（通信与信息系统专业论文）etc系统中dsrc协议在obu上的实现研究.pdf

上海丈学硬士学位论文e t c 系襞申d s r c 协议在o b u 土鲍实现研究 摘要 近年来，随潜公路交通的飞速发展，采用传统低效率的人工收费模式越来越 不邂应公薅运鬻管理静要求，强此黠电子零傍车牧费( 豫) 豹鬟求莛寒憨遭凌。 随潜电子与微波通信技术的成熟，基于5 8 g h z 频段的专用短距离通讯( d s r c ) 收赞设备，已经成为e t c 领域公认的主流，得到了i s o 、c e n 、a r i b 铸国际与区 域椽准毡霪织广泛支持与承谈。本文缝合d s r c 秘议羧掭羧瓣羹装缝橡及其在e t c 系统中的传输流程深入研究了d s r c 协议的物理层、数据链路层和应用层的主要 功能和工作参数，并分析了e t c 系统中d s r c 协议的基本操作流程。本文参照欧 溯d s r c 褥滚标壤粒帮分国家轹准提窭了羧确式o b u 整舔浚诗方案，该方案考虑蘩 工慧结构、安装结构、电气特性、信号的处理速度、可扩展性、可靠性和稳定性 等因素，采用m c s - s i 单片机编程实现了被动式o b u 上童要d s r c 协议功能，并 为了缓解摹片税豹处理垂力震c p l d 实联了接收售号豹浅辑照瑾。 关键词：专用缀距离通信，国际标准，电子不停车收费，射频识别技术， 上海大学硬士学经论文e t c 系统孛d s r c 餮没在o b u 上弱实瑗磺究 a b s t r a c t d u r i n gr e c e n ty e a r s ，b e c a u s eo ft h er a p i dd e v e l o p m e n to fs p e e d w a y ， i t sm o r ea n dm o r e 幽v i o u st h a tt h et r a d i t i o n a lm a n u a lw a yo ft r a f f i c c h a r g ed o e s n ta d a p tt ot h eo p e r a t i o n a n dm a n a g e m e n to fs p e e d w a ya n ym o r e ， s ot h eu s e r sh a v em o r ea n dm o r eu r g e n td e m a n d so fe l e c t r o n i ct o l lc o l l e c t ( e t c ) s y s t e m 。a l o n g w i t ht h em a t u r eo fe l e c t r o n i ca n dm i c r o w a v e t e c h n o l o g i e s ，d e d i c a t e ds h o r tr a n g ec o m m u n i c a t i o nc o l l e c te q u i p m e n t s ， w h i c ho p e r a t e s i n 5 8 g h z ，h a v e b e c o m et h e r e c o g n i z e d m a i n s t r e a mo f e l e c t r o n i ct o l lc o l l e c t f i e l d ，a n d e n li s t e dt h e s u p p o r t a n d a c k n o w l e d g e m e n t o f m a n y i n t e r n a t i o n a la n d r e g i o n a l s t a n d a r d i z a t i o n o r g a n i z a t i o n s a si s o 、c e n 、a r i b t h i sp a p e r ，c o m b i n i n gw i t hd s r cp r o t o c o l d a t af r a m e se n v e l o ps t r u c t u r ea n di t sl o wp r o c e s si ne t cs y s t e m ， a n a l y s e st h em a i n f u n c t i o n sa n do p e r a t i o np a r a m e t e r so ft h ep h y s i c a l l a y e r 、t h ed a t a1 i n kl a y e ra n dt h ea p p l i c a t i o nl a y e ro fd s r cp r o t o c o l ， a n dt h eb a s i cd s r cp r o t o c o lf l o wo fe t cs y s t e m 。r e f e r r i n gt oe u r o p ed s r c p r o t o c o ls t a n d a r da n ds o m ep a r t so f n a t i o n a ls t a n d a r do fc h i n a ，t h ep a p e r b r i n g su p t h eo v e r a l ld e s i g n s c h e m eo f p a s s i v eo b u t a k i n g s o m e f a c t o r s ，s u c ha st h ec r a f ts t r u c t u r e ，f i xs t r u c t u r e ，a p p l i a n c es p e c i a l t y ， p r o c e s s i n gs p e e d yo fs i g n a l ，e x p a n s i b i l i t y ，r e l i a b i l i t y ，s t a b i l i t ya n d s oo n ，i n t oa c c o u n t ，m c s 一5 1s i n g l ec h i pu n i ti sa p p l i e d t oi m p l e m e n tt h o s e m a i np r o c e s s i n gf u n c t i o n so fd s r cp r o t o c o lo np a s s i v eo b u ，c p l di su s e d t of u l f i l l t h e l o g i c a lp r o c e s s o fr e c e i v e ds i g n a l t or e l e a s et h e p r o c e s s i n gp r e s s u r eo fm c u k e yw o r d ：d s r c ( d e d i c a t e ds h o r tr a n g ec o m m u n i c a t i o n ) ，i s o ( i n t e r n a t i o n a l s t a n d a r d i z a t i o no r g a n i z a t i o n ) 、e t c ( e l e c t r o n i c t o l lc o l l e c t ) ， r f i d ( r a d i of r e q u e n c yi d e n t l f i e a t i o n ) 海夫学疆士学位谂文e t c 系统孛d s r c 按澎燕o b u 上懿实现骚究 一、引言 选年来，憝饕经济兹发装，交逶零求爨豢壤热，城赘交逮援堵、交逸事敦叛 发、交通环境恶化等问题已谯世界各地出骥和发生，世界各国的大城市无不存在 赘交通拥挤问磁。曰本、美国和蹰欧等发达阑家为了解决欺同所面临的交通问题， 爨撩投入丈量炎众秘天力，丈溪穰遮送学燕不扩张臻耀瓣模夔蔻握下挺裹交逶路 网的通行能力的道路交通运输智能化研究试验。最初，符围将该研究称为“智能 车辆道路系统( i v h s ) ”，随着研究的不断深入，系统功能扩展到道路交通运输 豹全过程及萁鸯关羧务熬瓣，麸嚣痰麦繁动麓令遥鼹交遴运输魂我化熬“餐戆运 输系统( i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m - - i t s ) ”，并立刻成为各国交通 运输领域竟相研究和开发的热点。欧盟从1 9 8 4 年到1 9 9 8 年仅用于i t s 共同研究 秀发殒重懿颓舞羧达2 8 0 亿敬溅赞牵擎使；嚣本致褒1 9 9 6 年襄1 9 9 7 冬建于i t s 研究开发的预算为1 6 1 亿曰元；美国联邦政府从1 9 9 0 年到1 9 9 7 年用于i t s 研究 开发的年度预算总计为1 2 9 3 5 亿美元。1 9 9 5 年3 月由荧国交通部首次正式出版 了嚣家智瑟交遴系统矮嚣瓣翔，饔礁麓定了智能交i 夔系统瓣? 大镶域察2 9 个 用户服务功能，并确定t n2 0 0 5 年的年度开发计划。藏中7 大领域氛括：出行 和交通管理系统、出行需求管理系统、公轶交通运营系统、商用车辆遂营系统、 鼓子牧费系统、疫急管理系统、先进豹孳辅控翻帮安全系统；纛发袋较茯魏足令 方颟分别是，率辆安全系统( 占5 1 ) ，电子收费( 占3 7 ) ，公路及率辆管理系 统( 占2 8 ) ，实时自动定位系统( 占2 0 ) ，商业车辆锗理系统( 占1 4 ) “3 。 在这七丈领域孛，e t c ( 藏子不箨车l | ； 爨系统) 是i t s 镁壤孛懿一个特豫戆 方面，由于它涉及交通基础设施投资的回收，又是缓解收费站交通堵裟的有效手 段，潜在的消费群巨大，因此备国都把e t c 作为i t s 领域最先投入应用的系统来 开发，并开发了诲多辫鸯拜l 臣务。美国是最晕瓣毫子浚费系统进行研究瑟笈戆莺家， 截此至1 9 9 6 年，已有5 0 条公路、隧道和桥梁装备各种电子收费系统，用户的数 慧将避2 0 0 万( 以车载电子单元的数量计) 。其他欧洲豳家翔英、法、意、西等 许多国家也己露不同麓模酶e t c 系统投入俊用。豫了欧、美、目戳筛，新兴静工 业豳家和发展中闰家也开始了智能运输系统的全面开发和研究，新加坡已经在全 圜撩行不婷车电子收费，韩翻巍交通部牵头制定了全霭的智能运输系统框架结构 和发展计鲻，中东静一些国家也开始讨论本莓智髓运输系统的硪究诗翔8 。同样， 上海大学磋圭学盛论文 e t c 系羲孛d s r c 饕蔹在u 上羲窭瑶掰究 研究和发展e t c 系统对中国滤样一个经济发展迅速而人翻众多的发展中国家也 露羲分重要浆意义。1 9 9 5 每i s 影豫2 0 4 秘甍戆奄是( s t e h n e y ) 采蔓鍪考察，瑟 霜露家技术蕊罄两禳露考察缭栗抚准国际标准纯蕴织镨靛交逶系统技术委受会 ( i s o t c 2 0 4 ) 在中国的技术依托部门为交通部公路科学研究所。同年国家技术 蕊瞽鼹磺定交遗鄙为全嚣交避工程蠡准化爨员会菝踅熬门，舞始筹餐成立交逶工 糕标准诬委员会，委员会秘书签依托在交谲都公路辩攀研究所，同时确定 i s o t c 2 0 4 在网内对应着交邋工程标委会。1 9 9 8 年在融辩质量技术j l 娃督局的指导 下，交逶酃委蕊瓣准纛立l s 哦e 2 e 4 孛霹蚕受会( i s 舀蕈e 2 0 4c h i n ad o m e s t i c c o m m i t t e e ) 。燕交通部的缝镞下，我国交通运输赛静科学家和工程技术人员开始 躐踪国际上智能运输系统的凝展，交通部将智能运输系统的研究纳入了“公路、 永远辩技爱麓丸玉谤刘秘2 0 1 0 发震棼l 要”，虽然金运交通王程糠准纯委员 会和i s 0 t c 2 0 4 强前尚未制淹出完整统一的e t c 及d s r c 协议标准，德在“九五” 期间已经完成和难在制定的橼准已达到3 0 多项，涉及到了交通监控、专用短程 蘧信、毫子羧费、电子擎诞格式、数据交换游淡等多个撩壤描。无琵餐疑，裂霆 撼瓒信息系统( g i s ) ，g p s ，专厢短程遥傣授术( d s r c ) 研究和开发e t c 在全球范 豳内已呈一种越纷。 奉谂文静鏊零结耨： 第一章综述了e t c 系统产生的背景戳及国海乡 e t c 研究和发展的动态，指出 了本论文豹主嚣结构。 第二章说鹅了e t c 系统缒鹜景、系统缝藏、瑟嚣张避程，在分褥了主魂式 e t c 和被动式e t c 各自优劣乏处的基础上，结合我国用户的承受髓力和相关服务 功能的开发情况，指出在本课题中采用的鼹低成本的被动电子标签。 嚣三章怼e t c 系统孛徽波逶蓑静挨心按零0 s r c 终浚馥发蘼乓现获终了 简单介绍，丽艏说明了d s r c 协议的协议精构、d s r c 协议数据帧的瓣装结构及其 传输流程，并详细分析了d s r c 协议的物遐层、数据链路层和应用屡的主要功能 和工箨参数，戳及e t c 系统中d s r c 瓷议懿蒸零搽终滚程。 第四章提出了e t c 系统中被动式车载单元( o b u ) 的整体设计方察。本方察 采用平板微带天线、数字调制解调器、c p l d ( 高密度可鳊程逻辑器件) 等器件实 现了o b u 麓竣发天绫爱葑凝调铡簿诿、接收率嚣霹漉静前瑟楚瑾襄熬影、整磊步 第2 鼎 上海大学硕士学位论文e t c 系统中d s r c 协议在o b u 上的实现研究 信号提取等接收信号的逻辑处理部分。本论文以流程图的形式详细说明了采用 m c s 一5 1 单片机编程实现d s r c 协议的过程。 上海大学磋学毽论文 e t c 系筑串d s r c 替议在o b u 上秘窭瑷骑究 二、e t c 系统介绍 e t c 系统憝i t s 蓑凌静一个差要缰成都势，主要包捻：牵载单元蕊u ( 舀铲器0 8 蜘 u n it ) 、路旁单元r s u ( r o a d s i d eu n i t ) 以及专用短程通信协议d s r c 。e t c 系 娩利用车载单既与路边设备之间的双向通信实现收费过程，其中车j 髓天线和车载 零元( 邀子赫签) 囊采惩麓逶售癸谈受醛r c 。当车辍遴入罄怼逶嵇医壤簿，自 动举辆识别单蕊( a v i u ) 检测到车辆已进入通信区域，o b u 的车载电予标签( e t u ) 与r s u 的通倍收发器( r s t ) 之间按d s r c 通信协议开始相互交换信息。r s t 首 兔读篷e t u 内存储骑车赣谈裂璐，臻诀鑫实藏电子较黪，并籍袅额写入e t u 字魏 i c 卡，车道撩制器放行车辆，同时信息驻示牌显示收赞金额。如聚读出不符合 骚浆匏车辆识别硝或e t u 中i e 卡存贮的众额不足，车遒控制器禁止车辆通行， 并发出警誊，丽对癌凄踅豫捺挺与蒸拍嚣，然惹褥霹疑率麓熬痿塞赘料转辕甍簧 理控制中心。豳此，e t c 系统的关键技术主聚集中在自动举辆识别( a v i ，a u t o m a i c v e h i c l ei d e n i f i c a t i o n ) 技术、自动攀型分类( a v c ，a u t o m a t i cv d h i c t e c l a s s i f i c a t i o n ) 狡零、短程逶蓑( 舔憨，d e d i c a t e ds h o r tr a n g e c o m m u n i c a t i o n ) 技术和逃赞抓拍系统( v e s ，v i d e oe n f o r c e m e n ts y s t e m ) 。 。 皴图2 1 所示： 瞬2 。1 - - - e t c 系统示意圈 厶盟笙遒 控嗣菇号灯、显录簿雩l 导e t c 耀户裴入正凑装e t c 收赞车遭 车辆检测器扁动 第4 页 上海大学硕士学位论文 e t c 系统中d s r c 协议在o b u 上的实现研究 唤醒a v i 系统，向电子标签写入入口车道信息 放行合法e t c 用户，分流非法进入车辆 生成入口车道过车信息上传给收费站管理系统 出口奎道 控制信号灯、显示牌引导e t c 用户驶入正确的e ? c 收费车道 车辆检测器启动 唤醒a v i 系统，读取电子标签中的用户信息和入口车道信息 唤醒a v c 系统进入工作状态，进行自动车型辨别，并进行车型核对 对合法e t c 用户，进行收费记录，给放行指示 对非法e t c 用户，进行车牌抓拍，生成违章记录，便于事后处理 向用户显示有关收费状态信息 r s u0 刚 图2 2 - 一e t c 系统的结构示意图 自本世纪八十年代末以来，西欧、北美和日本竞相发展智能运输系统，成立 了许多机构，制订并实施了开发计划。如美国智能运输系统协会i t sa m e r i c a 、 欧洲共同体的交通信息与控制组织e r t i c o ，日本的路车交通智能协会v e r t i s 、 以及智能运输系统国际标准化机构i s o t c 2 0 4 等。1 。欧洲是e t c 领域标准化工作 进度较快的地区，欧洲标准化委员会( c e n ) 第2 7 8 委员会第1 工作组对自动收 费领域( 包括电子货币在交通运输领域的支付，以及通过g s m 网进行自动收费) 的技术进行标准化研究。目前获欧洲各成员同意和世界上大多数e t c 制造商的采 纳，已公布的e t c 相关标准有“1 ： 一e n v1 2 2 5 3d s r cl a y e r l 采用5 8 g i t z 微波技术的物理层 c e nl 1 ，1 9 9 7 一e n v1 2 7 9 5d s r cl a y e r 2 数据链路层 c e n l 2 ，1 9 9 7 一e n v12 8 3 4d s r cl a y e r 7 应用层 c e n _ l 7 ，19 9 7 第5 页 圭海走学矮圭学筏论文 e t c 系统孛d s r c 谤蔽在o b u 上静实蕊骚究 一e n v1 3 3 7 2d s r cp r o f i l e s c e l p r 一i s oe n v1 4 9 0 6e t c 癍塌接口 c e na i 】 最后，从王作方式上分，e t c 系统又可分为主动式( a c t i v es y s t e m ) 和被动 式( p a s s i v es y s t e m ) 两种。主动式又称为收发器( t r a n s c e i v e r ) 系统，在这 移系绞孛o b u 弱r s u 均有振滋嚣，郝可珏麓来发射电磁波，当r s u 囊o b u 发射询 问信号后，o b u 利用自身的嗽池能量发射数据给r s u ，煮渤式o b u 必颓带有电池； 被动式又被称为异频收发系统( t r a n s p o n d e rs y s t e m ) 或反向散射系统 ( b a c k s c a t t e rs y s t e m ) ，怒搔r s u 发射彀磁蓬号，o b u 被电磁波激溪螽进入通 储状态，并以一种切换频率反向发送给r s u 的系统，被动浅o b u 可戳怒有电源的， 也可以是无电源的”。 被凄式o b u 鹣发菇功率甄予主动式o b u ，毽密发送懿p s k 蔼号误璐毪姥较荮； 被动式d s r c 抗外界干扰能力较差，但其o b u 电池寿命比主动式o b u 长；被动式 r s u 的发射功率高予主动式r s u ，因此被幼式d s r c 系统的电磁辐射高于主动式 d s r c 系统；装渤斌r s u 在o b u 发送数舞瓣，登矮建o b u 发送来谖剿波，无法垒 双工工作；主动式o b u 的通倍距离比被动溅o b u 大，有利于车道自由流的实现； 童动式d s r c 系统的频率再用距离比被动式d s r c 短，有利于频率的复用；主动式 d s r c 霹疆全双王逶售，获黔天天挺裹了镶怠逶售效率，数据黉羧速率氇跑被动 试d s r c 高，更能胜任提供除e t c 以外的大容量服务“1 。 虽然主动式o b u 比被动试o b u 业务扩展要方便，但考虑到我国用户的承受能 力鞠橙关霰务凌麓豹秀发媾魏，我亵在零漾蔻中采震7 繇藏奉豹被动窀予标签。 其上行链路的载波来自于r s u 发射的5 8 g h z 连续波。 第6 页 主海大学疆土学挝论文 e t c 系统审d s r c 接浚在o b u 上豹窭瑰联究 三、d s r c 技术 3 1d g r c 协议蓊i 准懿发震与瑗状 现代社会的发展导致信息化的进程日髓加快，人们对无线通信的需求与目俱 增。而无线遇信从作用距离上分，包括趑长距离通信( 卫星通信蒋) 、长距离通 蕊( 短渡逶信等) 、孛等距离遴信( g s m 、c d m a ) 、运鞭褰遴信( 红多 数撂透信i r d a 、 溉牙b l u e t o o t h ) 、和专用短程通信( d s r c ) 等。其中，随着智能交通系统i t s 的发 缀丽生的d s r c 是一种可实躐路旁单元r s u 与车载单元0 8 u 、0 8 u 与o b u 之间进行 傣怠交换、支持公共安全和个往纯操箨瓣孛短距离逶麓游议，它霹谯楚令交逶运 输系统中实时、准确而高效地运用先进的信息、电子通讯、自动控制、计算机以 及网络等技术，不仅是e t c 系统的核心技术，还被广泛成用于商用警她务( c v o ) 、 公交车调度、铁路运输、率辆导航系统等i t s 应瘸方舔，发展蘸暴繇常广阔“。 专用短稷通信协议d s r c ( d e d i c a t e ds h o r tr a n g ec o m n u n i c a t i o n s ) 属于 工业、科学和暇疗的共用频段。由于e t c 系统在北美、欧辨l 彝日本较零得到应用。 黼就，形成了敬美鑫三丈淤黼标准俸系，健相互之褥并不兼容。蕊黼柽会标礁 化组织( i s o ) 正在着手进行逸方面的标准化工作。我国e t c 系统的建设正处于 越步输段，有关标准瞧在划定之中。其主要方葱育：a v l 工捧频率、a v i 工作方 式( 主动被动) 、系统编码方式、数撰顿格式及校验方式、短程遥谳d s r c 协议 模型。资料表明，基于5 8 g h z 的d s r c 豳际统一标准融得到了i s o 、c e n 、a r i b 镣强际与区域标准让组织广泛支持与承认，将会成为电予苓停车收费领域公认豹 主流。2 0 0 0 霉我国交通部最新发布斡黼速公路连网收费暂行技术爱求中， 瞧明确提出以5 8 g h z 频段d s r c 技术作为国家标准。1 。 3 。2 赘黥协议 d s r c 通信协议依据开放系统互联体系结构( o s i ) 七层协议模獭提出了三层 的简单协议结构，即物理屡、数据链路层( 包括媒介访问子层m a c 和逻辑链路控 镪子嫠l l c ) j 羹瘫磊屡( 溪揍to s i 戆3 ? 爱凌链) “。舞霾3 。1 繇象8 “。 滋l ：图3 1 中所示的各项术语的定义参见 i s o i e c7 4 9 8 1 潍2 ：图3 ，l 巾r s u 向o b u 缴送信息的物理链路称作下行链路；从o b u 向r s u 发 送臻惑豹蘩瑗镳鼹被称嫠楚上窍链露。 第7 蕊 e 辩丈学矮圭学链论文 e t c 幕统串d s r c 协袋褒o b u 豹实理酝究 r s u0 舢 n s 肫匹翌日一e 蕃t z p p d u 一 p s d u i物理层b s r i i 1 a d 肛应用数据单茹 矗p d l j = 应用赛议敷搬单元 曩s 捌= 庭臻簸务数舞萃露 l s d u = 链路层服务数据单斑 l 嘲= 链踌攥秘议数据单嚣 p s d u = 糕豢窳务数据攀嚣 p p d u = 物壤朦协议数据单辩 图3 1 - - - d s r c 标准结构以及数据熬体流程 3 2 1 物理层 物理层舰定了机械、电器、通信功熊和过程的参数以激活、保持和释放通 储系统之间的物理连接。其中载波频率鼹一个很关键的参数，它鼹造成世界上 d s r c 系统差裂熬主要霖嚣。 下图给出了全球不同地区d s r c 通信倍道的划分情况“”。 黼ii 攀i 辫i 删ii 一溶剥 5 ? 7 0爱7 9 0 毛四55 8 1 55 船o采8 4 0 & 8 霹5 9 弱 g 啦罐z硼z铡zg l l za 铘zg 肠日奉上行链路l l i 欧溯龇脚日本下行蜮鲎董霎耩瓣 鬻3 2 - - 一d s r c 遥菇穰滋在全球蓬霭囊瓣翔分 本论文主翳介绍的是裁阔i s 0 t c 2 0 4 及交通工程标蚕会参照欧洲d s r c 协议 标准制定的5 8 g h zd s r c 物理层的主要参数和标准“”1 。 在实际应掰孛，免7 矮采垂不同裁逡厂裔懿r s u 之游戆够其冬爨容性，荠量 第8 疑 上海大学硕士学位论文 e t c 系统中d s r c 协议在o b u 上的实现研究 r s u 可以处理所有经过的o b u ，在几何上： 夺o b u 应该安装在车辆的横向中点，并尽可能的接近1 5 m 的高度。 夺必须考虑到o b u 的有效角度： 口 水平方向：参照垂直平面，o b u 水平方向的有效角度为车辆纵轴- - + 2 5 。 口垂直方向：3 5 。 9 0 ：占空因数：5 0 5 误玛率( u 9 ) ：当在o b u 豹每一缀主绶嚣爨麓珐攀( 箕蓬在撵定瓣最大窥最 小值之间) 进行测量时，物理层的参考值应该等于或低于1 0 1 。 帧头( u 1 3 ，u 1 3 a ) ：所有的上行链路数据帧都应加上一个帧头，每一个帧头包 摆3 2 | s - 3 6 沁熬未调翻甏载渡，戳笈蘧磊8b i t s 戆n r z i 绩避黪“0 ”夔 第l o 贾 上海大学硕士学位论文 e t c 系统中d s r c 协议在o b u 上的实现研究 帧尾( u 1 3 b ) ：o b u 在数据帧的结束f l a g 后还可以传送最多8 个比特的帧尾。 r s u 就不要求传送附加的帧尾。 通信带( u 1 1 ) ：o b u 可以被r s u 通过接收o b u 发送的请求( 其b e r 不超过特定 值) 对其进行定位的空间领域。 3 2 2 帧结构 1 ) 帧结构 所有d s r c 的信息传输都是以帧为基础的，h d l c 帧格式如图3 4 所示“： 图3 4 - - 一数据帧结构 由此可见，h d l c 数据帧采用的是一种封装格式： l _ - ： 二j 墨e 王二 二l 图3 5 - - - 协议数据单元的封装 注：并非所有的帧都必须包含图3 4 所示的所有部分( 如：只有响应帧才包含有 l l c 状态字、响应帧并不总包含有l p d u 信息域、用于媒介请求分配的某些帧没 有l p d u ) 2 ) 帧长度 从开始到结束f l a g 之间所有信息位( 不包括帧头和帧尾) 的总长度应满足： 夺下行链路窗最大长度为1 2 8 字节( n 2 ) 夺私有上行链路窗最大长度为1 2 8 字节( n 3 ) 公共上行链路窗最大长度为9 字节( n 4 ) 夺实际传送的位数还要取决于在数据帧中插入的“0 ”的个数 3 ) 帧头与帧尾 第1 l 页 上海大学硕士学位论文e t c 系统中d s r c 协议在o b u 上的实现研究 物理比特流也可以组成帧头和或帧尾，已在物理层中做了介绍，见图3 6 。 帧头第2 层帧( 包括开始f l a g 、结束f l a g 和在它们之间帧尾 信息位插入的0 位)( 可选) 图3 6 - - - 物理层比特流 4 ) f l a g 所有的帧都要以一个f l a g 开始和结束。f l a g 的格式为0 1 1 1 l l l o 。但作为一 个帧结束标记的f l a g 不可以用作下一帧的开始标记。 为了保护f l a g 不受链路地址字段、m a c 控制字段和帧校验序列中突发事件 的影响，发信机在一个帧的开始f l a g 和结束f l a g 之间的信息位中的每五个连续 的1 后插入一个0 位。在接收时，接收机不停地对接收到的比特流进行监控。一 旦接收到了五个连续的1 ，接收机就要检查下一位的值。如果该位的值为0 ，则 前五个1 就被作为数据通过，该位被删除。如果第六位为1 ，接收机将继续检查 第七位。如第七位为0 ，则接收机认为是接收到了一个有效的f l a g ；如果第七位 为l ，则接收机认为是接收到了一个异常中断，接收站就会忽略当前帧“。 5 ) 帧校验序列 帧校验序列的长度为1 6 比特。除标志序列外，一帧中其余各字段都要进行 c r c 校验检查，检验采用循环码。使用c r c 生成多项式，即c r c c c i t t 的x ” + x ”+ x 5 + 1 。校验范围从地址字段的第i 个比特起，到信息字段的最末1 个比特止， 其初始值应为f f f f 。 6 ) 比特顺序 f l a g 、链路地址、m a c 控制字段、和l p d u 中每一字节的传输都必须首先传 输其最低有效位( l s b ) 。传输f c s 应先传输其系数最高项的系数。 3 2 3 数据链路层 d s r c 的数据链路层定义了r s u 和o b u 之间通信过程的参数，控制着o b u 与 r s u 之间的信息交互过程，规定双方采用s - t d m a ( 时分多址存取) 方式通讯”。 该部分基于面向比特型通信控制规程h d l c ( 高级数据链路控制协议) ，通过对m a c 苎! ! 墨 一 上海大学硕士学位论文 e t c 系统中d s r c 协议在o b u 上的实现研究 和l l c 子层的定义，规定了对共享物理媒介的媒介存取控制程序、标址规则、数 据流程控制程序、确认程序、错误控制程序以及可向应用层提供的服务，参见图 3 2 。 3 2 3 1 链路地址 链路地址字段中存放着链路标示符( l i d ) 。链路地址字段应包含有一个私有 l i d ( 4 字节) ，或一个多点传送l i d ( 1 字节) 和一个广播l i d ( 1 字节) 中的一 个。链路地址字段每一字节的l s b 都是一个扩展位”“。 塑直壁蹬拯丞签数据 私有l i d 包括2 8 位，其值在0 到2 6 8 4 3 5 4 5 5 之间。如图3 7 所示： l x xxxxxx0 l xxxxxxxo l i xxxxxxx0 l lxxxxxxx1l m 品6 5432 1 品 图3 7 - - - 私有链路地址字段格式 注：图中头三个字节的l s b 为0 表明下面还有一个字节的链路地址字段。第4 字 节的l s b 为1 说明这是链路地址字段的最后一个字节。 亡搔壁路拯丞签数握 广播l i d 等于1 2 7 。如图3 8 所示： 臣二 ! ! ! 卫 7654321o 麓s bl s b 图3 8 - - 一广播链路地址字段格式 注：图中链路地址字段的l s b 为l 说明链路地址字段只有一个字节。 垒壶佳送鲑堕拯丞签数据 多点传送l i d 的值在0 到1 2 6 之间。多点传送l i d = 0 用于检测用途，多点传 送l i d 的值在1 2 0 到1 2 6 之间用于私有用途。如图3 9 所示： 匹! 三! ! 三! 7654321o m s bl s b x - 除了全l 的其他8 位= 迸制字符 图3 9 - 一多点传送链路地址字段格式 第1 3 页 上海丈学疆士学健论文 e t c 系统孛d s r c 蛰议在o b u 上静窭瑗骚寒 淀：图中链路地址字段的l s b 为1 说明链路地址字段只有一个字节 3 2 3 2 媒介存取撩制层 凰塞理丝簋 m a c 子层擦镰l 羞r s u 秘o b u 上m a c 孑瀑实嚣对兹联姨l 夯熬使露，蹩d s r c 专 用的，具备半双工模式和同步时分多止存取( t d m a ) 的特性。在被渤式e t c 系 统中，对物理媒介的存取控制始终由r s u 控制着。在每一个o b u 上都有一个私有 媒贫响应计时爨。当o b u 每发出一个上符链路窗请求对，变重薪设定该诗对器的 德。当o b u 每梭分配蓟一个公共土行链鼹鬻对，该诗辩器懿值翔l 。在o b u 发窭 上行链路窗分鹣已请求后，r s u 为其分配的私有上行链路窗，和其后谶行的再次时 掰分配都必须在该私有媒介响应计时器溢出之前完成“”。 蹙佳佳理 下行链路的撇c 控制字段 l 器( o ) 纛c rs xxx l 765432lo m s bl s b l l p d u 存在位，揩示该帧中是否媳禽有一个l p d u 。0 = 不包含l p d u ；1 = 包 鑫l p d u 。 渡；最小的l p o u 只包含有一个l l c 控制字段。 d方向标示符，用予指明链路方向。o = 下行链路方向。 a煤奔分琵位，鼷予分配媒费参凳0 ) 。 o = r s u 没有分配上行链路窗；i = r s u 分配了上行链路窗。 c rl 1 c 命令响应位，用于标识该帧中豹l p d u 是命令还是响应。如粜l p d u 存在 豫为0 ，蘩r 饿旋霪珞，( c r 钕豹使强方法参觅0 ) 。 0 = 命令l p d u ；1 = 响应l p d u 。 sm a c 序号位，用予区分私有上杼链路窗是第一次被分配，还鼹被墼毅分配的。 x缣餮，设为0 。 图3 1 0 - - - 下行链路的m a c 控制字段 上行链路戆m a c 控裁字袋 第1 4 赢 上海大学硕士学位论文 e t c 系统中d s r c 协议在o b u 上的实现研究 765 43210 m s b l s b l l p d u 存在位，指示该帧中是否包含有一个l p d u 。0 = 不包含l p d u ；l = 包 含l p d u 。 注：最小的l p d u 只包含有一个l l c 控制字段。 方向标示符，用于指明链路方向。o = 下行链路方向。 媒介请求位，用于请求分配上行链路窗。 o = o b u 没有请求分配上行链路窗：i = o b u 请求分配上行链路窗。 l l c 命令响应位，用于标识该帧中的l p d u 是命令还是响应。如果l p d u 存在 位为0 ，则c r 位被忽略。 0 = 命令l p d u ：l = 响应l p d u 。 保留，设为0 。 图3 1 1 一上行链路的m a c 控制字段 吐宣笪理 m a c 最主要的功能之一就是实现了时窗管理，其大致情况如图3 1 2 所示。 匪王雯逦! i 口 下行链路帧没有分配时宙 广播或私有l i d没有分配上行链路宙 匝重熏基熏二压受叠至受堕! i 口 下行链路帧进行了时窗分甓 私有l 功分配了私有上行链路宙 匪至垂亘亟 i 蒌堕互鱼重i 塑口 下行链踌帧进行了时宙分配 广播l i d分配了公共上行链路窗 匝塑墅e 座型堕堑豳工二 受垂塑圃 广播l i d下行链路桢进行了时宙分配 分配了连续的公共上行链路窗 图3 1 2 - - 一时窗管理概况 下行链路窗 下行链路窗从帧头的第一位开始，以下行链路第2 层帧的结束标记的最后一 位结束( 该时窗中不包括在物理层中定义的帧尾) 。 r s i j 发送帧的过程就是下行链路窗的分配过程。如果下行链路窗的前一个时 窗是上( 下) 行链路窗，则该下行链路窗不能够在前一个时窗结束后的t 1 ( t 2 ) 时间内开始，如图3 1 3 和3 1 4 所示( 下行链路窗中传输的第2 层帧的长度不可 第1 5 页 d r x 上海大学硕士学位论文 e t c 系统中d s r c 协议在o b u 上的实现研究 以超过n 2 ) 。 t l 图3 1 3 上行链路窗后下行链路窗的时间安排 t 2 图3 1 4 下行链路窗后下行链路窗的时间安排 上行链路窗 r s u 将下行链路帧的m a c 控制字段中的a 位设为1 ，可分配： 1 ) 一个私有上行链路窗 一个私有上行链路窗可以只供某一个o b u 使用，并且其l i d 必须和分配该时 窗的帧的l i d ( 私有l i d ) 相同。其结束时刻可以在： 夺该时窗开始后的t 4 a ，如果在此时刻以前没有0 b u 开始发送数据，或 令被传输的第2 层帧结束标记的最后一位传送完毕的时刻，和 夺从该时窗开始到结束不可以超过私有上行链路窗的最长时间n 3 。 t 4 a i 一 私有上行链路窗 f 帧头f 开始f l a 9 1 1 结束f l a g f l墨壹圭堡壁堕塑墨篓塑堡堕塑l if 图3 1 5 一一私有上行链路窗时间安排 2 ) 一个或多个连续的公共上行链路窗 一个下行链路帧可同时分配的连续公共上行链路窗的最大个数为n 5 ，r s u 从 中选择一个公共上行链路窗的概率是1 n s 。任意一个0 b u 可以按照一定的规则 使用公共上行链路窗。一个公共上行链路窗的开始时刻可以在： 夺在分配该时窗的下行链路帧结束后，如果该时窗是第一个公共上行链路 窗，则在t 3 时间后开始： 夺如果该时窗的前时窗是公共上行链路窗，则立即开始。 第1 6 页 上海大学硕士学位论文e t c 系统中d s r c 协议在o b u 上的实现研究 一个公共上行链路窗应在该时窗开始t 5 时间后结束，并应在该公共上行链 路窗开始后的t 4 a 时刻之前开始传送被传输第2 层帧帧头的第一位。 在一个公共上行链路窗中传输的第2 层帧的最大长度为n 4 。 l 一 公共上行链路亩 一l 一公托上行链路宙一l f 第2 层杖f 图3 1 6 一公共上行链路窗时间安排 3 2 3 3 逻辑链路控制子层 塞理厘釜 l l c 服务是基于 i s o i e c8 8 0 2 2 标准的确认无连接和未确认无连接服务， 为数据传输生成命令p d u 和响应p d u ，并解释接收到的命令p d u 和响应p d u 、信 号内部交换的初始化、数据流的组织并完成部分错误控制和错误恢复功能。 1 ) 未确认无连接模式服务 应用层实体提供了可以在未确认的基础上无须建立数据链路级连接，就可以 交换链路服务数据单元( l s d u s ) 的方法。未确认操作可以让未确认无连接模式 服务通过数据链路时的协议复杂性最小。当较高层提供任何基本恢复和随后的服 务时，也可以采用这种操作，这些基本恢复和随后的服务就无须在数据链路层中 复制。除此之外，在确保每一个数据链路层数据单元的正确性不是很重要，和传 输一些初始数据时，这种操作也是可用的。 2 ) 确认无连接模式服务 确认无连接模式数据传输服务为应用层实体提供了可以无须建立数据链路 连接，就可以交换在l l c 层中确认的链路服务数据单元( l s d u s ) 的方法。该服 务为一个应用层实体提供了可以向另一个应用层实体发送数据、请求一个预先准 备的数据单元、或交换数据的方法。 确认操作提供了确认无连接模式数据单元交换服务，从而一个应用层实体可 以同时向另一个应用层实体发送和请求返回数据。尽管交换服务是无连接的，由 初始站传输的数据的依次传递却是可以得到保证的。 第1 7 页 上海大学硕士学位论文 e t c 系统中d s r c 协议在o b u 上的实现研究 鎏遴整萎 所有的l p d u 酃必须遵循图3 1 7 中所泳的格式。 字节数；等于蒇丈子0 的整数值( n 值的上限由参数磁，n 3 或黼给出) 圈3 t 7 一一- l p d u 格式 圣遮篷型塞邃 l l c 控制字段是用于指派命令和响应的一个字节数据。格式如图3 1 妒”： 最低两个有效位设为1 。 m修改功能值 r fp o l l 能，用于命令l p d u 的发送。p = i p o l l ；p = o无p o l l f i n a l 位，用于媾应l p o u 豹发送。f = if i n a l ；f = 0秃f i n a l 图3 1 8 一- - l l c 控制字段 1 ) 耒臻谈凳连接 用于朱确认无连接操作的l l c 控制字段编码方式见图3 1 9 。 i ooopool1 l u i 命令 |blisbl b 65432 1 。| | l s l 图3 。1 9 u i 命令，l l c 控制字段 2 ) 确认纛连接 用于确认无连接操作的l l c 控制字段编码方式见图3 2 0 。 01 lpo lll 11lpo1l1 ollfol圭l l11f0l1l 765432lo 鞠s b l s b 第1 8 厦 a c o 命令 a c l 命令 a c o 峨波 a c l 响应 上海大学硕士学位论文e t c 系统中d s r c 协议在o b u 上的实现研究 图3 2 0 一- a c n 命令和响应，控制字段 a c n 命令和响应的l l c 控制字段的最高有效位是位n 。 l 鳗丛盔王彗 每一个a c n 响应p d u 在其信息域中都应包含个状态子域。信息域中其余各 位可以是全0 或全1 ；如果是全1 ，则该子域包含了一个图3 2 1 中所示的l s d u 。 一a c n 喃应信息域一 l l c 控制域状态子域，1 个字节l s d u 子域，0 或多个字节 x x x x xxx1链路服务数据单元l s d u 76543210 m s bl s b rrrrc c cci 记忆存储器i i e x i 说明 0000000 0lo ko k l o l 接收到命令响应l s d u 存在 00110 000 l n e _ o k i 3 0 l 接收到命令响应l s d u 不存在 0100 0000in r _ o k i 4 0 f 接收到命令响应l s d u 没有被请求 篮息垣 信息域包含有整