ETC车载标签在车联网时代的创新和应用

　　随着科技的进步和人们对信息获取和信息共享的热切需求，传统的通信的技术已经向更宽广的ICT（Information Communication Technology）技术转型，物物相联的大物联网时代已经逐步走入了人们的生活。同时，迅猛发展起来的移动互联网，让随时随地的信息互联、共享和应用成为了人们的生活习惯和方式。

　　车联网正是物联网和移动互联网融合的产物，依托互联网、移动互联网、专用通信等等通信技术和大数据、云计算、数据挖掘等信息处理技术，形成的车与车、车与人、车与路侧全面互联的动态的生态网络系统。而在移动互联网和物联网时代，最重要的资源就是信息入口和流量。据有关机构预测，到2015年，中国汽车年产量规划将达2500万辆。巨大的汽车用量将带来大量的信息入口和流量，车联网必将迎来巨大的发展机遇。

　　一、ETC系统在车联网领域的探索现状

　　传统的ETC系统，定位于不停车电子收费功能，采集设备层面由OBU车载标签和RSU路侧阅读器两部分组成。OBU作为车辆信息生态系统的一部分，自然应该成为车联网的重要组成部分。目前OBU的功能主要完成车辆的身份识别和高速过站费用交易，功能明确集中。同时，交通部规划，到2015年，ETC用户达到二千万，未来3年必将是ETC大爆发和普及的时期。

　　面对ETC发展的大趋势和众多的潜在客户，如何使传统的OBU在车联网时代突破现有使用框架、发挥更多的功能、带来更好的用户体验，成为车联网信息入口，从而使传统ETC市场与车联网、移动互联网市场对接，带来更多的利益爆发点，成为每个ETC设备厂家面临的重要课题，也是下一代标签设计的核心需求。

　　目前业界许多ETC设备厂家都在考虑这个问题，有些厂家提出车载终端的概念，在OBU上集成娱乐、电子地图、社区、多媒体等扩展功能。但从实际用户角度，如果每个人每天平均有2个小时在车内，其中80%的时间会是集中精力的驾驶活动，并不会耗费太多的时间在行驶中进行社交和多媒体活动。况且驾驶人员最可能使用的声音媒体，车载电子已经有了很好的集成（音乐播放和收音机等）；电子地图、社交等功能也分别有导航仪、行驶记录仪、智能手机等设备进行实现。所以，在车联网发展初期，各种专业设备纷呈、标准制式不开放统一的情况下，OBU集成地图、多媒体、社交等功能，并不是客户最大的痛点。

　　另外，车载标签还面临前装及与车内电子设备网络对接的问题，目前车辆内的各种传感器都掌握在汽车厂家自己控制的基于CAN总线的电子设备网络内，而CAN总线汽车厂家目前并不对外开发，车载标签无法接入这个网络，就还无法获得车辆的各个细节信息，比如车速、刹车动作等行驶安全信息，从而进一步形成信息传递和共享。车载标签作为车辆内部细节信息收集节点要在车联网的应用，还有待车联网行业标准和制度的逐渐完善，汽车厂商和智能设备厂商合作模式的逐步建立和成熟，才能逐步得以实现和解决。

　　二、ETC车载标签在车联网时代应用分析

　　针对目前情况，接下来笔者就车载标签如何应对车联网时代，如何提升用户体验，进行技术创新和拓展进行一些分析——

　　1.车载标签与智能手机结合

　　智能手机作为移动互联网时代最重要的信息终端，已经成为人们生活的必备品。通过智能手机进行信息收集、互联和共享，依托于3G/4G等网络，可以一定程度回避政府交通信息控制和汽车厂商信息控制的限制。如今在智能手机上有越来越多交通应用APP，人们越来越关心自己的出行，指尖的应用逐渐走进智能交通。

　　对于传统的ETC车载标签可以有以下几种与智能手机结合的方式——

　　（1）获取标签信息和自己的道路消费信息。

　　车载标签存储的信息主要有两类：一是身份信息，包含标签的发行方、序列号、生效日期、失效日期、车辆信息等；一是交易信息，包括目前通行IC卡中的余额，近期交易的时间、站点、金额等信息。

　　车载标签和智能手机之间可以通过蓝牙或者NFC技术进行无线连接通信。同时可以引进安全认证的机制，保障信息传输的保密性和完整性。通过专门设计的ETC应用APP，向车载标签发送获取信息请求，车载标签在完成身份校验后，向手机发送标签内部存储的相关身份信息和消费信息，ETC应用APP获取信息后显示给用户，并可以就余额不足、有效期失效、交易记录异常等信息进行告警提示。

　　ETC应用APP用户可以分为两类：（1）普通用户，一般车主可以查询自己的基本信息和消费信息；（2）授权用户，一般交通监管者或其他授权用户，可以连接交管等运营平台的云端查询车辆长期的行驶和消费情况。

　　（2）完成ETC标签的自我发行。

　　目前ETC标签的安装和发行都要到高管局、营运点办理，对于路程远或者时间紧的车主很不方便。如果车主得到标签后可以自己完成安装和发行，将给车主带来很大便利。安装可以通过详细的安装指导书和更简便的安装设计来让车主独自完成，但发行过程涉及标签密钥系统的更新和文件信息的写入，这是一个需要安全认证的过程，这样我们可以使用手机ETC应用APP，通过3G或者4G网络连接高管局的云端加密机服务器，来进行标签的密钥生成、传输、导入并同时进行系统信息和车辆信息的更新。

　　需要高管局统一分配的信息，比如发行方标识、合同序列号、生效日期、失效日期等需要后高管局的云端生成通过ETC应用APP写入标签；车主可以自己输入的信息，比如车牌号、车辆颜色等由车主自己输入ETC应用APP再写入标签。这样通过智能手机作为发行媒介，替代高管局或营运点的专用发行设备，既方便了车主，也降低了ETC标签的管理运营成本。

　　（3）完成ETC标签的手机充值。

　　像上面描述的智能手机对ETC标签的查询、发行功能一样，也可以通过智能手机完成ETC标签的手机充值。这主要是对储值卡用户来说的，智能手机通过3G/4G网络，一方面连接支付宝等用户开通的金融账户，对充值金额进行确认，并给高管局金融管理平台进行转账；一方面连接高管局云端加密机服务器，在确认银行账户转账完成后，来完成ETC标签储值卡充值的认证计算。

　　为了保障智能手机在ETC应用的安全性，可以引入PKI/CA认证机制，对手机和高管局云端服务平台进行安全认证。同时，ETC标签中密钥体系和高管局云端加密机中的密钥体系，也保证信息的安全性和合法性。另外，手机和ETC标签的传输中引入认证和重传等机制来保障通信的可靠性。从而，在多重角度，保障智能手机和ETC标签结合应用的安全性。

　　2.车载标签与车载标签的结合

　　车车互联（V2V）是车辆网实现的核心，也是难点。只有实现车车互联，路上车辆实时的组成局域网，才能形成真正的车联网网络，当一辆车可以及时知道周围车辆的驾驶情况，比如刹车、转弯、加速等动作，才能更好的形成预判和反应，避免交通事故的发生。如果车车互联再与自动驾驶结合，将真正实现车辆最优路径选择、最及时应急反应，比如左转时间预警、前车急刹预警、闯红灯预警等，大大提高出行的安全性。美国交通运输部已经推出新规，要求新车必须安装V2V系统，预计每年会阻止2.5万至59.2万起交通事故。

　　虽然目前国内汽车厂商还没开放CAN总线系统，无法真正通过ETC标签传递汽车驾驶的全部信息，但通过标签互联建立车车的路面网络，却是各智能设备厂商、交通设计部门需要提前考虑铺垫和抢占的事情。只有真正核心的路面网络成熟了，才能推动车联网整个系统的快速发展。

　　车路通信可以借用现有的3G/4G网络技术或者ETC5.8G、433MHz等成型技术，但车车通信具有更高的实时性和复杂性要求，具有组网单元快速切换、网络拓扑和网络密度快速变化、对时延敏感等特点，传统的无线通信技术并不适合其组网。

　　目前比较成熟的车辆组网技术是WAVE（Wireless Accessinthe Vehicular Environment）技术，也叫IEEE802.11p。物理层采用OFDM调试方式；MAC层采用异步竞争机制CSMA/CA并去掉了主动扫描、关联认证等流程，缩短处理时间，减少时延；同时引入了多信道协作机制，以达到更高的传输速率；还采用IEEE802.11e中的EDCA模式，提高了服务质量（Qos）。

　　WAVE最高传输速率可以达到27Mbps，传输范围达1Km，支持高达500Km/h的运动速度。目前一些ETC设备厂家已经开始在研制基于WAVE的车载标签原型机。

　　3.车载标签与定位系统的结合

　　位置信息是移动互联网和车联网系统中的核心要素之一。很多移动应用都基于用户的位置信息从而进行地图导航及周边娱乐、餐饮、购物等生活信息的推送。对于车联网应用，当确定车辆的位置信息后，可以进行路况提醒、加油站及维修站导航、故障营救、车险推送等服务。

　　作为车联网核心架构的车车网络，位置信息也尤为重要，这里位置信息有两个感念：

　　（1）绝对位置，即车辆位置的经纬度，可以通过车载GPS等设备获得，但很多时候路侧没有相应设备，位置信息需要车车多次传递之后再传到路侧网络设备进行发送及相关服务请求。绝对位置也是WAVE协议中的网络切换触发的重要条件之一；

　　（2）相对位置，车车网络中一个关键信息就要知道本车辆和周边车辆之间的相对距离，从而进行行驶行为处理。比如两车距离过近，会进行报警提醒等。上述两类位置信息的需求，都要求车载标签具备定位系统的能力。

　　目前全球卫星定位系统（GPS/NAVSTAR）已经相当成熟。中国拥有自主知识产权系统的北斗卫星定位系统也开始成熟，并在2013年逐步转入民用市场。车载标签上集成定位系统模块是一个必要尝试。至于相对位置的获取，可以基于接收信号强度技术、雷达相控阵技术、位置指纹定位技术等定位技术来实现。

　　4.车载标签与车载供电的结合

　　一切复杂的车载标签应用，包括核心的车车互联组网等，都需要标签有长时间的电量支撑。而目前传统的ETC标签都是电池供电，满足不了复杂应用的需求。这样，外接车载供电就成为了必须的设计。在目前大多数车辆没有开放统一的取电口的情况下，车载标签像许多其他车内电子设备一样使用外接车载充电器，在点烟口取点是一个比较好的选择。

　　车载标签本身使用充电电池，平时可以正常工作，当进行电量告警时，车主进行车载充电。解决供电问题后，车载标签才可以进行更多的应用，也为以后可能出现的车载统一终端打下基础。

　　三、结语

　　车联网时代已经到来，只有充分遵循互联网思维，抓住用户的痛点，提升用户的体验，打破传统设计的桎梏，敢于创新和应用，充分找到传统ETC系统与移动互联网、车联网的结合点，ETC设备厂商才能保持良性的不断发展。车车互联、车人互联、车路互联的大时代已经到来，通过交通部委、设计机构、汽车厂商、智能交通设备厂商、电信/互联网运营商、内容提供商等的共同努力，人们必将享受到更加绿色、便捷、安全的出行体验。

　　文/天津中兴智联科技有限公司 陈冬