基于RFID的高速公路不停车收费系统（ETC）防碰撞技术分析

摘要：在不停车收费系统特别是高速公路自动收费应用上， RFID技术可以充分体现出它的优势，能让车辆高速通过并完成自动收费的同时，还可以解决原来收费成本高、管理混乱以及停车排队引起的交通拥塞等问题。因此，对基于RFID的高速公路ETC系统防碰撞技术的分析显得尤为重要。论文论述了不停车电子收费系统和RFID 的基本组成部分，在此基础上分析了RFID系统中防碰撞技术，提出了读写碰撞是RFID中最常见的问题，进一步研究了包括二进制搜索技术、基于时隙的防碰撞技术等ETC系统防碰撞技术。

关键词：ETC RFID 防碰撞技术

中图分类号：TN915 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）06-0000-00

1不停车电子收费系统（ETC）

不停车电子收费系统（ETC）是信息化时代背景下智能自动电子交通系统的重要组成部分，主要应用于高速公路、桥梁以及隧道等方面进行自动收费，由于其智能性和便捷性在智能交通中的应用越来越广泛。

在高速公路的ETC使用中，一般情况下将RFID的标签放置于车内挡风玻璃后面，并在高速公路收费窗口前方50-100米处的道路上方设有RFID射频天线，当车辆行驶到RFID的感应区域内，车上的RFID标签信息将被射频天线识别，迅速启动阅读器和数码相机。

2 RFID 的基本组成

RFID射频识别系统技术是基于无线电讯号作为传播载体的技术，该技术最大的特点就是实现了非接触识别，通过运动物体的识别实现信息的传递，随着我国物联网技术的不断发展，RFID技术在交通领域内的应用越来越广泛。但是与该技术快速发展的同时，由于RFID技术存在信息容易受到干扰，而导致信息被遗漏或者误读的现象，限制该技术的实际应用，因此解决碰朣问题是发展RFID技术的关键。

3 RFID系统中防碰撞技术

随着RFID系统的大规模应用，越来越多的场景应用到该技术，这样就会就会形成信息传递碰撞的问题，尤其是当车辆通过自动收费系统时，就会因为相互重叠的区域出现相互影响，导致系统出现漏读、错读的问题。而读写碰撞是RFID系统错误的常见现象，其产生的主要原因是因为频率干扰或标签干扰造成的。因此需要我们采取某种算法实现对读写器正确读取信息，为有效提高RFID防碰撞技术一般采取基于动态帧时隙的改进算法。

假如同时进入读写器天线区域的电子标签共有n个，对实现防碰撞技术要求做到：只要1 n N，则在碰撞发生（n>1）的情况下能识别n个电子标签并依次与它们完成通信。其中N为读写器一次可识别电子标签数量的上限，是由读写器硬件设计决定的，在RFID系统的不同应用场合，对N的设计要求主要由读写器中相关存储器的字长和天线设计参数来决定的。

平均响应时间t为某一段时间完成通信的所有电子标签在系统内平均停留时间，t和算法有关，可以允许的平均响应时间t T，其中T为不同的应用中所允许的最大延时，吞吐量和平均响应时间是互相矛盾的，吞吐量大，平均响应时间也会增大，在设计时要根据系统要求折中处理。

当RFID系统中有多个读写器同时发送数据或有多个读写器同时发送回答信号的时候，不考虑由于无线信道劣化产生的错误码时，当标签A发送第一帧数据的时候，其他的标签都未发送数据，所以该帧的发送必定成功，标签A发送的数据包4和数据包5与标签B发送的数据包4和数据包5在时间上产生了重叠，即“冲突”，冲突的结果导致冲突的双方所发送的数据都出现了差错，因而都必须重发，但是发生冲突的各个标签不能马上重发，因为这样做就必然会继续产生冲突，所以重发是在碰撞发生滞后一段时间才发生的，过多的碰撞发生必然会导致吞吐量下降，系统性能降低，由此可知提高RFID系统性能可以从两方面着手：第一是减少碰撞发生次数，第二是缩短重发延时。

4基于RFID的高速公路ETC系统防碰撞技术

4.1 二进制搜索技术

二进制搜索技术主要基于读写器对多个电子标签之间规定的相互作用构成的，其主要是通过有意识的将电子标签传输的数据碰撞到读写器上，实现相互影响，如果当读写器出现反映时就说明出现了碰撞，这就需要进一步的搜索以此实现信息传递。实现二进制搜素算法的关键在于：一是选择适当的基带编码；二是利用标签序号唯一的特性；三是设置一组有效的指令。二进制搜索算法在实现防碰撞的过程中由于标签总是以完善的序列号作为应答，但是由于标签序号比较长，因此存在信息传递时间长的特点，因此其影响识别速度，需要计算其执行命令。通过改进算法实现了识别准确率高的特点。

4.2 基于时隙的防碰撞技术

该技术不同于二进制搜索技术，其主要是利用时间差实现与读写器的数据交换。其主要是利用分组无线电系统的孤立节点之间的通信进行数据传递。比如在党受访者读写器收到数据帧时就表明帧已经传送成功，如果出现碰撞就表明没有发生成功，为此站点就需要等待重新发送，这样一来就避免了第二次碰撞发生的几率。由于该技术只能应用到只读电子标签中，因此数据传递的时间相对比较长，避免了标签重复的概率。实现证明采取ALOHA法的读写器能够识别8个电子标签的时间为2.70秒，因此在应用该技术时需要保证读写器时间。

4.3 高速公路ETS系统的防碰撞技术分析

随着智能技术的不断发展，高速公路EIS系统的应用越来越普遍，为降低因为碰撞而出现车辆通行延时的现象，需要采取完善的技术提高RFID系统的防碰撞技术，结合二进制搜索技术与时隙防碰撞技术，综合智能高速收费不停车的特点，设计一种基于动态调整传输时隙与数据包大小的方式降低碰撞发生的概率；

5结语

总之基于我国高速公路的快速发展以及物联网技术的不断发展，基于RFID的ETC系统是高速公路发展的主要趋势，由于该系统存在信息碰撞的问题，因此采取基于二进制搜索技术与基于时隙的防碰撞技术结合的防碰撞系统是发展TIC系统的关键。

参考文献

[1]赵军辉.射频识别技术与应用[M].北京：机械工业出版社，2008

[2]郎为民.射频识别技术原理与应用[M].北京：机械工业出版社，2006.

收稿日期：2016-03-25

作者简介：陈瑜（1981—），女，湖南长沙人，讲师，研究方向：交通机电系统与交通智能化。