一、DSRC系統(tǒng)的概述
DSRC通信協(xié)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(wù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。DSRC系統(tǒng)是一種無線移動通信系統(tǒng)，它通過數(shù)據(jù)的雙向傳輸將車輛和道路有機的結(jié)合起來，利用計算機網(wǎng)絡(luò)，在智能交通系統(tǒng)中提供車-車，車-路之間的信息高速傳輸?shù)臒o線通訊服務(wù)。DSRC系統(tǒng)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(shù)據(jù)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(tǒng)的可靠性。
二、DSRC系統(tǒng)的組成
專用短程通信設(shè)備基于專用短程通信 (Dedicated Short Range Communication，簡稱DSRC) 規(guī)范，主要包含路側(cè)設(shè)備(Road Side Unit，簡稱RSU)和車載設(shè)備(On Board Unit,簡稱OBU)兩部分，通過路側(cè)設(shè)備和車載設(shè)備之間的無線通信實現(xiàn)路網(wǎng)與車輛之間的信息交流。DSRC是一種小范圍無線通信系統(tǒng)，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(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境（通訊區(qū)域）見圖1和圖2。
圖1 典型專用短程通訊系統(tǒng)的通訊區(qū)域（側(cè)視）
圖2 典型專用短程通訊系統(tǒng)的通訊區(qū)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(xié)議的數(shù)據(jù)交換方式和微波無線傳遞手段，實現(xiàn)移動車載設(shè)備與路側(cè)設(shè)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(shè)備。OBU本身既可以作為獨立的數(shù)據(jù)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(xiàn)擴展的數(shù)據(jù)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(yīng)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(tǒng)營運的風(fēng)險。
三、DSRC系統(tǒng)的特點
DSRC設(shè)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(shù)據(jù)采集裝置。在計算機上配置相應(yīng)的計算機軟件、設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)，能構(gòu)成不同應(yīng)用條件要求下的車載設(shè)備信息統(tǒng)計、處理及管理系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于路橋收費、公安交管、智能小區(qū)及海關(guān)通關(guān)等相關(guān)短程移動信息應(yīng)用領(lǐng)域。
根據(jù)調(diào)制方式的不同，DSRC系統(tǒng)可分為主動式（Active System）和被動式（Passive System）兩種。主動式又稱為收發(fā)器（Transceiver）系統(tǒng)，在這種系統(tǒng)中OBU和RSU均有振蕩器，都可以用來發(fā)射電磁波。當RSU向OBU發(fā)射詢問信號后，OBU利用自身的電池能量發(fā)射數(shù)據(jù)RSU，主動式OBU必須帶有電池；被動式又被稱為異頻收發(fā)系統(tǒng)（Transponder System)或反向散射系統(tǒng)（Back scatter System），是指RSU發(fā)射電磁信號，OBU被電磁波激活后進入通信狀態(tài)，并以一種切換頻率反向發(fā)送給RSU的系統(tǒng)，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(xié)議，具有區(qū)域分割、時分多址（TDMA）、主從控制、透明傳輸?shù)忍匦裕怪鸩匠蔀槭澜绺鲊?span lang="EN-US" dir="ltr">DSRC設(shè)備研究和開發(fā)工作者們共同認可的通信手段?！皩Ｓ枚坛掏ㄐ旁O(shè)備”原理方框圖如3所示。
圖3 DSRC設(shè)備的原理圖
四、DSRC協(xié)議概述
為了實施對交通的智能化，實時，動態(tài)管理，國際上專門開發(fā)了應(yīng)用于ITS領(lǐng)域的道路與車輛間的通訊協(xié)議，即專用短程通訊協(xié)議（Dedicated Short Range Communication,簡稱“DSRC”)。DSRC利用高效的無線通信技術(shù)，可以為行駛車輛和道路提供有機連接，實現(xiàn)小范圍內(nèi)圖像，語音和數(shù)據(jù)的準確和可靠的雙向傳輸。DSRC技術(shù)具有傳輸速率高，傳輸延遲短，實現(xiàn)復(fù)雜度低等特點，與其他無線通訊協(xié)議相比，更加適合應(yīng)用于車-車，車-路通信的苛刻環(huán)境。
五、DSRC協(xié)議功能與結(jié)構(gòu)
針對專用短程通信設(shè)備的應(yīng)用需求，DSRC協(xié)議體系遵循OSI參考模型中的三層結(jié)構(gòu)：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。各層之間的數(shù)據(jù)傳輸由各層協(xié)議保證,三層協(xié)議構(gòu)成DSRC協(xié)議體系。其結(jié)構(gòu)如圖4所示。
圖4 DSRC協(xié)議體系結(jié)構(gòu)
應(yīng)用層規(guī)定應(yīng)用服務(wù)資料的切段和重組，負責向應(yīng)用系統(tǒng)提供服務(wù)接口；數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)單元分組與重組以及有關(guān)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(xié)議數(shù)據(jù)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(yīng)PDU以供傳輸，同時解釋收到的命令及響應(yīng)PDU。
5.2 應(yīng)用層
應(yīng)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(xiàn)初始化、廣播信息傳輸和協(xié)議數(shù)據(jù)單元傳輸服務(wù)。應(yīng)用層核心單元結(jié)構(gòu)如圖5所示。
圖5 應(yīng)用層核心單元結(jié)構(gòu)
初始化核心單元（1-KE）負責車上單元與路側(cè)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(cè)單元的廣播數(shù)據(jù)集中區(qū)來收集、廣播、發(fā)布與不同應(yīng)用有關(guān)的信息；傳輸核心單元（F-KE）負責通信雙方對等服務(wù)用戶之間進行的信息傳輸工作。
六、現(xiàn)有DSRC標準比較
CEN的DSRC標準是歐洲各會員國折中的結(jié)果，對各層除了基本規(guī)定外，有許多參數(shù)可選或可設(shè)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(gòu)成嚴謹?shù)臉藴?，易?dǎo)致各制造商對此標準解讀不同。不過歐洲DSRC系統(tǒng)設(shè)計成支持不同物理媒介，適合多種應(yīng)用場合、多車道環(huán)境，保證該項技術(shù)有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。
日本標準相對CEN標準而言更嚴謹，內(nèi)容敘述和參數(shù)規(guī)定比較明確，而且日本標準將DSRC頻段劃分為7組，分別對應(yīng)不同應(yīng)用（目前有兩組確定為ETC應(yīng)用），這一規(guī)范有助于提高頻道利用率。
七、DSRC技術(shù)在ITS領(lǐng)域的應(yīng)用
DSRC作為一種無線通信方式，在ETC系統(tǒng)中,具有傳輸速度快（1Mbps）、受干擾程度?。▽Ｓ猛ㄐ蓬l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(lián)系起來，實現(xiàn)路邊和車輛信息雙向?qū)崟r傳輸?；谶@些特點，DSRC在ITS的許多子系統(tǒng)中得到應(yīng)用，如先進的公共運輸系統(tǒng)（APTS）、商用車輛營運系統(tǒng)（CVOS）、先進的交通信息系統(tǒng)（ATIS）和先進的交通管理系統(tǒng)（ATMS)等。
目前，專用短程通信系統(tǒng)己經(jīng)被廣泛地應(yīng)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(shè)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(tǒng)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(jiān)管及防盜功能：對車輛的車主、車型以及牌照等相關(guān)信息進行登記記錄，DSRC系統(tǒng)可以實現(xiàn)對車輛的實時管理。在主要路口、收費站安裝路邊設(shè)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(tǒng)發(fā)現(xiàn)。
4、公共交通管理：采用DI編碼方式實現(xiàn)運營車輛定位，將車輛的位置數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦徽{(diào)度中心，實現(xiàn)運營車輛與指揮調(diào)度中心的實時通信，根據(jù)車輛運營狀態(tài)的信息實現(xiàn)車輛的優(yōu)化調(diào)度和管理；為乘客提供乘車線路、車票費、發(fā)車時間等信息，為駕駛員提供與公交有關(guān)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(shù)據(jù)信息。
5、安全行駛支持：路邊設(shè)備可以探測出前方、后方及周圍車輛，并將附近區(qū)域車輛的車速、方向等信息經(jīng)管理中心處理后提供給駕駛員，防止交通事故的發(fā)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(xiàn)對特種車輛如警車、救護車、消防車等的動態(tài)管理。當緊急情況發(fā)生后，可以依靠DSRC系統(tǒng)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(fā)生地點。
7、為城市規(guī)劃、道路規(guī)劃提供交通數(shù)據(jù)：在需要調(diào)查的路段安裝路邊單元后，DSRC系統(tǒng)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(tǒng)計工作。