基于RFID技术的ETC系统解决方案

　　随着北京，上海等地不停车收费（ETC）系统的开通，ETC系统已经逐渐被普通老百姓所熟悉，成为大家议论的焦点话题。本文主要探讨了ETC系统的意义，基于RFID技术的ETC系统组成，详细介绍了最新的ETC系统解决方案。

　　ETC系统的意义

　　不停车收费系统(ElectronicTollCollection,简称ETC)是国际上正在努力开发并推广普及的一种用于道路、大桥和隧道的电子收费系统。RFID的5.8G产品应用于高速公路的电子不停车收费系统中，使广大的车主实现不停车付费。具体有如下优点：

　　节省时间，提高收费效率

　　实施不停车收费，一方面，可以允许车辆高速通过（几十公里以至１００多公里），与传统的人工收费８秒出票相比较，不停车收费大大加快了高速公路收费道口的通行能力。据测算，较人工收费车道，ＥＴＣ车道通行能力将提高４～６倍，从而减少车辆阻塞现象。使用ETC系统从汽车用户的角度来说节省了时间，使行车更加安全。从业主的角度来说提高了收费效率。

　　节约能源，提高环保质量

　　大幅降低收费口的噪声水平和废气排放，降低环境污染。这一条，从汽车用户的角度来说是省油。从整个社会的角度来说更加环保和更加绿色了。

　　降低收费管理费用和基建费用

　　使公路收费走向电子化，减轻了工作人员的劳动强度，也可以减少收费员出错的机会和参与舞弊的机会，堵住了收费漏洞，节约了大量人力物力，从而降低收费管理的费用，有利于提高车辆的营运效益。这一条对业主的好处最大。

　　提供交通管理数据和手段

　　通过实时采集的收费数据，交通部门能及时掌握完整的路桥车流信息、收费情况，进行交通量的合理分配、整体疏导、管理，为新建路桥提供科学依据。这一条有助于提高政府的交通管理水平。改善我们的出行质量。

　　中国ETC发展的进展和现状

　　随着指导中国高速公路电子收费应用的国家标准GB/T20851《电子收费 专用短程通信》在2007年3月17日的正式发布和交通部门的大力宣贯的推广。中国ETC发展的标准之争终于告一段落。在这之前的欧洲标准，日本标准和国标之争，915M产品，2.4G产品和5.8G产品之争终于尘埃落地。中国选择了自己的国标，选择了5.8G。

　　标准既已确立。中国的ETC产业和应用也蓬勃发展。ETC产品的生产厂家已经有十多家。其中不乏能提供整体解决方案的厂家。到目前为止，交通部组织开展的京津冀和长三角区域高速公路联网不停车收费示范工程进展顺利，已经在北京、上海、江苏、江西等地开通运营，截止2009年1月，开通ETC车道的数在240条左右。

　　目前ETC的生产厂家，多数都是规模较小，产品总类较少的公司。整个ETC系统包括的产品很多，除基建施工和收费系统的清分算系统较成熟外。ETC系统还包括OBU，RSU，发行工具，密钥系统，ESAM，PSAM和CPU卡等关键产品。现在的厂家各自为政，缺乏彼此之间的紧密合作。生产OBU和RSU的对密钥系统不太了解。生产CPU卡的对OBU和RSU不了解。目前的现状，需要出现更强有力的企业出现，对整体系统有全面的把握，成为整体解决方案的提供商，进而成为ETC服务的服务提供商。当前，握奇是中国唯一一家提供ETC的OBU，RSU及相关系统，密钥及相关系统，IC卡及相关系统的整体解决方案的提供商。

　　ETC系统解决方案

　　关键设备

　　适合中国国标的双片式主动ETC系统的关键设备和系统，主要包括电子收费车载单元OBU（RFID电子标签），电子收费路侧单元RSU，嵌入式安全访问模块ESAM，电子收费PSAM卡，电子收费IC卡和密钥系统组成。其中，RFID技术是ETC领域中重要的关键技术，使用该技术才能成功地进行ETC系统的DSRC通讯，随着该技术的发展和完善，ETC系统将会得到充分的发展。

　　OBU/RSU及相关系统

　　握奇提供的Quipass系列的OBU，RSU及相关系统主要包括OBU，RSU及发行工具。

　　产品采用5.8G频段专用短程通信（DSRC, Dedicated Short Range Communication）技术进行单向或双向交互式通信，符合中国于2007年5月颁布的国家标准GB/T20851-2007。

　　RSU

　　Quipass 111型RSU是一款DSRC路侧单元。该款产品是遵循2007年5月最新出台的ETC&DSRC中国国家标准GB/T20851-2007设计开发的产品。
由高增益定向束控读写天线和射频控制器组成。高增益定向束控读写天线是一个微波收发模块，负责信号和数据的发送/接收、调制/解调、编码/解码、加密/解密；射频控制器是控制发射和接收数据以及处理向上位机收发信息的模块。

Quipass 111型RSU图片

表1 Quipass 111型RSU特点

　　OBU

　　Quipass 011型OBU是一款主动双片式车载单元。该产品遵循2007年5月最新出台的ETC&DSRC中国国家标准GB/T20851-2007设计开发，采用集成芯片的方案。主要的优点是产品的一致性，稳定性好，频率随温度漂移小，产品生产方便，免调试。

　　安装于车辆前挡风玻璃内侧。OBU主要存储被标识物体(如车辆、集装箱、货物等)的信息（如ID信息、身份信息、属性信息等）。作为与路侧单元（RSU）的微波天线交互的通信中继器，IC卡和RSU的数据交换只有通过OBU才能完成。

图2  Quipass 011型OBU

表2 Quipass 011型OBU

　　发行工具

　　在ETC项目的应用中，OBU的发行分为三个阶段，1、初始化（这个环节在ITSC完成）；2、省内一次发行；3、省内二次发行；这里所说的发行设备实际上是完成省内一次和省内二次发行的工作。现有的OBU生产厂家所提供的解决发行设备中可分为两类，第一类是发行和二次发行有一台设备完成；第二类是一次发行采用联机的台式发行设备，二次发行采用脱机手持发行设备来完成发行工作。

　　本公司采用的方式是结合了上述两类解决方案的优点，提出新的解决方案：提供两台发行设备，其中一台发行设备，是一款台式联机的发行设备，可以完成一次发行和二次发行的工作；另一台发行设备是一款手持式的发行设备，可以联机使用也可以脱机使用，完成二次发行的工作。

　　ESAM/PSAM及密钥发行系统

　　ESAM产品

　　应用在OBU中的ESAM的主要功能如下：
　　数据安全存储功能；
　　数据安全读取功能；
　　硬件DES协处理器；
　　TDES加解密计算功能；
　　TDES MAC计算功能；
　　文件访问控制功能；
　　拆卸判定标志位安全设定功能。

　　该产品特点如下：
　　硬件平台的安全性：安全等级高----高端产品 ITSEC E4级；ROM 和 EEPROM 安全；真随机数发生器 RNG；DES 加速器及RSA协处理器；高频/低频以及高压/低压检测；数据加密及地址串扰；防DPA/SPA攻击；
　　DES算法的特点：扩散和混乱的原则；                                                         分组加密体制；对称密钥密码体制；安全性强、密钥管理强度大。

　　PSAM产品

　　专为交通行业如公交、轨道、高速公路等快速通行与交易的需求而产生，经过4-5 年的时间，扩展到了很多领域和行业，形成了一种事实上的技术标准和应用模式。采用了高速PSAM 卡的ETC系统，有一套特殊的指令系统与安全机制来保证OBU的合法性、有效性和交易安全认证。同时考虑到目前诸多机具对安全方面的需求和认证方面的安全需求，高速PSAM 渐渐地融入了PKI 体系，并可提供PK 功能。

　　性能参数如下：
　　16Bit 单片机；
　　0.22μm工艺；
　　工作温度：-25 to +85°C；
　　工作电压在1.8V、3.0V和5.0V可选；
　　支持ISO/IEC 7816 T=0通讯协议；
　　一次3DES运算的最快时间可达 5.3微秒；
　　内部时钟频率最高可达33MHz；
　　通讯速率：固定9600bps；符合PPS的38400 bps、56kbps、112kbps，最高可达224kbps；
　　支持PK功能，具备PKI体系；
　　擦写次数不低于50万次；
　　数据容量：16Kbytes、32Kbytes和64Kbytes。
　　握奇数据高速PSAM 卡最早在1999 年开始提供给建设部，用于上海东方交通卡，迄今为止，已用于建设事业、轨道交通、交通收费等多个行业，主要安装在公交车载机、出租车计价器、轨道交通闸机、高速公路收费设施、各类公用事业的消费类、充值类的终端上。

　　密钥系统

　　在ETC系统中，密钥管理系统负责完成密钥的安全注入、生成、保存、传递、更新、恢复、销毁相关的流程。使用与管理要有专门的业务部门、专门的人员来负责，并建立相关的使用与管理制度。

　　密钥系统具有如下特点：
　　密钥管理系统根据不同业务及管理的需要，可分为一级、二级或多级管理模式；
　　生成领导卡，用于产生系统最原始的种子数据，一般由使用部门相关领导输入数据产生；
　　生成总控卡：用Ｎ个领导卡产生的最原始种子数据组合成一特定长度的数据组，作为系统最原始的种子数据；
　　密钥母卡：用特定分散因子对原始密码数据进行分散，生成系统各类密钥的最原始母密钥；
　　密钥母卡可分为多级，根据不同应用需要生成一级、二级或多级密钥母卡；
　　应用密钥母卡：用于发行各类应用卡片的密钥母卡，如用户卡母卡、ＥＳＡＭ发行母卡、密钥修改／恢复密钥母卡、ＰＳＡＭ发行母卡等等。
　　IC卡及相关系统

　　双界面CPU卡

　　CPU卡也简称智能卡，是采用微处理器芯片作为卡芯，由硬件和软件共同组成，包括硬件MPU（微处理器）、RAM（随机存取存储器）、ROM(只读存储器)，软件监控程序或操作系统COS等。
　　COS是指生产IC卡的芯片公司或各大制卡公司开发的各自的操作系统，握奇的TimeCOS具有以下特点：
　　支持在一张卡上实现多个不同的应用，可建立三级目录；
　　支持电子钱包功能，钱包大小可根据应用需求设定；
　　支持多种文件类型，包括二进制、定长记录、变长记录、循环、钱包等；
　　支持多种通讯速率；
　　支持数字签名算法；
　　支持Triple DES算法；
　　支持安全散列算法，适用SHA算法对数据进行压缩；
　　支持线路保护功能，可以防止通信被非法窃取或篡改；
　　可用作安全保密模块，使用临时工作密钥进行DES加密、解密或MAC运算；
　　支持多种容量选择；
　　可剪裁性，可根据用户需求删除、修改、增加命令以满足特殊应用需要。

　　总体来说，带有COS操作系统的CPU卡具有存储量大、数据保密性好、抗干扰能力强、存储可靠、读写设备简单、操作速度快、脱网工作能力强等优点，其应用范围广泛，已经渗透到了诸如金融、零售服务、社会安全、交通旅游、医疗保健、政府行政、教育等领域。

　　系统优势
　　公路收费业主在收费业务进行时，普遍会碰到一些困难，比如车道收费站征地难度大、费用高、人工收费成本高、上下班高峰期收费车辆排队等候时间过长等问题。上述解决方案为公路收费行业客户提供了高速安全的ETC电子收费系统。

　　专业的安全性管理
　　握奇公司在数据安全、可信计算技术、交易认证等领域有长期的技术积累，获得多项发明专利。并参与了人民银行金融IC卡规范的制定，中国首创的ESAM产品在各行业获得广泛应用，并能为交通领域提供ETC和MTC结合的全套解决方案。

　　稳定的产品
　　该方案使用中国领先的一体化芯片设计技术，大幅提升了产品的一致性和稳定性。
　　
　　高性能的业务处理
　　结合双界面卡和ESAM产品、技术，面向高速公路应用进行系统性优化，确保整体交易时间业内领先。