专利名称：多协议电子收费系统的制作方法
技术领域：
本公开涉及电子收费(ETC)系统，特别是涉及多协议ETC系统和在多协议ETC系统中选择操作协议的方法。
背景技术：
ETC系统使用车辆安装的应答机(“标签”)和静止收费站收发机(“读取器”)之间的RF通信以电子的方式进行收费交易。在一些ETC系统中，读取器广播轮询或触发RF信号。通过广播区或区域的车辆上的应答机检测轮询或触发信号并且用其自身的RF信号响应。应答机通过发送包含诸如应答机ID号码的存储于应答机中的存储器中的信息的响应信号进行响应。读取器接收响应信号并且可诸如通过借记(debit)与应答机ID号码相关联的用户账户进行电子收费交易。读取器然后可向应答机广播编程RF信号。编程信号向应答机提供用于存储于其存储器中的更新信息。它可例如向应答机提供新的账户余额。在一些ETC系统中，标签是“被动的”，从而意味着它们依赖于读取器的能量广播并通过使用反向散射调制回送到读取器。存在大量的用于ETC系统中的读取器-应答机通信的预定义通信协议。它们包含各种公共 TDMA 协议、State of California Code of Regulation (CAL-TRAN) Title 21(T21)协议和诸如IAG (北美InterAgency Group成员NY、NJ、PA、DE)的私有协议。各种协议在不同的地理区域中操作。掌握应答机与读取器之间的通信的综合标准并不存在。因此，在不同的制造商的设备之间不存在互操作性。在本上下文中，互操作性是一个制造商的路旁读取或询问装置有意义地处理来自安装于车辆中的任何给定的应答机的数据的能力。车辆穿过大的地理区域，并且具有一种类型的协议应答机的车辆有时将穿过另一协议类型的ETC系统。提供允许通过使用不同的协议与标签通信的多协议ETC系统及其操作方法会是有利的。
发明内容
本申请描述了用于与位于在道路上行驶的移动车辆中或其上的应答机通信的系统和方法。本申请提供能够处理各种类型的应答机的多协议ETC系统。ETC系统利用动态协议选择机制以根据穿过ETC站的应答机的协议类型确定哪个协议类型的读取器将操作。在一个方面中，本申请提供用于在多协议电子收费系统中动态选择通信协议的方法，该系统包括被配置为使用第一通信协议操作的第一读取器和被配置为使用第二通信协议操作的第二读取器，该系统还包括被配置为定义道路中的捕获区域的天线，其中，系统使用具有定义的帧持续期的循环协议。方法包括在定义的帧持续期的第一部分内，使用第一通信协议从第一读取器在天线上发射信号；检测响应信号是否被第一读取器接收；并且，如果响应信号没有在定义的帧持续期的第一部分内被接收，那么禁用第一读取器的发射，并启用第二读取器的操作，由此第二读取器被配置为当被启用时在定义的帧持续期的剩余部分内使用天线。在另一方面中，本申请描述了用于对于在道路上行驶的车辆进行收费交易的多协议电子收费(ETC)系统，其中，车辆配有被配置为根据第一通信协议操作的第一应答机或被配置为根据第二通信协议操作的第二应答机。系统包括用于发射和接收RF信号并定位为定义道路内的捕获区域的天线；与天线耦合并被配置为通过使用第一通信协议通信的第一读取器；和与天线耦合并被配置为通过使用第二通信协议通信的第二读取器。系统被配置为使用具有定义的帧持续期的循环协议操作。第一读取器被配置为在定义的帧持续期的第一部分内在天线上广播信号，并使用第一通信协议检测是否从第一应答机接收到响应信号，并且，如果没有在第一部分内接收到响应信号，那么禁用第一读取器的发射并启用第二读取器的操作，由此，第二读取器被配置为当被启用时在定义的帧持续期的剩余部分内使用天线。在另一方面中，本申请公开了用于在多协议电子收费系统中选择通信协议的方法，该系统包括具有至少两个多协议RF收发机的读取器，其中，读取器包含被配置为控制至少两个多协议RF收发机的操作的处理器，其中，每一个收发机与被配置为定义道路内的捕获区域的相应天线连接，并且其中，系统采用固定帧持续期。方法包括在固定帧持续期的第一部分内，使用第一通信协议从第一收发机在其相应天线上发射信号；检测符合第一通信协议的响应信号是否被第一收发机接收；如果响应信号没有在定义的帧持续期的第一部分内被接收，那么，在固定帧持续期的剩余部分内，使用第二通信协议从第一收发机在其相应天线上发射第二信号；并且，如果响应信号在定义的帧持续期的第一部分内被接收，那么，在固定帧持续期的剩余部分内放弃使用第二通信协议并使用第一通信协议进行通信。根据一个方面，本申请描述了用于对于在道路上行驶的车辆进行收费交易的多协议电子收费(ETC)系统，其中，车辆配有被配置为根据第一通信协议操作的第一应答机或被配置为根据第二通信协议操作的第二应答机。系统包括包含两个或更多RF多协议收发机和被配置为控制至少两个多协议RF收发机的操作的处理器的读取器；和两个或更多个天线，每一个天线与两个或更多个收发机中的相应一个连接，其中，每一个天线被定位为定义道路内的相应捕获区域。系统被配置为使用固定帧持续期操作。处理器被配置为导致收发机在固定帧持续期的第一部分内使用第一通信协议从第一收发机在其相应天线上发射信号，检测符合第一通信协议的响应信号是否被第一收发机接收，如果响应信号没有在定义的帧持续期的第一部分内被接收，那么，在固定帧持续期的剩余部分内，使用第二通信协议从第一收发机在其相应天线上发射第二信号，并且，如果响应信号在定义的帧持续期的第一部分内被接收，那么，在固定帧持续期的剩余部分内放弃使用第二通信协议并使用第一通信协议进行通信。对于本领域技术人员来说，结合附图参照以下的详细的描述，本申请的其它方面和特征将十分明显。
现在将作为例子参照表示本申请的实施例的附图，其中，图1以框图的形式表示根据本公开的多协议ETC系统的一个示例性实施例；
图2表示示出动态选择操作协议的示例性方法的流程图；图3表示示出动态选择操作协议的方法的示例性定时图；图4表不多协议ETC系统的一个不例性实施例的框图；图5表不多协议ETC系统的另一不例性实施例的框图；图6以流程图形式表示操作多协议ETC系统的示例性方法；和图7以框图形式表不多协议ETC系统的另一不例性实施例。
具体实施例方式以下，将参照初级通信协议和次级通信协议。在一些情况下，它们可被称为第一通信协议和第二通信协议。虽然在本申请中描述的示例性实施例参照第一和第二 (或等同地，初级和次级)通信协议，但是，本申请更广泛地适用于多个协议，并且，在一些情况下，可包含具有三个或更多个通信协议的实现。首先参照图1，该图表不由附图标记10统一表不的多协议电子收费(ETC)系统的示例性实施例。在一个实施例中，电子收费系统10与门控的收费广场相关联。在另一实施例中，ETC系统10与开放道路收费处理区域相关联。本领域技术人员可以理解电子收费系统10的其它的示例性应用。如图1所示，与具有第一和第二相邻的车道14和16的道路12关联地安装本示例性实施例中的电子收费系统10。在一个示例性实施例中，道路12可以是引向或远离收费公路的二车道入口道路。本例子中的电子收费系统10包含三个道路天线18A、18B和18C，其中每个与自动车辆识别(“AVI”)读取器17A和17B连接。AVI读取器17A是被配置为根据初级协议操作的读取器，并且，AVI读取器17B是被配置为根据次级协议操作的读取器。道路天线18A、18B和18C与AVI读取器17A、17B耦合。可以理解，可以使用其它的天线配置，并且，天线的数量和车道的数量可与图1所示的情况不同。例如，图1的示例性实施例可被修改以消除中点天线18B，使得只有两个道路天线18A、18C会被使用以提供对于两个车道14和16的覆盖。天线18A、18B、18C在一些实施例中可被安装于高架台架或其它结构上。在一些实施例中，根据公路上的车道的数量，可存在多个初级协议读取器和多个次级协议读取器。天线18A、18B、18C在一些实施例中可诸如通过例如RF耦合器同时直接与AVI读取器17A、17B连接。在其它的实施例中，天线18A、18B、18C可诸如通过例如RF开关选择性地与第一读取器17A或第二读取器17B连接。在另一实施例中，如图7所示，第一读取器17A和第二读取器17B与安装于同一车道中的两个单独的天线27A、27B连接，这里，两个天线基本上覆盖车道中的相同的覆盖区。AVI读取器17A和17B是处理由道路天线18A、18B和18C发送和接收的RF信号的控制器件。AVI读取器17A和17B可包含处理器37 (单独地示为37A和37B)和射频(RF)模块24 (单独地示为24A和24B)。处理器37可被配置为控制RF模块24以实现特定的通信协议。例如，第一读取器17A中的处理器37A可被配置为实现初级通信协议。第二读取器17B中的处理器37B可被配置为实现次级通信协议。处理器37可包含可编程处理单元、存储处理器的操作所需要的指令和数据的易失性和/或非易失性存储器、和允许处理器与RF模块24和路旁控制器30通信的通信接口。
RF模块24被配置为将来自处理器37的用于发射的信号调制成道路天线18A、18B和18C上的RF信号，并且将由道路天线18A、18B和18C接收的RF信号解调成适用供处理器37使用的形式。在这一方面，AVI读取器17A和17B采用本领域中已知的硬件和信号处理技术。道路天线18A、18B和18C以及AVI读取器17A和17B用于从应答机20 (在车辆的挡风玻璃中表示)读取信息，用于向应答机20发送编程信息并验证应答机20已成功地用编程信息更新其存储器。道路天线18A、18B和18C可以是方向发射和接收天线，该天线在示出的实施例中具有取向，使得当应答机20位于与天线相关联的大致椭圆覆盖区域内时，道路天线18A、18B和18C中的每一个只能接收从应答机20发射的信号。道路天线18A、18B和18C位于道路12之上并被布置为使得它们具有沿与沿道路12的行驶路径正交的轴15对准的覆盖区域26A、26B和26C。在示出的实施例中，椭圆覆盖区域26A、26B和26C的主轴相互共线，并且，以与行驶方向正交的方式延伸。从图1可以看出，覆盖区域26A提供第一车道14的完全覆盖，并且，覆盖区域26C提供第二车道16的完全覆盖。覆盖区域26B重叠覆盖区域26A和26C两者。 可以理解，虽然覆盖区域26A、26B和26C被示为相同的完好的椭圆形状，但是，实际上，覆盖区域26A、26B和26C的实际形状一般将不是完好的椭圆，而将具有依赖于包括大量的因素的形状，这些因素包括由附近的结构导致的RF反射或干扰、天线图案和安装取向。还可以理解，虽然在以上的实施例中公开了椭圆覆盖区域，但是，对于覆盖区域26A、26B或26C也可使用其它的形状。并且，虽然示出三个覆盖区域26A、26B、26C，但是覆盖区域的数量可改变。AVI读取器17A和17B与路旁控制器30连接。路旁控制器30可被配置为基于它从AVI读取器17A和17B接收的应答机信息处理收费交易。在开放道路收费系统中，电子收费系统10常常将包含由附图标记34统一表示的车辆成像系统。成像系统34包含与大量的照相机36连接的图像处理器42，这些照相机36被布置为覆盖道路的宽度，用于在车辆穿过跨道路12正交延伸的照相机线38时捕获车辆的图像。图像处理器42与路旁控制器30连接，并且，照相机36的操作通过路旁控制器30与车辆检测器40同步化。与路旁控制器30连接的车辆检测器40检测车辆什么时候穿过位于照相机38前面(关于行驶的方向)的跨道路12正交延伸的车辆检测线44。车辆检测器40的输出被路旁控制器30使用以控制照相机36的操作。车辆检测器40可采取本领域公知的大量的不同的配置，例如，它可以为检测物体对于光的阻挡的器件。应答机20具有被配置为将由应答机天线接收的RF信号解调成适于供应答机控制器使用的形式的调制解调器。调制解调器也被配置为将来自应答机控制器的用于发射的信号调制成应答机天线上的RF信号。应答机20还包含与应答机控制器连接的存储器。应答机控制器可访问存储器以存储和检索数据。存储器可以是随机存取存储器(RAM)或闪速存储器。在一个实施例中，存储器是微控制器的集成存储器。应答机20的存储器可具有保留的用于存储可被AVI读取器17A和17B修改的数据的存储器的位置。存储器的该位置可包含例如用于记录车辆22的进入和离开点和车辆22的进入或离开的时间和日期的字段。它还可包含AVI读取器17A和17B验证并然后在自动泊车系统、自动驾驶通过零售出口或其它的移动商业系统中借记的账户信息。在电子收费操作的过程中，AVI读取器17A和17B可能需要更新应答机20的存储器。应答机20的存储器还可包含不能被AVI读取器17A和17B更新的存储器的区域。例如，存储器可包含由部署应答机的制造商或代理设定的趋于涉及应答机20或车辆应答机20和/或顾客的特性的字段。在一个实施例中，对于每三个道路天线18A、18B和18C，将存在在初级协议中操作的AVI读取器17A和在次级协议中操作的AVI读取器17B。在一些实施例中，在任意的时间，只有一个AVI读取器与可用的道路天线18A、18B或18C连接。在该配置中，AVI读取器17A和17B使用RF开关与道路天线18A、18B和18C连接。根据协议的动态选择，AVI读取器17A或17B中的一个将与天线连接，以在初级协议或次级协议下操作。在一些实施例中，AVI读取器17八将首先通过1^开关与道路天线(184、188、180中的一个连接。如果检测到使用初级协议的应答机20，那么AVI读取器17A保持其对于道路天线的访问，使得它可执行与检测的应答机20的电子收费交易。如果初级协议的应答机20没有在预定的持续期内被检测到，那么AVI读取器17A将导致RF开关将第一读取器17A与天线断开并将第二读取器17B与天线连接。在另一实施例中，使用耦合器，AVI读取器17A和17B可均与道路天线18A、18B和18C中的一个连接。在该配置中，第一或初级读取器17A尝试检测应答机20。如果它在预定的持续期内没有定位使用初级协议的应答机，那么它禁用初级读取器17A并启用次级读取器17B的操作，使得次级读取器17B可尝试定位使用次级协议的应答机。现在参照图4，该图以框图的形式表示多协议ETC系统100的示例性实施例。在该简化的例子中，ETC系统100包含天线18，并且，初级读取器17A和次级读取器17B通过RF开关50与天线18连接。第一读取器17A包含检测模块54。可以以软件或硬件实现检测模块54。在一些实施例中，检测模块54是在处理器37A (图1)上操作并配置处理器37A以实现这里描述的检测和信令操作的软件例程。可以理解，检测模块54未必是独立的软件例程或模块，并且， 可以被加入到一般的ETC软件例程或ASIC中。这里，为了便于讨论，它被示为单独的模块。检测模块54被配置为基于第一读取器17A对于响应信号的接收确定使用初级通信协议的应答机是否被检测到。如果在预定的持续期内第一读取器17A没有接收到适当的响应信号，那么检测模块54确定在道路12 (图1)内不存在初级应答机，并且，它导致第一读取器17A输出开关信号52。RF开关50在开关信号52的控制下操作。当检测模块54确定在预定的持续期内不存在初级应答机时，第一读取器17A导致RF开关50将第一读取器17A与天线18断开并将次级读取器17B与天线18连接。次级读取器17B然后与天线18连接，并尝试检测使用次级通信协议的次级应答机。现在参照图5，该图表示多协议ETC系统150的另一实施例。在本实施例中，ETC系统150包含同时将第一读取器17A和次级读取器17B与天线18连接的RF耦合器60。检测模块52被配置为导致第一读取器17A输出启用信号56。启用信号56被供给到第二读取器17B，并且它启用或禁用第二读取器17B。因此，检测模块54被配置为导致第一读取器17A使用天线18以在预定持续期内检测使用第一通信协议的应答机，而启用信号56禁用第二读取器17B。通过“禁用”，本申请意味着导致第二读取器17B停止向天线18输出RF信号并忽略来自天线18的进入RF信号。在检测模块54确定在预定持续期内不存在使用第一通信协议的应答机的情况下，它禁用第一读取器17A并导致第一读取器17A向第二读取器17B输出启用信号56以启用第二读取器17B的操作。次级读取器17B然后使用第二通信协议以尝试定位次级应答机。通过“禁用”，本申请意味着导致第一读取器17A停止向天线18输出RF信号并忽略来自天线18的进入RF信号。在另一实施例中，第一读取器17A与第一天线27连接，并且，第二读取器17B与第二天线27B连接，这里，第一和第二天线27A、27B覆盖基本上相同的覆盖区域。在本实施例中，第一读取器17A被禁用并向第二读取器17B输出启用信号56。响应于启用信号56，第二读取器17B开始向第二天线27B发射。现在参照表示动态选择通信协议的示例性方法600的图6，示出多协议电子收费系统的操作。在本示例性方法中，系统被配置为识别并使用初级协议或次级协议。在一些实施例中，协议中的一个或两个可以是主动协议，意味着它们涉及从读取器发射轮询或触发信号并且收听来自捕获区域中的任何应答机的响应。在一些实施例中，协议中的一个或两个可以是被动标签协议，意味着读取器广播连续波RF信号，并且，捕获区域中的应答机通过例如使用反向散射调制而调制连续波RF信号来响应。系统被配置为根据循环协议操作。换句话说，在循环内进行系统中的读取器与标签/应答机之间的通信。循环可具有固定帧持续期；但是，在一些实施例中，帧持续期可以是可变的。方法600在步骤602中从启用第一读取器开始，其中，第一读取器被配置为使用初级协议。第一读取器与天线连接。第一读取器可使用RF耦合器、RF开关或其它的RF连接与天线连接。在步骤604中，第一读取器评价它是否已从使用初级协议的应答机接收了响应。关于是否接收响应的确定依赖于初级协议。例如，如果初级协议是规定其内应答机将响应或触发或轮询信号的时间段的主动标签协议，那么步骤604涉及在规定的时间段内发送触发或轮询信号并等待响应。在另一例子中，如果初级协议是依赖于规定的时间段内的连续波信号的调制的被动标签协议，那么步骤604涉及广播连续波信号并等待规定的时间段以确定是否已检测到信号的调制。在一些实施例中，来自应答机的响应的检测可涉及监视响应信号的振幅、相位或频率或者它们的组合的变化。如果在步骤604中第一读取器确定它接收了来自使用初级协议的应答机的响应，那么方法600前进到步骤606。在步骤606中，对于循环的剩余部分，第一读取器对于与应答机的通信继续使用初级协议。方法600然后返回步骤602。如果在步骤604中第一读取器确定它还没有接收到来自使用初级协议的应答机的响应，那么方法600前进到步骤608。在步骤608中，第一读取器被禁用，并且，第二读取器被启用。在本上下文中，术语“禁用”和“启用”意味着，第一读取器停止对于通信使用天线，并且第二读取器开始对于通信使用天线。第二读取器根据次级协议通信。第一读取器的“禁用”可包含导致其收发机停止操作、使其与天线断开或者两者。第二读取器的“启用”可包含导致其收发机操作、连接它与天线或者两者。第一读取器可向第二读取器和/或RF开关发送信号或其它消息，以导致第二读取器的启用。
在步骤610中，第二读取器对于循环的剩余部分根据次级协议继续对于通信使用天线。在循环结束时，方法600回环到602以对于下一循环的开始再次使用第一读取器和初级协议。可以理解，循环长度足以使得第一读取器根据初级协议评价是否存在使用初级协议的应答机，并且，如果不是，则足以使得第二读取器使用次级协议开始，并且在循环的剩余部分中使用次级协议完成与应答机的通信。现在参照图3，该图表示多协议电子收费系统的一个实施例的定时图310。在图3所示的实施例中，系统使用在时分复用序列中使用两个或更多个天线的相邻系列的循环协议。每一个天线被依次用于在其相应捕获区域内检测并与应答机通信。在本特定的实施例中，存在三个天线。因此，由系统使用的循环协议具有分别包含三个帧340、342、344的系列的连续的超帧330、332。循环协议被配置成使得第二超帧332在第一超帧330之后立即出现。每一个超帧330、332中的每一个帧340、342、344与天线18A、18B、18C的不同的一个上的通信对应。例如，每一个超帧330、332的第一帧340可与第一天线18A上的通信对应，并且，超帧330、332中的每一个的第二帧342可与第二天线18B上的通信对应，并且，每一个超帧330、332的第三帧344可与第三天线18C上的通信对应。超帧内的规则帧的数量可依赖于ETC系统中的天线的数量。在图3所示的实施例中，帧340、342、344中的每一个具有相同的持续期，并且具有足够的持续期以允许读取，并且，如果适用的话，允许在每一个帧340、342、344中出现编程和验证操作。在初级协议是主动标签协议的一个示例性实施例中，每一个帧具有约2. 3ms的持续期。在另一实施例中，初级协议是诸如ISO 10374的被动标签协议，并且，每一个帧的持续期具有约13ms的持续期。在以下的示例性实施例中，初级协议是在帧的开始由读取器发送轮询或触发信号的主动标签协议，并且，捕获区域内的应答机响应于具有响应信号的触发信号。因此，在本示例性实施例中，定时图310的每一个帧340、342、344示出由在初级协议中操作的AVI读取器17A使用天线18A、18B、18C向应答机20发射的触发信号312a、312b、312c、312d、312e、312f。例如,在以上讨论的第一巾贞340与第一天线18A上的通信对应的例子中，使用第一天线18A发射第一超帧330的第一帧340中的触发信号312a和第二超帧332的第一帧340的触发信号312d。对于来自使用初级协议操作并处于广播覆盖区域内的应答机20的响应，在触发信号312a、312b、312c、312d、312e、312f的发射之后，第一读取器被配置为随后等待预定持续期360，该预定持续期360在一些实施例中为约105 μ S。初级协议的应答机20被配置为在接收触发信号312a、312c、312e之后发射响应信号318a、318c、318e。响应信号318a、318c、318e包含应答机存储器20的内容中的至少一些。如果被配置为使用初级协议的应答机20处于覆盖区域内(即，它接收了触发信号312a、312b、312c、312d、312e、312f)并且在帧的第一个105 μ s内发送响应，那么帧340,342或344的整个剩余部分专用于在初级协议中操作。例如，在图3的示例性的定时图310中，在第一超帧330的第一和第三帧340和344和第二超帧332的第二帧342中接收到响应信号 318a,318c 和 318e。在接收响应信号318a、318c、318e之后，会在第一读取器与使用初级协议的应答机(未示出)之间发生进一步的通信。例如，初级协议可规定第一读取器发送编程信号。编程信号可包含费用支付信息、收费广场或车道识别信息、或其它的数据。应答机可在存储器中存储该信息。第一读取器还可被配置为发送另一触发或轮询信号，并且等待来自应答机的响应信号，以确保编程信息被接收并被应答机正确地存储。这种用于通信的格式可被称为读取-程序-验证循环。在诸如帧340、342、344的单个帧的持续期上发生这些通信。在一些情况下，通过收费站或区域的应答机不被配置为使用初级协议。如果来自根据初级协议的应答机的响应在触发信号发射之后的预定持续期360内没有被接收，那么第一读取器将确定在第一读取器当前使用的天线的覆盖区域内不存在根据初级协议操作 的应答机。因此，它将启用第二读取器，由此允许第二读取器根据第二协议对于通信使用帧340、342、344的剩余部分。在一些实施例中，第一和第二读取器通过RF开关的触排(bank)与道路天线连接。RF开关可由第一读取器控制。在使用初级协议的应答机在帧的第一个105 μ s内没有被检测到的情况下，第一读取器将导致RF开关将适用的道路天线(18Α、18Β或18C)与使用次级协议操作的第二读取器连接。第二读取器可通过来自第一读取器的诸如同步脉冲的指示手段被通知天线访问机会。这向第二读取器提供在帧的剩余持续期中执行与被配置为使用次级协议的应答机的电子收费交易的机会。在一些实施例中，帧具有约2. 3ms的长度，意味着第二读取器将具有其间使用次级协议进行收费交易的约2. 2ms的剩余部分。在一些实施例中，次级协议是连续波协议。在这些实施例中，第二读取器在获取对于道路天线的访问之后在覆盖区域内广播连续波信号350 (单独地示为350b、350d、350f)。第二读取器在连续波信号的覆盖区域内等待来自使用次级协议操作的应答机的响应信号(例如，365b、365f)。如果应答机处于覆盖区域内并且响应，那么第二读取器可在次级协议下对于该车辆执行电子收费交易。现在将结合图2参照图1，该图以流程图的形式表示示例性的动态协议选择方法200。在以下的例子中，初级协议是主动标签协议。在另一实施例中，初级协议可以是被动标签协议。与频率或空间分集相反，方法200应用时间分集，以解决不同的协议的设备之间的干扰的问题。方法200从在初级协议中操作并与道路天线(18A、18B或18C)中的一个连接的AVI读取器17A向特定的覆盖区域发送广播触发信号(即，312a、312b等)开始(201)。在AVI读取器17A发送触发信号之后，对于来自初级协议应答机20的响应，本公开的动态协议选择方法将等待预定的持续期(202)。在一些实施例中，预定的持续期为帧的第一个105 μ S。如果初级标签在预定持续期内被检测到，那么初级协议AVI读取器17Α继续访问道路天线(18Α、18Β或18C)中的一个以执行电子收费交易(203)。如果初级协议标签在预定持续期内没有被检测到，那么对于道路天线(18Α、18Β或18C)的访问从在初级协议中操作的AVI读取器17Α切换到在次级协议中操作的AVI读取器17Β (204)。对于次级读取器17Β使用在一些实施例中为约2. 2ms的帧中的剩余的时间的剩余部分以在次级协议下操作
(205)。帧中的时间的剩余部分是足以使得次级协议执行与次级协议类型的应答机20的电子收费交易的时间。本公开的系统和方法以这样的方法利用帧中的时间，即，使得如果初级协议标签在预定的时间量内没有被检测到，那么帧中的时间的剩余部分被用于另一、次级协议中的操作。这影响循环协议的帧中的死空间，其中，当初级协议的应答机没有被检测到时，不使用帧的剩余时间。仅当在预定持续期内没有在捕获区域内检测到初级协议标签时次级协议才是相关的。因此，本申请的动态协议选择方法确保每一个帧可被利用以在初级协议中或者在次级协议中执打电子收费交易。可结合现有的基础结构使用动态协议选择系统和方法。次级协议AVI读取器17B可被添加到现有的在初级协议中操作的基础结构，使得ETC系统被修改为操作并与初级协议和次级协议两种类型的应答机20通信。在其它的实施例中，可存在多个初级协议和次级协议读取器。初级读取器与次级读取器的比可以为1:1，即，对于由天线18A、18B和18C服务的道路覆盖区域，存在一个初级读取器和一个次级读取器。在一些实施例中，只有一些覆盖某些车道的道路覆盖区域可同时具有初级和次级读取器。另外，在一些实施例中，本申请的系统和方法可支持初级协议和多于一个的次级协议。通过使用时分复用序列在本申请的ETC系统中限制不同的协议的设备之间的干扰。也可结合天线到车道映射使用动态协议选择方法和系统，这会确保在同时主动的读取器和/或收发机之间存在至少3车道(约>36ft)的分离。现在参照图8，该图表示根据本申请的另一方面配置的ETC系统800。ETC系统800包含被配置为支持(在本实施例中)多达四个RF多协议收发机802(单独地示为802a、802b、802c和802d)的单个读取器17底盘。每一个多协议收发机802被配置为根据两个或更多个协议操作。每一个收发机802与其自身的天线18连接。收发机802在处理器37的控制下操作，该处理器37控制在任意给定的时间收发机802中的哪一个是活动的以及每一个收发机802使用什么协议。读取器17、特别是处理器37根据预定固定帧持续期操作。此外，读取器17循环地操作，从而意味着它被配置为当时分复用时循环通过收发机802中的每一个。读取器17可在收发机802被频率复用时循环通过每一个收发机802的频率。另外，读取器17被配置为重复循环。在时分复用实施例中，固定时间持续期可以是每一个收发机802被依次用于在其捕获区域中与应答机通信的时隙。在频分复用实施例中，固定时间持续期可以是所有的收发机802被同时使用以使用它们的相应的子带在它们的相应的捕获区域内与应答机通信的时隙。在一些情况下，如下面概括的那样，读取器17可具有两个或更多个固定帧持续期。在一些情况下，读取器17可对于一个或更多个ETC协议使用时间复用，并对于一个或更多个协议使用频率复用。固定帧持续期导致读取器17具有固定循环时间或“超帧”，这允许多个读取器17在其中需要多于四个的天线的安装上(对于具有四个收发机的读取器)被链接在一起。根据本申请的一个方面，读取器17被配置为在固定帧持续期中使用多于一个的协议。特别地，读取器17可被配置为导致收发机802中的一个在固定帧持续期的开始使用第一协议，并且，如果在区域内没有检测到应答机，那么导致收发机802对于固定帧持续期的剩余部分使用第二协议。在后面阐述详细的示例性实施例。作为以下示出的示例性实施例，协议的特征可确定可如何组合它们。
在本系统800的实施例中使用的两个协议中的每一个具有预定的通信持续期。它是协议进行ETC交易需要的时间长度，其中，“ETC交易”是根据给定的协议的读取器与应答机之间的通信。在一些情况下，通信可以出于读取应答机、将应答机编程或进行轮询交易的目的。不管通信的目的如何，给定的协议都需要预定的时间量以实施这些通信。该预定的时间量在这里可被称为协议的“通信持续期”。为了实现效率，固定帧持续期被设为足够长的持续期，以根据协议中的任一个完成ETC交易，S卩，它至少如两个通信持续期中的任一个那样长，但比两个通信持续期的总和短。即，固定帧太短以至于不对于两个协议串行进行完整ETC交易。事实上，协议中的第一个具有其间它将知道是否存在被配置为使用第一协议通信的应答机的检测时间或窗口。固定帧持续期足够长，以允许第一协议确定不存在使用第一协议的应答机，并然后切换到第 二协议并根据第二协议完成ETC交易。如下面解释的那样，在一些情况下，固定帧的第一部分中的第一协议的使用可缩短根据第二协议完成ETC交易所需要的时间，特别虽在被动协议的情况下。示例性的ETC通信协议包含诸如某些私人协议的主动协议。例如，一个这种协议包含触发信号的广播。主动应答机被配置为收听触发信号，并且，一旦被检测，就唤醒主动应答机以发射响应消息。示例性的协议中的基本读取操作具有约700 μ S的通信持续期。可以理解，这是示例性的协议，并且，在其它的实施例中，可以使用其它的主动ETC通信协议。示例性的ETC通信协议还包含被动协议,诸如State of California Code ofRegulation (CALTRAN)Title 21 (T21)协议、ISO 18000-6B 协议和 ISO 18000-6C 协议。这些协议依赖于读取器广播连续波RF信号以激励并唤醒应答机(常常是粘贴标签)。一旦被激励，应答机就通过调制连续波RF信号应答，然后通过读取器检测其调制。例如，ISO18000-6B协议中的基本读取操作具有约5200 μ s的通信持续期。其间这种读取器将知道是否存在应答机的窗口为约几百微秒；持续期的剩余部分被用于应答机数据读取和解码。一些被动协议是宽带协议(例如，6MHz信道)，而其它的协议是窄带协议(例如，500kHz信道)。在许多的情况下，除了广播连续波RF信号以激励附近的应答机以外，读取器调制RF信号以发射指令或命令信号。现在参照图9，该图示出四信道(天线)示例性实现的采样定时图1000。每一个收发机802 (图8)在信道中的一个上使用其相应的天线18 (图8)通信。应当注意，本实施例采用其中一次只有一个收发机活动的时分复用。本示例性实现涉及使用第一主动协议和第二主动协议。定时图1000表示固定帧持续期1002。第一主动协议的选择可基于可根据该协议操作的区域中的应答机的期望数量。可以使用更少共用的协议作为第二协议。第一主动协议包含触发信号1004或唤醒信号的广播。在广播触发信号1004之后，读取器等待来自附近的应答机的响应。在一些情况下，响应窗口可以是几百微秒。因此，在固定帧持续期1002的第一部分1006内，读取器将知道是否在捕获区域内存在根据第一协议操作的任何应答机。在本实施例中，第二协议还通过广播触发脉冲1008操作。这种情况下的触发脉冲1008具有与由第一协议使用的触发信号1004不同的特性。在一些情况下，情况非常类似，不管应答机是否被配置为使用第一或第二协议，任一个将导致应答机响应。如果收发机没有在第一部分1006内从根据第一协议的应答机接收响应信号，那么读取器导致收发机对于固定帧持续期1002的剩余部分1010开始使用第二协议。特别地，收发机广播触发脉冲1008并且等待来自被配置为使用第二协议的附近的任何应答机的响应。在图9所示的例子的情况下，应当注意，信道A天线发送触发信号1004并且等待响应信号。如果在第一部分1006内没有接收到响应信号，则用于信道A天线的收发机切换为使用第二协议并且发送触发脉冲1008并等待响应信号。信道B天线在本实施例中从使用第一协议的应答机接收响应信号1012。响应信号1012在固定帧持续期1002的第一部分1006过期之前被检测到。与信道B天线连接的收发机使用第一协议以对于固定帧持续期的剩余部分1010与应答机通信，并且在该循环中放弃第二协议的任何使用。信道C天线不接收第一协议响应信号，因此，在固定帧持续期1002的第一部分1006之后，它发送触发脉冲1008。在应答中，它从被配置为使用第二协议的区域中的应答机接收第二协议应答信号1014。收发机和应答机使用固定帧持续期1002的剩余部分1010，以使用第二协议完成它们的通信。如上所述，根据特定的实现的配置，“完成”通信可包含进行应答机存储器的读取、用数据将应答机存储器编程、进行ETC交易或者其它的这种通信。为了简化，图9将响应信号1012和应答信号1014表示为单个块，但是可以理解，在一些实施例中，它可涉及该时间段中读取器与应答机之间的通信的多个交换。现在参照图10，该图表示四信道(天线)实现的另一采样定时图1100。在本例子中，第一和第二协议是被动ETC通信协议。本例子中的ETC系统使用可以具有与上面关于图9描述的固定帧持续期1002相同或不同的长度的固定帧持续期1102。第一帧持续期1102的长度依赖于协议的特性和它们的通信持续期。第一协议通过广播连续波RF信号1104初始化通信。接收连续波RF信号1104的区域中的被动应答机被唤醒。可通过具有一定的数据速率和表示第一协议的特性的轮询或询问或命令信号调制连续波RF信号1104。被配置为识别第一协议轮询或询问信号的区域中的应答机通过调制连续波RF信号1104以传送响应信号1112而响应。如果在固定帧持续期1102的第一部分1106内由读取器检测到响应信号1112，那么读取器将导致收发机对于固定帧持续期1102的剩余部分1110继续使用第一协议。如果在固定帧持续期1102的第一部分1106内读取器没有检测到响应信号1112，那么读取器导致收发机开始使用第二协议。因此，在固定帧持续期1102的剩余部分1110中，收发机发送第二连续波RF信号1108。虽然它被称为“第二”连续波RF信号1108，但是，在许多的实施例中，第二协议可使用类似或相同的连续波RF信号，并且可以仅涉及使用用于向区域中的应答机发射轮询信号的不同的调制或数据速率。有利地，在许多情况下，由于区域中的应答机已由根据第一协议发送的连续波RF信号1104被唤醒，因此第二协议的通信持续期被缩短。因此，第二协议通信可省掉否则一般会在发送第二协议轮询消息之前需要的等待时间段。固定帧持续期1102的剩余部分1110然后被用于第二协议通信，包含由被配置为通过调制载波使用第二协议操作的应答机传送的任何应答消息1114的接收。
仍然参照图10，应当注意，在本例子中，四个信道被时分复用。信道A和B没有检测到使用第一协议通信的应答机，因此，在固定帧持续期1102的第一部分1106之后，它们的相应的收发机切换为使用第二协议。信道C从使用第一协议的应答机检测到响应信号1112。因此，第一协议被用于整个第一帧持续期1102。信道D没有接收到根据第一协议的响应，因此，它在第一部分1106之后切换到第二协议,在该点上,它然后从使用第二协议的应答机接收应答消息1114。现在参照图11，该图表示示出另一示例性的四信道ETC系统的操作的另一示例性的定时图1200。在本实施例中，使用中的两个协议是窄带协议，这允许信道的频分复用。因此，在本例子中，在固定帧持续期1202中使用所有的四个信道A、B、C和D。如以上关于10示出的情况那样，使用中的两个协议均是被动协议。现在参照图12，该图表示示出使用四个ETC协议的四信道多协议ETC系统的操作的另一示例性定时图1300。在本例子中，第一协议是被动宽带协议。第二协议是主动宽带协议。第三和第四协议是被动窄带协议。系统采用第一固定帧持续期1302。在一个实施例中，第一固定帧持续期为约2. 3msο收发机被时分复用，意味着每一个收发机(信道A D)被分配它们的自身的第一固定帧持续期。系统还采用第二固定帧持续期1322。在一个实施例中，第二固定帧持续期为约6ms。收发机对于第二固定帧持续期1322被频分复用。从图12可以看出，在第一固定帧持续期1302的第一部分1306中使用第一协议。第一协议涉及连续波RF信号1304的发射，并且，如果存在被配置为使用第一协议的任何应答机，那么涉及在第一部分1306中检测响应信号1312。如果在第一部分1306中检测到响应信号1312，那么收发机在第一固定帧持续期1302的剩余部分中继续使用第一协议。如果在第一部分1306中没有检测到响应信号1312，那么收发机通过发送触发信号1308切换为使用第二协议。如果使用第二协议的任何应答机处于捕获区域中，那么它们用应答信号1314应答。在循环通过四个信道之后，读取器然后在第二固定帧持续期1322中测试第三和第四协议。第三和第四协议是被动窄带协议。首先在第二固定帧持续期1322中使用第三协议。第三协议涉及在第二固定帧持续期1322的第一部分1326中发射连续波RF信号1324。可根据第三协议调制连续波RF信号1324，以向区域中的任何应答机传送轮询或读取信号。如果任何第三协议应答机处于区域中、被唤醒并检测到轮询信号，那么它使用第三协议用响应信号1330响应。如图12中的信道A的情况那样，如果在第二固定帧持续期1322的第一部分1326中由收发机检测到响应信号1330，那么收发机在第二固定帧持续期1322的剩余部分中继续使用第三协议。否则，收发机通过根据第四协议发射包含轮询或其它消息的连续波RF信号1328，对于第二固定帧持续期1322的剩余部分切换为使用第四协议。当鉴于本说明书考虑时，对于本领域技术人员来说，本发明的某些适应和修改是十分明显的。因此，以上的讨论的实施例被视为解释性的，不是限制性的，本发明的范围由所附的权利要求而不是以上的说明书表示，因此，落入权利要求的意思和等同范围内的所有变化均要包含于其中。
权利要求
1.一种用于在多协议电子收费系统(800)中选择通信协议的方法，该系统包含具有至少两个多协议RF收发机(802)的读取器(17)，其中，读取器包含被配置为控制所述至少两个多协议RF收发机(802)的操作的处理器(37)，其中，每一个收发机都与被配置为定义道路中的捕获区域的相应天线(18)连接，并且其中，系统采用固定帧持续期，该方法包括 在固定帧持续期(1002)的第一部分(1006)内使用第一通信协议从第一收发机在其相应天线上发射信号； 检测符合第一通信协议的响应信号(1012)是否被第一收发机接收； 如果响应信号(1012)没有在固定帧持续期(1002)的第一部分(1006)内被接收，那么，在固定帧持续期(1002)的剩余部分内，使用第二通信协议从第一收发机在其相应天线上发射第二信号(1008);以及， 如果响应信号(1012)在固定帧持续期(1002)的第一部分(1006)内被接收，那么，在固定帧持续期(1002)的剩余部分内放弃使用第二通信协议并使用第一通信协议进行通信。
2.根据权利要求1的方法，其中，第一通信协议具有用于与应答机通信的第一通信持续期，其中，第二通信协议具有用于与应答机通信的第二通信持续期，并且其中，固定帧持续期(1002)比第一通信持续期长、比第二通信持续期长、并且比第一和第二通信持续期的组合长度短。
3.根据权利要求1或2的方法，其中，第一通信协议是被动协议，并且其中，从第一收发机发射信号包括发射在第一部分(1006)期间调制的连续波信号。
4.根据权利要求3的方法，其中，第二通信协议是具有包含应答机唤醒时间的预定通信持续期的另一被动协议，并且其中，固定帧持续期的剩余部分比预定通信持续期短。
5.根据权利要求3的方法，其中，第二通信协议是主动协议，并且其中，使用第二通信协议从第一收发机(802)在其相应天线(18)上发射第二信号包括在固定帧持续期(1002)的剩余部分期间停止发射连续波信号并发射触发信号。
6.根据权利要求5的方法，其中，发射第二信号还包括在固定帧持续期(1002)的剩余部分内检测应答信号并使用第二通信协议执行应答机编程操作。
7.根据权利要求6的方法，其中，执行应答机编程操作包括在固定帧持续期(1002)的剩余部分期间经由相应天线发送编程信号。
8.根据权利要求1 7中的任一项的方法，其中，所述至少两个多协议RF收发机(802)包含第二收发机(802b)、第三收发机(802c)和第四收发机(802d)，并且其中，使用所述第一收发机、所述第二收发机、所述第三收发机和所述第四收发机中的每一个依次对于连续的固定帧持续期(1002)循环执行所述方法。
9.根据权利要求8的方法，其中，方法还包含对于每个循环同时使用所有的所述至少两个多协议RF收发机(802)以在另一固定帧持续期(1202、1322)内根据窄带通信协议尝试通信，并且其中，采用频分复用以同时使用所有的所述至少两个多协议RF收发机。
10.根据权利要求9的方法，其中，根据窄带通信协议的通信包括 在所述另一固定帧持续期(1202、1322)的第一部分(1326)中使用窄带通信协议发射唤醒信号(1324);和 根据窄带通信协议检测是否接收到应答信号(1330)， 并且其中，该方法还包括如果在所述另一固定帧持续期(1202、1322)的第一部分内没有接收到应答信号，那么，在所述另一固定帧持续期(1202、1322)的剩余部分内使用第四通信协议发射另一信号(1328);和 如果在所述另一固定帧持续期(1202、1322)的第一部分内检测到应答信号，那么，在所述另一固定帧持续期的剩余部分内放弃使用第四通信协议并使用窄带通信协议。
11.一种用于参加电子收费(ETC)通信并具有两个或更多个RF多协议收发机(802)和被配置为控制所述至少两个多协议RF收发机(802)的操作的至少一个处理器(37)的读取器，读取器包含存储处理器可执行指令的存储器，这些指令在被执行时配置处理器(37)以执行在权利要求1 10中的任一项中要求保护的方法。
12.一种多协议电子收费(ETC)系统，用于对于在道路上行驶的车辆进行收费交易，其中，车辆配有被配置为根据第一通信协议操作的第一应答机或被配置为根据第二通信协议操作的第二应答机，该系统包括 包含两个或更多个RF多协议收发机(802)和被配置为控制所述至少两个多协议RF收发机(802)的操作的处理器(37)的读取器(17)； 两个或更多个天线(18)，每一个天线(18)都与所述两个或更多个收发机(802)中的相应一个连接，其中，每一个天线(18)都被定位为定义道路内的相应捕获区域； 其中，系统被配置为使用固定帧持续期(1302)操作， 并且其中，处理器(37)被配置为导致收发机(802)以 在固定帧持续期(1302)的第一部分(1306)内使用第一通信协议从第一收发机在其相应天线上发射信号(1304)； 检测符合第一通信协议的响应信号(1312)是否被第一收发机接收； 如果响应信号没有在固定帧持续期的第一部分(1306)内被接收，那么，在固定帧持续期(1302)的剩余部分内使用第二通信协议从第一收发机在其相应天线上发射第二信号(1308);以及， 如果响应信号在固定帧持续期(1302)的第一部分(1306)内被接收，那么，在固定帧持续期(1302)的剩余部分内放弃使用第二通信协议并使用第一通信协议进行通信。
全文摘要
用于在电子收费系统中动态选择通信协议的系统和方法。读取器包含在处理器的控制下操作的两个或更多个多协议收发机，每一个收发机都具有专用的天线。系统使用固定帧持续期。在固定帧持续期的第一部分中使用第一通信协议。如果在第一部分内没有检测到响应信号，那么，对于固定帧持续期的剩余部分，系统停止使用第一通信协议而使用第二通信协议。固定帧持续期比一般由第一和第二通信协议使用以进行电子收费交易通信的持续期的总和短。
文档编号G07B15/06GK103026389SQ201180029255
公开日2013年4月3日 申请日期2011年6月9日 优先权日2010年6月14日
发明者J·考赫利, R·图尔诺克 申请人:卡波施交通加拿大公司