方式實現運營車輛定位，將車輛的位置數據傳輸到公交調度中心，實現運營車輛與指揮調度中心的實時通信，根據車輛運營狀態的信息實現車輛的優化調度和管理；為乘客提供乘車線路、車票費、發車時間等信息，為駕駛員提供與公交有關的實時擁堵、可利用的停車空間等信息。提高公共交通的舒適性、安全性和通暢性，有效地管理公共交通并采集公交數據信息。

       5、安全行駛支持：路邊設備可以探測出前方、后方及周圍車輛，并將附近區域車輛的車速、方向等信息經管理中心處理后提供給駕駛員，防止交通事故的發生。

       6、特種車輛管理和緊急救援：通過對車輛屬性的識別，實現對特種車輛如警車、救護車、消防車等的動態管理。當緊急情況發生后，可以依靠DSRC系統進行實時的交通信息和路況信息采集、處理，使緊急救援車輛以最快的速度在最短的時間到達事故發生地點。

       7、為城市規劃、道路規劃提供交通數據：在需要調查的路段安裝路邊單元后，DSRC系統就可以在不停車狀況下對不同類型車輛進行實時定點通行記載和交通量統計工作。