一種便于應(yīng)用擴(kuò)展的etc閱讀器及其工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明創(chuàng)造屬于ETC技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說(shuō)，是通過(guò)集成業(yè)務(wù)流程操作和安全認(rèn)證 功能的安全控制模塊來(lái)管理和控制閱讀器，閱讀器提供協(xié)議和通信支撐的設(shè)備架構(gòu)，起到 統(tǒng)一業(yè)務(wù)規(guī)范、便于應(yīng)用場(chǎng)景擴(kuò)展、提升業(yè)務(wù)效率和系統(tǒng)安全的目的。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著ETC全國(guó)聯(lián)網(wǎng)的推進(jìn)，ETC應(yīng)用越來(lái)越被人們所接受。越來(lái)越多的車主開始使 用ETC標(biāo)簽，體驗(yàn)ETC帶來(lái)的便捷的出行體驗(yàn)。到2015年，ETC用戶已經(jīng)突破2100萬(wàn)，并于9月 底基本實(shí)現(xiàn)全國(guó)聯(lián)網(wǎng)?？深A(yù)見(jiàn)，ETC用戶數(shù)量還會(huì)進(jìn)一步爆發(fā)式增長(zhǎng)。隨著ETC規(guī)模的擴(kuò)大， ETC的擴(kuò)展應(yīng)用成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)方向。ETC主要定位在高速不停車收費(fèi)，如何深挖高速 交通上其他應(yīng)用，同時(shí)如何在城市交通中使用已存在的ETC標(biāo)簽，滿足人們更多的出行應(yīng)用 需求，是許多設(shè)備廠商和各種公路管理部門、營(yíng)運(yùn)部門挖掘和開拓的市場(chǎng)機(jī)會(huì)點(diǎn)。
[0003] 目前基于ETC系統(tǒng)最主要的擴(kuò)展應(yīng)用有高速多路徑識(shí)別系統(tǒng)，用于高速公路不同 路徑跟蹤和費(fèi)用拆分，需要實(shí)現(xiàn)路徑廣播、非法稽查和測(cè)速等功能;多車道自由流不停車收 費(fèi)系統(tǒng)(MLFF)，在城市的主要干道及橋梁進(jìn)行過(guò)路收費(fèi)，通過(guò)經(jīng)濟(jì)手段來(lái)調(diào)節(jié)車輛流量和 路徑選擇，起到緩解擁堵的作用，需要實(shí)現(xiàn)快速雙向認(rèn)證和并發(fā)交易等功能;城市智能停車 場(chǎng)，用于城市停車場(chǎng)的出入口收費(fèi)、身份稽查和智能引導(dǎo)，需要實(shí)現(xiàn)身份認(rèn)證和信息廣播等 功能；智能交通卡口，用于城市交通路口信息采集和交通引導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)身份認(rèn)證和與視頻雙基 采集比對(duì)等功能；以及其他如水上ETC系統(tǒng)、智能加油站系統(tǒng)、軍車管理系統(tǒng)等等不同的應(yīng) 用場(chǎng)景。每個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景都涉及到不同的業(yè)務(wù)需求、業(yè)務(wù)流程、文件系統(tǒng)和安全系統(tǒng)，閱讀器 如果兼容不同場(chǎng)景會(huì)大大增加設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和實(shí)現(xiàn)效率。另一方面，針對(duì)同一應(yīng)用場(chǎng)景，不 同設(shè)備廠家的實(shí)現(xiàn)也會(huì)存在差異，比如指令流程組合順序、文件操作大小、指令發(fā)送間隔、 重傳間隔和次數(shù)、釋放鏈路流程處理等都會(huì)存在各自廠家的理解和實(shí)現(xiàn)，這樣就為不同廠 家設(shè)備互聯(lián)互通帶來(lái)困難。雖然全國(guó)ETC應(yīng)用經(jīng)過(guò)多年磨合實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，但設(shè)備兼容效率一直 是限制系統(tǒng)效率的一個(gè)瓶頸，隨著更多ETC擴(kuò)展應(yīng)用的展開，這個(gè)問(wèn)題會(huì)更加突出。綜上可 以看到，如何使ETC閱讀器能快速安全的支持不同應(yīng)用場(chǎng)景，減少設(shè)計(jì)難度，同時(shí)在相同場(chǎng) 景下，規(guī)范不同閱讀器廠家的實(shí)現(xiàn)方式和接口標(biāo)準(zhǔn)，便于互通互聯(lián)和業(yè)務(wù)的規(guī)范性開展，并 能提供安全高效的系統(tǒng)機(jī)制保障，是拓展ETC應(yīng)用前景、深挖ETC設(shè)備市場(chǎng)機(jī)會(huì)的關(guān)鍵問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明創(chuàng)造旨在提出一種便于應(yīng)用擴(kuò)展的ETC閱讀器，以解決ETC閱讀 器不能支持不同的擴(kuò)展應(yīng)用、規(guī)范不同閱讀器的業(yè)務(wù)操作、提供更好的安全系統(tǒng)支撐的問(wèn) 題。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明創(chuàng)造的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 一種便于應(yīng)用擴(kuò)展的ETC閱讀器，包括安全控制模塊和基礎(chǔ)支持模塊，安全控制模 塊作為業(yè)務(wù)和安全中心，基礎(chǔ)支持模塊包含閱讀器CPU系統(tǒng)，作為通信和協(xié)議中心，兩者協(xié) 同工作；
[0007] 所述安全控制模塊s⑶包括：
[0008] 業(yè)務(wù)控制子模塊，通過(guò)與DSRC協(xié)議子模塊進(jìn)行空口指令交互，與車道通信模塊進(jìn) 行數(shù)據(jù)相關(guān)指令的交互，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程和協(xié)議參數(shù)控制；
[0009] 業(yè)務(wù)安全子模塊，寫入業(yè)務(wù)密鑰對(duì)和密鑰算法，實(shí)現(xiàn)與車載標(biāo)簽上密鑰體系一致 的業(yè)務(wù)安全密鑰體系，完成業(yè)務(wù)流程中與車載標(biāo)簽的認(rèn)證鑒別、相關(guān)業(yè)務(wù)信息的加密和解 密；
[0010]系統(tǒng)安全子模塊，寫入相應(yīng)系統(tǒng)密鑰算法、密鑰因子和scu唯一標(biāo)識(shí)信息，存儲(chǔ)安 全控制模塊SCU與基礎(chǔ)支持模塊的身份證書和授權(quán)信息；
[0011] 所述基礎(chǔ)支持模塊BSU包括：
[0012] DSRC協(xié)議子模塊，接收或響應(yīng)業(yè)務(wù)控制子模塊發(fā)出的空□指令，進(jìn)行協(xié)議組幀、封 裝、解析、指令下發(fā)和響應(yīng)上報(bào)，實(shí)現(xiàn)與車載標(biāo)簽交互；同時(shí)控制閱讀器的射頻單元，完成射 頻參數(shù)配置和射頻開關(guān)控制；
[0013]車道通信模塊，用來(lái)進(jìn)行與車道計(jì)算機(jī)或采集系統(tǒng)的通信方式的支持，完成數(shù)據(jù) 通信成幀封裝和解析，完成指令適配；
[0014]系統(tǒng)配置子模塊，寫入相應(yīng)系統(tǒng)密鑰算法、密鑰因子和BSU唯一標(biāo)識(shí)信息，配合系 統(tǒng)安全子模塊完成安全控制模塊SCU的身份認(rèn)證。
[0015] 進(jìn)一步的，S⑶和BSU通過(guò)定義的交互指令完成業(yè)務(wù)通信和控制權(quán)的切換，通過(guò)保 活機(jī)制和超時(shí)控制來(lái)確保兩者之間的鏈接狀態(tài);在業(yè)務(wù)流程階段，SCU與BSU之間的交互指 令的指令流包括從SCU到BSU的空口指令轉(zhuǎn)發(fā)幀、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)上報(bào)幀、業(yè)務(wù)流程結(jié)束幀；以及對(duì) 應(yīng)的從BSU到SCU的空口響應(yīng)幀、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)響應(yīng)幀、業(yè)務(wù)結(jié)束響應(yīng)幀。
[0016] 進(jìn)一步的，所述業(yè)務(wù)安全密鑰體系采用對(duì)稱加密算法，系統(tǒng)密鑰采用公私密鑰對(duì) 和數(shù)字證書算法。
[0017] 進(jìn)一步的，所述SCU對(duì)應(yīng)的硬件實(shí)體為獨(dú)立單板或模塊形式，通過(guò)插針或USB接口 與閱讀器的主板相連，接口形式為高速并口或SPI或USB。
[0018] 上述便于應(yīng)用擴(kuò)展的ETC閱讀器的工作方法，包含如下步驟：
[0019] 步驟A.SCU和BSU在出廠或發(fā)行時(shí)，其內(nèi)的系統(tǒng)安全子模塊和系統(tǒng)配置子模塊均寫 入相應(yīng)系統(tǒng)密鑰算法、密鑰因子、和設(shè)備唯一標(biāo)識(shí)信息;業(yè)務(wù)安全子模塊寫入業(yè)務(wù)密鑰對(duì)和 業(yè)務(wù)密鑰算法；
[0020] 步驟B.在閱讀器初次整理入網(wǎng)使用時(shí)，S⑶和BSU生成各自的系統(tǒng)密鑰對(duì)，攜帶身 份信息，向營(yíng)運(yùn)密鑰管理中CA申請(qǐng)?jiān)O(shè)備的授權(quán)數(shù)字證書；
[0021] 步驟C.設(shè)備每次上電后，S⑶通過(guò)授權(quán)的數(shù)字證書對(duì)BSU進(jìn)行身份驗(yàn)證，確認(rèn)合法 后可以進(jìn)行后續(xù)業(yè)務(wù)操作;如果設(shè)備不合法或SCU未進(jìn)行初始化，重新執(zhí)行步驟B進(jìn)行設(shè)備 初始化申請(qǐng)；
[0022] 步驟D.BSU尋求與車道計(jì)算機(jī)或者采集系統(tǒng)的軟件建鏈，獲得閱讀器的工作配置 信息；
[0023]步驟E.BSU的系統(tǒng)配置子模塊綜合步驟D獲取的工作配置信息和SCU支持模式，對(duì) SCU進(jìn)行工作模式配置；
[0024]步驟F. SCU完成工作模式配置后，對(duì)BSU進(jìn)行業(yè)務(wù)參數(shù)配置，開始業(yè)務(wù)流程；
[0025] 步驟G. SCU下發(fā)空口指令轉(zhuǎn)發(fā)命令給DSRC協(xié)議子模塊，DSRC協(xié)議子模塊進(jìn)行協(xié)議 組幀發(fā)送，與車載標(biāo)簽交互;從車載標(biāo)簽返回的信息經(jīng)過(guò)DSRC協(xié)議子模塊解幀，通過(guò)空口響 應(yīng)結(jié)果上報(bào)命令傳遞給SCU;
[0026] 步驟H.SCU通過(guò)對(duì)響應(yīng)結(jié)果解析，看是否需要上報(bào)車道計(jì)算機(jī)進(jìn)行結(jié)果確認(rèn)或信 息獲取，如果需要，向BSU發(fā)送業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)上報(bào)命令;如果不需要，繼續(xù)進(jìn)行下一步空口指令轉(zhuǎn) 發(fā)或其他處理；
[0027] 步驟I. BSU通過(guò)車道通信子模塊將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)上報(bào)給車道計(jì)算機(jī)或采集系統(tǒng)，獲得 信息確認(rèn)或下一步交互指令，再將響應(yīng)結(jié)果通過(guò)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)響應(yīng)命令下發(fā)給SCU;
[0028] 步驟J.BSU接收到業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)響應(yīng)命令后進(jìn)行相應(yīng)分析再繼續(xù)執(zhí)行下一步空口指令 轉(zhuǎn)發(fā)或其他處理;根據(jù)業(yè)務(wù)需要重復(fù)步驟G至步驟J，直至業(yè)務(wù)完成。
[0029] 相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明創(chuàng)造所述的便于應(yīng)用擴(kuò)展的ETC閱讀器具有以下優(yōu)勢(shì)：
[0030] (1)本發(fā)明提出了一種新的閱讀器的架構(gòu)，在閱讀器中引入集成業(yè)務(wù)控制和安全 系統(tǒng)的安全控制模塊(SCU)作為閱讀器的業(yè)務(wù)控制中心，閱讀器提供基礎(chǔ)的DSRC協(xié)議支持 和通信支持，通過(guò)安全控制模塊的統(tǒng)一調(diào)度和控制，來(lái)實(shí)現(xiàn)ETC擴(kuò)展應(yīng)用功能。通過(guò)安全控 制模塊對(duì)流程參數(shù)的統(tǒng)一，來(lái)減少閱讀器的實(shí)現(xiàn)差異。
[0031] (2)同時(shí)，該設(shè)計(jì)引入安全控制模塊的身份鑒別及閱讀器與安全控制模塊之間的 身份認(rèn)證，增加了閱讀器授權(quán)的安全等級(jí)。
【附圖說(shuō)明】
[0032]構(gòu)成本發(fā)明創(chuàng)造的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造的進(jìn)一步理解，本發(fā)明創(chuàng) 造的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明創(chuàng)造，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造的不當(dāng)限定。在 附圖中：
[0033]圖1為本發(fā)明創(chuàng)造實(shí)施例所述便于應(yīng)用擴(kuò)展的ETC閱讀器的功能模塊交互原理圖；
[0034]圖2為本發(fā)明創(chuàng)造實(shí)施例所述閱讀器各模塊協(xié)同工作業(yè)務(wù)過(guò)程的流程圖；
[0035]圖3為本發(fā)明創(chuàng)造實(shí)施例所述便于應(yīng)用擴(kuò)展的ETC閱讀器的硬件結(jié)構(gòu)原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明創(chuàng)造中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可 以相互組合。
[0037] RSU路側(cè)單元是ETC系統(tǒng)中，安裝在路側(cè)，采用DSRC技術(shù)，與車載單元0BU進(jìn)行通訊， 實(shí)現(xiàn)車輛身份識(shí)別，電子扣分等功能的裝置。RSU的設(shè)計(jì)遵循國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為GB20851，通訊頻率 為5.8GHz。
[0038] 下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明創(chuàng)造。
[0039] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種便于應(yīng)用擴(kuò)展的ETC閱讀器，如圖1所示，包括安全控制模 塊(SCU)和基礎(chǔ)