CN102426641A - 高速公路中使用的远程有源射频识别装置的通信控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无线通信控制方法，具体是一种高速公路中使用的远程有源射频识别装置的通信控制方法。本发明克服现在使用的远程有源射频识别技术存在的无法双向通信，从而无法实时获取车流量信息、以及车辆不出高速公路前无法掌握车辆路径的问题。本发明提供的技术方案是：一种高速公路中使用的远程有源射频识别装置通信控制方法，其中无线路径识别站以设定的时间间隔T1不间歇地广播发送包含自身标识号的数据包，并在发射间隔时间内接收车辆识别卡发回的代表车辆标识号的数据包。将广播自身标识号与确认车辆标识号在同一个数据包中完成；而车辆识别卡则根据不同情况采取相应动作。本发明的主要优点是：实现了无线车辆识别卡与路径标识站的双向通信功能，从而在完成对车辆路径识别功能的前提下，还可以满足精确流量监测、车辆定位与紧急救援等功能，全面提升高速公路的服务和管理水平。

Description

高速公路中使用的远程有源射频识别装置的通信控制方法

技术领域

本发明涉及一种无线通信控制方式，尤其是涉及高速公路无线路径识别与流量监测系统中的无线通讯控制方法，具体是一种高速公路中使用的远程有源射频识别装置的通信控制方法。

背景技术

随着我国高速公路网的逐渐形成，高速公路纵横交错、四通八达，给公路运输提供了非常多的路径选择，有利于分散交通量，缓解交通压力，但同时也给交通管理带来很多困难，其中最突出的是路径判断问题。目前，我国大部分省份已经实施联网收费，我国高速公路联网收费一般采用封闭式收费制式。封闭式收费根据车辆类别和行驶里程数收取通行费，如果车辆行驶路径不能唯一确定，则车辆行驶里程数就不能确定，通行费也就不能确定。同时，由于缺乏第一手的车流量统计数据，管理部门无法有针对性地进行交通控制与疏导，交通堵塞现象难以通过管理和控制得到解决。

实施高速公路车辆路径识别，可以有效解决在高速路联网收费过程中如何收费、如何拆分的问题。同时，对各个关键路段的车辆进行精确流量监测，做到实时可控的目的。再进一步，在路径标识站具有一定规模的条件下，可以实现车辆定位，紧急救援等功能，全面提升高速公路的服务水平。

高速公路车辆路径识别系统是一种基于无线射频技术的高速公路车辆行驶路径识别和车流量监控系统。应用主动式无线射频标签(RFID)技术，实现车辆在高速公路各路段的精确识别，向高速公路收费系统提供收费依据，同时路经识别站将收集到的信息及时传输至后台服务系统，达到提供各路段的车流状况等附加信息的作用。为了达到上述的目的，目前已开发的系统包括以下部分：信息服务中心、专用通信网络、一定数量的无线路径标识站、大量的无线车辆识别卡、收费站综合读卡器及终端、识别卡充电箱、识别卡储存箱等设备。

一定数量的无线路径标识站和大量的无线车辆识别卡构成了远程有源射频识别装置。实际使用中，在所有路叉口，即所谓的发生二义性的高速公路段指定地点和其他流量统计点安装“无线路径标识站”，对来往车辆进行监测识别。当车辆进入高速公路收费口时，车辆司机会收到一个“无线车辆识别卡”，该卡内存储有高速公路入口信息和自身编号。司机把识别卡放到车内，当车辆距离无线路径标识站一定距离时，识别卡首先被唤醒。在识别卡内单片机的控制下，该识别卡会把卡内的信息发送给路径标识站，同时也记录路径标识站编号、当前时间等信息。当车辆被路径标识站确认后，自动进入休眠状态。路径标识站把读取到的识别卡的相关信息通过高速路专网发送到信息服务中心的系统服务器上，从而实现车流量的统计功能。当车辆驶出高速公路收费口时，通过识别卡中记录的路径信息或者车辆所经过的路径标识站所发回的信息得出本车辆实际经过的高速公路的详细路径，从而达到精确识别并准确拆分的目的。

由于以下的原因，目前应用的远程有源射频识别装置中无线车辆识别卡与无线路径标识站之间采用的通讯方式为单向通信模式：

1、如果采用单向通信方式，即只有路径标识站向无线车辆识别卡发送，那么，虽然车辆行驶很快，而路边识别站的辐射范围也总是有限，但总是可以通过加大路径标识站的无线发射功率来增大此范围，使无线车辆识别卡在较大的范围内可靠接收到其广播的数据并记录在卡内，相对比较容易实现。

2、为了实现双向通信，就不能单纯提高某一方的通信能力。由于无线车辆识别卡需要长时间待机工作，因此要求发射和工作时的功耗极低，也由此决定了其发射功率十分有限。同时，受到国家无线电管理委员会的条件限制，其功率也只能在某个限制以内，发射距离十分受限。因此，两者可以有效双向通信的距离很短，也因此时间很短暂，造成该技术在此应用中的实际困难。

3、为了使路径标识站能够在多辆车同时通过时的短暂时间段内获取所有车辆中无线车辆识别卡的回传信息，对无线车辆识别卡的发射功率、功耗、以及多卡同时回传时的避碰技术、与路径标识站间的确认模式提出很高要求。传统通信理论中的确认技术、避碰技术在该应用中由于受到通信时间窗口极短的条件限制，无法直接采用。以TCP/IP技术为例，传统的收发确认机制可以多次进行，从而增强容错能力和可靠性，并能够进行信息的验证。但是，在高速公路的使用中，由于时间有限，该方法不能简单复制。而传统的避碰机制一般是按照2的幂次方的方式逐渐延长退避时间来进行退避，直至数据通信成功为止。但由于目前路径标识站的广播数据是以一定的间隔规律性的发送，并不能在2的幂次方时留出时间来接收，因此该方法不能直接应用。由于时间非常有限，2的幂次方的时延不适合。

基于上述的多种原因，现有的远程有源射频识别装置在运行时，存在的问题是：只有路径标识站向无线车辆识别卡发送数据，而反向没有反馈，路径标识站完全不了解车辆信息，也因此无法获取车流量信息；车辆不出高速公路，监控中心就不知道车辆路径情况。

发明内容

本发明的目的是提供一种高速公路中使用的远程有源射频识别装置的通信控制方法，以克服现有技术存在的无法获取车流量信息以及车辆不出高速公路，监控中心就不知道车辆路径情况的问题。

为克服现有技术存在的问题，本发明的技术方案是：一种高速公路中使用的远程有源射频识别装置的通信控制方法，其特征在于：

无线路径识别站的运行步骤如下：以设定的时间间隔T1不间歇地发送数据包，无线发送时采用433MHz的频率，该数据包中包括自身的标识站ID号、校验字节和上一次收到的无线车辆识别卡的ID号，从而将广播信息与确认信息一次完成；同时，在发送数据的间隔时间内接收车辆识别卡发送的数据包；

车辆识别卡的运行步骤如下：

(1)当车辆识别卡收到无线路径识别站广播的数据信息后，按照防碰撞机制进行退避，然后发送数据包，发送时采用433MHz的频率。该数据包中包括自身的ID号；所述防碰撞机制是指从收到无线路径识别站的数据包后等待规定范围内的随机整数倍的T1时间后，再向无线路径识别站发送数据；

(2)当无线车辆识别卡接收到无线路径识别站发出的确认信息后，对同一个无线路径识别站发出的数据包不再处理，进入休眠状态，直至收到一个新的无线路径识别站发出的数据包时，重复步骤(1)；

当无线车辆识别卡在设定时间内接收不到同一个无线路径识别站发出的包含自身ID的确认信息时，则按照退避机制延时等待T1随机整数倍的时间后，再次向无线路径识别站发送数据包，即重复步骤(1)的操作；

当无线车辆识别卡在规定时间内没能收到同一个无线路径识别站发出的包含自身ID的确认信息时，不再发送数据包，放弃等待确认信息，进入休眠状态，直至收到一个新的无线路径识别站发出的数据包时，重复步骤(1)；

当车辆在某个无线路径标识站滞留时间超过设定时间时，车辆识别卡再次被唤醒并按照新卡进行步骤(1)。

上述的无线路径识别站采用50 mw ~100 mw的无线发射功率和125kbps~250 kbps的通信速率，车辆识别卡采用1 mw ~10 mw的无线发射功率和5kbps~10 kbps的通信速率，使两者的发射距离相同。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、在具备单向卡现有的能够记录沿途路径标识站ID号的基础上，实现了无线车辆识别卡与路径标识站的双向通信功能。从而可以满足精确流量监测、车辆定位与紧急救援等功能，全面提升高速公路的服务和管理水平。

2、本发明提出的通信控制方法简单、高效，运算能力要求低，可以满足低成本的要求。

3、本发明有效解决了由于无线车辆识别卡与路径标识站的资源不对等而造成的双向通信困难的问题，同时也大大降低了路径标识站的发射功率和成本。无线路径识别站采用较大的无线发射功率，车辆识别卡采用较小的无线发射功率，两者无线通信时以同频率、但不同通信速率的方式进行双向通信。这样做，一方面保证了无线路径识别站可以以较高的通信速率向下广播自身ID，从而增大其接收数据的时间；另一方面，车辆识别卡以较低的功耗和较慢的速率发送，不仅功耗低节省电池，而且低速发送可以使发送距离更远，恰好与无线路径标识站在大功率、高速率通信时的发送距离相匹配。从而保证了车辆识别卡在收到无线路径标识站信号的地方，有能力使自身发送的数据被无线路径标识站可靠接收。

附图说明：

图1是本发明系统组成框图；

图2是本发明无线通信控制方法流程示意图。

具体实施方式：

    下面将结合附图和实施例对本发明进行详细地说明。

参见图1，本发明的方法应用的系统为公知的系统，包括信息服务中心、专用通信网络、一定数量的无线路径标识站、大量的无线车辆识别卡、收费站综合读卡器及终端、识别卡充电箱、识别卡储存箱等设备。一定数量的无线路径标识站和大量的无线车辆识别卡构成了远程有源射频识别装置。

其中：

无线车辆识别卡是车辆在进入高速路口时从收费站出领取的一张识别卡。它在出收费站时上交。

无线路径识别站用于高速公路的远距离无线路径标识，安装在各个高速路分叉口，以及所有流量观测点上。

本发明提供了一种高速公路中使用的远程有源射频识别装置通信控制方法，包括无线路径识别站的运行和车辆识别卡的运行步骤，

无线路径识别站的运行步骤如下：以设定的时间间隔T1不间歇地发送数据包，无线发送时采用433MHz的频率，该数据包中包括自身的标识站ID号、校验字节和上一次收到的无线车辆识别卡的ID号，从而将广播信息与确认信息一次完成；同时，在发送数据的间隔时间内接收车辆识别卡发送的数据包；

车辆识别卡的运行步骤如下：

(1)当车辆识别卡收到无线路径识别站广播的数据信息后，按照防碰撞机制进行退避，然后发送数据包，发送时采用433MHz的频率。该数据包中包括自身的ID号；所述防碰撞机制是指从收到无线路径识别站的数据包后等待规定范围内的随机整数倍的T1时间后，再向无线路径识别站发送数据；

(2)当无线车辆识别卡接收到无线路径识别站发出的确认信息后，对同一个无线路径识别站发出的数据包不再处理，进入休眠状态，直至收到一个新的无线路径识别站发出的数据包时，重复步骤(1)；

当无线车辆识别卡在设定时间内接收不到同一个无线路径识别站发出的包含自身ID的确认信息时，则按照退避机制延时(等待)T1随机整数倍的时间后，再次向无线路径识别站发送数据包，即重复步骤(1)的操作；

当无线车辆识别卡在规定时间内没能收到同一个无线路径识别站发出的包含自身ID的确认信息时，不再发送数据包，放弃等待确认信息，进入休眠状态，直至收到一个新的无线路径识别站发出的数据包时，重复步骤(1)；

当车辆在某个无线路径标识站滞留时间超过设定时间时，车辆识别卡再次被唤醒并按照新卡进行步骤(1)；

上述的无线路径识别站采用50 mw ~100 mw的无线发射功率和125kbps~250 kbps的通信速率，车辆识别卡采用1 mw ~10 mw的无线发射功率和5kbps~10 kbps的通信速率，使两者的发射距离相同。

参见图2，下面给出具体的实施例对本发明的方法进行说明：图中脉冲部分为各个设备发射的持续时间，低为接收持续时间，虚线表示有若干个周期。在以下的实施例中，无线路径识别站以250kbps和50mw的功率发送自身的标识站ID号，时间间隔为T1，在每次发送的数据中，含有自身的标识站ID号、校验字节和上一次收到的射频卡的ID号，从而将广播与确认信息一次完成。

实施例1：(无退避情况)

(1)两张车辆识别卡(卡号分别为ID1和ID2)在t1时刻以250kbps的速率收到无线路径识别站的数据包(即广播信息)后，按照防碰撞机制进行退避，其中ID1刚好没有退避延时，直接在收到后的t2时刻以10mw/10kbps向外发送自身的ID号，而ID2卡则等待了T2时间，在t4时刻才发送；所说的防碰撞机制是指等待若干个T1整数倍的时间后，再向外发送数据；

(2)在t3时刻，无线路径识别站又一次发送自身的标识站ID号，同时还发送ID1卡的ID号，即ID1卡的确认包(确认信息)，并被ID1卡接收。此后，ID1卡对其后的数据均不处理，直至收到一个新的无线路径识别站ID号为止，重复步骤(1)和步骤(2)。

实施例2：(存在退避时的情况)

(1)两张车辆识别卡(卡号分别为ID1和ID2)在t1时刻以250kbps的速率收到无线路径识别站的数据包后，按照防碰撞机制进行退避，其中ID1刚好没有退避延时，直接在收到后的t2时刻以10mw/10kbps向外发送自身的ID号，而ID2卡则等待了T2时间，在t4时刻才发送；所说的防碰撞机制是指等待若干个T1整数倍的时间后，再向外发送数据；

(2)在t5时刻，如果一切正常，ID2卡应当收到无线路径识别站的数据包，后面应当包含着ID2的确认信息。但如果由于种种原因，ID2卡没有在t5时刻收到包含自身ID2的确认信息，则按照退避机制延时一定时间T3后再次向无线路径识别站发送数据包，重复步骤(1)和(2)的操作。

实施例3：(退避后仍无法收到确认包，只好放弃的情况)

(1)两张车辆识别卡(卡号分别为ID1和ID2) 在t1时刻以250kbps的速率收到无线路径识别站的数据包后，按照防碰撞机制进行退避，其中ID1刚好没有退避延时，直接在收到后的t2时刻以10mw/10kbps向外发送自身的ID号，而ID2卡则等待了T2时间，在t4时刻才发送；所说的防碰撞机制是指等待若干个T1整数倍的时间后，再向外发送数据；

(2)在t5时刻，如果一切正常，ID2卡应当收到无线路径识别站的数据包，后面应当包含着ID2的确认信息。但如果由于种种原因，ID2卡没有在t5时刻收到包含自身ID2的确认信息，则按照退避机制延时一定时间T3后再次向无线路径识别站发送数据包，重复步骤(1)的操作。

(3)对于ID2卡，上述的(2)重复执行，直至ID2在规定的T4时间内没能收到无线路径识别站发出的包含自身ID的确认信息时，不再发送数据包，放弃等待确认信息，进入休眠状态，直至收到一个新的无线路径识别站发出的数据包时，重复步骤(1)和(2)。这种情况一般出现在遮挡物较多、车辆较多，车速也较快，由于碰撞较多，个别车辆没能被及时得到确认就已经驶离了有效通信范围。

实施例4：(超时处理)

当车辆识别卡在某个无线路径标识站射频覆盖范围内滞留时间超过T5时，该车辆识别卡将再次被唤醒，并按照新的路径标识站的处理方式进行数据发送，即重新开始进行步骤(1)的操作。

为了满足20辆车在时速120km/h，无线通信距离为100米，漏检率为95%的条件下，经计算，可以采用在0-N中选取均匀分布的随机数作为T1的整数倍进行退避延时，可以很好地满足使用要求。

参照上述方法，本发明给出的实施例中的具体参数可以选择如下：

(1)   无线路径标识站的重复发送间隔为T1 = 20ms

(2)   确认超时的时间为T4 = 50s

(3)   防碰撞的随机数范围为N = 18~24

(4)   无线路径标识站的数据格式如下：

(5)   无线车辆识别卡的发送数据格式如下：

 

（6）滞留超时时间T5 = 15分钟。

Claims (1)

1.一种高速公路中使用的远程有源射频识别装置的通信控制方法，其特征在于：

无线路径识别站的运行步骤如下：以设定的时间间隔T1不间歇地发送数据包，无线发送时采用433MHz的频率，该数据包中包括自身的标识站ID号、校验字节和上一次收到的无线车辆识别卡的ID号，从而将广播信息与确认信息一次完成；同时，在发送数据的间隔时间内接收车辆识别卡发送的数据包；

车辆识别卡的运行步骤如下：

(1)当车辆识别卡收到无线路径识别站广播的数据信息后，按照防碰撞机制进行退避，然后发送数据包，发送时采用433MHz的频率，该数据包中包括自身的ID号；所述防碰撞机制是指从收到无线路径识别站的数据包后等待规定范围内的随机整数倍的T1时间后，再向无线路径识别站发送数据；

(2)当无线车辆识别卡接收到无线路径识别站发出的确认信息后，对同一个无线路径识别站发出的数据包不再处理，进入休眠状态，直至收到一个新的无线路径识别站发出的数据包时，重复步骤(1)；

当无线车辆识别卡在设定时间内接收不到同一个无线路径识别站发出的包含自身ID的确认信息时，则按照退避机制延时等待T1随机整数倍的时间后，再次向无线路径识别站发送数据包，即重复步骤(1)的操作；

当无线车辆识别卡在规定时间内没能收到同一个无线路径识别站发出的包含自身ID的确认信息时，不再发送数据包，放弃等待确认信息，进入休眠状态，直至收到一个新的无线路径识别站发出的数据包时，重复步骤(1)；

当车辆在某个无线路径标识站滞留时间超过设定时间时，车辆识别卡再次被唤醒并按照新卡进行步骤(1)；

所述的无线路径识别站采用50 mw ~100 mw的无线发射功率和125kbps~250 kbps的通信速率，车辆识别卡采用1 mw ~10 mw的无线发射功率和5kbps~10 kbps的通信速率，使两者的发射距离相同。

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