RFID使用的标准介绍.ppt

RF ID使用的标准介绍,XYQ 2008-4-9,ISO相关标准,IC 卡(Integrated Circuit Card)的发明和发展吸引了世界众多厂商的参与，在这期间涌现了大量新技术和应用。国际标准化组织(ISO)为IC 卡及相关设备制订了大量的标准，其中包括： 1 接触式IC 卡国际标准 (a) ISO/IEC7816-1 : 接触式IC 卡的物理特性； (b) ISO/IEC7816-2 : 接触式IC 卡的触点尺寸和位置； (c) ISO/IEC7816-3 : 接触式IC 卡(异步卡)的电信号和传输协议(T=0/T=1),适用于CPU 卡； (d) ISO/IEC7816-10 : 接触式IC 卡(同步卡)的电信号和复位应答，适用于存储卡和加密卡。 2 非接触式IC 卡标准 (a) ISO/IEC14443-1 : 非接触式IC 卡的物理特性； (b) ISO/IEC14443-2 : 非接触式IC 卡的射频能量和信号接口； (c) ISO/IEC14443-3 : 非接触式IC 卡的初始化和防冲突(Type A/Type B)； (d) ISO/IEC14443-4 : 非接触式IC 卡的选择应答和传送协议(T=CL)。 3 传输层及应用层标准 (a) ISO/IEC7816-4 : 行业间交换用命令； (b) ISO/IEC7816-5 : 应用标识符的编号系统和注册过程； (c) ISO/IEC7816-6 : 行业间数据元； (e) ISO/IEC7816-7 : 结构化卡查询语言的行业间命令； (f) ISO/IEC7816-8 ： 安全有关行业间命令。,在IC 卡相关标准制订过程中遵循了国际标准化组织的开放系统互连模型(OSIOpen System Interconnection model),各标准之间也相应地存在层次依附关系.,ISO开放系统互连模型,MIFARE是Philips所拥有的13.56MHz非接触性辨识技术，现在市场上应用广泛的Mifare 系列非接触卡都遵循ISO/IEC14443-1、ISO/IEC14443-2、ISO/IEC144443-3 Type A 标准；此外，新出现的Mifare DESfire 与Mifare Pro 非接触卡还遵循14443-4(T=CL)协议标准，见下表：,什么是MIFARE?,PICC： proximity cards 邻近卡 PCD： Proximity Coupling Device 邻近耦合设备，可以理解为读卡器 fc： Carrier frequency 载波频率，这里为13.56M fs： Subcarrier frequency 副载波频率 ASK： Amplitude Shift Keying 幅频键控 NRZ： None-Return to Zero 不归零 REQA：Request Command, Type A A型请求命令 REQB：Request Command, Type B B型请求命令 WUPA：Wake-UP Command, Type A A型唤醒命令 WUPB：Wake-UP Command, Type B B型唤醒命令 ATQA： Answer To Request, Type A A型请求回应命令 ATQB： Answer To Request, Type B B型请求回应命令 NVB： Number of Valid Bits, Type A A型有效位地址 SAK： Select AcKnowledge, Type A A型选择应答命令,标准中使用的缩略词,ISO14443-1,ISO/IEC14443的这一部分规定了邻近卡（proximity cards：PICC）的物理特性。 一、一般物理特性和尺寸： 一般特性参照ID1型识别卡的一般特性来定义。ID1型识别卡是在ISO7810中定义的，ISO7810定义了ID1型识别卡的物理特性，包括材料、构造和尺寸。 ID1型识别卡尺寸如下：,ISO14443-1,二、附加特性： 附加特性包括：,紫外线。 X射线。 动态弯曲应力：短边和长边的最大偏移为hwA=20mm，hwB=10mm能正常工作。 动态扭曲应力：旋转角度为15，能正常工作。 可变磁场、 可变电场、 静态电流、 静态磁场、 工作温度：0-50oC，能正常工作。,ISO14443-2,ISO/IEC14443的这一部分规定了需要供给能量的场的性质与特征，以及邻近耦合设备（Proximity Coupling Device：PCDs）和邻近卡（PICCs）之间的双向通信。,一、邻近卡的初始化对话 邻近耦合设备和邻近卡之间的初始化对话通过下列连续操作进行： PCD的射频工作场激活PICC 邻近卡静待来自邻近耦合设备的命令 邻近耦合设备命令的传送 邻近卡响应的传送 这些操作使用下面段落中规定的射频功率和信号接口。,二、功率传输 射频工作场频率（fc）是13.56MHz7KHz。 最小未调制工作场的值是1.5A/mrms，以Hmin表示。 最大未调制工作场的值是7.5A/mrms，以Hmax表示。 邻近卡应持续工作在Hmin和Hmax之间。 从制造商特定的角度说（工作容限），邻近耦合设备应产生一个大于Hmin，但不超过Hmax的场。 另外，从制造商特定的角度说（工作容限），邻近耦合设备应能将功率提供给任意的邻近卡。 在任何可能的邻近卡的状态下，邻近耦合设备不能产生高于在ISO/IEC144431中规定的交变电磁场。 邻近耦合设备工作场的测试方法在国际标准ISO/IEC10373中规定。,三、信道接口 耦合IC卡的能量是通过发送频率为13.56MHz的阅读器的交变磁场来提供。由阅读器产生的磁场必须在1.5A/m7.5A/m之间。国际标准ISO14443规定了两种阅读器和近耦合IC卡之间的数据传输方式：A型和B型。一张IC卡只需选择两种方法之一。符合标准的阅读器必须同时支持这两种传输方式，以便支持所有的IC卡。阅读器在”闲置“的状态时能在两种通信方法之间周期的转换。,ISO14443-2,四、通讯信道接口-Type A和Type B比较,调制,ISO14443-2,编码,ISO14443-3,ISO/IEC14443的这一部分规定了邻近卡（PICCs）进入邻近耦合设备（PCDs)时的轮寻，通信初始化阶段的字符格式，帧结构，时序信息。REQ和ATQ命令内容，从多卡中选取其中的一张的方法，初始化阶段的其它必须的参数。,一、轮询机制 为了检测PICC卡是否进入了工作场，读卡设备PCD应该重复的发送请求命令，请求命令必需是REQA和REQB。 当一个PICC卡进入一个未调制的工作场，它必须在5ms内能够接收请求命令。,二、A型卡初始化和防碰撞 (1)帧格式和时序：帧传输必须成对发生，PCD到PICC传输后面跟着 PICC到PCD的传输，具体如下： -PCD帧 -PCD开始通信 -PCD发送的信息、请求、错误检测位 -PCD结束通信 -PCD到PICC的帧延时时间(此时间覆盖PCD结束通信时间) -PICC帧 -PICC开始通信 -PICC发送的信息、请求、错误检测位 -PICC结束通信 -PICC到PCD的帧延时时间,TYPE A,ISO14443-3,PCDPICC帧延时,TYPE A,ISO14443-3,PICCPCD帧延时 PICC的最后一个调制发送到PCD的第一个暂停(pause)发送时间间隔至少为1172/fc (1172/13.56M=86.43us)。 在两个连续的REQA命令起始位之间，至少要保证7000/fc的时间间隔。 帧格式有以下三种： Short frame(短帧),Standard frame(标准帧),Bit oriented anticollision frame(位导向防碰撞帧) 位导向防碰撞帧仅用在7个字节长度的标准帧发生碰撞时。位碰撞后分成两个帧：part1(PCDPICC传输)、part2(PICCPCD传输)，并遵循以下规则： 1、数据位的总和为56个bit，也即7个字节。 2、part1最小长度为16个数据位。 3、part1最大的长度位55个数据位。,TYPE A,一个整字节完成后发生位碰撞，分成了两个帧。,一个字节中发生位碰撞，分成了两个帧。,碰撞帧主要是用于选择卡，用卡的唯一ID号来产生碰撞，让读卡器知道，并发出选卡命令。与MMC的选卡有点类似，但又不相同。,NVB编码,TYPE A,CRC_A CRC是所有数据位的校验值，数据位为8bit的倍数，CRC校验不包括奇偶位P、起始位S、结束位E、和CRC_A本身。CRC在标准帧中以两个字节发送，在结束位E之前发送。,ISO14443-3,(2)PICC卡状态：,掉电状态(POWER-OFF) 没有载波能量而不能启动的状态。 闲置状态(IDLE) 在闲置状态，PICC卡上电工作，并可以接收REQA命令或WUPA命令。当接收命令后，会返回ATQA。 准备状态(READY) 在准备状态，实现位帧的防碰撞算法或其它可行的防碰撞算法。 激活状态(ACTIVE) 在此状态，PICC卡可以接收任何更高层的信息。 挂起状态(HALT) 在此状态，仅可以接收并响应WUPA命令。当接收命令后，会返回ATQA。,TYPE A,(3)A型命令集： 总共包含如下几个命令： REQA： A型请求命令 WUPA： A型唤醒命令 ANTICOLLISION： 防碰撞命令 SELECT： 选择卡命令 HALT： 挂起命令,ISO14443-3,REQA and WUPA COMMAND PCD发送这两个命令来检测是否有PICC卡在邻近，这两命令是以短帧的方式发送的。命令格式如下：,TYPE A,ISO14443-3,ANTICOLLISION and SELECT COMMAND 这两个命令是防碰撞环时使用，命令由以下三部分组成： -选择命令，1字节。 -有效位地址，即NVB。 -根据NVB描述的0到40个有效位数据。 ANTICOLLISION发送使用位导向防碰撞帧发送。 SELECT使用标准帧发送。 如果卡唯一ID号(UID)有效数据位40位(即NVB70h)，命令就是SELECT命令，否则是ANTICOLLISION命令。 如果PICC卡传送完全部UID，卡就会从READY状态转为ACTIVE状态。同时发出传输完全部UID的响应命令SAK。否则PICC卡还是在READY状态。,HALT COMMAND HALT命令用标准帧发送，格式如下。,TYPE A,(3)选择流程： 选择流程的目的是从一张PICC卡得到UID，并且把此卡选中建立后续的通讯。,ISO14443-3,TYPE A,PCD端看到的选择流程,ISO14443-3,卡被选中后回复的应答命令,TYPE A,ISO14443-3,TYPE A,选择卡的命令,三、B型卡初始化和防碰撞 (1)帧格式和时序： 字节传输格式,ISO14443-3,帧传输格式,etu：Elementary time unit，基本时间单元,SOF(Start Of Frame)组成： 1、一个下降边缘。 2、十个逻辑0时间单元。 3、一个上升边缘。 4、接着两至三个逻辑1。,EOF(End Of Frame)组成： 1、一个下降边缘。 2、十个逻辑0时间单元。 3、一个上升边缘。,TYPE B,PICC SOF帧之前的时序,ISO14443-3,(default：64/fs)TR0(256/fs) (80/fs)TR1(200/fs),PCD SOF帧之前的时序,CRCB,TYPE B,TYPE B,(2)PICC状态描述：,ISO14443-3,掉电状态(POWER-OFF) 没有载波能量而不能启动的状态。 闲置状态(IDLE) 在这个状态，PICC已经上电，监听数据帧，并且能够识别REQB信息。当接收到有效的REQB帧的命令，PICC定义了单一的时间槽用来发送ATQB。如果是PICC定义的第一个时间槽，PICC必须发送ATQB的响应信号，然后进入准备已声明子状态。 如果不是PICC定义的第一个时间槽，PICC进入准备已请求子状态。 准备-已请求状态(READY-REQUESTED) 在本状态下，PICC已经上电，并且已经定义了单一的时间槽用来发送ATQB。 它监听REQB和Slot-MARKER数据帧。 准备-已声明状态(READY-DECLARED) 在本状态下，PICC已经上电，并且已经发送了对REQB的ATQB响应。 它监听REQB和ATTRIB的数据帧。 激活状态(ACTIVE) PICC已经上电，并且通过ATTRIB命令的前缀分配到了通道号，进入到应用模式。 它监听应用信息。 挂起状态(HALT) PICC工作完毕，将不发送调制信号，不参加防碰撞循环。,ISO14443-3,(3) B型命令集： 管理多极点的通信通道的4个基本命令： REQB B型请求命令 Slot-MAKER 时间槽产生命令 ATTRIB 选择前缀命令 HLTB 挂起命令,REQB/WUPB命令格式,The Anticollision Prefix byte is APf = 05 = (0000 0101)b.,应用系列表示符表格,0 1,TYPE B,SLOT-Maker命令格式,ISO14443-3,Coding of Anticollision Prefix byte APn,TYPE B,ISO14443-3,TYPE B,ATQB响应格式,ATQB是REQB、WUPB和SLOT-Maker命令的响应。,ATTRIB命令格式,ISO14443-3,TYPE B,ATTRIB命令的响应格式,ISO14443-3,TYPE B,高半字节表示PICC最大的buffer大小(Maximum Buffer Length Index)。 MBLI=0，表示PICC没有相关的信息给PCD。 MBLI 0，计算公式为MBL = (PICC Maximum Frame Size)* 2(MBLI-1)， PICC Maximum Frame Size为PICC在ATBQ返回给PCD的。PCD要确保发送给PICC的数据长度不要超过MBL。 低半字节为CID值，如果没有CID则四位置为0。 如果没有更高层数据，则响应格式如下：,TYPE B,HLTB命令的格式,ISO14443-3,HLTB命令的响应格式,ISO14443-3,TYPE B,Type B 卡状态转换图,R is a random number chosen by the PICC in the range from 1 to N,Option 1 For PICCs not supporting Slot-MARKER Command,Option 2 For PICCs supporting Slot-MARKER Command,ISO14443-4,TYPE A,一、TYPE A型卡激活流程,如果SAK中表示和ISO14443-4兼容，则ATS可用,PCD发送RATS命令,PICC发送ATS命令,从PICC发送的ATS数据中看是否支持PPS(Protocol and Parameter Selection),如果参数需要改变的话，PCD发送PPS Req命令,TYPE A,RATS：(Request for Answer to Select)，请求选择应答命令,FSD定义了PCD能接收的最大帧大小,CID定义了PICC的逻辑地址号，取值范围为0-14，15为保留值。,ISO14443-4,应用信息字节，如果有，最少4字节。,格式字节(format byte),Interface byte TA1,Interface byte TB1,Interface byte TC1,ATS：(Answer to Select)，选择应答命令,TL,T0,TA1,TB1,TC1,A1,Ak,CRC1,CRC2,命令长度，包括TL本身计算在内，不包括CRC两字节。,FSC定义了PICC能接收的最大帧大小，编码格式跟FSD一样， FSCI缺省值为2,ISO14443-4,TYPE A,PPS Req：(Protocol and Parameter Selection request)，协议和参数选择请求命令,PPSS,PPS0,PPS1,CRC1,CRC2,Start byte,format byte,format byte,parameter byte,ISO14443-4,PPSS,CRC1,CRC2,Start byte,PPS Res：(Protocol and Parameter Selection response)，协议和参数选择应答命令,TYPE A,Activation frame waiting time：激活状态帧等待时间,ISO14443-4,定义最大的帧等待时间为65536/fc，此时间为从PCD发布完一帧到PICC开始回应的时间。最小的帧等待时间在ISO14443-3中已定义。,Error detection and recovery：错误检测和恢复,RATS和ATS期间的错误处理。 PPS request和PPS response期间的错误处理。 激活器件CID错误的处理。,TYPE A/B,二、TYPE B型卡激活流程,B型卡激活流程在ISO14443-3里面已经有定义。,三、半双工块传输协议,ISO14443-4,此协议参考OSI(Open System Interconnection )来定义，分为四层： 物理层(Physical layer)，ISO14443-3定义。 数据链路层(Data link layer)，本节定义。 会话层(Session layer)。 应用层(Application layer)。,(1)块格式(block format)：,Frame Size proximity Card,Frame Size proximity coupling Device,可选,必需,Protocol control byte(PCB),ISO14443-4,定义了三可基本类型块：I-block，R-block，S-block,Information block：用来传输应用层的信息,Receive ready block：用来传输双方的应答，此块不能包含INF信息。,Supervisory block：用来交换双方的控制信息,Card identifier (CID),ISO14443-4,Node address (NAD),用来建立和寻址不同的逻辑连接。,Information field(INF),Epilogue field,跟ISO14443-3定义的CRC功能一样。,(2)帧等待时间： Frame waiting time (FWT)：,ISO14443-4,PCDPICC,PICCPCD,WTXM取值范围为1-59，其他保留,当PICC需要比FWT更长的时间来处理最后接收到的数据块时，就可以发送S(WTX)，此字节在INF段中传送。,FWI在ATS中的TB1字节中定义，在本文33页。,ISO14443-4,(3)协议操作(Protocol operation)：,多激活功能(Multi-Activation),多激活功能允许PCD同时使几个PICC处于激活状态，可以使PCD在几个PICC间切换，而不需额外的时间来屏蔽一个PICC，激活另外一个PICC。,数据链(Chaining),ISO14443-4,数据链功能可以使PCD和PICC传输多于单个块允许传输的数据量。数据链把信息分成多个块来传输，使数据量适合每个单个块。下图表示传输16字节的数据分成三个块来传输。,ISO14443-4,错误检测和恢复(Error Detection and recovery),PCD要能检测如下的错误： (a)传输错误或者FWT time-out。PCD可以尝试如下方式恢复错误： 重新传输数据块 发送deselect请求命令 忽略这张PICC卡 (b)协议错误。 PCD可以尝试如下方式恢复错误： 发送deselect请求命令 忽略这张PICC卡 PICC要能检测如下的错误： (a)传输错误 (b)协议错误 PICC检测到错误发生后，要回到接收状态，并且不发响应命令。,ISO14443-4,块编号规则(Block numbering rules),PCD规则： (a)PCD要为每个PICC卡把PCD的块编号初始化为0。 (b)当PCD接收到一个和当前块编号一样的应答块(I-block or R-block)，PCD要在下一次发 送块之前翻转块编号。 PICC规则： (a)PICC应该初始化块编号为1 (b)当收到一个I-block，PICC在发送一个块之前翻转块编号。 (c)当收到一个R-block，其块编号和PICC当前的块编号不一样，PICC要在发送一个块之前翻转块编号,块处理规则(Block handling rules),普通规则： (a)第一个块由PCD发送。 (b)当一个表示了数据链标记的块I-block收到了后，PICC应该发送一个R(ACK) block。 (c)S-block是成对出现的。S-block之后总是跟着一个S-block。,谢 谢 ！,无线电调制方法,传统的无线电技术中，主要时众所周知的模拟调制方法，根据电磁波的三个参数，可以区分为振幅调制，频率调制和相位调制。所有的其他的调制方法都是从这三种类型之一中引申出来的。射频识别系统采用的调制方法是幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移键控(PSK)的数字调制法。三种调制方法示例如下：,幅移键控(ASK)即按载波的幅度受到数字数据的调制而取不同的值，例如对应二进制0，载波振幅为0；对应二进制1，载波振幅为1。调幅技术实现起来简单，但容易受增益变化的影响，是一种低效的调制技术。在电话线路上，通常只能达到1200bps的速率,频移键控(FSK)即按数字数据的值（0或1）调制载波的频率。例如对应二进制0的载波频率为F1，而对应二进制1的载波频率为F2。该技术抗干扰性能好，但占用带宽较大。在电话线路上，使用FSK可以实现全双工操作，通常可达到1200bps的速率。,相移键控(PSK)即按数字数据的值调制载波相位。例如用180相移表示1，用0相移表示0。这种调制技术抗干扰性能最好，且相位的变化也可以作为定时信息来同步发送机和接收机的时钟，并对传输速率起到加倍的作用。,返回,Miller 编码用在半个比特周期的任意边缘表示二进制1，而经过下一个周期中不变的电平表示二进制O，如果连续一串O，则在O比特周期开始时产生电平交变。改进Miller编码是对Miller编码的改型，每