CN105574461A - 一种减少etc指令碰撞保障业务效率的方法及射频系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种减少ETC指令碰撞保障业务效率的方法，包括如下步骤：RSU在第一次发送指令时，指令中携带RSU重传时间周期T₁的字段；OBU在第一次收到RSU发送的指令后，开始指令处理，同时根据重传时间周期T1启动计时；OBU在每1/2T₁时刻检查当前指令处理状态，来预判当前指令剩余处理时间T₃，OBU将快速响应帧上报给RSU；RSU根据OBU的反应情况对重传时机进行相应的调整。本发明针对RSU重传命令与OBU响应碰撞影响交易时间的情况，在OBU侧引入处理时间计时预警机制，在RSU增加协议参数传递和重传指令防碰撞算法，来减少RSU下行指令与OBU上行响应的碰撞，起到缩短整体交易时间提升过车速度的目的。

Description

一种减少ETC指令碰撞保障业务效率的方法及射频系统

技术领域

本发明属于射频识别技术领域，尤其是涉及一种减少ETC指令碰撞保障业务效率的方法。

背景技术

随着ETC全国联网的推进，ETC应用越来越被人们所接受。越来越多的车主开始使用ETC车载标签，体验ETC带来的便捷的出行体验。据统计，到2015年，ETC用户已突破2100万，9月份实现初步全国ETC联网，ETC用户可以在全国范围内享受不停车快速行驶通过收费站带来的便利。可以预见，在未来的3至5年内，ETC系统会持续呈现一个高速发展的状态。ETC在后续的发展中，也会逐渐从高速公路应用扩展到城市内应用，实现更多的基于ETC系统的扩展应用，带来新的市场商机和应用前景。

在ETC取得长足发展的同时，目前还有一些应用中需要解决的难题需要ETC系统营运单位、设备厂家、集成商等各方面参与者进行持续的优化和攻关，包括:邻道干扰问题，相邻ETC车道部署会带来邻道干扰，导致流程干扰或误扣款等问题；扩展应用支持，越来越多定制化的城市应用和繁杂应用规范的使用，使阅读器支持变的复杂；无法实现真正的快速通行，目前大多数ETC车道都限制在20km/h时速下通行，在许多实际场景中车辆只能以更低的车速通过等。其中无法实现真正的快速通行，是最直接影响用户体验的问题，直接对ETC系统的使用效果带来严重的负面影响。

要解决快速通行问题，在覆盖距离受设备性能和现场部署条件制约而通常无法做理想优化的情况，缩短交易时间是一个重要的优化思路。交易时间通常包括以下环节：指令空口传输时间，OBU和RSU本身处理时间，PSAM卡或ESAM卡等运算和加解密时间、车道计算机处理时间等几部分，这些时间都属于显性固定时间，通过提升CPU系统处理速度、SAM卡处理能力和优化程序可以进行优化；除了显性时间外，还有一种隐性浮动时间，是由流程之间的配合决定的，其中典型的是RSU指令的发送和OBU的响应的碰撞，所谓碰撞一般是指RSU的一次重传与OBU响应在一个相近的时间段同时发送，由于RSU一般是收发单工，发送指令的同时无法完成接收，这样就错过了本次接收，需要等待下次RSU重发才能接收到OBU数据，交易时间就延长了一个重传周期，目前RSU重传间隔一般是10～20ms，流程上有4次空口交互，如果每次交互都存在碰撞，交易时间就会有40～80ms的整体延长；还有一种更恶劣的情况，重传周期过短，每次重传时机都与OBU响应接近，这样就会造成每次重传都碰撞，从而不只是延长了交易时间而是无法接收OBU数据导致交易失败。

综上可见，RSU重传命令与OBU响应的碰撞是造成ETC交易时间波动延长的重要原因，减少空口交互碰撞，是保障交易时间最短、业务效率最优的重要手段。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种减少ETC指令碰撞保障业务效率的方法，能有效减少ETC指令碰撞发生几率，从而保障业务效率。

OBU有两种回复的方式：一种是主动回复，即当指令完成后立即主动回复结果数据给RSU；另一种是被动回复，即指令完成后也不立即回复，而需要等待下一次RSU重传后再进行回复。可见主动回复会比被动回复效率更高，被动回复可能会使结果延长一个重传周期再上传。

为了缩短交易时间，目前现行OBU都采用主动方式回复，但这种形式也更容易发生碰撞，本发明是针对OBU主动回复方式进行的优化。

OBU主动回复最理想的时机是在重传命令间隔之间，OBU的回复数据传输不与RSU重传指令数据传输有任何重合，OBU响应阶段的交易耗时就是OBU本身对指令的处理时间。一旦OBU的响应接近RSU的重发指令，就可能产生碰撞，导致交易时间延长一个重传周期，更严重的情况是每次回复都与重传指令碰撞，造成RSU无法完成接收。

本发明的核心思想是：OBU的主动回复时间是固定的，那么让RSU的重发指令避开OBU的回复就是避免碰撞的关键，需要使OBU预估自己的处理时间并告知RSU,RSU来动态的调整重传时机来避免碰撞。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种减少ETC指令碰撞保障业务效率的方法，包括如下步骤：

1)RSU在第一次发送指令时，指令中携带RSU重传时间周期T₁的字段IID，并在每次重传指令中也同样携带该字段IID；

2)OBU在第一次收到RSU发送的指令后，开始指令处理，同时根据重传时间周期T1启动计时，计时直到指令处理完成后结束；

3)OBU在每1/2T₁时刻检查当前指令处理状态，来预判当前指令剩余处理时间T₃；

如果可以预估出当前指令剩余处理时间T₃，则在每1/2T₁时刻返回带有剩余处理时间T3的快速响应帧；如果无法预估，则在每1/2T₁时刻返回带有处理未完成标识的快速响应帧；OBU将快速响应帧上报给RSU；

4)如果RSU在重传到来前收到OBU返回的快速响应帧，则RSU将记录重传过程中无快速响应次数的无快速响计数参数N₁置0，

若返回的是当前指令剩余处理时间T₃，RSU直接调整到剩余处理时间之后重发指令；

若返回的是处理未完成标识，RSU立即下发重传指令，并将本次重传与下次重传间隔拉长至3/2T₁，在下次重传到来之前继续等待快速响应帧；

5)如果RSU在重传到来之前没有收到快速响应帧，RSU在重传过程中对无快速响应次数进行计数，则根据无快速响应计数N₁值，在T₁±T₂阈值内通过加权随机算法随机调整重传时间周期T₁，其中重传微调幅度阈值T₂；在加权随机算法流程中一旦收到快速响应帧，则清零N₁值并执行步骤4)；如果未收到快速响应帧，则一直重复步骤直到收到数据响应帧或重传超时；

6)OBU完成指令处理后，立即上报数据响应帧，其中数据响应帧用于当前指令处理结束后OBU将正常处理结果或失败情况反馈给RSU，

若RSU收到数据响应帧则停止重传；若RSU没有收到数据响应帧，则重复步骤5)过程继续重传。

进一步的，步骤3)中，OBU可通过如下方面预判当前指令剩余处理时间T₃：一是指令信息，包括命令类型、传送参数数量、获取参数数量；二是芯片参数，包括时钟情况、是否倍频、是否PPS；三是驱动执行位置信息，当前处于驱动执行哪个阶段；四是协议返回提示。

进一步的，步骤4)中，若返回的是当前指令剩余处理时间T₃，将本次重传时间直接调整到T₃+3ms后进行。

进一步的，步骤5)中，根据无快速响应计数N₁值，在T₁±T₂阈值内随机调整重传时间周期T₁的方法包括如下内容：

如果N₁<＝3，N₁累加1，继续在T₁时刻重传指令；

如果N₁>3，则生成随机数Rnd并采用加权公式 $N_1\&times;T_2\&divide;N+Rnd/(\frac{N-N_1}{N}\&times;T_2)$ 随机计算偏离T₁的幅度；

至于T₁左右的正负偏离范围选择，按照交替方式，初始为正偏离，下次偏离与本次偏离相反。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

本发明针对RSU重传命令与OBU响应碰撞影响交易时间的情况，在OBU侧引入处理时间计时预警机制，在RSU增加协议参数传递和重传指令防碰撞算法，来减少RSU下行指令与OBU上行响应的碰撞，起到缩短整体交易时间提升过车速度的目的。

本发明另一个目的是提供实现上述减少ETC指令碰撞保障业务效率的方法的射频系统，包括阅读器RSU和车载标签OBU，所述阅读器RSU用来在ETC交易流程中进行空口指令的发送和重传，决定重传次数与间隔；所述阅读器RSU内的逻辑架构包括指令发送\重传模块和防碰撞重传算法模块，防碰撞重传算法模块内设有快速响应防碰撞算法流程单元和加权随机算法流程单元；防碰撞重传算法模块根据OBU的快速响应帧、当前重传次数等条件进行相应的快速响应防碰撞算法流程或加权随机算法流程；

所述车载标签OBU内设有指令处理模块和处理时间预警模块，处理时间预警模块包括计时器控制模块和处理时间预判断模块，根据RSU指令同步时间进行处理计时，根据RSU指令重传间隔及当前处理状态进行处理时间预判断并根据预判结果发出快速响应预警，提示RSU进行防碰撞调整。

本发明阅读器的优异效果同上述方法，不再赘述。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述阅读器RSU和车载标签OBU的功能架构图；

图2为本发明实施例所述重传及预警相关时间参数示意图；

图3为本发明实施例所述RSU防碰撞重传处理的流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明首先定义重传及预警相关参数如下：

T₁，RSU重传时间周期，一般为10～20ms；

T₂，重传微调幅度阈值，重传指令周期在T₁±T₂范围内根据重传次数加权随机调整，3次重传无响应后开始调整，一般T₂<1/2T₁；

T₃，当前指令剩余处理时间；

N，RSU重传命令总次数；

N₁，无快速响应计数，用于防碰撞重传算法模块进行算法控制，如果收到OBU快速响应，根据快速响应进行重传控制；否则N1开始计数，防碰撞重传算法模块根据当前N₁值在T₁±T₂范围内进行加权随机重传控制。

本发明减少ETC指令碰撞保障业务效率的射频系统，包括阅读器RSU和车载标签OBU，如图1所示，所述阅读器RSU用来在ETC交易流程中进行空口指令的发送和重传，决定重传次数与间隔；所述阅读器RSU内的逻辑架构包括指令发送\重传模块和防碰撞重传算法模块，防碰撞重传算法模块内设有快速响应防碰撞算法流程单元和加权随机算法流程单元；防碰撞重传算法模块根据OBU的快速响应帧、当前重传次数等条件进行相应的快速响应防碰撞算法流程或加权随机算法流程，来提高一次回复率，减少碰撞；

所述车载标签OBU内设有指令处理模块和处理时间预警模块，处理时间预警模块包括计时器控制模块和处理时间预判断模块，根据RSU指令同步时间进行处理计时，根据RSU指令重传间隔及当前处理状态进行处理时间预判断并根据预判结果发出快速响应预警，提示RSU进行防碰撞调整。

本发明减少ETC指令碰撞保障业务效率的方法，包括如下步骤：

步骤A，RSU在指令第一次发送时，指令中携带RSU重传时间周期T₁，单位ms，具体实现时RSU发送类型三命令，启动命令中备用字段IID表征重传时间周期T₁，在每次重传指令中也同样携带该字段IID，因为重传时间周期T₁会被调整；所述类型三命令的扩展指令格式如表1所示；

表1：扩展类型三命令帧的定义说明

RSU类型三命令，用于RSU和OBU的点对点通信，启用之前作为备用字段的IID，用来表示RSU的重传间隔周期T₁，还用于与OBU计时同步；

步骤B，OBU在第一次收到RSU发送的指令后，开始指令处理，同时根据IID字段表征的重传时间周期T₁启动计时，计时直到指令处理完成后结束，每1/2T₁时刻处理时间预警模块检查当前处理状态进行预警。

步骤C，OBU处理时间预警模块在每个1/2T₁时刻检查当前OBU处理执行状态，来预判当前指令剩余处理时间T₃；

OBU的处理时间预警模块，可根据几方面来预判当前指令剩余处理时间T₃，一是指令信息，包括命令类型、传送参数数量、获取参数数量等信息进行类比判断；二是芯片参数，包括时钟情况、是否倍频、是否PPS等；三是驱动执行位置，当前处于驱动执行哪个阶段，比如7816协议是否是一次参数返回可以判断大概剩余处理时间；四是协议返回提示，比如是否处于超时等待、是否需要重传等；处理时间预警模块根据以上各方面信息综合预判当前指令剩余处理时间T₃，本实施例是根据ESAM或IC卡执行驱动处理过程及ESAM或IC卡返回阶段响应来当前指令剩余处理时间T₃。

如果可以预估出当前指令剩余处理时间T₃，则在每1/2T₁时刻返回带有剩余处理时间的快速响应帧；

如果无法预估，则在每1/2T₁时刻返回带有处理未完成标识的快速响应帧；

OBU通过快速响应帧上报给RSU，所述快速响应帧用于OBU在对当前处理时间进行预判后，向RSU进行通知，告示RSU当前指令执行情况或还需要等待时间，快速响应帧格式如表2所示；

表2：OBU快速响应帧的定义说明

在指令执行的整个计时周期内，每轮重传周期的1/2T₁时刻都进行预判与预警，在1/2T₁时刻进行快速响应的主要目的是保证RSU可以进行接收，防止快速响应帧与重传指令发生碰撞。

步骤D，如果RSU在重传到来前收到OBU返回的快速响应帧，无快速响应计数N₁置0，防碰撞重传算法模块根据快速响应帧的内容调整重传时间周期T₁；

如图3所示，若返回的是当前指令剩余处理时间T₃，RSU直接调整到剩余处理时间之后重发指令；本实施例中优选将本次重传时间直接调整到T₃+3ms后进行，保证OBU处理结束后的数据上报可以被RSU接收，其中3ms为保护时间，大于最大上行帧传输时间。

如图3所示，若返回的是处理未完成标识，这种情况防碰撞重传算法模块无法准确判断OBU回复时间，RSU立即下发重传指令，并将本次重传与下次重传间隔拉长至3/2T₁，增大重传周期幅度，在下次重传到来之前继续等待快速响应帧；因为下次重传仍然拟在下一个T₁时刻正常进行，这样本次重传之后的等待时间为3/2T₁，提供最大概率的无碰撞等待时间；如果在下一个1/2T₁，接收到快速响应帧仍只有未处理完成标识，则循环以上处理过程，直到接收到数据响应帧或者开始无快速响应帧的加权随机算法流程。

步骤E，如果RSU在重传到来之前没有收到快速响应帧，如图3所示，防碰撞重传算法模块启动加权随机算法流程，

判断N₁值，如果N₁<＝3，N₁累加1，继续在T₁时刻重传指令；

如果N₁>3，则进行加权随机算法选择重传时机，生产随机数Rnd并采用加权公式随机计算偏离T₁的幅度，该幅度计算公式的目的是随着N₁的增加即可能发生碰撞的次数增多，发送时机调整的幅度的总体趋势也逐渐变大；至于T₁左右的正负偏离范围选择，按照交替方式，初始为正偏离，下次偏离与本次偏离相反。加权随机算法流程主要是应对重复碰撞的情况，如果3次以上重传还没有收到数据响应则认为可能发生碰撞，如上所述开始随机幅度调整选择重发时机。

在加权随机算法流程中一旦收到快速响应帧，则清零N₁值进入快速响应帧的防碰撞算法流程；如果未收到快速响应帧，则一直重复本流程直到收到数据响应帧或重传超时。

步骤F，OBU完成指令处理后，停止计时器，停止处理时间预警模块，立即上报数据响应帧，在下次收到新命令后重新启动计时器与处理时间预警模块工作流程；其中数据响应帧用于当前指令处理结束后OBU将正常处理结果或失败情况反馈给RSU；当OBU返回第一次响应后，再收到RSU相同指令，会当成重传指令，这时把缓存中的数据响应帧直接返回给RSU，而不在进行指令处理，所以计时器和处理时间预警模块用来保障第一次数据返回的不碰撞，当OBU已经返回一次数据后，防止不产生碰撞主要依靠步骤E中RSU的防碰撞重传算法模块来保障；

若RSU收到数据响应帧通过防碰撞重传算法模块停止重传；

若RSU没有收到数据响应帧，则重复步骤E过程继续重传。

本系统需要OBU与RSU时间同步，在相同时间基准下OBU预判处理时间，并在RSU重传间隔中间上报快速响应帧，RSU进行重传时间判断控制，只有使时间同步才能保证两者的操作可以准确配合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种减少ETC指令碰撞保障业务效率的方法，其特征在于包括如下步骤：

1)RSU在第一次发送指令时，指令中携带RSU重传时间周期T₁的字段IID，并在每次重传指令中也同样携带该字段IID；

2)OBU在第一次收到RSU发送的指令后，开始指令处理，同时根据重传时间周期T1启动计时，计时直到指令处理完成后结束；

3)OBU在每1/2T₁时刻检查当前指令处理状态，来预判当前指令剩余处理时间T₃；

如果可以预估出当前指令剩余处理时间T₃，则在每1/2T₁时刻返回带有剩余处理时间T3的快速响应帧；如果无法预估，则在每1/2T₁时刻返回带有处理未完成标识的快速响应帧；OBU将快速响应帧上报给RSU；

4)如果RSU在重传到来前收到OBU返回的快速响应帧，则RSU将记录重传过程中无快速响应次数的无快速响计数参数N₁置0，

若返回的是当前指令剩余处理时间T₃，RSU直接调整到剩余处理时间之后重发指令；

若返回的是处理未完成标识，RSU立即下发重传指令，并将本次重传与下次重传间隔拉长至3/2T₁，在下次重传到来之前继续等待快速响应帧；

5)如果RSU在重传到来之前没有收到快速响应帧，RSU在重传过程中对无快速响应次数进行计数，则根据无快速响应计数N₁值，在T₁±T₂阈值内通过加权随机算法随机调整重传时间周期T₁，其中重传微调幅度阈值T₂；在加权随机算法流程中一旦收到快速响应帧，则清零N₁值并执行步骤4)；如果未收到快速响应帧，则一直重复步骤直到收到数据响应帧或重传超时；

6)OBU完成指令处理后，立即上报数据响应帧，其中数据响应帧用于当前指令处理结束后OBU将正常处理结果或失败情况反馈给RSU，

若RSU收到数据响应帧则停止重传；若RSU没有收到数据响应帧，则重复步骤5)过程继续重传。

2.根据权利要求1所述的减少ETC指令碰撞保障业务效率的方法，其特征在于：步骤3)中，OBU可通过如下方面预判当前指令剩余处理时间T₃：

一是指令信息，包括命令类型、传送参数数量、获取参数数量；二是芯片参数，包括时钟情况、是否倍频、是否PPS；三是驱动执行位置信息，当前处于驱动执行哪个阶段；四是协议返回提示。

3.根据权利要求1所述的减少ETC指令碰撞保障业务效率的方法，其特征在于：步骤4)中，若返回的是当前指令剩余处理时间T₃，将本次重传时间直接调整到T₃+3ms后进行。

4.根据权利要求1所述的减少ETC指令碰撞保障业务效率的方法，其特征在于：步骤5)中，根据无快速响应计数N₁值，在T₁±T₂阈值内随机调整重传时间周期T₁的方法包括如下内容：

如果N₁<＝3，N₁累加1，继续在T₁时刻重传指令；

如果N₁>3，则生成随机数Rnd并采用加权公式随机计算偏离T₁的幅度；

至于T₁左右的正负偏离范围选择，按照交替方式，初始为正偏离，下次偏离与本次偏离相反。

5.实现权利要求1至4任一所述减少ETC指令碰撞保障业务效率的方法的射频系统，包括阅读器RSU和车载标签OBU，其特征在于：所述阅读器RSU用来在ETC交易流程中进行空口指令的发送和重传，决定重传次数与间隔；所述阅读器RSU内的逻辑架构包括指令发送\重传模块和防碰撞重传算法模块，防碰撞重传算法模块内设有快速响应防碰撞算法流程单元和加权随机算法流程单元；防碰撞重传算法模块根据OBU的快速响应帧、当前重传次数等条件进行相应的快速响应防碰撞算法流程或加权随机算法流程；

所述车载标签OBU内设有指令处理模块和处理时间预警模块，处理时间预警模块包括计时器控制模块和处理时间预判断模块，根据RSU指令同步时间进行处理计时，根据RSU指令重传间隔及当前处理状态进行处理时间预判断并根据预判结果发出快速响应预警，提示RSU进行防碰撞调整。