专用短程通信（DSRC）技术在ITS中的应用

专用短程通信（DSRC）技术在ITS中的应用

1．前言

    智能运输系统（Intelligent Transport System， 简称ITS）是将先进的信息技术，通信技术，传感器技术等有效地运用于交通运输管理体系，建立起一种实时、准确、高效的综合运输和管理系统[1]。

    专用短程通信（Dedicated Short Range Communication，简称DSRC[2]）技术是ITS的基础之一。DSRC能提供高速的数据传输，并且能保证通信链路的低延时，保证系统的可靠性，是专门用于车辆通信的技术。DSRC技术是一种无线通信系统，它负责在车-路以及车-车之间建立信息双向传输。由于DSRC的重要性，业界成立了很多联盟，如Network on Wheels、Vehicle Safety Communication Consortium(VSCC)、DSRC Industry Consortium和CAR 2 Communication Consortium等来推进DSRC的技术研究与市场化进程。

    世界上各大汽车企业都已开始研究DSRC技术。 如Daimler Chrysler已经开发出DSRC的原型系统。丰田汽车的子公司丰田IT开发中心近日发表了同时使用5.8GHz频带DSRC和700MHz频带UHF的路车间通信技术，并已通过实验。通用，本田等公司也开始了DSRC的研究工作。冲电气工业（OKI）已经试制出全球首例采用DSRC技术的“安全手机”。该手机利用DSRC技术向周边车辆告知持机人的位置，同时接受车辆的位置信息，以此来消除交通中的安全隐患。大力发展我国的DSRC技术，有利于将来在车载通信领域与国际汽车巨头一争高低。 

2．DSRC的标准化进程 

    目前，国际上几大标准化组织都开展了制定DSRC标准的工作。以美国ASTM/IEEE, 日本的ISO/TC204和CEN/TC278标准体系为代表。

    早在1992年，美国ASTM就开始发展DSRC技术，主要针对ETC技术，采用915MHz频段。2002年ASTM通过E2213-02作为DSRC标准，采用5.9GHz，2003年通过改进版本E2213-03。该版本以IEEE802.11标准为基础[3]，提出一系列的改进来适应车载环境的通信需求。从2004年开始美国的DSRC标准化工作转入IEEE802.11p与1609工作组进行，该系列兼容ASTM标准，该标准的最终版本是在IEEE 802.11上做部分修正，主要目的是让它可以应用于高速移动的环境。目前IEEE 1609系列标准已经通过试用版本，主要是DSRC的上层标准。而针对下层关键技术的IEEE802.11p还未发布正式版本。

    日本的DSRC标准由TC204委员会承担，已经完成标准的制定工作。而TC204通过决议支持最终的IEEE 802.11p版本。 

    欧洲早在1994年就由CEN/TC278开始了DSRC标准的起草。于1997年“5.8GHz DSRC物理层和数据链路层”标准获得通过。但是欧洲的标准与美国采用的制式，频段和调制方式等都不同。

    由于各国的标准不同，未来DSRC的标准走向还有待观察，有关人士预测未来可能在底层允许多种标准的存在，而采用统一的应用层协议。 

3．DSRC技术的应用 

    在采用DSRC技术的系统中，车子上装备有OBU，相当于移动终端。并且OBU有比较强的数据处理能力，可以满足DSRC的特定需要。在路边部署了被称为路边单元的RSU，与OBU相比除了具有基本通信功能外还拥有一定的管理功能并且接入后备网络。车载DSRC系统包括车-路（V2R）通信和车-车（V2V）通信两种形式[4]：车-路通信是车辆与路边基础设施的通信，属于移动节点与固定节点的通信，采用基于一跳的Ad Hoc网络模型；车-车通信是车辆间通信，采用基于多跳的Ad Hoc网络模型[5]。两种通信方式被应用于不同领域。

3.1车-路通信

图1. DSRC在车-路通信中的应用

    车-路通信主要面向非安全性应用，以ETC系统为代表。它是一种应用于公路，大桥和隧道的电子自动收费系统。车辆经过特定的ETC车道，通过车载OBU与路侧RSU的通信，不需停车和收费人员采取任何操作的情况下，能自动完成收费过程。ETC系统能大大提高高速公路的通行能力，提高服务水平，简化收费过程，节约成本，符合我国的发展现状。 

    除了已经比较成熟的ETC系统外，如图1所示基于车-路通信的DSRC应用还可以用在电子地图的下载和交通调度等。路边的RSU接入后备网络与当地的交通信息网或因特网相连，通过OBU与RSU的通信来获得电子地图和路况信息等，从而可以选择最优路线，能够缓解交通拥堵等。 

3.2车-车通信 

    车-车通信方式主要用于车辆的主动安全方面。据世卫组织统计全球每年有120多万人死于交通事故，每年交通事故造成的经济损失高达5180亿美元。将DSRC技术应用于交通安全领域，能够提高交通的安全系数，作用是减少交通事故，降低直接和非直接的经济损失，以及减少地面交通网络的拥塞。

图2. DSRC在车-车通信中的应用

    如图2中表示，当前面车辆检测到障碍物或车祸等情况时，它将向后发送碰撞警告信息，提醒后面的车辆潜在的危险[6]。另一情形为，在路边紧急停车的车辆向靠近自己的车发送警告消息，提醒它们不要进入危险区域。车-车通信的应用还包括转弯速度控制、车队管理和安全超车等。 

4．DSRC与WiMAX技术结合 

    未来的智能交通通信系统将会是一个统一的信息交互平台，除了提供交通和安全信息实时交互以外，还包括内容丰富的定制信息服务，如获取娱乐和资讯信息，实现因特网接入等。

 DSRC技术在汽车的主动安全等方面有着得天独厚的优势，但如果在未来的DSRC基础设施布网方面完全采用由路边单元RSU来提供宽带接入功能，那将会引起网络的重复建设。近年来得到各方重视并正在推广的WiMAX技术则能够提供宽带接入的解决方案。目前DSRC还处于试验阶段，还需要数年才会走向市场。而WiMAX等3G/B3G技术的发展会大大超前DSRC，因此采用DSRC与3G/B3G技术的融合是明智的。

    随着WiMAX等宽带无线接入技术的飞速发展，在越来越多的热点地区已经能够实现因特网的宽带无线接入，但是目前还是依赖于有线安装与固定装置，对于移动车辆还是盲点。而DSRC能提供高速的数据传输，并且能保证通信的低延时和低干扰，保证系统的可靠性[7]，是蜂窝网络的一种补充。并且很重要的是，DSRC网络是由汽车厂商主导的，因此应将网络设备尽可能的部署在车辆上。WiMAX的无线中继技术[8]为在高频段实现宽带无线接入提供了一种具有高性价比的解决方案，能提供更好的通信质量，同时还能实现对无线资源的二级调度，在改善网络覆盖质量的同时，提升系统容量，提高资源利用率。可以采用移动中继技术实现DSRC与WiMAX的结合。同济大学在DSRC方面的研究起步较早，在国内最早提出了采用移动中继技术融合DSRC，如图3所示，通过移动中继站接入当前服务小区的接入点，并由此接入基础设施网络。携带中继站的车辆能为车内用户提供高速、可靠的公网连接，提供大容量的通信并保证通信质量。车内用户无须直接连接基站，只要通过车载移动中继站就可以进行高速的上传、下载。而车辆间通信是局域联网，是通过DSRC自组织的方式实现，为车间通信提供了高可靠性的连接和数据传输，实现安全性应用，而未装备移动中继的车辆可以通过DSRC网络实现资源共享。

图3. DSRC与基于移动中继的WiMAX的结合

5．总结 

    在不久的未来DSRC技术必将在ITS领域发挥重要的作用，并与车辆导航等先进技术结合在一起，成为车辆主动安全的重要基础，交通出行将会越来越安全。而通过DSRC与WiMAX等3G/B3G技术结合，汽车将成为一个随时随地都能接入无线网络的信息平台将能够实现稳定、快速、可靠的信息接入。