基于RF技术的口岸虚拟闸口系统的设计与实现

电子卡的核心通讯模块CC1020是TI 公司生产的专用于窄带应用领域402～470 MHz，804～940 MHz范围的单片FSK／ASK CMOS射频收发器。它灵敏度高(对12.5 kHz频道可达-118 dBm)，输出功率可控，低电流消耗(19.9 mA)，低供应电压(2.3～3.6 V)，体积极小(QFN32封装)，外部器件少，非常适合于本应用环境。图2中显示了该模块的初始化过程。

4射频通讯系统

本系统依靠架设在口岸内部的无线基站作为读写器来采集进入口岸的车载电子卡信息，并且根据需要向指定的电子卡发送下行导引指令，通过车载卡语音导引车辆通关。每个口岸有惟一的一个唤醒基站，通过固定信道(频点)不断向整个口岸发送唤醒信号，电子卡接收到唤醒信号便进入工作状态，尝试通过固定信道接收基站发送的场定位信息，之后随机挑选空闲的信道不断发送自身的电子卡号和场码，直到收到基站的回应为止，基站将采集到的电子卡号发送给后台监控系统备份，以便下一步的出入境判决和导引信息的发送。图3以流程图的形式刻画了电子卡进入口岸之后与基站交互通讯的过程。

　　5出入境判决算法

图4以口岸实际地图为例，演示了出入境判决算法的基本原理：

　　(1)电子卡在口岸区域外一直处于休眠状态，在从起点处进人口岸时被唤醒，转换到正常工作状态。

(2)电子卡首先进入B1区，与B1基站进行交互通信，B1基站获取该电子卡的ID号及通信时间等相关信息，送到后台分析系统。同时根据系统指示对该电子卡发布通关导引信息。

(3)此后电子卡先后进入B3区和B7区域，其通信处理流程和通过B1区域时类似。

(4)电子卡驶出口岸区域后发现无唤醒信号，自动进入休眠状态。

B1，B3，B7三个基站将采集到的车载电子卡信息上报到后台处理系统之后，便可以根据B1～B3这一序列判断出电子卡对应的车辆为人境，如果该车辆有违规等特定行为，则当B1基站检测到它时，安排口岸稽查人员负责拦车。

6关键技术解决方案

本文介绍的虚拟闸口系统特有的技术难点如下：

(1)由于每天有近三万辆车进出口岸，在出入境高峰期，口岸车辆拥堵，大量的并发数据可能使信道发生拥堵，从而使通讯系统瘫痪。为此，将每个基站分为8～16个信道，而每个信道即为基站和车载电子卡通讯的一个通道。使用跳频机制，即电子卡和基站进行配合通讯时，在不同的信道上进行快速跳转，选择合适的信道进行通讯，直至通讯成功。使用防碰撞机制，各个电子卡每次发送数据都要等到频道空间，如果遇到碰撞再用二进制指数退避算法随机延时一段时间，再次发送数据至成功。在算法中，每个节点发生冲突以后使其退避间隔双倍直到最大(Bmax)，而当成功传输以后就使其退避间隔到最小(Bmin)，公式表示如下：

　　因此在一个基站的覆盖范围内，可以同时有多辆车通过不同的儋道进行通讯，避免了交通高峰期可能发生的通讯拥堵现象。

(2)出入境判决算法的检测精确度。如果要使得该虚拟闸口系统能够真正达到实用，必须使得出入境判决达到一定的精度，既不能漏检，也不能错检，就是说错检率和缺失率都必须控制在很小的范围内。这里采取一定的冗余机制来提高检测精度，即在实现最基本的出入境判决路径的基础上增加几个基站，使得即使某个基站出现了局部信号的漏采集，通过冗余基站的补充采集，仍然能够形成完整路径，准确地进行出入境判决。经过口岸实地运行结果分析，该算法的检测精度达到了99.7％以上。

(3)停车问题。一些车辆由于稽查等原因会在口岸内部长时间停留，通过在车载电子卡上安装振动传感器模块，使得电子卡在停车的时候由于感应不到振动而自动进入休眠状态，避免了长时间不断发送射频信号而带来的电池耗电和信道拥塞等问题。当车辆重新启动的时候，电子卡会通过振动传感器模块感应到振动而重新恢复到工作状态，使得系统仍然能正确的对这些停留时间过长的车辆做出出入境判决和相关导引信息的下行通讯。

7结语

基于RFID的虚拟闸口系统提出了一种革命性的口岸电子闸口建设方案，彻底抛弃了对固定物理闸口的依赖，设计并实现出一种依赖于RFID和无线网络通讯技术的新型电子闸口。