DSRC技術及其通信機制的研究

范慶彬，孫健淞，牟紅光

（聯通系統集成有限公司吉林省分公司 長春 130012）

1 引言

隨著科學技術的迅猛發展，人們對于靈活機動性的要求不斷提高，從而需要更快捷、更有效的交通管理。在這一背景下，智能化交通運輸系統（intelligent transport system，ITS）孕育而生。它集成了通信、控制、信息處理等先進的技術，使得我們以往熟悉的交通運輸系統成為一個立體化、智能化、信息化的嶄新智能交通系統。但是要實現ITS最重要的就是要解決在高速行駛中車輛之間通信問題，本文所介紹的專用短距離通信（dedicated short range communication，DSRC）技術為此提供了解決途徑。

2 DSRC技術

DSRC技術提供了一種高效的短距離無線通信機制。它具有傳輸速率高、延遲短等特點，支持點對點、點對多點的通信，利用這種通信手段將車輛之間、車輛與道路之間有機地聯系在一起，為ITS提供了高效的無線通信服務。它和其他無線通信技術（如Wi-Fi技術、WiMAX技術）相比，具有很大的優勢，它們之間的比較見表1。

表1 DSRC技術和其他無線通信技術的比較

由表1可以明顯看出，DSRC技術在性能和實現成本及復雜程度方面綜合考慮要遠優于Wi-Fi和WiMAX技術。

3 DSRC結構及通信原理

3.1 DSRC結構

DSRC結構主要由三部分構成，分別是OBU（on-board unit）、RSU（road-side unit）、專用通信鏈路，如圖 1 所示。

OBU是放在行駛的車輛上的嵌入式處理單元，在整體結構中相當于移動終端。它通常采用雙片式電子標簽加CPU處理單元構成。電子標簽和CPU處理單元同時存儲著車輛的基本信息，如車主信息、車輛型號、車輛物理參數等。CPU處理單元還存儲著一些輔助信息，如在不停車收費系統中需要保存車主賬號、余額、收費記錄、通過時間等。OBU通過專用的通信鏈路依照通信協議的規定與RSU之間保持信息的交互，這種專用的通信協議是DSRC技術的核心所在。

RSU是安裝在指定地點（如車道旁邊、車道上方等）固定的通信設備，它保持著與不同OBU實時高效的通信，實現信息的交互，其有效的覆蓋區域為3～30 m。例如，在不停車收費系統中，它與OBU保持實時通信，實現車輛的自主識別、自動交易、交易信息的記錄等功能。

專用通信鏈路是OBU和RSU保持信息交互的通道，它由兩部分組成：下行鏈路和上行鏈路。RSU到OBU的通信應用下行鏈路，采用ASK調制，數據通信速率500 kbit/s，主要實現OBU讀取RSU中信息和RSU向OBU寫入信息的功能，如不停車收費系統中，余額、收費記錄等的寫入。上行鏈路是從OBU到RSU的通信，采用BPSK調制，主要實現RSU讀取OBU的信息，完成車輛的自主識別功能。

3.2 DSRC通信原理

3.2.1 DSRC協議

DSRC協議主要是為實現OBU和RSU之間通信交互而制定的通信接口規范。它參照了OSI參考模型制定了三層結構，分別是物理層、數據鏈路層、應用層。DSRC協議模型及各層數據流如圖2所示。

物理層為DSRC提供了上/下行通信通道，同時提供優先級之分，屬于底層協議。它采用的是OFDM（正交頻分復用）技術，采用這種技術大大提高了無線通信的抗干擾性和穩定性，為數據鏈路層提供了良好的傳輸基礎。

數據鏈路層是OSI參考模型的第二層，在物理層的基礎上向應用層提供服務，負責數據信息的可靠傳輸。它規定了通信幀的結構和封裝方式，實現差錯和流量的控制，為應用層提供了可靠的數據傳輸。

應用層是在數據鏈路層提供服務的基礎上提供特定的應用服務，如實現通信初始化和釋放程序、廣播服務支持、遠程應用相關操作。

3.2.2 DSRC通信流程

結合我國實際應用環境及需求特點，以定點被動式傳輸通信為例，可以將DSRC的通信流程大致分為建立連接、信息交換、連接釋放3個基本過程。

第一過程，建立連接。RSU利用物理層的下行線路循環不斷地發送幀控制信息，車載OBU駛入RSU的有效發射區域內時將接收此幀控制信息，同時回復相應信息請求建立連接。這時RSU收到請求信息做出響應操作，將響應信息發送給對應的OBU。OBU收到響應信息，發出確認信息，RSU讀取確認信息核實身份，連接建立成功。以上信息交互類似于TCP/IP協議中的3次握手過程。

第二過程，信息交換。利用已建立好的連接，針對應用服務類型進行數據交換。在此過程中差錯控制應首先被考慮，可以通過幀攜帶OBU私有標識、設置重傳計數器、控制重傳等待時間等方式解決。

第三過程，連接釋放。RSU向OBU發送釋放連接信息，OBU接收信息，確認要釋放連接，設定連接釋放計數器，由連接釋放計數器釋放連接。

4 DSRC技術展望

DSRC技術具有大容量、高速率、低延遲等特點，可以為很多類似于ITS系統的通信平臺提供服務，應用前景廣泛。

DSRC技術主要提供的服務如下。

（1）信息交互的服務

DSRC技術提供車輛之間的通信，滿足如自動駕駛、信息提示等多方面的服務。DSRC技術還提供了固定點與行駛車輛間的通信，例如不停車收費系統。

（2）實時監控服務

可以實時監控道路上行駛的車輛，獲取車輛的信息，甚至對車輛進行控制等，這些實時性的監控服務為人們提供了很大的方便，同時也為實現全道路自動無人駕駛提供了可能的技術支持。

雖然DSRC標準應用前景十分廣泛，但還存在如下有待解決的問題。

（1）RUS 問題

部分系統應用DSRC技術實現OBU和RSU之間的通信，只需要在特定位置安置一個或幾個RSU單元即可，如：不停車收費系統。但是對于有些系統如無人駕駛系統，則需要在道路上等距離安置RSU單元，這樣安置RSU單元的數量、距離、抗相互干擾等就成了有待解決的問題，所以對于今后的研究應著重于如何設計RSU的發射功率及分布。

（2）布網問題

要應用DSRC技術就要為其提供相應的載體平臺，這樣就需要投入大量資金做基礎建設。所以如何使DSRC技術能利用公網設施實現通信就成了有待解決的問題。