一、DSRC系統(tǒng)的概述
DSRC通信協(xié)議是ITS標(biāo)準(zhǔn)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(jī)的結(jié)合起來，利用計算機(jī)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(fèi)，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(jī)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(dú)立的數(shù)據(jù)載體成為單片式電子標(biāo)簽，也可以通過附加一個智能卡讀寫接口，實現(xiàn)擴(kuò)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(biāo)簽。智能卡的引入，不僅使電子標(biāo)簽的擴(kuò)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(yùn)的風(fēng)險。
三、DSRC系統(tǒng)的特點(diǎn)
DSRC設(shè)備通過通用的串行口與計算機(jī)連接，成為一個高性能的移動數(shù)據(jù)采集裝置。在計算機(jī)上配置相應(yīng)的計算機(jī)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(fèi)、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(dāng)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(jìn)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?，使之逐步成為世界各?span lang="EN-US" dir="ltr">DSRC設(shè)備研究和開發(fā)工作者們共同認(rèn)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(jī)連接，實現(xiàn)小范圍內(nèi)圖像，語音和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)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(diǎn)，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(fù)責(zé)向應(yīng)用系統(tǒng)提供服務(wù)接口；數(shù)據(jù)鏈路層加強(qiáng)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(rèn)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(fù)責(zé)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(fù)責(zé)通信雙方對等服務(wù)用戶之間進(jìn)行的信息傳輸工作。
六、現(xiàn)有DSRC標(biāo)準(zhǔn)比較
CEN的DSRC標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)保有最大彈性，但由于許多地方敘述不清，無法構(gòu)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，易導(dǎo)致各制造商對此標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)相對CEN標(biāo)準(zhǔn)而言更嚴(yán)謹(jǐn)，內(nèi)容敘述和參數(shù)規(guī)定比較明確，而且日本標(biāo)準(zhǔn)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(jī)加密算法）等特點(diǎn)，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(diǎn)，DSRC在ITS的許多子系統(tǒng)中得到應(yīng)用，如先進(jìn)的公共運(yùn)輸系統(tǒng)（APTS）、商用車輛營運(yùn)系統(tǒng)（CVOS）、先進(jìn)的交通信息系統(tǒng)（ATIS）和先進(jìn)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(fèi)：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(fèi)，減少停車時間，提高通行能力；對收費(fèi)停車場進(jìn)行自動記時和自動收費(fèi)，使收費(fèi)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(jìn)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(jìn)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(fèi)站安裝路邊設(shè)備，當(dāng)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(yùn)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(yùn)營車輛與指揮調(diào)度中心的實時通信，根據(jù)車輛運(yùn)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(fèi)、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(hù)車、消防車等的動態(tài)管理。當(dāng)緊急情況發(fā)生后，可以依靠DSRC系統(tǒng)進(jìn)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(dá)事故發(fā)生地點(diǎn)。
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(jìn)行實時定點(diǎn)通行記載和交通量統(tǒng)計工作。