隨著北京，上海等地不停車收費（ETC）系統(tǒng)的開通，ETC系統(tǒng)已經逐漸被普通老百姓所熟悉，成為大家議論的焦點話題。本文主要探討了ETC系統(tǒng)的意義，基于RFID技術的ETC系統(tǒng)組成，詳細介紹了最新的ETC系統(tǒng)解決方案。
ETC系統(tǒng)的意義
不停車收費系統(tǒng)(ElectronicTollCollection,簡稱ETC)是國際上正在努力開發(fā)并推廣普及的一種用于道路、大橋和隧道的電子收費系統(tǒng)。RFID的5.8G產品應用于高速公路的電子不停車收費系統(tǒng)中，使廣大的車主實現(xiàn)不停車付費。具體有如下優(yōu)點：
節(jié)省時間，提高收費效率
實施不停車收費，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８秒出票相比較，不停車收費大大加快了高速公路收費道口的通行能力。據測算，較人工收費車道，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說節(jié)省了時間，使行車更加安全。從業(yè)主的角度來說提高了收費效率。
節(jié)約能源，提高環(huán)保質量
大幅降低收費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說是省油。從整個社會的角度來說更加環(huán)保和更加綠色了。
降低收費管理費用和基建費用
使公路收費走向電子化，減輕了工作人員的勞動強度，也可以減少收費員出錯的機會和參與舞弊的機會，堵住了收費漏洞，節(jié)約了大量人力物力，從而降低收費管理的費用，有利于提高車輛的營運效益。這一條對業(yè)主的好處最大。
提供交通管理數據和手段
通過實時采集的收費數據，交通部門能及時掌握完整的路橋車流信息、收費情況，進行交通量的合理分配、整體疏導、管理，為新建路橋提供科學依據。這一條有助于提高政府的交通管理水平。改善我們的出行質量。
中國ETC發(fā)展的進展和現(xiàn)狀
隨著指導中國高速公路電子收費應用的國家標準GB/T20851《電子收費 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ETC發(fā)展的標準之爭終于告一段落。在這之前的歐洲標準，日本標準和國標之爭，915M產品，2.4G產品和5.8G產品之爭終于塵埃落地。中國選擇了自己的國標，選擇了5.8G。
標準既已確立。中國的ETC產業(yè)和應用也蓬勃發(fā)展。ETC產品的生產廠家已經有十多家。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三角區(qū)域高速公路聯(lián)網不停車收費示范工程進展順利，已經在北京、上海、江蘇、江西等地開通運營，截止2009年1月，開通ETC車道的數在240條左右。
目前ETC的生產廠家，多數都是規(guī)模較小，產品總類較少的公司。整個ETC系統(tǒng)包括的產品很多，除基建施工和收費系統(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卡等關鍵產品?，F(xiàn)在的廠家各自為政，缺乏彼此之間的緊密合作。生產OBU和RSU的對密鑰系統(tǒng)不太了解。生產CPU卡的對OBU和RSU不了解。目前的現(xiàn)狀，需要出現(xiàn)更強有力的企業(yè)出現(xiàn)，對整體系統(tǒng)有全面的把握，成為整體解決方案的提供商，進而成為ETC服務的服務提供商。當前，握奇是中國唯一一家提供ETC的OBU，RSU及相關系統(tǒng)，密鑰及相關系統(tǒng)，IC卡及相關系統(tǒng)的整體解決方案的提供商。
ETC系統(tǒng)解決方案
關鍵設備
適合中國國標的雙片式主動ETC系統(tǒng)的關鍵設備和系統(tǒng)，主要包括電子收費車載單元OBU（RFID電子標簽），電子收費路側單元RSU，嵌入式安全訪問模塊ESAM，電子收費PSAM卡，電子收費IC卡和密鑰系統(tǒng)組成。其中，RFID技術是ETC領域中重要的關鍵技術，使用該技術才能成功地進行ETC系統(tǒng)的DSRC通訊，隨著該技術的發(fā)展和完善，ETC系統(tǒng)將會得到充分的發(fā)展。
OBU/RSU及相關系統(tǒng)
握奇提供的Quipass系列的OBU，RSU及相關系統(tǒng)主要包括OBU，RSU及發(fā)行工具。
產品采用5.8G頻段專用短程通信（DSRC, Dedicated Short Range Communication）技術進行單向或雙向交互式通信，符合中國于2007年5月頒布的國家標準GB/T20851-2007。
RSU
Quipass 111型RSU是一款DSRC路側單元。該款產品是遵循2007年5月最新出臺的ETC&DSRC中國國家標準GB/T20851-2007設計開發(fā)的產品。
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微波收發(fā)模塊，負責信號和數據的發(fā)送/接收、調制/解調、編碼/解碼、加密/解密；射頻控制器是控制發(fā)射和接收數據以及處理向上位機收發(fā)信息的模塊。
Quipass 111型RSU圖片
表1 Quipass 111型RSU特點
OBU
Quipass 011型OBU是一款主動雙片式車載單元。該產品遵循2007年5月最新出臺的ETC&DSRC中國國家標準GB/T20851-2007設計開發(fā)，采用集成芯片的方案。主要的優(yōu)點是產品的一致性，穩(wěn)定性好，頻率隨溫度漂移小，產品生產方便，免調試。
安裝于車輛前擋風玻璃內側。OBU主要存儲被標識物體(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）。作為與路側單元（RSU）的微波天線交互的通信中繼器，IC卡和RSU的數據交換只有通過OBU才能完成。
圖2 Quipass 011型OBU
表2 Quipass 011型OBU
發(fā)行工具
在ETC項目的應用中，OBU的發(fā)行分為三個階段，1、初始化（這個環(huán)節(jié)在ITSC完成）；2、省內一次發(fā)行；3、省內二次發(fā)行；這里所說的發(fā)行設備實際上是完成省內一次和省內二次發(fā)行的工作。現(xiàn)有的OBU生產廠家所提供的解決發(fā)行設備中可分為兩類，第一類是發(fā)行和二次發(fā)行有一臺設備完成；第二類是一次發(fā)行采用聯(lián)機的臺式發(fā)行設備，二次發(fā)行采用脫機手持發(fā)行設備來完成發(fā)行工作。
本公司采用的方式是結合了上述兩類解決方案的優(yōu)點，提出新的解決方案：提供兩臺發(fā)行設備，其中一臺發(fā)行設備，是一款臺式聯(lián)機的發(fā)行設備，可以完成一次發(fā)行和二次發(fā)行的工作；另一臺發(fā)行設備是一款手持式的發(fā)行設備，可以聯(lián)機使用也可以脫機使用，完成二次發(fā)行的工作。
ESAM/PSAM及密鑰發(fā)行系統(tǒng)
ESAM產品
應用在OBU中的ESAM的主要功能如下：
數據安全存儲功能；
數據安全讀取功能；
硬件DES協(xié)處理器；
TDES加解密計算功能；
TDES MAC計算功能；
文件訪問控制功能；
拆卸判定標志位安全設定功能。
該產品特點如下：
硬件平臺的安全性：安全等級高----高端產品 ITSEC E4級；ROM 和 EEPROM 安全；真隨機數發(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；數據加密及地址串擾；防DPA/SPA攻擊；
DES算法的特點：擴散和混亂的原則； 分組加密體制；對稱密鑰密碼體制；安全性強、密鑰管理強度大。
PSAM產品
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生，經過4-5 年的時間，擴展到了很多領域和行業(yè)，形成了一種事實上的技術標準和應用模式。采用了高速PSAM 卡的ETC系統(tǒng)，有一套特殊的指令系統(tǒng)與安全機制來保證OBU的合法性、有效性和交易安全認證。同時考慮到目前諸多機具對安全方面的需求和認證方面的安全需求，高速PSAM 漸漸地融入了PKI 體系，并可提供PK 功能。
性能參數如下：
16Bit 單片機；
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運算的最快時間可達 5.3微秒；
內部時鐘頻率最高可達33MHz；
通訊速率：固定9600bps；符合PPS的38400 bps、56kbps、112kbps，最高可達224kbps；
支持PK功能，具備PKI體系；
擦寫次數不低于50萬次；
數據容量：16Kbytes、32Kbytes和64Kbytes。
握奇數據高速PSAM 卡最早在1999 年開始提供給建設部，用于上海東方交通卡，迄今為止，已用于建設事業(yè)、軌道交通、交通收費等多個行業(yè)，主要安裝在公交車載機、出租車計價器、軌道交通閘機、高速公路收費設施、各類公用事業(yè)的消費類、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)負責完成密鑰的安全注入、生成、保存、傳遞、更新、恢復、銷毀相關的流程。使用與管理要有專門的業(yè)務部門、專門的人員來負責，并建立相關的使用與管理制度。
密鑰系統(tǒng)具有如下特點：
密鑰管理系統(tǒng)根據不同業(yè)務及管理的需要，可分為一級、二級或多級管理模式；
生成領導卡，用于產生系統(tǒng)最原始的種子數據，一般由使用部門相關領導輸入數據產生；
生成總控卡：用Ｎ個領導卡產生的最原始種子數據組合成一特定長度的數據組，作為系統(tǒng)最原始的種子數據；
密鑰母卡：用特定分散因子對原始密碼數據進行分散，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，根據不同應用需要生成一級、二級或多級密鑰母卡；
應用密鑰母卡：用于發(fā)行各類應用卡片的密鑰母卡，如用戶卡母卡、ＥＳＡＭ發(fā)行母卡、密鑰修改／恢復密鑰母卡、ＰＳＡＭ發(fā)行母卡等等。
IC卡及相關系統(tǒng)
雙界面CPU卡
CPU卡也簡稱智能卡，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（隨機存取存儲器）、ROM(只讀存儲器)，軟件監(jiān)控程序或操作系統(tǒng)COS等。
COS是指生產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：
支持在一張卡上實現(xiàn)多個不同的應用，可建立三級目錄；
支持電子錢包功能，錢包大小可根據應用需求設定；
支持多種文件類型，包括二進制、定長記錄、變長記錄、循環(huán)、錢包等；
支持多種通訊速率；
支持數字簽名算法；
支持Triple DES算法；
支持安全散列算法，適用SHA算法對數據進行壓縮；
支持線路保護功能，可以防止通信被非法竊取或篡改；
可用作安全保密模塊，使用臨時工作密鑰進行DES加密、解密或MAC運算；
支持多種容量選擇；
可剪裁性，可根據用戶需求刪除、修改、增加命令以滿足特殊應用需要。
總體來說，帶有COS操作系統(tǒng)的CPU卡具有存儲量大、數據保密性好、抗干擾能力強、存儲可靠、讀寫設備簡單、操作速度快、脫網工作能力強等優(yōu)點，其應用范圍廣泛，已經滲透到了諸如金融、零售服務、社會安全、交通旅游、醫(yī)療保健、政府行政、教育等領域。
系統(tǒng)優(yōu)勢
公路收費業(yè)主在收費業(yè)務進行時，普遍會碰到一些困難，比如車道收費站征地難度大、費用高、人工收費成本高、上下班高峰期收費車輛排隊等候時間過長等問題。上述解決方案為公路收費行業(yè)客戶提供了高速安全的ETC電子收費系統(tǒng)。
專業(yè)的安全性管理
握奇公司在數據安全、可信計算技術、交易認證等領域有長期的技術積累，獲得多項發(fā)明專利。并參與了人民銀行金融IC卡規(guī)范的制定，中國首創(chuàng)的ESAM產品在各行業(yè)獲得廣泛應用，并能為交通領域提供ETC和MTC結合的全套解決方案。
穩(wěn)定的產品
該方案使用中國領先的一體化芯片設計技術，大幅提升了產品的一致性和穩(wěn)定性。
高性能的業(yè)務處理
結合雙界面卡和ESAM產品、技術，面向高速公路應用進行系統(tǒng)性優(yōu)化，確保整體交易時間業(yè)內領先。