射频识别技术在ETC中的应用

射频识别技术在ETC中的应用刘武福建新大陆通信科技股份有限公司摘要射频识别（RFID：RadioFrequencyIdentification）又称电子标签是一种非接触式的自动识别技术，通过对射频信号感应获取被识别对象的存储数据，识别过程全自动化，具有读取速度快、寿命长、无磨损，可工作于各种恶劣环境，市场前景好应用广泛。现主要应用于电子不停车收费（ETC）系统，在实际应用中，还存在一些技术问题。针对这些问题，在实验室静态模拟ETC在网测试，并分析测试结果，提出改进参考。关键词:射频识别、ETC测试1.RFID基本知识射频识别技术是一种无线通信技术又称电子标签，即无线射频识别，可通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据，而无须识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。射频系统是利用感应无线电波能量，进行非接触式双向通信，完成目标物体和数据交换目的的自动识别技术。2.RFID标准目前RFID行业应用广泛，工作频段不统一，其标准统一困难，实现也比较复杂。RFID标准体系主要由读写器协议编码体系、空中接口规范、数据管理、信息安全、物理特性、测试规范等标准组成。目前国际上制定的RFID标准主要组织是国际标准化组织（ISO/IEC）。针对各个频段使用不同的标准，如《ISO1800-1空中接口一般参数》、《ISO1800-2低于135kHz频率的空中接口参数》、《ISO1800-313.56MHz频率下的空中接口参数》、《ISO1800-42.45GHz频率下的空中接口参数》、《ISO1800-6860～960MHz频率下空中接口参数》，《ISO1800-7433.92MHz频率下空中接口参数》等一系列标准。目前国内RFID技术与应用的标准化研究工作上已取得一定的技术，制定了《GB/T20851-2007电子收费专用短程通信系列标准》、《集成电路卡模块技术规范》、《建设事业IC卡应用技术》，在相关领域也制定了一系列试行规定，如《中国RFID频段规划》、《RFID工作频率指南和典型应用》、《800/900MHz频段射频识别（RFID）设备要求及检测技术规范》、《关于发布800/900MHz频段射频识别（RFID）技术应用试行规定的通知》等，这些技术规范都是我们在测试和检验过程中的主要依据。3.RFID工作原理RFID系统主要由电子标签和阅读器两部分组成。RFID系统是利用感应无线电波作为传输手段，完成非接触式双向通信，获取相关数据的一种自动识别技术。标签上的感应芯片是非接触式R/W辨别集成电路，连接到芯片上的内置天线线圈，被视为集成电路的电源驱动和双向信息的沟通接口，芯片内部存储相应的信息和相关数据，阅读器和标签按照约定的通信协议相互传递信息，阅读器将加密的数据调制后不间断地向外发出电磁波，当电子标签进入这个电磁场中时，自动将感应电磁能量驱动射频识别卡工作，把存储在芯片中的信息加密后调制，变成高频加密载波信号并由天线发射出去，阅读器接收到该载波信号进行解码后将相关数据送至计算机系统进行处理，完成自动识别和管理。图1RFID工作原理图4.RFID典型应用随着人们经济水平的提高带来车辆的不断增加及自动识别技术的日趋成熟，对车辆实现自动化管理也是必须。射频识别（电子收费或管理）主要针对的是极高频5.8GHz频段，可以感应几十米内的一项无线射频识别技术，主要应用在小区车库不停车自动收费和管理、高速公路不停车自动收费系统中。5.ETC测试标准及方法全国智能运输系统标准化技术委员会针对公路电子收费系统，车辆自动识别，车辆出入管理和城市道路收费等领域，提出并归口制定了系列标准《GB/T20851-2007电子收费短程通信》。此系列标准主要规定了物理层主要技术参数及主要测试设备和推荐性能及测试方法、测试条件。整个测试的过程中，对其测试场地和配置有严格的要求。配置包括了传导测试系统和辐射测试系统。测试过程中能采用传导测试的项目，宜采用传导测试。其传导测试系统主要由测试设备、被侧设备及连接组件（射频连接器、衰减器等）。其测试框图见图2注：连接附件根据被测设备接口，被测信号强度确定。图2传导测试系统配置框图辐射性能测试系统由测试设备、被测设备和连接组件等组成，连接组件包含（射频跳线、天线，射频连接器，衰减器等）。测试场在微波暗室或者自由空间进行。在微波暗室中测试时，被测设备应处在暗室的静区范围内。其测试框图见图3。远场区或自由空间最大增益方向d增益GTx、GRx测试设备增益GT测试天线同轴电缆被测设备衰减器图3辐射性能测试系统配置框图6.ETC的在网问题及改进建议微波专用短程通信（DSRC）设备在高速公路电子不停车收费（ETC）系统中的得到较为广泛应用。实际的应用中存在一些问题：1）电子标签功耗大，电池工作时间短，用户需经常更换；2）用户多次插卡，才能被电子标签识别；3）用户插卡成功后提示音和提示灯，用户很难感知；针对以上的问题，使用标准《GB/T20851-2007电子收费短程通信》是无法在测试中发现。针对这些问题，也有一些尽量可以在静态的实验室模拟出的方法。如被测设备连接器同轴电缆衰减器测试设备压力测试。包括插卡测试、连续交易测试、产品寿命测试。功能测试。包括通行范围、防碰撞、电子钱包扣款、人机界面等。安全性测试。包括电池耐高温测试。压力测试：可以进行现场测试，也可以在静态实验室中模拟测试。一般现场测试的测试方法为：在一定的时间内，测试多张电子标签，现场发卡，贴装后进行测，在高速行驶间距为一定距离的情况下，测试系统对大流量通车的适应能力，以测试通过率来判定是否合格。在实验室的静态环境中，每个OBU测试出口交易不低于10000次，以OBU的交易成功率不低于99.9%来判定是否合格。产品寿命测试进行连续交易测试使OBU测试出口交易不低于100万次。若能交易100万次以上，且成功率高于99.9%，按每年10万次读写计算，则可以定为使用寿命在10年以上。经过以上的测试，则OBU的产品性能很高，不仅可以长时间使用，还可以达到较高的测试通过率。现阶段连续交易测试使OBU测试出的测试结果都很难成功率率达到99.9%。这样用户投诉的问题点“用户多次插卡后才能被电子标签识别”就较容易发现。一般测试结果会出现测试死机，交易出错等不良的现象。功能测试包括通讯范围、防碰撞、电子钱包扣款、人机界面等通讯范围测试方法以安装在车上的典型姿态，测出得OBU在通讯范围内某一小区域里离RSU距离最远、且与RSU通信连续三次无误的位置。采用正交法方式向新的被测小区域方向移动，每次移距离不大于0.4米，按上述方法找出新被测小区域内的通信范围点。将所有确定的通信范围点联成一条封闭曲线，即RSU的通讯区域。一般通信距离都在10m以上。防碰撞测试方法为：对于双片式电子标签在一辆汽车上安装二块双片式电子标签，以20km／h速度通过RSU通讯区域三次，二块双片式电子标签每次通行都应有读写记录。单对于片式电子标签在一辆汽车上安装三块单片式电子标签，以60km／h速度通过RSU通讯区域三次，三块单片式电子标签每次通行都应有读写记录。人机界面测试双片式电子标签上的液晶显示器、蜂鸣器和红、绿发光二极管用来指示工作状况及读/写结果，如下表所示状态操作红发光管绿发光管蜂鸣器液晶显示器备注休眠无无无无显示插卡正确无亮1秒响1秒显示余下金额达到4秒以上或者离开通信区域后，进入休眠。插卡出错亮2秒无无显示“读卡出错”正常交易无亮1秒响1秒显示余下金额交易出错亮1秒无无显示“错误”电压过低亮1秒无无显示“LOBAT”被非法拆卸亮2秒无无显示“标签已失效”针对客户感知的问题户插卡成功后提示音和提示灯，用户很难感知，改善其液晶显示器，或者红绿放光管的发光亮度和蜂鸣器的声音大小。现阶段测试中最容易出问题的地方式低温试验，当温度下降到-20°时，插卡正确的时候，液晶显示器已经显示不出余额，给客户地来看不到的感觉，所以建议生产企业选用耐低温性较好的器件，做好研发阶段的高低温测试。针对现在电子标签电池寿命不足，用户更换带来不便的问题，可以从两个方面考虑，一是把原来的是锂离子充电的电池，更换为太阳能充电的电池。二针对现在的OBU工作寿命的检测。如下表。种类工作寿命电源静态功耗工作电流双片式电子标签5年(10万次读写／年)3.6V锂电池1200mAh15μA100mA单片式电子标签3.6V锂电池1200mAh1.2μA4.5mA备注//休眠状态通讯区域内这样可以使一次充慢电后，使用的时间更长，按照锂离子电池的测试方法，对电池的寿命进行测试。在《GB/T18287-2000蜂窝电话用锂离子电池总规范》5.3.6中规定了在环境温度20℃±5℃的条件下，循环寿命应不低于300次。通过标准的测试，验证锂离子电池的性能，选用合格的电芯和相应的保护电路，给客户带来长期安全的使用。小结：以上试验均在实验室模拟在网中进行，在实际使用中可以操作，可以进一步提高高公路电子不停车收费的服务质量以及改善用户的感知。建议长期观察客户的使用情况，汇总客户反馈，进而从技术上提升ETC服务质量，达到良性运营。