專用短程通信（DSRC）技術(shù)在ITS中的應(yīng)用

1．前言

    智能運輸系統(tǒng)（Intelligent Transport System， 簡稱ITS）是將先進(jìn)的信息技術(shù)，通信技術(shù)，傳感器技術(shù)等有效地運用于交通運輸管理體系，建立起一種實時、準(zhǔn)確、高效的綜合運輸和管理系統(tǒng)[1]。

    專用短程通信（Dedicated Short Range Communication，簡稱DSRC[2]）技術(shù)是ITS的基礎(chǔ)之一。DSRC能提供高速的數(shù)據(jù)傳輸，并且能保證通信鏈路的低延時，保證系統(tǒng)的可靠性，是專門用于車輛通信的技術(shù)。DSRC技術(shù)是一種無線通信系統(tǒng)，它負(fù)責(zé)在車-路以及車-車之間建立信息雙向傳輸。由于DSRC的重要性，業(yè)界成立了很多聯(lián)盟，如Network on Wheels、Vehicle Safety Communication Consortium(VSCC)、DSRC Industry Consortium和CAR 2 Communication Consortium等來推進(jìn)DSRC的技術(shù)研究與市場化進(jìn)程。

    世界上各大汽車企業(yè)都已開始研究DSRC技術(shù)。 如Daimler Chrysler已經(jīng)開發(fā)出DSRC的原型系統(tǒng)。豐田汽車的子公司豐田IT開發(fā)中心近日發(fā)表了同時使用5.8GHz頻帶DSRC和700MHz頻帶UHF的路車間通信技術(shù)，并已通過實驗。通用，本田等公司也開始了DSRC的研究工作。沖電氣工業(yè)（OKI）已經(jīng)試制出全球首例采用DSRC技術(shù)的“安全手機”。該手機利用DSRC技術(shù)向周邊車輛告知持機人的位置，同時接受車輛的位置信息，以此來消除交通中的安全隱患。大力發(fā)展我國的DSRC技術(shù)，有利于將來在車載通信領(lǐng)域與國際汽車巨頭一爭高低。 

2．DSRC的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程 

    目前，國際上幾大標(biāo)準(zhǔn)化組織都開展了制定DSRC標(biāo)準(zhǔn)的工作。以美國ASTM/IEEE, 日本的ISO/TC204和CEN/TC278標(biāo)準(zhǔn)體系為代表。

    早在1992年，美國ASTM就開始發(fā)展DSRC技術(shù)，主要針對ETC技術(shù)，采用915MHz頻段。2002年ASTM通過E2213-02作為DSRC標(biāo)準(zhǔn)，采用5.9GHz，2003年通過改進(jìn)版本E2213-03。該版本以IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)[3]，提出一系列的改進(jìn)來適應(yīng)車載環(huán)境的通信需求。從2004年開始美國的DSRC標(biāo)準(zhǔn)化工作轉(zhuǎn)入IEEE802.11p與1609工作組進(jìn)行，該系列兼容ASTM標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)的最終版本是在IEEE 802.11上做部分修正，主要目的是讓它可以應(yīng)用于高速移動的環(huán)境。目前IEEE 1609系列標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)通過試用版本，主要是DSRC的上層標(biāo)準(zhǔn)。而針對下層關(guān)鍵技術(shù)的IEEE802.11p還未發(fā)布正式版本。

    日本的DSRC標(biāo)準(zhǔn)由TC204委員會承擔(dān)，已經(jīng)完成標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。而TC204通過決議支持最終的IEEE 802.11p版本。 

    歐洲早在1994年就由CEN/TC278開始了DSRC標(biāo)準(zhǔn)的起草。于1997年“5.8GHz DSRC物理層和數(shù)據(jù)鏈路層”標(biāo)準(zhǔn)獲得通過。但是歐洲的標(biāo)準(zhǔn)與美國采用的制式，頻段和調(diào)制方式等都不同。

    由于各國的標(biāo)準(zhǔn)不同，未來DSRC的標(biāo)準(zhǔn)走向還有待觀察，有關(guān)人士預(yù)測未來可能在底層允許多種標(biāo)準(zhǔn)的存在，而采用統(tǒng)一的應(yīng)用層協(xié)議。 

3．DSRC技術(shù)的應(yīng)用 

    在采用DSRC技術(shù)的系統(tǒng)中，車子上裝備有OBU，相當(dāng)于移動終端。并且OBU有比較強的數(shù)據(jù)處理能力，可以滿足DSRC的特定需要。在路邊部署了被稱為路邊單元的RSU，與OBU相比除了具有基本通信功能外還擁有一定的管理功能并且接入后備網(wǎng)絡(luò)。車載DSRC系統(tǒng)包括車-路（V2R）通信和車-車（V2V）通信兩種形式[4]：車-路通信是車輛與路邊基礎(chǔ)設(shè)施的通信，屬于移動節(jié)點與固定節(jié)點的通信，采用基于一跳的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)模型；車-車通信是車輛間通信，采用基于多跳的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)模型[5]。兩種通信方式被應(yīng)用于不同領(lǐng)域。

3.1車-路通信

圖1. DSRC在車-路通信中的應(yīng)用

    車-路通信主要面向非安全性應(yīng)用，以ETC系統(tǒng)為代表。它是一種應(yīng)用于公路，大橋和隧道的電子自動收費系統(tǒng)。車輛經(jīng)過特定的ETC車道，通過車載OBU與路側(cè)RSU的通信，不需停車和收費人員采取任何操作的情況下，能自動完成收費過程。ETC系統(tǒng)能大大提高高速公路的通行能力，提高服務(wù)水平，簡化收費過程，節(jié)約成本，符合我國的發(fā)展現(xiàn)狀。 

    除了已經(jīng)比較成熟的ETC系統(tǒng)外，如圖1所示基于車-路通信的DSRC應(yīng)用還可以用在電子地圖的下載和交通調(diào)度等。路邊的RSU接入后備網(wǎng)絡(luò)與當(dāng)?shù)氐慕煌ㄐ畔⒕W(wǎng)或因特網(wǎng)相連，通過OBU與RSU的通信來獲得電子地圖和路況信息等，從而可以選擇最優(yōu)路線，能夠緩解交通擁堵等。 

3.2車-車通信 

    車-車通信方式主要用于車輛的主動安全方面。據(jù)世衛(wèi)組織統(tǒng)計全球每年有120多萬人死于交通事故，每年交通事故造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)5180億美元。將DSRC技術(shù)應(yīng)用于交通安全領(lǐng)域，能夠提高交通的安全系數(shù)，作用是減少交通事故，降低直接和非直接的經(jīng)濟(jì)損失，以及減少地面交通網(wǎng)絡(luò)的擁塞。

圖2. DSRC在車-車通信中的應(yīng)用

    如圖2中表示，當(dāng)前面車輛檢測到障礙物或車禍等情況時，它將向后發(fā)送碰撞警告信息，提醒后面的車輛潛在的危險[6]。另一情形為，在路邊緊急停車的車輛向靠近自己的車發(fā)送警告消息，提醒它們不要進(jìn)入危險區(qū)域。車-車通信的應(yīng)用還包括轉(zhuǎn)彎速度控制、車隊管理和安全超車等。 

4．DSRC與WiMAX技術(shù)結(jié)合 

    未來的智能交通通信系統(tǒng)將會是一個統(tǒng)一的信息交互平臺，除了提供交通和安全信息實時交互以外，還包括內(nèi)容豐富的定制信息服務(wù)，如獲取娛樂和資訊信息，實現(xiàn)因特網(wǎng)接入等。

    DSRC技術(shù)在汽車的主動安全等方面有著得天獨厚的優(yōu)勢，但如果在未來的DSRC基礎(chǔ)設(shè)施布網(wǎng)方面完全采用由路邊單元RSU來提供寬帶接入功能，那將會引起網(wǎng)絡(luò)的重復(fù)建設(shè)。近年來得到各方重視并正在推廣的WiMAX技術(shù)則能夠提供寬帶接入的解決方案。目前DSRC還處于試驗階段，還需要數(shù)年才會走向市場。而WiMAX等3G/B3G技術(shù)的發(fā)展會大大超前DSRC，因此采用DSRC與3G/B3G技術(shù)的融合是明智的。

    隨著WiMAX等寬帶無線接入技術(shù)的飛速發(fā)展，在越來越多的熱點地區(qū)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)因特網(wǎng)的寬帶無線接入，但是目前還是依賴于有線安裝與固定裝置，對于移動車輛還是盲點。而DSRC能提供高速的數(shù)據(jù)傳輸，并且能保證通信的低延時和低干擾，保證系統(tǒng)的可靠性[7]，是蜂窩網(wǎng)絡(luò)的一種補充。并且很重要的是，DSRC網(wǎng)絡(luò)是由汽車廠商主導(dǎo)的，因此應(yīng)將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備盡可能的部署在車輛上。WiMAX的無線中繼技術(shù)[8]為在高頻段實現(xiàn)寬帶無線接入提供了一種具有高性價比的解決方案，能提供更好的通信質(zhì)量，同時還能實現(xiàn)對無線資源的二級調(diào)度，在改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量的同時，提升系統(tǒng)容量，提高資源利用率?？梢圆捎靡苿又欣^技術(shù)實現(xiàn)DSRC與WiMAX的結(jié)合。同濟(jì)大學(xué)在DSRC方面的研究起步較早，在國內(nèi)最早提出了采用移動中繼技術(shù)融合DSRC，如圖3所示，通過移動中繼站接入當(dāng)前服務(wù)小區(qū)的接入點，并由此接入基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)。攜帶中繼站的車輛能為車內(nèi)用戶提供高速、可靠的公網(wǎng)連接，提供大容量的通信并保證通信質(zhì)量。車內(nèi)用戶無須直接連接基站，只要通過車載移動中繼站就可以進(jìn)行高速的上傳、下載。而車輛間通信是局域聯(lián)網(wǎng)，是通過DSRC自組織的方式實現(xiàn)，為車間通信提供了高可靠性的連接和數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)安全性應(yīng)用，而未裝備移動中繼的車輛可以通過DSRC網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)資源共享。

圖3. DSRC與基于移動中繼的WiMAX的結(jié)合

5．總結(jié) 

    在不久的未來DSRC技術(shù)必將在ITS領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用，并與車輛導(dǎo)航等先進(jìn)技術(shù)結(jié)合在一起，成為車輛主動安全的重要基礎(chǔ)，交通出行將會越來越安全。而通過DSRC與WiMAX等3G/B3G技術(shù)結(jié)合，汽車將成為一個隨時隨地都能接入無線網(wǎng)絡(luò)的信息平臺將能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定、快速、可靠的信息接入。