隨著北京，上海等地不停車收費(fèi)（ETC）系統(tǒng)的開通，ETC系統(tǒng)已經(jīng)逐漸被普通老百姓所熟悉，成為大家議論的焦點(diǎn)話題。本文主要探討了ETC系統(tǒng)的意義，基于RFID技術(shù)的ETC系統(tǒng)組成，詳細(xì)介紹了最新的ETC系統(tǒng)解決方案。
ETC系統(tǒng)的意義
不停車收費(fèi)系統(tǒng)(ElectronicTollCollection,簡(jiǎn)稱ETC)是國(guó)際上正在努力開發(fā)并推廣普及的一種用于道路、大橋和隧道的電子收費(fèi)系統(tǒng)。RFID的5.8G產(chǎn)品應(yīng)用于高速公路的電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)中，使廣大的車主實(shí)現(xiàn)不停車付費(fèi)。具體有如下優(yōu)點(diǎn)：
節(jié)省時(shí)間，提高收費(fèi)效率
實(shí)施不停車收費(fèi)，一方面，可以允許車輛高速通過（幾十公里以至１００多公里），與傳統(tǒng)的人工收費(fèi)８秒出票相比較，不停車收費(fèi)大大加快了高速公路收費(fèi)道口的通行能力。據(jù)測(cè)算，較人工收費(fèi)車道，ＥＴＣ車道通行能力將提高４～６倍，從而減少車輛阻塞現(xiàn)象。使用ETC系統(tǒng)從汽車用戶的角度來(lái)說節(jié)省了時(shí)間，使行車更加安全。從業(yè)主的角度來(lái)說提高了收費(fèi)效率。
節(jié)約能源，提高環(huán)保質(zhì)量
大幅降低收費(fèi)口的噪聲水平和廢氣排放，降低環(huán)境污染。這一條，從汽車用戶的角度來(lái)說是省油。從整個(gè)社會(huì)的角度來(lái)說更加環(huán)保和更加綠色了。
降低收費(fèi)管理費(fèi)用和基建費(fèi)用
使公路收費(fèi)走向電子化，減輕了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，也可以減少收費(fèi)員出錯(cuò)的機(jī)會(huì)和參與舞弊的機(jī)會(huì)，堵住了收費(fèi)漏洞，節(jié)約了大量人力物力，從而降低收費(fèi)管理的費(fèi)用，有利于提高車輛的營(yíng)運(yùn)效益。這一條對(duì)業(yè)主的好處最大。
提供交通管理數(shù)據(jù)和手段
通過實(shí)時(shí)采集的收費(fèi)數(shù)據(jù)，交通部門能及時(shí)掌握完整的路橋車流信息、收費(fèi)情況，進(jìn)行交通量的合理分配、整體疏導(dǎo)、管理，為新建路橋提供科學(xué)依據(jù)。這一條有助于提高政府的交通管理水平。改善我們的出行質(zhì)量。
中國(guó)ETC發(fā)展的進(jìn)展和現(xiàn)狀
隨著指導(dǎo)中國(guó)高速公路電子收費(fèi)應(yīng)用的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T20851《電子收費(fèi) 專用短程通信》在2007年3月17日的正式發(fā)布和交通部門的大力宣貫的推廣。中國(guó)ETC發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)終于告一段落。在這之前的歐洲標(biāo)準(zhǔn)，日本標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)標(biāo)之爭(zhēng)，915M產(chǎn)品，2.4G產(chǎn)品和5.8G產(chǎn)品之爭(zhēng)終于塵埃落地。中國(guó)選擇了自己的國(guó)標(biāo)，選擇了5.8G。
標(biāo)準(zhǔn)既已確立。中國(guó)的ETC產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用也蓬勃發(fā)展。ETC產(chǎn)品的生產(chǎn)廠家已經(jīng)有十多家。其中不乏能提供整體解決方案的廠家。到目前為止，交通部組織開展的京津冀和長(zhǎng)三角區(qū)域高速公路聯(lián)網(wǎng)不停車收費(fèi)示范工程進(jìn)展順利，已經(jīng)在北京、上海、江蘇、江西等地開通運(yùn)營(yíng)，截止2009年1月，開通ETC車道的數(shù)在240條左右。
目前ETC的生產(chǎn)廠家，多數(shù)都是規(guī)模較小，產(chǎn)品總類較少的公司。整個(gè)ETC系統(tǒng)包括的產(chǎn)品很多，除基建施工和收費(fèi)系統(tǒng)的清分算系統(tǒng)較成熟外。ETC系統(tǒng)還包括OBU，RSU，發(fā)行工具，密鑰系統(tǒng)，ESAM，PSAM和CPU卡等關(guān)鍵產(chǎn)品?，F(xiàn)在的廠家各自為政，缺乏彼此之間的緊密合作。生產(chǎn)OBU和RSU的對(duì)密鑰系統(tǒng)不太了解。生產(chǎn)CPU卡的對(duì)OBU和RSU不了解。目前的現(xiàn)狀，需要出現(xiàn)更強(qiáng)有力的企業(yè)出現(xiàn)，對(duì)整體系統(tǒng)有全面的把握，成為整體解決方案的提供商，進(jìn)而成為ETC服務(wù)的服務(wù)提供商。當(dāng)前，握奇是中國(guó)唯一一家提供ETC的OBU，RSU及相關(guān)系統(tǒng)，密鑰及相關(guān)系統(tǒng)，IC卡及相關(guān)系統(tǒng)的整體解決方案的提供商。
ETC系統(tǒng)解決方案
關(guān)鍵設(shè)備
適合中國(guó)國(guó)標(biāo)的雙片式主動(dòng)ETC系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備和系統(tǒng)，主要包括電子收費(fèi)車載單元OBU（RFID電子標(biāo)簽），電子收費(fèi)路側(cè)單元RSU，嵌入式安全訪問模塊ESAM，電子收費(fèi)PSAM卡，電子收費(fèi)IC卡和密鑰系統(tǒng)組成。其中，RFID技術(shù)是ETC領(lǐng)域中重要的關(guān)鍵技術(shù)，使用該技術(shù)才能成功地進(jìn)行ETC系統(tǒng)的DSRC通訊，隨著該技術(shù)的發(fā)展和完善，ETC系統(tǒng)將會(huì)得到充分的發(fā)展。
OBU/RSU及相關(guān)系統(tǒng)
握奇提供的Quipass系列的OBU，RSU及相關(guān)系統(tǒng)主要包括OBU，RSU及發(fā)行工具。
產(chǎn)品采用5.8G頻段專用短程通信（DSRC, Dedicated Short Range Communication）技術(shù)進(jìn)行單向或雙向交互式通信，符合中國(guó)于2007年5月頒布的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T20851-2007。
RSU
Quipass 111型RSU是一款DSRC路側(cè)單元。該款產(chǎn)品是遵循2007年5月最新出臺(tái)的ETC&DSRC中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T20851-2007設(shè)計(jì)開發(fā)的產(chǎn)品。
由高增益定向束控讀寫天線和射頻控制器組成。高增益定向束控讀寫天線是一個(gè)微波收發(fā)模塊，負(fù)責(zé)信號(hào)和數(shù)據(jù)的發(fā)送/接收、調(diào)制/解調(diào)、編碼/解碼、加密/解密；射頻控制器是控制發(fā)射和接收數(shù)據(jù)以及處理向上位機(jī)收發(fā)信息的模塊。
Quipass 111型RSU圖片
表1 Quipass 111型RSU特點(diǎn)
OBU
Quipass 011型OBU是一款主動(dòng)雙片式車載單元。該產(chǎn)品遵循2007年5月最新出臺(tái)的ETC&DSRC中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T20851-2007設(shè)計(jì)開發(fā)，采用集成芯片的方案。主要的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品的一致性，穩(wěn)定性好，頻率隨溫度漂移小，產(chǎn)品生產(chǎn)方便，免調(diào)試。
安裝于車輛前擋風(fēng)玻璃內(nèi)側(cè)。OBU主要存儲(chǔ)被標(biāo)識(shí)物體(如車輛、集裝箱、貨物等)的信息（如ID信息、身份信息、屬性信息等）。作為與路側(cè)單元（RSU）的微波天線交互的通信中繼器，IC卡和RSU的數(shù)據(jù)交換只有通過OBU才能完成。
圖2 Quipass 011型OBU
表2 Quipass 011型OBU
發(fā)行工具
在ETC項(xiàng)目的應(yīng)用中，OBU的發(fā)行分為三個(gè)階段，1、初始化（這個(gè)環(huán)節(jié)在ITSC完成）；2、省內(nèi)一次發(fā)行；3、省內(nèi)二次發(fā)行；這里所說的發(fā)行設(shè)備實(shí)際上是完成省內(nèi)一次和省內(nèi)二次發(fā)行的工作?，F(xiàn)有的OBU生產(chǎn)廠家所提供的解決發(fā)行設(shè)備中可分為兩類，第一類是發(fā)行和二次發(fā)行有一臺(tái)設(shè)備完成；第二類是一次發(fā)行采用聯(lián)機(jī)的臺(tái)式發(fā)行設(shè)備，二次發(fā)行采用脫機(jī)手持發(fā)行設(shè)備來(lái)完成發(fā)行工作。
本公司采用的方式是結(jié)合了上述兩類解決方案的優(yōu)點(diǎn)，提出新的解決方案：提供兩臺(tái)發(fā)行設(shè)備，其中一臺(tái)發(fā)行設(shè)備，是一款臺(tái)式聯(lián)機(jī)的發(fā)行設(shè)備，可以完成一次發(fā)行和二次發(fā)行的工作；另一臺(tái)發(fā)行設(shè)備是一款手持式的發(fā)行設(shè)備，可以聯(lián)機(jī)使用也可以脫機(jī)使用，完成二次發(fā)行的工作。
ESAM/PSAM及密鑰發(fā)行系統(tǒng)
ESAM產(chǎn)品
應(yīng)用在OBU中的ESAM的主要功能如下：
數(shù)據(jù)安全存儲(chǔ)功能；
數(shù)據(jù)安全讀取功能；
硬件DES協(xié)處理器；
TDES加解密計(jì)算功能；
TDES MAC計(jì)算功能；
文件訪問控制功能；
拆卸判定標(biāo)志位安全設(shè)定功能。
該產(chǎn)品特點(diǎn)如下：
硬件平臺(tái)的安全性：安全等級(jí)高----高端產(chǎn)品 ITSEC E4級(jí)；ROM 和 EEPROM 安全；真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器 RNG；DES 加速器及RSA協(xié)處理器；高頻/低頻以及高壓/低壓檢測(cè)；數(shù)據(jù)加密及地址串?dāng)_；防DPA/SPA攻擊；
DES算法的特點(diǎn)：擴(kuò)散和混亂的原則； 分組加密體制；對(duì)稱密鑰密碼體制；安全性強(qiáng)、密鑰管理強(qiáng)度大。
PSAM產(chǎn)品
專為交通行業(yè)如公交、軌道、高速公路等快速通行與交易的需求而產(chǎn)生，經(jīng)過4-5 年的時(shí)間，擴(kuò)展到了很多領(lǐng)域和行業(yè)，形成了一種事實(shí)上的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用模式。采用了高速PSAM 卡的ETC系統(tǒng)，有一套特殊的指令系統(tǒng)與安全機(jī)制來(lái)保證OBU的合法性、有效性和交易安全認(rèn)證。同時(shí)考慮到目前諸多機(jī)具對(duì)安全方面的需求和認(rèn)證方面的安全需求，高速PSAM 漸漸地融入了PKI 體系，并可提供PK 功能。
性能參數(shù)如下：
16Bit 單片機(jī)；
0.22μm工藝；
工作溫度：-25 to +85°C；
工作電壓在1.8V、3.0V和5.0V可選；
支持ISO/IEC 7816 T=0通訊協(xié)議；
一次3DES運(yùn)算的最快時(shí)間可達(dá) 5.3微秒；
內(nèi)部時(shí)鐘頻率最高可達(dá)33MHz；
通訊速率：固定9600bps；符合PPS的38400 bps、56kbps、112kbps，最高可達(dá)224kbps；
支持PK功能，具備PKI體系；
擦寫次數(shù)不低于50萬(wàn)次；
數(shù)據(jù)容量：16Kbytes、32Kbytes和64Kbytes。
握奇數(shù)據(jù)高速PSAM 卡最早在1999 年開始提供給建設(shè)部，用于上海東方交通卡，迄今為止，已用于建設(shè)事業(yè)、軌道交通、交通收費(fèi)等多個(gè)行業(yè)，主要安裝在公交車載機(jī)、出租車計(jì)價(jià)器、軌道交通閘機(jī)、高速公路收費(fèi)設(shè)施、各類公用事業(yè)的消費(fèi)類、充值類的終端上。
密鑰系統(tǒng)
在ETC系統(tǒng)中，密鑰管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成密鑰的安全注入、生成、保存、傳遞、更新、恢復(fù)、銷毀相關(guān)的流程。使用與管理要有專門的業(yè)務(wù)部門、專門的人員來(lái)負(fù)責(zé)，并建立相關(guān)的使用與管理制度。
密鑰系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：
密鑰管理系統(tǒng)根據(jù)不同業(yè)務(wù)及管理的需要，可分為一級(jí)、二級(jí)或多級(jí)管理模式；
生成領(lǐng)導(dǎo)卡，用于產(chǎn)生系統(tǒng)最原始的種子數(shù)據(jù)，一般由使用部門相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)輸入數(shù)據(jù)產(chǎn)生；
生成總控卡：用Ｎ個(gè)領(lǐng)導(dǎo)卡產(chǎn)生的最原始種子數(shù)據(jù)組合成一特定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)組，作為系統(tǒng)最原始的種子數(shù)據(jù)；
密鑰母卡：用特定分散因子對(duì)原始密碼數(shù)據(jù)進(jìn)行分散，生成系統(tǒng)各類密鑰的最原始母密鑰；
密鑰母卡可分為多級(jí)，根據(jù)不同應(yīng)用需要生成一級(jí)、二級(jí)或多級(jí)密鑰母卡；
應(yīng)用密鑰母卡：用于發(fā)行各類應(yīng)用卡片的密鑰母卡，如用戶卡母卡、ＥＳＡＭ發(fā)行母卡、密鑰修改／恢復(fù)密鑰母卡、ＰＳＡＭ發(fā)行母卡等等。
IC卡及相關(guān)系統(tǒng)
雙界面CPU卡
CPU卡也簡(jiǎn)稱智能卡，是采用微處理器芯片作為卡芯，由硬件和軟件共同組成，包括硬件MPU（微處理器）、RAM（隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）、ROM(只讀存儲(chǔ)器)，軟件監(jiān)控程序或操作系統(tǒng)COS等。
COS是指生產(chǎn)IC卡的芯片公司或各大制卡公司開發(fā)的各自的操作系統(tǒng)，握奇的TimeCOS具有以下特點(diǎn)：
支持在一張卡上實(shí)現(xiàn)多個(gè)不同的應(yīng)用，可建立三級(jí)目錄；
支持電子錢包功能，錢包大小可根據(jù)應(yīng)用需求設(shè)定；
支持多種文件類型，包括二進(jìn)制、定長(zhǎng)記錄、變長(zhǎng)記錄、循環(huán)、錢包等；
支持多種通訊速率；
支持?jǐn)?shù)字簽名算法；
支持Triple DES算法；
支持安全散列算法，適用SHA算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮；
支持線路保護(hù)功能，可以防止通信被非法竊取或篡改；
可用作安全保密模塊，使用臨時(shí)工作密鑰進(jìn)行DES加密、解密或MAC運(yùn)算；
支持多種容量選擇；
可剪裁性，可根據(jù)用戶需求刪除、修改、增加命令以滿足特殊應(yīng)用需要。
總體來(lái)說，帶有COS操作系統(tǒng)的CPU卡具有存儲(chǔ)量大、數(shù)據(jù)保密性好、抗干擾能力強(qiáng)、存儲(chǔ)可靠、讀寫設(shè)備簡(jiǎn)單、操作速度快、脫網(wǎng)工作能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用范圍廣泛，已經(jīng)滲透到了諸如金融、零售服務(wù)、社會(huì)安全、交通旅游、醫(yī)療保健、政府行政、教育等領(lǐng)域。
系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)
公路收費(fèi)業(yè)主在收費(fèi)業(yè)務(wù)進(jìn)行時(shí)，普遍會(huì)碰到一些困難，比如車道收費(fèi)站征地難度大、費(fèi)用高、人工收費(fèi)成本高、上下班高峰期收費(fèi)車輛排隊(duì)等候時(shí)間過長(zhǎng)等問題。上述解決方案為公路收費(fèi)行業(yè)客戶提供了高速安全的ETC電子收費(fèi)系統(tǒng)。
專業(yè)的安全性管理
握奇公司在數(shù)據(jù)安全、可信計(jì)算技術(shù)、交易認(rèn)證等領(lǐng)域有長(zhǎng)期的技術(shù)積累，獲得多項(xiàng)發(fā)明專利。并參與了人民銀行金融IC卡規(guī)范的制定，中國(guó)首創(chuàng)的ESAM產(chǎn)品在各行業(yè)獲得廣泛應(yīng)用，并能為交通領(lǐng)域提供ETC和MTC結(jié)合的全套解決方案。
穩(wěn)定的產(chǎn)品
該方案使用中國(guó)領(lǐng)先的一體化芯片設(shè)計(jì)技術(shù)，大幅提升了產(chǎn)品的一致性和穩(wěn)定性。
高性能的業(yè)務(wù)處理
結(jié)合雙界面卡和ESAM產(chǎn)品、技術(shù)，面向高速公路應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)性優(yōu)化，確保整體交易時(shí)間業(yè)內(nèi)領(lǐng)先。