车联网项目实践：DSRC通信协议及应用

专用短距离通信（DSRC）是一种短距离无线通信技术，它具有传输速率高、延迟短等特点，支持点对点、点对多点的通信。相对于传统的广域移动通信系统而言，它可以实现小范围内数据、音频和视频信号的实时、准确和可靠的双向传输，从而将车辆与车辆、车辆与道路有机地联系在一起，因此成为ITS（智能交通系统）中重要的无线通信平台，为ITS提供高效的无线通信服务。DSRC典型的应用包括电子不停车收费（ETC）系统和车辆的公共安全。

1.技术概述

1）结构体系

DSRC系统主要由车载单元（on board units，OBU）和路侧单元（road side units，RSU）两部分组成，其体系架构如图3-21所示。

OBU是安装或放置于车辆上的嵌入式处理单元，在整体结构中相当于移动终端。OBU采用电子标签技术，电子标签内存储包括车主、车型和车辆物理参数等在内的固定信息，根据业务的需要，还可存储其他信息，如ETC应用还可存储支付账户、余额、交易记录和出入口编号等信息。RSU是安装在道路的指定地点（如车道旁边、车道上方等）固定的通信设备。它保持着不同于OBU的实时高效的通信，实现信息的交互，其有效的覆盖区域为3～30 m。RSU的主要参数包括频率、发射功率和通信接口等。

2）通信协议

DSRC的通信协议参照开放系统互联参考模型OSI通信协议的第一、二、七层架构，包括物理层、数据链路层和应用层。

图3-21 专用短距离通信体系架构

物理层是底层协议，主要提供帧传输控制服务和信道的激活/失效服务、收发定时及同步功能，并指示物理层状态。DSRC物理层采用的是正交频分复用（orthogonal frequency-division multiplexing，OFDM）技术。这是由于OFDM技术具有光谱效率高、抑制多径衰落和接收机设计简单等优点。

数据链路层负责信息的可靠传输，提供差错和流量控制，使之对上层提供一条无差错的链路。它规定了通信帧的结构和封装形式，提供实现相应功能的程序和程序单元。数据链路层的主要模块是媒体访问控制（MAC）子层。在信号流的处理上，MAC子层负责传输的可靠性和实现相应的控制操作。

应用层在数据链路层提供服务的基础上提供特定的应用服务，诸如实现通信初始化、释放程序、广播服务支持和远程应用相关操作等。

3）技术优势

DSRC技术应用于车车通信的环境，其优势可以从和其他无线通信技术的比较中得出，见表3-2。(www.xing528.com)

表3-2　DSRC技术与其他无线通信技术的比较

由表3-2可以看出，专用短距离通信技术在性能上优于Wi-Fi、蜂窝网络等无线通信技术；与WiMAX技术相比，性能相当接近，但是在实现的复杂度和成本上，DSRC远比WiMAX有优势。

2.标准化

在DSRC的标准化方面，国际上已形成以CEN/TC 278、ASTM/IEEE和ISO/TC 204为核心的DSRC标准化体系。其中，ISO/TC 204国际标准组织主要研究应用层的协议和资源管理，制定中长距离通信标准。

欧洲CEN/TC 278 DSRC标准的主要特点是采用5.8 GHz被动式微波通信，中等通信速率（500 kb/s上行，250 kb/s下行），调制方式为ASK（amplitude shift keying，幅移键控）和BPSK（binary phase-shift keying，二进制相移键控）。

在美国的ASTM和IEEE标准中，DSRC通信频率均为5.9 GHz。在ASTM标准的基础上，发展了IEEE 802.11p协议组，包括1609.1—1609.4标准。IEEE 802.11p标准在车载环境下，达到3～27 Mb/s的传输速率，大大改善了高速移动环境下的传输效果。

鉴于国际DSRC标准发展趋势，1998年5月，我国ISO/TC 204技术委员会向交通部无线电管理委员会提出将5.8 GHz频段分配给智能交通运输系统的短距离通信（包括ETC系统）。

3.关键应用

1）车路通信

车路通信中的DSRC主要面向非安全性应用，以ETC系统为代表。车辆经过特定的ETC车道，通过OBU与RSU的通信，在不停车和收费人员不采取任何操作的情况下，能自动完成收费过程。除此之外，DSRC还可以用于电子地图的下载和交通调度等方面。RSU接入后备网络后，与当地的交通信息网或互联网相连，通过OBU与RSU的通信获得电子地图和路况信息等，从而可以选择最优路线、缓解交通拥堵等。

2）车车通信

基于车车通信的DSRC主要应用于车辆的公共安全方面。将DSRC技术应用于交通安全领域，能够提高交通的安全系数。其作用是减少交通事故，减小直接和非直接的经济损失，以及减少地面交通网络的拥塞。当前面的车辆检测到障碍物或车祸等情况时，它将向后面的车辆发送碰撞警告信息，提醒后面的车辆存在的潜在危险。