（电路与系统专业论文）dsrc逻辑分析仪的设计及其在etc系统中的应用.pdf

d e s i g n o fd s r c l o g i ca n a l y z e r a n di t sa p p l i c a t i o ni ne t c s y s t e m at h e s i s s u b m i t t e di np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t f o rt h em s d e g r e ei nc i r c u i t s y s t e m b y l i a i s h e n g p o s t g r a d u a t ep r o g r a m c o l l e g eo fp h y s i c a ls c i e n c ea n dt e c h n o l o g y c e n t r a lc h i n an o r m a lu n i v e r s i t y s u p e r v i s o r ：x i ay i n g q i n g a c a d e m i ct i t l e ：a s s o c i a t ep r o f e s s o r s i g n a t u r e毒纵 a p p r o v e d m a y 2 0 11 华中师范大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作 所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 作者签名： 毒复羔 日期：刎年乡月矽日 学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解华中师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：研 究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华中师范大学。学校有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅和借阅； 学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手 段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。 非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 作者签名：誊爱，丝 日期：驯降岁月乃日 导师签名： 么撕 日期：沙f f 年厂月j 矿日 本人已经认真阅读“c a l i s 高校学位论文全文数据库发布章程 ，同意将本人的 学位论文提交“c a l i s 高校学位论文全文数据库中全文发布，并可按“章程”中的 规定享受相关权益。园意诠塞握交压澄厦! 旦圭生；旦= 生；旦三生筮查! 作者签名：毒羌多 日期：刎年岁月乃日 孙签名：霆州导师签名：经 日期：、f 年厂月j7 日 摘要 专用短程通信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 o n ) 技术是电子不停 车收费e t c ( e l e c t r o n i ct o l lc o l l e c t i o n ) 系统的核心通信技术，利用d s r c 技术， e t c 系统完成前端车载单元o b u ( o nb o a r du n i t ) 与路测单元r s u ( i b a ds i d eu l l i t ) 之间信息交互，从而实现不停车收费过程。 本文针对e t c 系统的现实需求，提出了一种应用于e t c 系统性能测试的设备 - d s r c 逻辑分析仪d l a ( d s r cl o g i ca n a l y z e r ) 的设计方案，该方案实现了对 e t c 系统d s r c 通信信息交互过程的监听与性能分析。 本文主要有以下几个方面的研究工作： ( 1 ) 对国标电子收费收费专用短程通信d s r c 协议进行了研究 ( 2 ) 对u s b 2 0 传输协议、多线程同步通信方法、数据压缩存储方法及双相 间隔码f m o ( b i - p h a s es p a c e ) 解码、h d l c ( h i g h - l e v e ld a t al i n kc o n t r 0 1 ) 协议解析算法进行了研究 ( 3 ) 对动态波形显示实现方法进行了研究 本设计实现的d s r c 通信基带波形实时动态显示功能以及一种基于基带数字波 形采样数据的f m 0 解码、h d l c 解析算法是行业内的首创之举，填补了e t c 系统 中d s r c 通信性能测试、分析的一项空白。 本文最后对d l a 系统进行了整机测试，测试结果表明，系统性能稳定，能很 好的解决e t c 系统各环节的测试问题。 关键词：专用短程通信；电子不停车收费；逻辑分析仪；多线程；h d l c 协议 a b s t r a c t d s r c ( d e d i c a t e d s h o r t r a n g ec o m m u n i c a t i o n ) t e c h n o l o g y i st h ec o r e c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yo fe t c ( e l e c t r o n i ct o l lc o l l e c t i o n ) s y s t e m t h r o u g ht h i s t e c h n o l o g y , e t cs y s t e mr e a l i z e st h ei n f o r m a t i o ne x c h a n g eb e t w e e nr s u ( r o a ds i d e u n i t ) a n do b u ( o n b o a r du n i o ，a n dt h e nt h ep r o c e s so f n o n s t o pa u t oc o l l e c t i o n a c c o r d i n gt ot h ed e m a n do ft h ee t cs y s t e m ，t h i sp a p e rp r e s e n t sad e s i g nn a m e d d l a ( d s r cl o g i ca n a l y z e r ) t h a tc a nb eu s e dt ot e s tt h ee t cs y s t e m t h ed e s i g nc a n l i s t e na n da n a l y z et h ei n f o r m a t i o ne x c h a n g ep r o c e s so fd s r ci ne t cs y s t e m t h em a i nw o r kt h a tt h i sp a p e rh a sd o n ei sd e s c r i b e da sf o l l o w i n g ： ( 1 ) r e s e a r c ho nd 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 nn a t i o n a ls t a n d a r d ( 2 ) r e s e a r c ho nu s b 2 0 ( u n i v e r s a ls e r i a lb u s ) t r a n s f e rp r o t o c o l ，m e t h o do f m u l t i t h r e a ds y n c h r o n o u sc o m m u n i c a t i o n , m e t h o do fd a t ac o m p r e s s i o na n d s t o r a g e ，a l g o r i t h mo ff m o ( b i - p h a s es p a c e ) d e c o d i n ga n da n a l y z eo fh d l c ( h i g h - l e v e ld a t al i n kc o n t r 0 1 ) p r o t o c 0 1 ( 3 ) r e s e a r c ho nm e t h o do ft h er e a l t i m ew a v ed i s p l a y i n g t h ed e s i g nh a st w oi n n o v a t i o n s t h ef i r s to n ei st h er e a lt i m ew a v ed i s p l a y i n g ， a n o t h e ri st h ef m 0d e c o d i n ga n dh d l cp r o t o c o la n a l y s i sb a s e do nt h es a m p l i n gd a t ao f t h eb a s e b a n dd i g i t a lw a v e f o r m t h et w of u n c t i o n sf i l l e dt h eb l a n ko ft h et e s ta n da n a l y s i s o fd s r cc o m m u n i c a t i o np e r f o r m a n c ei ne t c s y s t e m f i n a l l y , t h i sd e s i g nh a sm a d eaw h o l es y s t e mt e s t t h et e s tr e s u l ts h o w st h a tt h e s y s t e mp r e f o r m e dw e l la n di tc a nb eu s e dw e l lt os o l v et h ep r o b l e mo ft h ee t cs y s t e m t e s t k e yw o r d s ：d s r c ；e t c ；l o g i ca n a l y z e r ；m u l t i - t h r e a d ；h d l cp r o t o c l i i 目录 摘要i a b s t r a c t i i 第一章绪论。1 1 1课题研究背景1 1 2课题研究现状分析3 1 2 1专用短程通信d s r c 技术4 1 2 2高速数据传输技术5 1 2 3多线程编程技术6 1 2 4数据压缩存储技术6 1 3本论文研究内容和工作安排7 第二章国标d s r c 协议8 2 1 国标d s r c 协议分层描述8 2 2 国标d s r c 协议技术要求8 2 2 1 物理层8 2 2 2 数据链路层1l 2 2 3 应用层1 3 2 2 4 设备应用13 2 2 5 物理层主要参数测试方法18 第三章d s r c 逻辑分析仪系统概述。1 9 3 1 d s r c 逻辑分析仪功能简介1 9 3 1 1 系统应用场景及主要功能1 9 3 1 2 系统功能性需求2 0 3 2 d s r c 逻辑分析仪设计思路2 2 3 2 1 功能模块划分2 2 3 2 2 设计考虑2 3 第四章d s r c 逻辑分析仪系统硬件设计与实现。2 4 4 1 芯片选型。2 4 4 1 1 芯片选型标准2 4 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 4 1 2 芯片简介2 4 4 2 射频接收模块2 6 4 3 传输控制模块2 7 4 4 u s b 接口模块2 8 4 5 电源模块2 9 第五章d s r c 逻辑分析仪应用软件设计与实现3 0 5 1 软件开发平台构建3 0 5 2 应用软件体系架构3 0 5 3 模块功能及流程描述31 5 3 1 主程序3 l 5 3 2 数据采集模块31 5 3 3 数据处理模块3 2 5 3 4 结果输出模块3 8 5 4 模块接口设计4 1 5 5 模块通信与同步4 2 5 6 部分相关数据结构4 3 5 6 1 信息帧结构4 3 5 6 2 程序状态结构4 4 5 6 3 交易分析结果4 5 第六章系统整机测试与结果分析 6 1 硬件测试一4 6 6 1 1 整机工作电流测试4 6 6 1 2 接收灵敏度测试一4 7 6 1 3 最远接收距离测试4 7 6 1 4 稳定性测试4 8 6 2 应用软件测试4 8 6 2 1 应用软件界面视图4 8 6 2 2 功能测试4 9 6 2 3 稳定性测试一4 9 6 3 测试结果分析5 0 第七章总结与展望。5 l 参考文献5 2 翌i 【谢。5 4 第一章绪论 改革开放三十多年以来，我国经济迅猛发展，交通基础设施、车辆拥有量与流 动量急速增长【1 1 ，导致交通拥挤、事故增多、环境污染等问题不断恶化，有限的道 路基础设施与日益增长的汽车拥有量之间的矛盾日益凸现，然而可利用土地资源日 益匮乏，交通路网规模不可能无限扩大，在有限的交通资源下，如何发挥资源的使 用效率成为解决交通问题的关键【2 】。电子不停车收费e t c 【3 j ( e l e c t r o n i ct o l l c o l l e c t i o n ) 系统以其高效率、智能化、环保的特点就是在这样的背景中迅速登上了 历史的舞台，e t c 系统集成了射频识别r f i d ( r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ) 、现 代电子、网络通信等高新前沿技术，很好的解决了道路运输系统控制管理的难题， 提高了路网使用效率和服务质量1 4 j 。 本章主要阐述了本课题研究的背景及现状，并对本论文的组织架构和主要研究 内容做了详细介绍。 1 1 课题研究背景 e t c 系统是首先在世界各国形成产业化的智能交通i t s ( i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t s y s t e m ) 应用方向【5 1 。电子不停车收费一方面通过自动化处理可提高道路通行效率、 改善用户驾车环境和减少对收费站周边环境污染，另一方面电子化的收费过程可以 大大提高收费管理水平和效率、减少作弊和不规范的操作，符合国家关于产业信息 化的国策方针。在我国人口不断增长，经济迅速发展，资源日益减少的现实情况下， 发展e t c 系统意义重大【6 j 。 e t c 系统一般由路侧单元r s u ( r o a ds i d eu n i t ) 、车载单元o b u ( o nb o a r d u n i t ) 、车辆检测器、车道控制器、后台处理单元组成【7 1 ，o b u ( 也称电子标签) 存 储车辆的车牌、车型和车辆参数等基本信息。利用d s r c 通信技术，安装有电子标 签的车辆进入收费站e t c 车道后，车辆检测器检测到有车通过，触发r s u ( 也称 微波基站) 发送广播信号。o b u 收到广播信号后将车辆信息数据回复给r s u ，r s u 收到o b u 回复信息后，经过信息核查和必要的信息处理后，自动向电子标签写入 信息( 如入口信息) 或从用户账户扣除相应的费额，并将收费信息传到后台处理单 元( 也称结算中心) 完成处理。车道控制器会根据收费结果对当前收费车辆采取拦 截或是放行处理。 图1 1e t c 系统结构图 目前，欧洲、北美、日本和澳洲等国家或地区在基于微波d s r c 技术的电子不 停车收费的发展都已经逐步进入成熟阶段，确立了各自的技术标准体系，有稳定的 厂家向市场提供比较成熟的e t c 产品，而且已经初具产业和市场规模。欧洲e t c 用户已经达到1 2 0 0 万的数量【8 1 ；北美地区美国和加拿大两国的e t c 用户量，也已 经突破了1 8 0 0 万的规模；而在日本，其全国电子收费网络从2 0 0 1 年开始布设，2 0 0 4 年起开通e t c 服务，目前，其系统已经超过1 0 0 0 万装机车辆用户的规模，并有n e c 、 松下、s o n y 、三菱、电装等众多设备供货厂家。并且，日本在电子不停车收费应 用的基础上，已经借助d s r c 路边设施和车载终端设备组成的短程通信网络，逐步 扩展到道路安全诱导、道路信息发布等应用领域，创造了很好的产业规模和经济效 益。 我国在e t c 应用和技术研究方面发展较晚，核心技术长期被国外厂商所掌握。 在过去数年间，由于国外厂商和相关利益集团所施加的影响，我国d s r c 技术标准 制定的归口部门曾数度拟采用欧洲标准( 及或日本标准) ，作为我国d s r c 技术标 准，但该等标准在前期应用过程中先后被广东、北京、上海以及江苏等地的大量试 点工程事实证明了其并不适合中国国情( 我国大量的收费高速公路，以及特有的以 省为单位的封闭式高速公路联网收费网络应用环境) ，由于这种“水土不服”的情 况，使得迄今为止欧洲、日本和北美地区的众多厂商在中国的项目无一能够获得规 模推广和应用。同时，我国自加入w t o 和全面融入全球经济竞争环境以来，出于 2 全面建设自主创新型国家的知识产权国家发展战略考虑，各级政府部门及产学研等 有关各界，都对自主知识产权的e t c 应用和d s r c 技术标准寄予了厚望。 2 0 0 0 年我国i t s 中心首次提出【9 j 用“两片式电子标签+ 组合式收费 的方案很 好的解决了中国e t c 建设的投资、与人工收费系统( m t c ) 有机融合等难题后， 广东省在2 0 0 4 年底率先采用本土厂家自主开发的具有自有知识产权( 广东省 d b 4 4 1 2 7 标准) 的5 8 g h z 专用短程通信技术设备，实现了全省高速公路联网收费， 并在正式运行之后的一年内形成1 0 0 多条e t c 收费车道、l o 万多电子标签用户的 规模，第一次在中国实现规模化和区域联网的电子收费应用。广东省e t c 系统的 成功运营，为长三角地区、京津冀地区，以及福建、四川、河南等地，提供了很好 的借鉴和示范作用，这些地区都已经完成部分试点工程，下一步将根据国家标准的 动向完成区域性的联网收费应用。因而e t c 产业蕴藏着巨大的商机，将形成一个 新的产业，并带动相关配套产业如服务业的发展。 1 2 课题研究现状分析 当前，我国各地正大力进行电子收费系统( e t c ) 建设。在e t c 系统的建设过 程中，由于r s u 和o b u 之间信息交互的非透明性，使得对r s u 和o b u 之间信息 交互、信号波形时序监测分析变得异常困难。特别是r s u 和o b u 之间交易失败的 时候，是什么原因导致了交易失败，在交易失败的过程中r s u 、o b u 之间发生了 什么往往不得而知，调试人员往往因找不到导致失败的原因而无法解决问题。当一 个问题已经发生，工程师们需要知道在这个过程中发生的一系列事件信息： 1 ) r s u 、o b u 之间信息交互通信链路是否正常1 7 j ； 2 1r s u 、o b u 之间信息交互协议数据是否符合标型1 0 j ； 3 ) 整个通信过程的时序是否正常； 4 ) 信息帧时间窗1 3 是否符合要求； 5 ) 位速率，位时钟精度是否达标； 6 ) 该异常事件发生前后一段时间内的事故现场； 7 ) d s r c 通信信号质量。 如果能够得到r s u 和o b u 之间信息交互的信号波形时序，调试人员就能通过 对信号波形时序的分析找到问题所在。在r s u 和o b u 正常工作的时候，r s u 和 o b u 工作的性能如何也是调试人员关心的问题，要了解这些，也必须得到信号时序 并进行分析。本课题设计的d s r c 逻辑分析仪( d l a ) 系统就是基于这种应用需求 而提出的。 3 目前，市面上还没有专门针对e t c 系统d s r c 分析的逻辑分析工具。本课题 研究的d l a 系统能够动态显示r s u 和o b u 信息交互波形，这一创新功能不仅使 e t c 建设中的调试工作变得更轻松、更有效率，而且能填补国内该方面技术的空白， 产生一定的经济效益，提高公司的市场竞争力。 本课题研究涉及到专用短程通信技术d s r c 、高速数据传输技术、线程同步与 通信技术、数据压缩存储技术等多项技术，国内外在这些技术及相关问题的研究上 已取得大量成果，有的已形成技术标准，相关技术已经能够成熟的投入应用。 1 2 1 专用短程通信d s r c 技术 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 ) 技术支持点对点、点对多点的 通信1 1 】。可以实时、高效、可靠的实现小范围内的图像、语音、数据的传输【1 2 1 。现 阶段，d s r c 技术主要应用于不停车电子收费( e t c ) 系统。作为e t c 系统的核 心通信技术，实现电子标签( o b u ) 和路侧单元( r s u ) 之间信息的双向交互，完 成不停车自动收费过程。 d s r c 技术具有强实时性、强专用性和窄服务领域等特点，这些特点使得e t c 系统的无线通信链路受到外界环境的干扰大大降低。d s r c 协议可划分为四层：物 理层、数据链路层、应用层和设备应用层，其中数据链路层又分为媒介访问控制 m a c ( m e d i u ma c c e s sc o n t r 0 1 ) 子层和逻辑链路控制l l c ( l o g i c a ll i n kc o n t r 0 1 ) 子层。 d s r c 协议层次关系如图1 2 所示： 应用层 u m a c 物理层 图1 2d s r c 协议层次关系图 物理层负责上层电气信号和可在实际物理传输信道( 媒介) 中传输的信号之间 的相互转化；数据链路层负责管理和控制参数，传输差错控制；应用层主要功能是 提供d s r c 通信手段；设备应用层提供e t c 应用接口，并依据e t c 应用需求来定 4 义e t c 交易模式、数据元素以及e t c 交易中的用户函数l l 3 。 目前，e t c 应用中形成三种d s r c 体系：美国、欧洲、日本标准体系。欧洲的 e n v 系列，美国的基于9 0 0m h z 和日本的a r i bs t d t 7 5 标准。其中欧洲d s r c 标准采用的是基于5 8 g h z 的被动式技术，而日本与欧洲刚好相反采用的则是主动 式d s r c 技术。这三种体系的d s r c 标准各自对d s r c 协议的层次结构、主要功能、 协议层次划分、接口要求、技术参数要求、通信方式、通信链路的建立与撤销等方 面作出了规定，并提出了对等层之间的通信协议要求1 1 4 】。 我国交通部在2 0 0 5 年下半年出台了交通专用短程通信标准系列草案，草 案中规定了采用基于5 8 g h z 微波的主动式d s r c 技术体系，该技术标准明确强调 其所规定的未来d s r c 技术平台不覆盖当前的e t c 应用，该等技术体系主要指向 未来的远期i t s 车路通信应用。2 0 0 5 年底，国家i t s 中心在向交通部提交审批的公 路联网收费技术要求中，补充了和电子不停车收费( e t c ) 应用有关的d s r c 设 备的技术要求，其中，首次明确的对e t c 用专用短程通信设备提出了采用具有自 主创新意义的5 8 g h z 主动式技术体系，并提出主要的技术框架以及一些关键的技 术指标要求。 2 0 0 7 年3 月，我国正式颁布了电子收费专用短程通信系列国家标准，标 准的确立，为我国e t c 行业指明了方向，推动了e t c 应用的进程i l 引。2 0 0 9 年，武 汉市率先提出基于自由流应用的e t c 标准，其自由流e t c 收费系统已投入实际应 用，自由流e t c 收费系统很好的解决了城市交通管理问题。 1 2 2 高速数据传输技术 现代电子系统中，在图像处理、信号测量、视音频信号处理等一些高速、大容 量的信号采集和传输应用场合，数据的实时采集和传输越来越收到人们广泛的关注 和重视。 目前市面上充斥着各种类型的数据采集与传输系统产品，采用的方案也各不相 同，大致可分为四类：基于p c i ( p e r i p h e r a lc o m p o n e mi n t e r c o n n e c t ) 总线技术的解 决方案、基于u s b 2 0 协议和d s p ( d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s i n g ) 技术的高速数据采集 与传输解决方案、基于p l d ( p r o g r a m m a b l el o g i cd e v i c e ) 的高速数据采集与传输解 决方案、基于串行a d c 和u s b 2 0 的数据采集与传输解决方案【1 6 j 。 这些方案基于不同的应用需求都有其存在的应用空间。其中u s b ( u n i v e r s a l s e r i a lb u s ) 总线旧，即通用串行总线，以其成本低、通用性强、支持热插拔、传输 速度快、可靠性高等优点，迅速被各类电子产品广泛采用，u s b 总线在我们的生活 5 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 中已经无处不在。u s b 2 0 传输协议支持的传输速率最高可达4 8 0 m b p s ，如此之高 的传输速率是其它通用传输接口协议无法比拟的，必将引领并最终成为数据采集与 传输系统的发展方向【i 引。 1 2 3 多线程编程技术 计算机伴随着电子技术日新月异的发展性能越来越高，需要处理的问题也越来 越复杂。在处理一个复杂的问题的时候，往往要求能够并行处理问题中的多项任务， 在目前计算机普遍只有两个c p u 的情况下，如何合理有效分配c p u 被各个任务占 用的时间，成为能否很好解决问题的关键。 多线程编程技术对并行问题的处理表现得非常地高效。事实上线程是系统调度 的一个基本单位，w i n d o w s 环境中所有应用程序都是以线程的方式执行【1 9 1 。操作系 统将应用程序的实例即进程( p r o c e s s ) 看作主线程，进程可理解为线程容器，即进 程里面盛放着一个以上的线程。 在多线程程序设计中，所有线程都能够访问进程内的公共变量( 比如全局变量 和文件打开表等) ，线程在使用这些公共信息，特别是在两个线程都需要改写某个 全局变量时，需要程序员小心仔细的给出线程的同步控制方法，这样才能对线程进 行有效的控制，否则，线程将成为脱缰野马，造成不可估量的错误。在w i n d o w s 系统编程中，常用的有四种用于实现线程间同步控制与通信的方法：互斥( m u t e x ) 、 信号灯( s e m a p h o r e ) 、临界区域( c r i t i c a ls e c t i o n ) 和事件( e v e n t ) 。 在现代信息处理系统越来越复杂的情况下，多线程编程技术必将得到更加广泛 的应用和发展。 1 2 4 数据压缩存储技术 数据压缩来源于对概率的认识【2 0 1 ，信息的压缩率与信息的编码规则密切相关。 若在对信息进行编码时，将较短的编码给予出现概率高的字母，将较长的编码给予 出现概率低的字母，则能大大缩短总的编码长度。这种思想在享有盛名的m o r s e 码 川中深刻地得到了体现。m o r s e 码使用点划组合对字符编码，最简单的点“”作为 出现频率较高的字母“e 的编码，而组合“ 赋予了使用概率较低的括号“( ) ， 这样信息编码后的长度明显缩短。 1 9 4 8 年，c e s h a n n o n ( 香农) 在其经典之作am a t h e m a t i c a lt h e o r yo f c o m m u n i c a t i o n ) ) 一文中，首次使用数学语言描述了概率与信息冗余度之间的关系。 根据香农的理论，信息冗余度和字符出现概率有着密切的关系，并提出了信息熵【2 l 】 6 硕士学位论文 m a s t e r st h e s l s ( 即平均信息量) 的概念，同时给出了其数学计算式，信息熵后来成为数据压缩理 论的基础【2 0 1 。 数据压缩技术有无损压缩和有损压缩之分【2 0 1 ，如果压缩后的数据能够完全恢复 原始数据则是无损压缩，压缩后的数据不能完全恢复原始数据则是有损压缩，有损 压缩应不对恢复后的信息理解产生影响。 l z ( l e m p e l z i v ) 压缩算法 2 2 1 是目前最流行的无损压缩算法之一，d e f l a t e 算法优化了l z 算法的解压速度与压缩率( 虽然它的压缩速度依然非常缓慢) ，比较 流行的z i p 、p k z i p 以及p n g 使用的都是d e f l a t e 算法。l z w ( l e m p e l z i v w e l c h ) 算法是u n i s y s 的专利，直到2 0 0 3 年6 月专利到期限，这种方法用于g i f 图像。l z 算法基于表格的压缩模型【2 l 】，用重复的数据串替换表格中的条目。通常情况下，算 法由最初的输入数据中动态生成这个表格，l z ( 如l z x 、s h r i ) 采用霍夫曼编码 【2 3 】( h u f f m a nc o d i n g ) 来维护这个表格，m i c r o s o f t 的c a b 格式采用的l z x 算法就 是基于l z 的编码机制。 随着现代信息技术的不断发展，在一些需要处理、传输、保存大量信息的应用 场合，数据压缩技术能够使有限的资源得到最充分的利用，数据压缩技术必将得到 更加深入的发展和广泛的应用。 1 3 本论文研究内容和工作安排 本论文针对e t c 系统的当前状况，首先对国标d s r c 标准作了深入研究，继 而提出了一种全新的e t c 系统性能测试设备d s r c 逻辑分析仪( 简称d l a ) 系统设计方案，对d l a 系统的设计思路、方法和软硬件平台的设计实现作了重点 阐述，包括如下内容： 1 ) d s r c 国标协议简介； 2 ) d l a 系统硬件设计思路、方法与实现； 3 ) d l a 系统软件设计思路、方法及实现； 4 ) d l a 系统测试方法及测试结果分析； 5 ) 总结全文并对下一代产品提出改进的方向。 7 ： 一， 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 第二章国标d s r c 协议 国标d s r c 协议( 标准号g b t2 0 8 5 1 ) ，根据e t c 应用分五个部分对d s r c 协 议进行了详细的描述，最终形成五个技术规范文档。第一部分规定了物理层技术要 求，第二部分对数据链路层提出了要求，第三部分描述了应用层功能要求，第4 部 分设备应用给出了e t c 接口原语及参数要求，第五部分提出了物理层主要参数测 试的建议方法。 本章主要介绍国标电子收费专用短程通信协议各层技术要求，并对与本 课题研究有密切关联的部分作了重点阐述。 2 1 国标d s r c 协议分层描述 在开放系统互联o s i ( o p e ns y s t e mi n t e r c o n n e c t ) 体系结构的七层协议模型的基 础上【2 4 】，国标d s r c 系列标准从中简化提出四层的协议结构，分别为：物理层、数 据链路层( 包括媒介访问控制m a c ( m e d i u ma c c e s sc o n t r 0 1 ) 子层和逻辑链路控制 l l c ( l o g i c a ll i n kc o n t r 0 1 ) 子层) 、应用层( 涵盖了o s i 体系结构的3 到7 层) 和 设备应用层【1 3 】。国标d s r c 协议对上述四个层和物理层测试方法的技术要求对协议 作出了详细规定。 2 2 国标d s r c 协议技术要求 2 2 1 物理层 本部分对d s r c 物理层技术参数分上下行链路作出了规定，基于e t c 不同应 用又分为a 和b 两大类，a 类要求满足基本的e t c 应用，b 类要求在a 类基础上 应能用于较高速率数据传输场合 2 5 】。 载波频率、等效全向辐射功率e i r p ( e q u i v a l e n ti s o t r o p i c a l l yr a d i a t e d ep o w e r ) 和 杂散发射的要求应符合有关主管部门规定。 下行、上行链路技术要求分别见表2 1 和表2 2 所示： 表2 1 物理层下行链路要求 序号参数a 类b 类 信道一 5 8 3 0 g h z 同左 1载波频率 信道二 5 8 4 0 g h z 同左 8 硕士学位论文 m a s t e r st h e s l s 2占用带宽5 m h z5 m h z 3频率容限1 0 1 0 - 65 1 0 - 6 4 e 1 r p + 3 3 d b m同左 杂散发射3 0 m h z 3 6 d b m 1 0 0 k h z同左 1 0 0 0 m h z 2 4 0 0 m h z 4 0 d b m 1 m h z 同左 2 4 8 3 5 m h z 53 4 0 0 m h z 4 0 d b m l m h z同左 3 5 3 0 m h z 5 7 2 5 m h z - - 一3 3 d b m 1 0 0 眦 同左 5 8 5 0 m h z a 其它1 g h z 3 0 d b m 1 m h z同左 2 0 g h z 6邻道泄漏功率比3 0 d b 同左 天线半功水平面 3 8 o 同左 7率波瓣宽垂直面 4 5 。同左 度 8天线极化右旋圆极化 同左 x p d最大增益方向r s u r 1 5 d b 同左 9 3 d b 区域r s u r 1 0 d b同左 1 0调制方式a s kf s k 调制系数调制系数：调制误差： 1 1 调制误差 0 5 - - 一0 92 0 0 k h z + 2 0 0 l 【h z 1 2频率偏移 5 1 2 k h z 1 3 编码方式f m oma n c h e s t e r 1 4位速率 2 5 6 k b p s1 m b p s 1 5位时钟精度1 0 0x1 0 - 6+ 2 0 1 0 6 o b u 唤醒方式1 5 1 7 个周期1 4 k h z同左 1 6 方波b 1 7o b u 唤醒时间 5 m s 同左 1 8o b u 唤醒灵敏度一4 0 d b m 同左 9 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 1 9o b u 接收灵敏度5 0 d b m一7 0 d b m o b u 接收带宽 5 8 2 5 g h z - 一 同左 2 0 5 8 4 5 g h z 2 1b e r 1 0 1 0 。6 以内1 1 0 。6 以内 2 2 前导码1 6 位“0 ”1 6 位“0 ” 2 3 后导码最多8 位最多8 位 a 对应载波2 5 倍信道带宽以外。 br s u 强制要求发送该波形；o b u 可选择被该波形唤醒或者被正常通信帧信号 唤醒。 表2 2 物理层上行链路要求 序号参数a 类b 类 信道一 5 8 3 0 g h z 同左 l载波频率 l 、* 一 5 8 4 0 g h z同左 信逼一 2 占用带宽5 m h z5 m h z 3频率容限+ 2 0 0 1 0 - 6+ 2 0 1 0 。6 4 e 1 r p + 1 0 d b m 同左 杂散发射3 0 m h z 3 6 d b m l o o 姐z同左 1 0 0 0 m h z 2 4 0 0 m h z 4 0 d b m 1 m h z同左 2 4 8 3 5 m h z 3 4 0 0 m h z 4 0 d b m 1 m h z同左 5 3 5 3 0 m h z 5 7 2 5 m h z 3 3 d b m 1 0 0 l ( h z同左 5 8 5 0 m h z a 其它1 g h z , - - 一3 0 d b m 1 m h z同左 2 0 g h z 6邻道泄漏功率比一3 0 d b同左 7天线半功率波瓣宽度 i i d不存在 表2 6g e t s e c u r e r e s p o n s e 参数要求 参数取值参数说明 d i dd s r c d i de t c 应用对应1 g e t s e c u r e r s ：2 s e q u e n c e 可选 f i l e i df i d ，文件标识 f i l ef i l e ，读取的数据( 可能加密) a c t i o n p a r a m e t e r a u t h e n t i c a t o ro c t e t 鉴别码 s t r i n g ( s i z e ( 8 ) ) ， ) i i d不存在 r e tr e t u m s t a t u s必备 ( 3 ) s e t s e c u r e 服务原语 s e t s e c u r e 原语用于实现数据安全写入，并提供可选的认证、加密与信息鉴别机 制，分为请求( s e t s e c u r e r e q u e s t ) 原语和响应( s e t s e c u r e r e s p o n s e ) 原语两种， 原语参数要求见表2 7 和表2 8 ： 表2 7s e t s e c u r e r e q u e s t 参数要求 参数取值参数说明 m o d et r u e确认模式，需应答 d i dd s r c d i de t c 应用等于1 a c t i o n t y p e l等于1 a c c e s s c r e d e n t i a l s可选 s e t s e c u r e r q ：= s e q u e n c e f