[发明专利]一种专用短程通信协议的低速数据延迟响应方法

说明书

技术领域

本发明涉及智能交通系统的电子不停车收费（Electronic Toll Collection，简称ETC）系统技术领域，尤其涉及一种用于ETC系统的专用短程通信（Dedicated Short Range Communications，简称DSRC）协议的低速数据延迟响应控制方法和系统。

背景技术

随着高速公路通车里程不断增长，收费技术的不断进步，我国很多省市都建设了高速公路ETC系统。与人工收费方式相比，电子不停车收费能够大大提高速度，减少车辆排队等候时间，缓解交通拥堵情况并且减少废气排放。

ETC系统的核心特征是由收费站的ETC天线（或称路侧单元，Road Side Unit，简称RSU）和过站车辆上安装的车载电子标签（或称车载单元，On Board Unit，简称OBU）通过无线通信的方式实现计费交易，通信协议采用专用短程通信协议。专用短程通信是智能交通系统领域内的重要基础性通信协议之一，广泛应用于道路电子不停车收费、车载交通信息服务、交通信息采集，以及车辆公共安全服务等领域。2007年5月，我国颁布实施GB/T20851系列专用短程通信国家标准，之后符合该标准的电子收费技术和产品得到了广泛的应用。

DSRC协议的通信模型主要由应用层、数据链路层和物理层组成，其中数据链路层主要用于建立通信实体之间可靠的通信，由介质访问控制（MAC，Media Access Control）子层和逻辑链路控制（LLC，Logic Link Control）子层组成。MAC子层负责与物理层交互，以管理共享媒体的使用等问题，LLC子层与MAC子层进行交互，并向应用层提供一定的服务原语。

由于DSRC的物理链路是无线环境中的一种共享媒体，即从物理角度来看，所有在无线信号覆盖区域内的设备都能收到信号，因此，MAC子层的一项重要功能是提供对于共享媒体的访问控制，以避免各个通信节点对无线信道地使用产生冲突碰撞，并提高物理媒体的使用率。国标DSRC协议对MAC子层的媒体访问控制功能没有清晰的描述，各ETC设备厂商在设备实现时有很大差异，导致互通时出现问题。而在CEN（欧洲标准化委员会）DSRC标准中对此有较为明确的说明。因此，本发明是在参考CEN DSRC标准的基础上，对DSRC的通信控制方法的进一步完善和补充。

在各种DSRC协议中，都需要从RSU向OBU发送数据，或者在二者之间交换数据，这些数据传送过程都要按照规定的时序来进行。这里以CEN DSRC协议为例进行说明。

在CEN DSRC协议中，MAC子层的媒体访问控制是非平衡的。即：系统采用主从工作模式，RSU总是控制着物理媒体的使用，OBU仅请求和使用RSU分配的时间窗口。授权的物理媒体访问有：(1)下行链路窗口；(2)专用上行链路窗口；(3)公共上行链路窗口。下行链路窗口用于RSU传送报文给OBU；专用上行链路窗口用于单个OBU传送报文给RSU；公共上行链路窗口可供多个OBU竞争选择，主要用于OBU传送专用上行链路窗口请求信息。所有的上行链路窗口都由RSU分配。

专用上行链路窗口和公共上行链路窗口的区别在于分配该窗口的下行链路帧的链路地址是否为专用地址。如果是专用地址，则其后跟随的是专用上行链路窗口；否则，为公共上行链路窗口。RSU在信道空闲时，通过分配公共上行链路窗口，使得在RSU覆盖范围内的所有OBU可以发送专用上行链路窗口请求。RSU根据实际信道的使用情况，在允许的情况下，发送专用上行链路窗口分配命令给某个OBU，该OBU则在分配的专用上行链路窗口中传送上行帧。

公共上行链路窗口可根据特定的窗口选择机制被任何OBU使用，进行公共上行链路窗口分配的目的仅仅是允许OBU利用其进行专用上行链路窗口分配的申请。各个窗口都存在一定的窗口定时。在CEN DSRC协议中，公共上行链路窗口定时如图1所示。

公共上行链路窗口应当在下述时刻开始：

如果该公共上行链路窗口是下行链路窗口之后所分配的第一个窗口，那么该公共上行链路窗口起始于下行链路窗口结束之后的T3时刻；如果前一窗口是公共上行链路窗口，则在前一个公共上行链路窗口结束时。

公共上行链路帧的传输必须在公共上行链路窗口开始后的T4b时刻内开始。在公共上行链路窗口中传送的是专用上行链路窗口请求（Private Uplink Window Request）数据帧，其帧长度是固定的，因此，公共上行链路窗口具有固定的时长，等于T5。