電子收費之5.8GHz系統與915MHz系統的比較
文章出處：http://psychicreadingswithdeb.com 作者：張北海 人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年11月04日
近一段時(shí)間以來(lái)，社會(huì )上出現了關(guān)于采用5.8GHz頻段微波車(chē)輛自動(dòng)識別技術(shù)（AVI）用于公路聯(lián)網(wǎng)電子收費前景堪憂(yōu)的傳言，這在一定程度上阻礙了我國公路電子不停車(chē)收費技術(shù)的健康發(fā)展。為此，國家智能交通系統工程技術(shù)研究中心、ISO/TC204中國技術(shù)委員會(huì )根據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，確認我國公路聯(lián)網(wǎng)電子收費車(chē)輛識別確定在5.8GHz頻段已成定局，同時(shí)電子不停車(chē)收費技術(shù)將作為政府和企業(yè)提高公路收費效率的重要手段。
作為上述確認的補充，本文將從技術(shù)層面以及標準化層面，對5.8GHz AVI系統與915MHz AVI系統作一比較。
0 電子收費射頻識別技術(shù)概述
射頻（Radio Frequency，RF）技術(shù)被廣泛應用于多種領(lǐng)域，如：電視、廣播、移動(dòng)電話(huà)、雷達、自動(dòng)識別系統等。射頻識別（RFID）即指應用射頻識別信號對目標物進(jìn)行識別。射頻識別的應用領(lǐng)域包括：道路電子收費系統（ETC），集裝箱、貨物識別，出入門(mén)禁管理，鐵路機車(chē)車(chē)輛識別與跟蹤，商用車(chē)隊管理等。
道路收費領(lǐng)域內的射頻識別技術(shù)-自動(dòng)車(chē)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(dòng)車(chē)輛識別領(lǐng)域內曾經(jīng)研究和使用過(guò)的頻率主要有三種：915MHz、2.45GHz、5.8GHz。從已經(jīng)建成的應用系統來(lái)看，915MHz系統主要應用與北美地區，尤其是集裝箱識別系統。并且，近八年以來(lái)，國際上（包括美國在內）幾乎再沒(méi)有新的915MHz系統應用于道路收費系統。美國自身也在逐步地將應用于智能交通領(lǐng)域內的自動(dòng)車(chē)輛識別的標準轉向5.8GHz～5.9GHz系統。5.8GHz專(zhuān)用短程通信（DSRC）系統主要應用于歐洲、亞洲及大洋洲地區。2.45GHz系統應用相對較少，沒(méi)有形成主流。
目前，國際上道路電子收費系統頻點(diǎn)確定在5.8GHz附近已經(jīng)是不爭的事實(shí)，國際標準化組織（ISO）、歐洲標準化委員會(huì )（CEN）、日本、美國、中國等大多數標準化組織和國家都已將其標準確定在5.8GHz～5.9GHz頻段上。
從技術(shù)上講，5.8GHz系統相對于915MHz系統而言，無(wú)疑有著(zhù)無(wú)法比擬的優(yōu)勢。下面將從數據傳輸速率、通訊距離、安全性、抗干擾性、系統可擴展性等方面對兩種系統做一對比。
1 數據傳輸速率
5.8GHz系統數據傳輸速率是下行500Kbps（寫(xiě)入功能），上行250Kbps（讀出功能）。這樣的傳輸速率可以確保收費處理交易的正確完成，也可以在將來(lái)提供ITS領(lǐng)域內的其他服務(wù)。
而915MHz系統的數據傳輸速率分別為0.3Kbps（寫(xiě)入功能）和 6Kbps（讀出功能）。也就是說(shuō)，從單個(gè)標簽上讀8 Byte耗時(shí)12ms，向單個(gè)標簽上寫(xiě)入1 Byte耗時(shí)25ms。由于系統的寫(xiě)入能力非常有限（通常會(huì )遇到過(guò)高錯誤率等問(wèn)題），最后僅使用其只讀的功能。這給915MHz系統在封閉式收費系統內的應用帶來(lái)了巨大的障礙。
2 通訊距離
電子標簽和讀寫(xiě)器的通訊距離是ETC系統設計的重要因素。為了保障系統的能夠交換更多的數據（如封閉式收費系統應用），保障較高的通行速度及較低的交易錯誤率，較長(cháng)的通訊距離是必須的。
5.8GHz系統DSRC協(xié)議的基礎技術(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，從而使得標簽可以在有限的功率范圍內可靠地進(jìn)行通訊。因此根據反向散射原理工作的系統讀和寫(xiě)的距離相等。
915MHz等低頻點(diǎn)的技術(shù)則要求電子標簽必須利用讀寫(xiě)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。要達到有效讀寫(xiě)距離，電子標簽需要反射部分發(fā)射功率，并不斷的重發(fā)數據。與電子標簽通訊所需的功率與其距離的平方成反比，也就是說(shuō)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(diǎn)的技術(shù)10米距離的可靠通訊所需的功率高達100瓦。但是發(fā)射功率越大，與使用鄰近頻點(diǎn)的設備就越有可能出現干擾的情況。
3 系統安全性
ETC系統的成敗常常取決于公眾對系統性能的認可程度。偽造電子標簽的出現會(huì )導致用戶(hù)對整個(gè)系統的不信任，甚至會(huì )嚴重到?jīng)]有人愿意再使用這套系統。因此選擇可靠、安全的解決方案至關(guān)重要。
當然安全性能需要附加的存儲空間以及運算處理的能力，這會(huì )相應地增加成本。但這種成本的增加是值得的，也是相當必要的。
對于915M系統的標簽來(lái)講，由于載波頻率比較低，同時(shí)其數據傳輸速率又比較低，故標簽與讀寫(xiě)天線(xiàn)之間的微波通信很容易被竊聽(tīng)。
由于915M的標簽不支持任何有效的安全機制，如信息加密以及產(chǎn)生報文認證MAC碼，很可能會(huì )出現偽造電子標簽的情況，并且對標簽進(jìn)行仿造是很容易做到的。事實(shí)上，對于系統運營(yíng)商來(lái)講是幾乎不可能發(fā)現這種情況的。
而基于DSRC的5.8GHz系統，在用戶(hù)界面上提供了一套較完備的信息安全管理機制，包括了基于DES及Triple-DES算法的RSR對OBU 的訪(fǎng)問(wèn)許可管理及OBU對RSE的合法性認證的管理。這些安全性能，包括電子標簽及智能IC卡，有一系列國際標準做保障，使它們都能符合世界范圍內各國銀行所要求的安全性能水平。
電子標簽的防拆卸功能對于基于車(chē)輛類(lèi)型進(jìn)行收費的系統非常重要的。配備拆卸檢測功能，能夠防止在系統不知情的情況下，將標簽從一輛車(chē)上拆下安裝到另外一輛車(chē)上。大多數基于DSRC的5.8GHz系統的電子標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簽而造成的通信費款流失。而915M系統的標簽則不具備類(lèi)似的功能。
4 抗干擾性
系統的抗干擾性是非常重要的一個(gè)質(zhì)量因素，尤其是當該系統很龐大并且鄰近的頻點(diǎn)也在使用中的情況?？垢蓴_性能對讀取數據的準確率、寫(xiě)入的準確率以及通信距離有極大的影響。
目前在900MHZ頻段工作的無(wú)線(xiàn)電設備包括GSM無(wú)線(xiàn)電移動(dòng)通信設備、RFID設備以及用于工業(yè)、科研、醫療用途的一些設備（國際稱(chēng)為ISM頻段）。在此頻段中的890MHZ-915MHZ用于GSM系統的上行傳輸，即手提電話(huà)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，其電子標簽會(huì )積極響應其他大功率的微波發(fā)射源，故其和手機之間產(chǎn)生的相互干擾有可能阻塞、中斷或干擾標簽與讀寫(xiě)器之間的通訊，這種干擾對讀取的準確性，特別是寫(xiě)入的準確程度和距離帶來(lái)極大的影響。
同時(shí)，在ISM頻段中為增加讀取距離而加大發(fā)射功率也會(huì )為同一頻段或相鄰頻段工作的無(wú)線(xiàn)通訊設備（手機）帶來(lái)干擾。
由于干擾問(wèn)題出現讀取數據的錯誤率促使全世界的運營(yíng)公司都在考慮將2.45GHz 以下頻點(diǎn)工作的系統更換為5.8GHz的系統。
5 系統可擴展性
系統可擴展性意味著(zhù)基于DSRC的ETC系統是完全開(kāi)放的，它可以兼容從簡(jiǎn)單的只讀電子標簽一直到支持多種應用的更為先進(jìn)的電子標簽。這使得現有的電子收費系統可以輕易地擴展到其他的ITS服務(wù)領(lǐng)域，從而為業(yè)主運營(yíng)商帶來(lái)多種收入。
5.8GHz的DSRC系統可以同時(shí)兼容不同應用的電子標簽而無(wú)須對已安裝的基礎設施（路側天線(xiàn)）做任何更改。運營(yíng)商可以在實(shí)施項目的初期使用只讀系統，隨后，根據其自身的情況來(lái)選擇向系統中加入更高級的電子標簽，如兩片式電子標簽（帶有IC卡的電子標簽），而不需要更換其讀寫(xiě)天線(xiàn)?？梢院苋菀椎匾酝瑯拥姆绞较蚝罄m擴展的系統提供更高的安全級別。
而915MHz系統由于其雙向通信能力的低下，極大地限制了未來(lái)系統應用的擴展。
6 標準化
從目前的情況來(lái)看，對于915 MHz系統來(lái)講，還沒(méi)有一個(gè)通用的國際規范或國際標準。盡管其接口和通信協(xié)議開(kāi)放了一些，但目前市場(chǎng)上的系統仍然屬于專(zhuān)有系統。
對于ETC應用來(lái)講，基于專(zhuān)用短程通信的系統已由ISO TC204 / CEN TC278進(jìn)行了充分地標準化。5.8GHz的DSRC由完全開(kāi)放的、且無(wú)需任何許可協(xié)議的三組成：
DSRC 物理層 （EN 12253）
DSRC 數據鏈路層 （EN 12795）
DSRC 應用層 （EN 12834 / ISO 15628）
5.8GHz的DSRC標準自1997年以來(lái)就已經(jīng)穩定。大多數歐盟的成員國以及瑞士、智利、巴西、澳大利亞等國都支持DSRC標準。服從DSRC標準、用于收費服務(wù)系統已從1997年運營(yíng)至今，它們應用于不同的國家，并由不同的供應商供貨。
在我國，國家智能交通系統工程技術(shù)研究中心、ISO/TC204中國技術(shù)委員會(huì )負責交通專(zhuān)用短程通信的標準化工作。目前，基于5.8GHz的交通專(zhuān)用短程通信國家標準制定工作正在進(jìn)行當中，物理層、數據鏈路層、應用層三項國標已經(jīng)于2002年底完成征求意見(jiàn)工作，標準審批將于2003年上半年開(kāi)始。
7 結論
由上述比較可以看出，5.8GHz系統相對于915MHz系統而言，有著(zhù)無(wú)法比擬的優(yōu)勢。
首先，從技術(shù)上講，5.8GHz系統通信距離長(cháng)，通信速率高，該頻段背景噪聲小，干擾與抗干擾問(wèn)題容易解決，系統具有相當高的安全性，易于在大規模、開(kāi)放性的系統中實(shí)施。
其次，5.8GHz頻段的設備供應商相對較多，這有利于我國ETC系統的設備引進(jìn)，有利于降低系統成本，也有利于講來(lái)開(kāi)展智能交通領(lǐng)域內的其他服務(wù)。
最后，從標準化角度來(lái)講，5.8GHz系統更符合我國相關(guān)標準化組織及技術(shù)主管部門(mén)的技術(shù)取向，同時(shí)也與國際上主流的ITS標準化體系保持一致。
勿容置疑，我國公路聯(lián)網(wǎng)電子收費車(chē)輛識別確定在5.8GHz頻段已成定局。
