基于RFID的高速公路不停車收費系統（ETC）防碰撞技術分析

摘要：在不停車收費系統特別是高速公路自動收費應用上， RFID技術可以充分體現出它的優勢，能讓車輛高速通過并完成自動收費的同時，還可以解決原來收費成本高、管理混亂以及停車排隊引起的交通擁塞等問題。因此，對基于RFID的高速公路ETC系統防碰撞技術的分析顯得尤為重要。論文論述了不停車電子收費系統和RFID 的基本組成部分，在此基礎上分析了RFID系統中防碰撞技術，提出了讀寫碰撞是RFID中最常見的問題，進一步研究了包括二進制搜索技術、基于時隙的防碰撞技術等ETC系統防碰撞技術。

關鍵詞：ETC RFID 防碰撞技術

中圖分類號：TN915 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）06-0000-00

1不停車電子收費系統（ETC）

不停車電子收費系統（ETC）是信息化時代背景下智能自動電子交通系統的重要組成部分，主要應用于高速公路、橋梁以及隧道等方面進行自動收費，由于其智能性和便捷性在智能交通中的應用越來越廣泛。

在高速公路的ETC使用中，一般情況下將RFID的標簽放置于車內擋風玻璃后面，并在高速公路收費窗口前方50-100米處的道路上方設有RFID射頻天線，當車輛行駛到RFID的感應區域內，車上的RFID標簽信息將被射頻天線識別，迅速啟動閱讀器和數碼相機。

2 RFID 的基本組成

RFID射頻識別系統技術是基于無線電訊號作為傳播載體的技術，該技術最大的特點就是實現了非接觸識別，通過運動物體的識別實現信息的傳遞，隨著我國物聯網技術的不斷發展，RFID技術在交通領域內的應用越來越廣泛。但是與該技術快速發展的同時，由于RFID技術存在信息容易受到干擾，而導致信息被遺漏或者誤讀的現象，限制該技術的實際應用，因此解決碰朣問題是發展RFID技術的關鍵。

3 RFID系統中防碰撞技術

隨著RFID系統的大規模應用，越來越多的場景應用到該技術，這樣就會就會形成信息傳遞碰撞的問題，尤其是當車輛通過自動收費系統時，就會因為相互重疊的區域出現相互影響，導致系統出現漏讀、錯讀的問題。而讀寫碰撞是RFID系統錯誤的常見現象，其產生的主要原因是因為頻率干擾或標簽干擾造成的。因此需要我們采取某種算法實現對讀寫器正確讀取信息，為有效提高RFID防碰撞技術一般采取基于動態幀時隙的改進算法。

假如同時進入讀寫器天線區域的電子標簽共有n個，對實現防碰撞技術要求做到：只要1 n N，則在碰撞發生（n>1）的情況下能識別n個電子標簽并依次與它們完成通信。其中N為讀寫器一次可識別電子標簽數量的上限，是由讀寫器硬件設計決定的，在RFID系統的不同應用場合，對N的設計要求主要由讀寫器中相關存儲器的字長和天線設計參數來決定的。

平均響應時間t為某一段時間完成通信的所有電子標簽在系統內平均停留時間，t和算法有關，可以允許的平均響應時間t T，其中T為不同的應用中所允許的最大延時，吞吐量和平均響應時間是互相矛盾的，吞吐量大，平均響應時間也會增大，在設計時要根據系統要求折中處理。

當RFID系統中有多個讀寫器同時發送數據或有多個讀寫器同時發送回答信號的時候，不考慮由于無線信道劣化產生的錯誤碼時，當標簽A發送第一幀數據的時候，其他的標簽都未發送數據，所以該幀的發送必定成功，標簽A發送的數據包4和數據包5與標簽B發送的數據包4和數據包5在時間上產生了重疊，即“沖突”，沖突的結果導致沖突的雙方所發送的數據都出現了差錯，因而都必須重發，但是發生沖突的各個標簽不能馬上重發，因為這樣做就必然會繼續產生沖突，所以重發是在碰撞發生滯后一段時間才發生的，過多的碰撞發生必然會導致吞吐量下降，系統性能降低，由此可知提高RFID系統性能可以從兩方面著手：第一是減少碰撞發生次數，第二是縮短重發延時。

4基于RFID的高速公路ETC系統防碰撞技術

4.1 二進制搜索技術

二進制搜索技術主要基于讀寫器對多個電子標簽之間規定的相互作用構成的，其主要是通過有意識的將電子標簽傳輸的數據碰撞到讀寫器上，實現相互影響，如果當讀寫器出現反映時就說明出現了碰撞，這就需要進一步的搜索以此實現信息傳遞。實現二進制搜素算法的關鍵在于：一是選擇適當的基帶編碼；二是利用標簽序號唯一的特性；三是設置一組有效的指令。二進制搜索算法在實現防碰撞的過程中由于標簽總是以完善的序列號作為應答，但是由于標簽序號比較長，因此存在信息傳遞時間長的特點，因此其影響識別速度，需要計算其執行命令。通過改進算法實現了識別準確率高的特點。

4.2 基于時隙的防碰撞技術

該技術不同于二進制搜索技術，其主要是利用時間差實現與讀寫器的數據交換。其主要是利用分組無線電系統的孤立節點之間的通信進行數據傳遞。比如在黨受訪者讀寫器收到數據幀時就表明幀已經傳送成功，如果出現碰撞就表明沒有發生成功，為此站點就需要等待重新發送，這樣一來就避免了第二次碰撞發生的幾率。由于該技術只能應用到只讀電子標簽中，因此數據傳遞的時間相對比較長，避免了標簽重復的概率。實現證明采取ALOHA法的讀寫器能夠識別8個電子標簽的時間為2.70秒，因此在應用該技術時需要保證讀寫器時間。

4.3 高速公路ETS系統的防碰撞技術分析

隨著智能技術的不斷發展，高速公路EIS系統的應用越來越普遍，為降低因為碰撞而出現車輛通行延時的現象，需要采取完善的技術提高RFID系統的防碰撞技術，結合二進制搜索技術與時隙防碰撞技術，綜合智能高速收費不停車的特點，設計一種基于動態調整傳輸時隙與數據包大小的方式降低碰撞發生的概率；

5結語

總之基于我國高速公路的快速發展以及物聯網技術的不斷發展，基于RFID的ETC系統是高速公路發展的主要趨勢，由于該系統存在信息碰撞的問題，因此采取基于二進制搜索技術與基于時隙的防碰撞技術結合的防碰撞系統是發展TIC系統的關鍵。

參考文獻

[1]趙軍輝.射頻識別技術與應用[M].北京：機械工業出版社，2008

[2]郎為民.射頻識別技術原理與應用[M].北京：機械工業出版社，2006.

收稿日期：2016-03-25

作者簡介：陳瑜（1981—），女，湖南長沙人，講師，研究方向：交通機電系統與交通智能化。