基于RFID的高速公路不停車收費系統(tǒng)（ETC）防碰撞技術(shù)分析

摘要：在不停車收費系統(tǒng)特別是高速公路自動收費應用上， RFID技術(shù)可以充分體現(xiàn)出它的優(yōu)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(tǒng)防碰撞技術(shù)的分析顯得尤為重要。論文論述了不停車電子收費系統(tǒng)和RFID 的基本組成部分，在此基礎上分析了RFID系統(tǒng)中防碰撞技術(shù)，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(shù)、基于時隙的防碰撞技術(shù)等ETC系統(tǒng)防碰撞技術(shù)。

關(guān)鍵詞：ETC RFID 防碰撞技術(shù)

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(tǒng)（ETC）

不停車電子收費系統(tǒng)（ETC）是信息化時代背景下智能自動電子交通系統(tǒng)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(nèi)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(qū)域內(nèi)，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(shù)碼相機。

2 RFID 的基本組成

RFID射頻識別系統(tǒng)技術(shù)是基于無線電訊號作為傳播載體的技術(shù)，該技術(shù)最大的特點就是實現(xiàn)了非接觸識別，通過運動物體的識別實現(xiàn)信息的傳遞，隨著我國物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，RFID技術(shù)在交通領(lǐng)域內(nèi)的應用越來越廣泛。但是與該技術(shù)快速發(fā)展的同時，由于RFID技術(shù)存在信息容易受到干擾，而導致信息被遺漏或者誤讀的現(xiàn)象，限制該技術(shù)的實際應用，因此解決碰朣問題是發(fā)展RFID技術(shù)的關(guān)鍵。

3 RFID系統(tǒng)中防碰撞技術(shù)

隨著RFID系統(tǒng)的大規(guī)模應用，越來越多的場景應用到該技術(shù)，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(tǒng)時，就會因為相互重疊的區(qū)域出現(xiàn)相互影響，導致系統(tǒng)出現(xiàn)漏讀、錯讀的問題。而讀寫碰撞是RFID系統(tǒng)錯誤的常見現(xiàn)象，其產(chǎn)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(xiàn)對讀寫器正確讀取信息，為有效提高RFID防碰撞技術(shù)一般采取基于動態(tài)幀時隙的改進算法。

假如同時進入讀寫器天線區(qū)域的電子標簽共有n個，對實現(xiàn)防碰撞技術(shù)要求做到：只要1 n N，則在碰撞發(fā)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(shù)量的上限，是由讀寫器硬件設計決定的，在RFID系統(tǒng)的不同應用場合，對N的設計要求主要由讀寫器中相關(guān)存儲器的字長和天線設計參數(shù)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(tǒng)內(nèi)平均停留時間，t和算法有關(guān)，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(jù)系統(tǒng)要求折中處理。

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

4基于RFID的高速公路ETC系統(tǒng)防碰撞技術(shù)

4.1 二進制搜索技術(shù)

二進制搜索技術(shù)主要基于讀寫器對多個電子標簽之間規(guī)定的相互作用構(gòu)成的，其主要是通過有意識的將電子標簽傳輸?shù)臄?shù)據(jù)碰撞到讀寫器上，實現(xiàn)相互影響，如果當讀寫器出現(xiàn)反映時就說明出現(xiàn)了碰撞，這就需要進一步的搜索以此實現(xiàn)信息傳遞。實現(xiàn)二進制搜素算法的關(guān)鍵在于：一是選擇適當?shù)幕鶐Ь幋a；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(xiàn)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(zhí)行命令。通過改進算法實現(xiàn)了識別準確率高的特點。

4.2 基于時隙的防碰撞技術(shù)

該技術(shù)不同于二進制搜索技術(shù)，其主要是利用時間差實現(xiàn)與讀寫器的數(shù)據(jù)交換。其主要是利用分組無線電系統(tǒng)的孤立節(jié)點之間的通信進行數(shù)據(jù)傳遞。比如在黨受訪者讀寫器收到數(shù)據(jù)幀時就表明幀已經(jīng)傳送成功，如果出現(xiàn)碰撞就表明沒有發(fā)生成功，為此站點就需要等待重新發(fā)送，這樣一來就避免了第二次碰撞發(fā)生的幾率。由于該技術(shù)只能應用到只讀電子標簽中，因此數(shù)據(jù)傳遞的時間相對比較長，避免了標簽重復的概率。實現(xiàn)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(shù)時需要保證讀寫器時間。

4.3 高速公路ETS系統(tǒng)的防碰撞技術(shù)分析

隨著智能技術(shù)的不斷發(fā)展，高速公路EIS系統(tǒng)的應用越來越普遍，為降低因為碰撞而出現(xiàn)車輛通行延時的現(xiàn)象，需要采取完善的技術(shù)提高RFID系統(tǒng)的防碰撞技術(shù)，結(jié)合二進制搜索技術(shù)與時隙防碰撞技術(shù)，綜合智能高速收費不停車的特點，設計一種基于動態(tài)調(diào)整傳輸時隙與數(shù)據(jù)包大小的方式降低碰撞發(fā)生的概率；

5結(jié)語

總之基于我國高速公路的快速發(fā)展以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，基于RFID的ETC系統(tǒng)是高速公路發(fā)展的主要趨勢，由于該系統(tǒng)存在信息碰撞的問題，因此采取基于二進制搜索技術(shù)與基于時隙的防碰撞技術(shù)結(jié)合的防碰撞系統(tǒng)是發(fā)展TIC系統(tǒng)的關(guān)鍵。

參考文獻

[1]趙軍輝.射頻識別技術(shù)與應用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008

[2]郎為民.射頻識別技術(shù)原理與應用[M].北京：機械工業(yè)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(tǒng)與交通智能化。