基于射频识别的电子车证系统设计
时间：2021-05-11 08:00:45 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：结合智能交通系统体系框架和RFID应用系统架构，提出了一种基于射频识别的电子车证系统架构，并根据电子车证应用需求，在架构中引入了数据融合、实时事件检测和数据分析等技术。该架构可实现交通流数据的实时采集、可靠传输和智能处理。同时通过实际电子车证系统的实施，证明了该架构的可行性。
关键词：射频识别；智能交通；体系框架；中间件
中图分类号：TP182 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2014）10-00-04
0 引 言
射频识别（RFID）具有远距识别、多目标识别、运动目标识别等特点，广泛应用于智能交通领域[1，2]。其中，由于被动式超高频RFID的电子标签不需要电池，成本低廉、维护方便，已被基于RFID的电子车证系统广泛采用。
电子车证是RFID在智能交通领域的一种典型应用。在电子车证系统中，包含RFID电子标签的电子车证通常安装在车辆的前挡风玻璃上，电子标签包含车辆的号牌等信息；包含读写器及天线的数据采集设备安装在道路上方或停车场的出入口处。当车辆经过读写器天线作用区域时，车辆上的电子车证被读写器识别，电子标签包含的信息被读写器读取，这些信息可以被数据采集设备传送到后台系统进行进一步处理。
本文根据电子车证系统项目开发经验，结合智能交通系统体系框架和RFID应用系统架构，设计了一种电子车证系统。本文将首先描述电子车证系统的架构设计，然后描述各个子系统的设计，随后给出架构的实现情况，最后是结论和未来的工作。
1 系统架构设计
电子车证系统属于RFID的智能交通应用，因此其架构设计应考虑结合智能交通系统架构和RFID应用系统架构的特点。
根据智能交通体系框架设计理论[3]，电子车牌系统的架构主要包括从用户服务、逻辑架构和物理架构等方面描述系统。其中，用户服务描述系统对外提供的服务及服务领域；逻辑架构描述系统内部组成元素及组成元素之间的数据交换关系，物理架构则描述系统内部组成元素之间的通信连接关系。
在电子车证系统中，其服务领域为交通管理，提供的服务主要为实时的交通流信息服务和非实时的交通流分析和数据挖掘服务。
从RFID应用系统的角度，RFID包括对象标识、数据采集、RFID中间件和应用系统等4个层次[4]。在电子车证中，整个系统在逻辑上由5部分组成，包括车证发行子系统、电子车证（对象标识）、数据采集子系统、数据整合子系统（RFID中间件）、业务应用子系统，其顶层逻辑架构如图1所示。其中，车证发行子系统实现对电子车证从初始化、发行、使用到作废等全生命周期的管理；电子车证携带车辆的号牌等信息；数据采集子系统利用RFID和基于图像的车牌等手段，实现对运动车辆和静止车辆信息的采集；数据整合子系统利用RFID中间件技术、数据仓库技术和数据挖掘技术，管理分布在道路各处的数据采集设备的管理，实现多种采集手段采集到的数据的融合，并进行实时事件检测以及交通流数据分析和挖掘，将交通流数据转化为交通流信息；业务应用子系统则用于支持各种具体的车辆管理业务。
图1 电子车证系统的顶层逻辑架构
根据电子车证系统各个组件的分布情况，电子车证系统的物理架构分为车载的电子车证、路侧的数据采集、后端系统等3个部分。其中，后端系统包括车证发行、数据整合和业务应用。电子车证系统的顶层物理架构如图2所示。车证发行子系统、数据整合子系统和业务应用子系统通过交通管理部门的内部计算机网络进行互联，数据采集子系统通过电信部门的3G网络和交通管理部门的接入平台，将采集到的交通流数据传输到交通管理部门的内部网络中。车证发行子系统和数据采集子系统则通过射频识别的空中接口协议，与电子车证进行交互，识别电子车证，向电子车证写入信息或读取电子车证中的信息。其中的接入平台由路由器、防火墙、入侵检测系统和代理服务器等组成，实现内部网络和外部3G网络之间的隔离。
图2 电子车证系统的顶层物理架构
2 子系统设计
2.1 电子车证
本电子车证系统的主要功能是标识车辆的身份。该电子车证系统采用符合ISO/IEC18000-6C（EPC C1G2）国际标准的电子标签，条件成熟时，将采用符合GB/T29768-2013国家标准的电子标签。这两种标准的被动式超高频电子标签，不带电池，由读写器提供能量，成本低廉、维护方便。
电子标签的存储区分为保留区、EPC区、TID区和用户区，其中，保留区主要存储各种密码，只能写入，不能读取；EPC区存储物品的标识，可以写入和读取，大部分电子标签的EPC区存储容量为96 b；TID区存储标签生产厂商在标签出厂时写入唯一标识符，包括厂商标识符和序列号，TID区只能读取，不能写入；用户区存储物品的额外信息，用户区的存储容量从0到64 kb不等，常见的是512 b。
根据空中接口协议，电子标签被识别时，首先返回给读写器的数据是存储在EPC区中的数据，为读取TID区和用户区中的数据，需要读写器再发送读取指令。因此，EPC区中的读取速度最快。对于电子车证应用，通常要求在车辆高速运动下也能识别车辆，这样，车辆的号牌等数据应该存储在EPC区中，其他数据应存储在用户区中，这可以保证车辆速度在180 km/h的情况下，也能被正确识别。
电子车证的安全性主要包括数据私密性、数据完整性和车证真实性等[5]。为保证EPC区和用户区中数据的私密性，可以采用对称分组加密算法，在数据写入标签前，加密数据，并在数据从标签读取后，解密数据。为保证数据的完整性，可以在加密数据的同时，生成消息验证码（Message Authentication Code，MAC），与数据一起存储。同时，对EPO区和用户区增加访问密码（写保护密码）。数据加密密钥和访问密码都可以利用标签的TID分散主密钥得到。电子车证的真实性由两个措施来保证：电子标签采用防拆卸的陶瓷封装方式，后台系统监控电子车证在各个采集点处出现情况。
