一种便于应用扩展的etc阅读器及其工作方法
【技术领域】
[0001] 本发明创造属于ETC技术领域，更具体的说，是通过集成业务流程操作和安全认证 功能的安全控制模块来管理和控制阅读器，阅读器提供协议和通信支撑的设备架构，起到 统一业务规范、便于应用场景扩展、提升业务效率和系统安全的目的。
【背景技术】
[0002] 随着ETC全国联网的推进，ETC应用越来越被人们所接受。越来越多的车主开始使 用ETC标签，体验ETC带来的便捷的出行体验。到2015年，ETC用户已经突破2100万，并于9月 底基本实现全国联网。可预见，ETC用户数量还会进一步爆发式增长。随着ETC规模的扩大， ETC的扩展应用成为人们关注的热点方向。ETC主要定位在高速不停车收费，如何深挖高速 交通上其他应用，同时如何在城市交通中使用已存在的ETC标签，满足人们更多的出行应用 需求，是许多设备厂商和各种公路管理部门、营运部门挖掘和开拓的市场机会点。
[0003] 目前基于ETC系统最主要的扩展应用有高速多路径识别系统，用于高速公路不同 路径跟踪和费用拆分，需要实现路径广播、非法稽查和测速等功能;多车道自由流不停车收 费系统(MLFF)，在城市的主要干道及桥梁进行过路收费，通过经济手段来调节车辆流量和 路径选择，起到缓解拥堵的作用，需要实现快速双向认证和并发交易等功能;城市智能停车 场，用于城市停车场的出入口收费、身份稽查和智能引导，需要实现身份认证和信息广播等 功能；智能交通卡口，用于城市交通路口信息采集和交通引导，实现身份认证和与视频双基 采集比对等功能；以及其他如水上ETC系统、智能加油站系统、军车管理系统等等不同的应 用场景。每个应用场景都涉及到不同的业务需求、业务流程、文件系统和安全系统，阅读器 如果兼容不同场景会大大增加设计的复杂性和实现效率。另一方面，针对同一应用场景，不 同设备厂家的实现也会存在差异，比如指令流程组合顺序、文件操作大小、指令发送间隔、 重传间隔和次数、释放链路流程处理等都会存在各自厂家的理解和实现，这样就为不同厂 家设备互联互通带来困难。虽然全国ETC应用经过多年磨合实现联网，但设备兼容效率一直 是限制系统效率的一个瓶颈，随着更多ETC扩展应用的展开，这个问题会更加突出。综上可 以看到，如何使ETC阅读器能快速安全的支持不同应用场景，减少设计难度，同时在相同场 景下，规范不同阅读器厂家的实现方式和接口标准，便于互通互联和业务的规范性开展，并 能提供安全高效的系统机制保障，是拓展ETC应用前景、深挖ETC设备市场机会的关键问题。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明创造旨在提出一种便于应用扩展的ETC阅读器，以解决ETC阅读 器不能支持不同的扩展应用、规范不同阅读器的业务操作、提供更好的安全系统支撑的问 题。
[0005] 为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
[0006] 一种便于应用扩展的ETC阅读器，包括安全控制模块和基础支持模块，安全控制模 块作为业务和安全中心，基础支持模块包含阅读器CPU系统，作为通信和协议中心，两者协 同工作；
[0007] 所述安全控制模块s⑶包括：
[0008] 业务控制子模块，通过与DSRC协议子模块进行空口指令交互，与车道通信模块进 行数据相关指令的交互，实现业务流程和协议参数控制；
[0009] 业务安全子模块，写入业务密钥对和密钥算法，实现与车载标签上密钥体系一致 的业务安全密钥体系，完成业务流程中与车载标签的认证鉴别、相关业务信息的加密和解 密；
[0010]系统安全子模块，写入相应系统密钥算法、密钥因子和scu唯一标识信息，存储安 全控制模块SCU与基础支持模块的身份证书和授权信息；
[0011] 所述基础支持模块BSU包括：
[0012] DSRC协议子模块，接收或响应业务控制子模块发出的空□指令，进行协议组帧、封 装、解析、指令下发和响应上报，实现与车载标签交互；同时控制阅读器的射频单元，完成射 频参数配置和射频开关控制；
[0013]车道通信模块，用来进行与车道计算机或采集系统的通信方式的支持，完成数据 通信成帧封装和解析，完成指令适配；
[0014]系统配置子模块，写入相应系统密钥算法、密钥因子和BSU唯一标识信息，配合系 统安全子模块完成安全控制模块SCU的身份认证。
[0015] 进一步的，S⑶和BSU通过定义的交互指令完成业务通信和控制权的切换，通过保 活机制和超时控制来确保两者之间的链接状态;在业务流程阶段，SCU与BSU之间的交互指 令的指令流包括从SCU到BSU的空口指令转发帧、业务数据上报帧、业务流程结束帧；以及对 应的从BSU到SCU的空口响应帧、业务数据响应帧、业务结束响应帧。
[0016] 进一步的，所述业务安全密钥体系采用对称加密算法，系统密钥采用公私密钥对 和数字证书算法。
[0017] 进一步的，所述SCU对应的硬件实体为独立单板或模块形式，通过插针或USB接口 与阅读器的主板相连，接口形式为高速并口或SPI或USB。
[0018] 上述便于应用扩展的ETC阅读器的工作方法，包含如下步骤：
[0019] 步骤A.SCU和BSU在出厂或发行时，其内的系统安全子模块和系统配置子模块均写 入相应系统密钥算法、密钥因子、和设备唯一标识信息;业务安全子模块写入业务密钥对和 业务密钥算法；
[0020] 步骤B.在阅读器初次整理入网使用时，S⑶和BSU生成各自的系统密钥对，携带身 份信息，向营运密钥管理中CA申请设备的授权数字证书；
[0021] 步骤C.设备每次上电后，S⑶通过授权的数字证书对BSU进行身份验证，确认合法 后可以进行后续业务操作;如果设备不合法或SCU未进行初始化，重新执行步骤B进行设备 初始化申请；
[0022] 步骤D.BSU寻求与车道计算机或者采集系统的软件建链，获得阅读器的工作配置 信息；
[0023]步骤E.BSU的系统配置子模块综合步骤D获取的工作配置信息和SCU支持模式，对 SCU进行工作模式配置；
[0024]步骤F. SCU完成工作模式配置后，对BSU进行业务参数配置，开始业务流程；
[0025] 步骤G. SCU下发空口指令转发命令给DSRC协议子模块，DSRC协议子模块进行协议 组帧发送，与车载标签交互;从车载标签返回的信息经过DSRC协议子模块解帧，通过空口响 应结果上报命令传递给SCU;
[0026] 步骤H.SCU通过对响应结果解析，看是否需要上报车道计算机进行结果确认或信 息获取，如果需要，向BSU发送业务数据上报命令;如果不需要，继续进行下一步空口指令转 发或其他处理；
[0027] 步骤I. BSU通过车道通信子模块将业务数据上报给车道计算机或采集系统，获得 信息确认或下一步交互指令，再将响应结果通过业务数据响应命令下发给SCU;
[0028] 步骤J.BSU接收到业务数据响应命令后进行相应分析再继续执行下一步空口指令 转发或其他处理;根据业务需要重复步骤G至步骤J，直至业务完成。
[0029] 相对于现有技术，本发明创造所述的便于应用扩展的ETC阅读器具有以下优势：
[0030] (1)本发明提出了一种新的阅读器的架构，在阅读器中引入集成业务控制和安全 系统的安全控制模块(SCU)作为阅读器的业务控制中心，阅读器提供基础的DSRC协议支持 和通信支持，通过安全控制模块的统一调度和控制，来实现ETC扩展应用功能。通过安全控 制模块对流程参数的统一，来减少阅读器的实现差异。
[0031] (2)同时，该设计引入安全控制模块的身份鉴别及阅读器与安全控制模块之间的 身份认证，增加了阅读器授权的安全等级。
【附图说明】
[0032]构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创 造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在 附图中：
[0033]图1为本发明创造实施例所述便于应用扩展的ETC阅读器的功能模块交互原理图；
[0034]图2为本发明创造实施例所述阅读器各模块协同工作业务过程的流程图；
[0035]图3为本发明创造实施例所述便于应用扩展的ETC阅读器的硬件结构原理框图。
【具体实施方式】
[0036]需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可 以相互组合。
[0037] RSU路侧单元是ETC系统中，安装在路侧，采用DSRC技术，与车载单元0BU进行通讯， 实现车辆身份识别，电子扣分等功能的装置。RSU的设计遵循国家标准为GB20851，通讯频率 为5.8GHz。
[0038] 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。
[0039] 本发明实施例提供一种便于应用扩展的ETC阅读器，如图1所示，包括安全控制模 块(SCU)和基础