rfid 第4讲数据校验与防碰撞

1、第4讲 数据校验和防碰撞算法在RFID系统中，数据传输的完整性存在两个方面的问题：外界的各种干扰可能使数据传输产生错误；多个应答器同时占用信道使发送数据产生碰撞。运用数据检验（差错检测）和 防碰撞算法可分别解决这两个问题。数 据 校 验4l差错 l随机错误： 由信道中的随机噪声干扰引起。在出现这种错误时，前后位之间的错误彼此无关。 l突发错误： 由突发干扰引起，当前面出现错误时，后面往往也会出现错误，它们之间有相关性。 l混合错误 正确比特流00111000 接收比特流01100100 异或错误图样 01011100 突发错误长度b=5 5l差错控制l在传输信息数据中增加一些冗余编码，使监督码

2、元和信息码元之间建立一种确定的关系，实现差错控制编码和差错控制解码功能 。l反馈重发（ARQ）、前向纠错（FEC）和混合纠错（HEC） 反馈重发发送端需要在得到接收端正确收到所发信息码元（通常以帧的形式发送）的确认信息后，才能认为发送成功。混合纠错是ARQ和FEC的结合，设计思想是对出现的错误尽量纠正，纠正不了则需要通过重发来消除差错。 前向纠错接收端通过纠错解码自动纠正传输中出现的差错，所以该方法不需要重传。这种方法需要采用具有很强纠错能力的编码技术 。6l检纠错码 l信息码元与监督码元 信息码元 k 监督码元r 7l检纠错码的分类 奇偶校验l奇偶校验码是一种奇偶校验码是一种最简单而有效最简

3、单而有效的数据校验方法。的数据校验方法。l实现方法实现方法: : 在每个被传送码的左边或右边加上在每个被传送码的左边或右边加上1 1位奇偶校验位位奇偶校验位0 0或或1, 1, 若采用奇校验位若采用奇校验位, , 只需把每个编码中只需把每个编码中1 1的个数凑成奇数的个数凑成奇数; ; 若若采用偶校验位采用偶校验位, , 只要把每个编码中只要把每个编码中1 1的个数凑成偶数。的个数凑成偶数。l检验原理检验原理: : 这种编码能发现这种编码能发现1 1个或奇数个错个或奇数个错, , 但因码距较小但因码距较小, , 不能不能实现错误定位。实现错误定位。l对奇偶校验码的评价对奇偶校验码的评价: :它

4、能发现一位或奇数个位出错，但无错它能发现一位或奇数个位出错，但无错误定位和纠错能力。尽管奇偶校验码的检错能力较低，但对出误定位和纠错能力。尽管奇偶校验码的检错能力较低，但对出错概率统计错概率统计, , 其中其中70708080是是1 1位错误位错误, , 另因奇偶校验码实现简另因奇偶校验码实现简单单, , 故它还是一种应用最广泛的校验方法。故它还是一种应用最广泛的校验方法。l实际应用中实际应用中, , 多采用奇校验多采用奇校验, , 因奇校验中不存在全因奇校验中不存在全“0”0”代码代码, , 在在某些场合下更便于判别。某些场合下更便于判别。 0000100010001000011101000

5、0101101101011101000010011101011011011001110101110011111奇偶校验的校验方程l设设7 7位信息码组为位信息码组为C C7 7C C6 6C C5 5C C4 4C C3 3C C2 2C C1 1, , 校验码为校验码为C C0 0 , ,则对偶校验则对偶校验, , 当当满足满足lC C7 7CC6 6CC5 5CC4 4CC3 3CC2 2CC1 1CC0 00 0 （1 1） 时时, , 为合法码为合法码; ; 对奇校验对奇校验, , 当满足当满足lC C7 7CC6 6CC5 5CC4 4CC3 3CC2 2CC1 1CC0 0 1 1

6、 （2 2） 时时, , 为合法码。这里的为合法码。这里的表示模表示模2 2相加。相加。l对于偶校验对于偶校验, , 合法码字应满足合法码字应满足 n n C Ci iCC0 00 0 （3 3） i-1i-1l对于奇校验对于奇校验, , 合法码字应满足合法码字应满足 n n C Ci iCC0 01 1 （4 4） i-1i-1注意注意: :公式公式(1)(2)(1)(2)为奇偶校验位为奇偶校验位的生成方程的生成方程; ;公式公式(3)(4)(3)(4)为校验方程。为校验方程。循环冗余校验码(Cyclic Redundancy Check ,CRC) lCRCCRC码是一种检错、纠错能力很强

7、的数据校验码码是一种检错、纠错能力很强的数据校验码, , 主要用于网络、同主要用于网络、同步通信及磁表面存储器等应用场合。步通信及磁表面存储器等应用场合。1 1循环冗余校验码的编码方法循环冗余校验码的编码方法l循环冗余校验码由两部分组成循环冗余校验码由两部分组成, , 左边为信息位左边为信息位, , 右边为校验位。若信右边为校验位。若信息位为息位为N N位位, , 校验位为校验位为K K位位, , 则该校验码被称为则该校验码被称为(N(NK, N)K, N)码。码。l编码步骤编码步骤如下：如下：(1)(1)将待编码的将待编码的N N位有效信息位表示为一个位有效信息位表示为一个n n1 1阶的多

8、项式阶的多项式M(X)M(X)。(2)(2)将将M(X)M(X)左移左移K K位位, , 得到得到M(X).XM(X).Xk k（K K由预选的由预选的K K1 1位的生成多项式位的生成多项式G(X)G(X)决定）。决定）。(3)(3)用一个预选好的用一个预选好的K K1 1位的位的G(X)G(X)对对M(X).XM(X).Xk k作模作模2 2除法。除法。(4)(4)把左移把左移K K位后的的有效信息位与余数作位后的的有效信息位与余数作模模2 2加法加法, , 形成长度为形成长度为N NK K的的CRCCRC码。码。 M(X).XM(X).Xk kR(X) R(X) Q(X).G(X) Q(

9、X).G(X) 信息位校验位N位K位循环冗余校验码的格式M(X)X Xk k G(X)Q(X)R(X)G(X)举例例例: :选择生成多项式为选择生成多项式为G(X)G(X)X X4 4X X1(10011),1(10011),请把请把8 8位有效信息位有效信息1111011111110111编码成编码成CRCCRC码。码。 解：解：步骤步骤1 1：M(X) M(X) X X7 7X X6 6+ X+ X5 5X X4 4 + X+ X2 2X X1 1 +1 +1 11110111 11110111 步骤步骤2 2: M(X). X: M(X). X4 4 111101111111011100

10、000000 ( ( 即左移即左移4 4位）位） 步骤步骤3 3：模：模2 2除，除，M(X)XM(X)X4 4G(X)G(X) 111101111111011100000000 10011100111110010111100101111111111001110011，即，即R(X)R(X)11111111步骤步骤4 4：模：模2 2加，得到循环冗余码为加，得到循环冗余码为M(X)XM(X)X4 4R(X) R(X) 111101111111011100000000 11111111 111101111111011111111111 纠错原理 由于由于M(X).XM(X).Xk kQ(X).

11、G(X)Q(X). G(X)R(X)R(X)，根据模，根据模2 2加的规则加的规则M(X). XM(X). Xk k R(X)R(X)Q(X).G(X)Q(X).G(X)R(X)R(X)R(X)R(X)Q(X).G(X)Q(X).G(X)上式表明上式表明, , 合法的合法的CRCCRC码应当能被生成多项式整除。码应当能被生成多项式整除。若若CRCCRC码不能码不能被生成多项式整除，说明出现了信息的传送差错。被生成多项式整除，说明出现了信息的传送差错。 4672616E7A4672616E7AE580E5800发送数据接收数据CRCCRC校验生成多项式的选择l生成多项式被用来生成生成多项式被用来

12、生成CRCCRC码码, , 但并非任何一个但并非任何一个K K1 1位的多项式都位的多项式都能作为生成多项式用能作为生成多项式用, , 它它应满足下列要求：应满足下列要求：（1 1）任何一位出错都应使余数不为）任何一位出错都应使余数不为0 0。（2 2）不同位出错应使余数不同。）不同位出错应使余数不同。（3 3）对余数继续作模）对余数继续作模2 2除法，应使余数循环。除法，应使余数循环。l生成多项式的选择主要靠经验，但已有生成多项式的选择主要靠经验，但已有3 3种多项式种多项式成为标准而被广成为标准而被广泛运用泛运用, , 它们都具有极高的检错率它们都具有极高的检错率, , 分别是分别是: :

13、lCRC-12CRC-12X X1212X X1111X X3 3X X2 2X X1 1lCRC-16CRC-16X X1616X X1515X X2 21 1lCRC-CCITTCRC-CCITTX X1616X X1212X X5 51 1lCRC-32CRC-32= X= X3232X X2626X X23+ 23+ X X2222X X1616X X1212+ + X X1111X X1010X X8+ 8+ X X7 7X X5 5X X4 4 +X+X2 2X X1 1注：在RFID标准ISO/IEC14443中，采用的是CRC-CCITT的生成多项式；但应注意的是，该标准中的T

14、YPE A计算时循环移寄存器的初始值为6363H；TYPE B循环位移寄存器的初始值为FFFFH。ISO18000-6中，采用的是CRC-16 多项式除法，可用除法电路来实现。除法电路的主体由一组移位寄存器和模2加法器(异或单元)组成。以CRC-ITU为例，它由16级移位寄存器和3个加法器组成，见下图(编码/解码共用)。编码、解码前将各寄存器初始化为1，信息位随着时钟移入。当信息位全部输入后，从寄存器组输出CRC结果。补充1：补充2：16位CRC适用于校验4000字节长的数据块的完整性，超过此长度，性能下降。RFID中传输的数据块都比4000字节短，故也可用12位或8位的CRC。防 碰 撞一、

15、产生碰撞的原因 在在RFID系统应用中，因为多个读写器或多个标系统应用中，因为多个读写器或多个标签，造成的读写器之间或标签之间的相互干扰，签，造成的读写器之间或标签之间的相互干扰，统称为统称为碰撞碰撞。1、标签碰撞、标签碰撞2、读写器碰撞、读写器碰撞标签碰撞Data1Data5Data4Data3Data5Data4Data3Data2Data2Data1RFID数据碰撞示意图数据碰撞示意图TimeTime完全碰撞完全碰撞Time读写器读写器TagATagBR1RrRrReader2Reader1读写器读写器- -读写器频率干扰读写器频率干扰 R1R1为为Reader1Reader1的的干扰范

16、围干扰范围 RrRr为为Reader1Reader1和和Reader2Reader2的读取范围的读取范围 从标签从标签T T反射到读写反射到读写器器Reader2Reader2的信号很容的信号很容易被从易被从Reader1Reader1发出的发出的信号干扰。信号干扰。Tag读写器碰撞Tag3Tag2Tag1Reader1Reader2多读写器一标签干扰多读写器一标签干扰 标签标签1 1接收到的信息为两个读写器发射信号接收到的信息为两个读写器发射信号的矢量和的矢量和, ,是一个未知信号。是一个未知信号。 如何解决碰撞如何解决碰撞的问题呢？的问题呢？二二、防碰撞机制的实现防碰撞机制的实现读写器读写

17、器Tag3Tag5Tag2Tag6Tag4Tag7Tag11 1、空分多址、空分多址SDMASDMA法法空间分割多重存取空间分割多重存取Reader 分离的空间范围分离的空间范围内重新使用确定的内重新使用确定的资源（通信容量）资源（通信容量）1、自适应、自适应SDMA，电子控，电子控制定向天线，天线的方向制定向天线，天线的方向直接对准某个标签直接对准某个标签2 2、减少单个读写、减少单个读写器的作用范围器的作用范围读读写写器器Tag1Tag3Tag5Tag4Tag2阅读器广播命令阅读器广播命令阅读器读写区域阅读器读写区域f1f2f3f4f52、频分多址、频分多址FDMA法法频率分割多重存取频率

18、分割多重存取Readera ab bc cabc 把若干个使用不同载波频率的把若干个使用不同载波频率的传输通路同时供给通信用户使用传输通路同时供给通信用户使用。3、 4、时间分割、时间分割TDMAa b c abcReaderaabbcc TDMA TDMA是把整个可供使用的信是把整个可供使用的信道容量按时间分配给多个同户道容量按时间分配给多个同户的技术。的技术。标签控制（驱动法） 以电子标签为主控器，读写器对数据传输没有控制。该方法 控制很慢不灵活。阅读器控制（询问驱动法） 所有标签同时由阅读器进行控制和检测，通过一定算法，在所有标签中选择其中一个标签，然后进行相互通信（如鉴别、读出或写入数

19、据）。为了选择另一个标签，应该解除原来的通信关系，因为在某一时间内只能建立起唯一的通信关系某一时间内只能建立起唯一的通信关系，即单个标签占用信道通信，可以按时间顺序快速地操作众多标签。所有阅读器控制的方法也称作定时双工传输法定时双工传输法。掉电掉电准备准备识别识别数据数据交互交互上电上电选择选择取消取消选择选择碰撞碰撞仲裁仲裁读操作读操作读操作读操作读操作读操作复位复位标签状态转换图标签状态转换图三三、防碰撞算法防碰撞算法1 1、ALOHAALOHA防碰撞算法防碰撞算法l AlohaAloha协议或称协议或称AlohaAloha技术、技术、AlohaAloha网，是世界上最早的无线电网，是世界

20、上最早的无线电计算机通信网。计算机通信网。AlohaAloha网络可以使分散在各岛的多个用户通过无网络可以使分散在各岛的多个用户通过无线电信道来使用中心计算机，从而实现一点到多点的数据通信。线电信道来使用中心计算机，从而实现一点到多点的数据通信。第一个使用无线电广播来代替点到点连接线路作为通信设施的计第一个使用无线电广播来代替点到点连接线路作为通信设施的计算机系统是夏威夷大学的算机系统是夏威夷大学的ALOHAALOHA系统。系统。l 该系统所采用的技术是地面无线电广播技术，采用的协议就该系统所采用的技术是地面无线电广播技术，采用的协议就是有名的是有名的ALOHAALOHA协议，叫做纯协议，叫做

21、纯ALOHA(Pure ALOHA)ALOHA(Pure ALOHA)。以后，在此基。以后，在此基础上，又有了许多改进过的础上，又有了许多改进过的ALOHAALOHA协议被用于卫星广播网和其它协议被用于卫星广播网和其它广播网络。广播网络。 l 各种各种ALOHAALOHA算法：算法：纯纯ALOHAALOHA算法、时隙算法、时隙ALOHAALOHA算法、帧时隙算法、帧时隙ALOHAALOHA算法、动态帧时隙算法、动态帧时隙ALOHAALOHA算法算法。 ALOHA算法的模型图发发送送请请求求等等待待发发送送选选择择识识读读接接收收清清楚楚的的响响应应冲突Aloha协议识读器状态协议识读器状态准备

22、准备等待等待发送发送休眠休眠被选中被选中无响应或出错无响应或出错请求请求t=时间槽时间槽选择选择识读识读休眠休眠进入识读范围进入识读范围Aloha协议电子标签状态协议电子标签状态l纯纯ALOHAALOHA算法算法 思想：只要用户有数据要发送，就尽管让他们发送思想：只要用户有数据要发送，就尽管让他们发送 纯纯ALOHAALOHA算法的标签读取过程：算法的标签读取过程： （1 1）各个标签随机的在某时间点上发送信息。）各个标签随机的在某时间点上发送信息。 （2 2）阅读器检测收到的信息，判断是成功接收或者碰撞。）阅读器检测收到的信息，判断是成功接收或者碰撞。 （3 3）若判断发生碰撞，则标签随机等

23、待一段时间再重新发送信息。）若判断发生碰撞，则标签随机等待一段时间再重新发送信息。 纯纯ALOHAALOHA存在的问题：存在的问题： （1 1）错误判决。即对同一个标签，如果连续多次发生碰撞，则将导致）错误判决。即对同一个标签，如果连续多次发生碰撞，则将导致阅读器出现错误判断，认为标签不在阅读器作用范围内。阅读器出现错误判断，认为标签不在阅读器作用范围内。 （2 2）数据帧的发送过程中发生碰撞的概率很大。过多的碰撞导致吞吐）数据帧的发送过程中发生碰撞的概率很大。过多的碰撞导致吞吐量下降系统性能降低。量下降系统性能降低。 解决方向：解决方向： 减小碰撞发生次数减小碰撞发生次数缩短重发延时缩短重发

24、延时 存在的问题？吞吐率S-代表有效传输的实际总数据率，即在观察时间T0内标签成功通信的平均次数输入负载G-发送的总数据率，即观察时间T0内标签的平均到达次数S=G*Pe 其中Pe是到达的标签能成功完成通信的概率性能分析由概率论知识：Pe=e-2G所以：纯ALOHA算法的吞吐率为：S=G*e-2G 当输入负载当输入负载G=0.5G=0.5时，系统的吞吐率达到最大值时，系统的吞吐率达到最大值0.1840.184。由于纯由于纯ALOHAALOHA算法中存在碰撞概率较大，在实际中，该算法算法中存在碰撞概率较大，在实际中，该算法较适合于阅读器只负责接收标签发射的信号，标签只负责较适合于阅读器只负责接收

25、标签发射的信号，标签只负责向阅读器发射信号的情况。向阅读器发射信号的情况。l时隙时隙ALOHAALOHA算法算法 在在ALOHAALOHA算法的基础上把时间分成多个离散时隙算法的基础上把时间分成多个离散时隙(slot)(slot)，并且每，并且每个时隙长度要大于标签回复的数据长度，标签只能在每个时隙内发送个时隙长度要大于标签回复的数据长度，标签只能在每个时隙内发送数据。每个时隙存在：数据。每个时隙存在： a a 空闲时隙：此时隙内没有标签发送空闲时隙：此时隙内没有标签发送 b b 成功识别时隙：仅一个标签发送且被正确识别成功识别时隙：仅一个标签发送且被正确识别 c c 碰撞时隙：多个标签发送，

26、产生碰撞碰撞时隙：多个标签发送，产生碰撞 时隙时隙ALOHAALOHA算法的吞吐率为：算法的吞吐率为：S=GS=G* *e e-G-G当输入负载当输入负载G=1G=1时，系统的吞吐量达到最大值时，系统的吞吐量达到最大值0.3680.368，避免了纯，避免了纯ALOHAALOHA算法中的部分碰撞，提高了信道的利用率。算法中的部分碰撞，提高了信道的利用率。需要一个同步时钟以使阅读器阅读区域内的所有标签的时隙同需要一个同步时钟以使阅读器阅读区域内的所有标签的时隙同步。步。时隙ALOHA算法示意图l 帧时隙帧时隙ALOHA算法算法 在时隙在时隙ALOHAALOHA算法基础上把算法基础上把N N各时隙组

27、成一帧，各时隙组成一帧，标签在每个帧内随标签在每个帧内随机选择一个时隙发送数据机选择一个时隙发送数据。当阅读器发送读取命令后，等待标签回。当阅读器发送读取命令后，等待标签回答。每个时隙的长度足够一个标签回答完，当在一个时隙中只有一答。每个时隙的长度足够一个标签回答完，当在一个时隙中只有一个标签回答时，阅读器可以分辨出标签；当没有回答时跳过该时隙；个标签回答时，阅读器可以分辨出标签；当没有回答时跳过该时隙；当多个标签回答时，发生碰撞，需重新读取。当多个标签回答时，发生碰撞，需重新读取。 该算法特点：该算法特点： a a 把把N N个时隙打包成一帧；个时隙打包成一帧； b b 标签在每标签在每N

28、N个时隙中只随机发送一次信息；个时隙中只随机发送一次信息； c c 需要阅读器和标签之间的同步操作，每个时隙需要阅读器进行需要阅读器和标签之间的同步操作，每个时隙需要阅读器进行同步。同步。 缺点：缺点： a a 标签数量远大于时隙个数时，读取标签的时间标签数量远大于时隙个数时，读取标签的时间会大大增加；当标签个数远小于时隙个数时，会造成时会大大增加；当标签个数远小于时隙个数时，会造成时隙浪费。隙浪费。 b b 输入负载输入负载G=1G=1时，吞吐率为最大。如果时，吞吐率为最大。如果G1G1G1，碰撞的时隙数增加，降低系统实时，碰撞的时隙数增加，降低系统实时性。性。 c c 不能根据读写器周围的

29、标签数而变化，系统无不能根据读写器周围的标签数而变化，系统无法获得稳定的吞吐量。法获得稳定的吞吐量。l动态帧时隙动态帧时隙ALOHAALOHA算法算法思路：思路：一个帧内的时隙数目一个帧内的时隙数目N N能随阅读区域中的标签的数目而动态改变，或能随阅读区域中的标签的数目而动态改变，或通过增加时隙数以减少帧中的碰撞数目。通过增加时隙数以减少帧中的碰撞数目。步骤：（步骤：（1 1）进入识别状态，在开始识别命令中包含了初始的时隙数）进入识别状态，在开始识别命令中包含了初始的时隙数N N。 （2 2）由内部伪随机数发生器为进入识别状态的标签随机选择一个时）由内部伪随机数发生器为进入识别状态的标签随机选

30、择一个时隙，同时将自己的时隙计数器复位为隙，同时将自己的时隙计数器复位为1.1. （3 3）当标签随机选择的时隙数等于时隙计数器时，标签向阅读器发）当标签随机选择的时隙数等于时隙计数器时，标签向阅读器发送数据，当不等时，标签将保留自己的时隙数并等待下一个命令。送数据，当不等时，标签将保留自己的时隙数并等待下一个命令。 （4 4）当阅读器检测到的时隙数量等于命令中规定的循环长度）当阅读器检测到的时隙数量等于命令中规定的循环长度N N时，本时，本次循环结束。阅读器转入（次循环结束。阅读器转入（2 2）开始新的循环。）开始新的循环。 该算法每帧的时隙个数该算法每帧的时隙个数N N都是动态产生的，解决

31、了帧时隙都是动态产生的，解决了帧时隙ALOHAALOHA算法中的时隙浪费的问题。适应算法中的时隙浪费的问题。适应RFIDRFID技术中标签数量技术中标签数量的动态变化的情形。的动态变化的情形。2 2、二进制树型搜索算法、二进制树型搜索算法 冲突节点冲突节点非冲突节点非冲突节点011011100101树分叉算法树分叉算法基本思想是：基本思想是：将处于碰撞的标将处于碰撞的标签分成左右两个子集签分成左右两个子集0 0和和1 1，先，先查询子集查询子集0 0，若没有碰撞，则，若没有碰撞，则正确识别标签，若仍有碰撞则正确识别标签，若仍有碰撞则分裂，把分裂，把1 1子集分成子集分成0000和和0101两两

32、个子集，直到识别子集个子集，直到识别子集1 1中所中所有标签。有标签。1 10 01 11 10 00 00 00 01 11 11 10 0?射频卡射频卡1射频卡射频卡2读写器译码读写器译码 在二进制搜索算法的实现中，起决定作用的是读写器所使用在二进制搜索算法的实现中，起决定作用的是读写器所使用的信号编码的信号编码必须能够确定碰撞的准确比特位置必须能够确定碰撞的准确比特位置。曼彻斯特码曼彻斯特码(Mancherster)(Mancherster)可在多卡同时响应时，译出错误码字，可以按位可在多卡同时响应时，译出错误码字，可以按位识别出碰撞识别出碰撞。这样可以根据碰撞的位置，按一定法则重新搜索

33、射。这样可以根据碰撞的位置，按一定法则重新搜索射频卡。频卡。范例范例A:10100111B:10110101C:10101111D:10111101R:11111111R:11111111送送REQUEST（11111111）命令，要求区）命令，要求区域内所有标签应答，根据曼彻斯特编码，域内所有标签应答，根据曼彻斯特编码，解码数据为解码数据为101?1?1,发生碰撞，算法做发生碰撞，算法做下如下，下如下，将碰撞的最高置将碰撞的最高置0，其它碰撞位，其它碰撞位置置1。得下次的。得下次的REQUEST(10101111)?R R表示阅表示阅读器读器搜寻标签过程搜寻标签过程A:10100111C:1

34、0101111R:10101111R:10101111 送送REQUESTREQUEST（1010111110101111）命令，标）命令，标签签A A和和C C应答。解码数据为应答。解码数据为1010?111,1010?111,发发生碰撞，算法做下如下，将碰撞的最高生碰撞，算法做下如下，将碰撞的最高置置0 0，其它碰撞位置，其它碰撞位置1 1。得。得1010011110100111?R R表示阅表示阅读器读器A:10100111C:10101111R:10100111R:10100111 送送REQUESTREQUEST（1010011110100111）命令，只）命令，只有标签有标签A A

35、应答。解码数据为应答。解码数据为1010?111,1010?111,没没有发生碰撞，阅读器对标签有发生碰撞，阅读器对标签A A进行阅读进行阅读操作。操作。R R表示阅表示阅读器读器可以识可以识别别AImproved Anti-collision Algorithm搜寻过搜寻过程程第一次搜寻第一次搜寻第二次搜第二次搜寻寻第三次搜第三次搜寻寻第四次搜第四次搜寻寻第五次搜第五次搜寻寻发送序号发送序号接收序号接收序号TagATagATagTagB BTagTagC CTagTagD D1010011110110101101011111011110111111111101?1?1101011111010

36、0111101011111010?1111010011110100111识别识别TagATagA10110101101011111011110111111111101?1?11010111110101111识别识别TagBTagBImproved Anti-collision Algorithm搜寻过搜寻过程程第六次搜寻第六次搜寻第七次搜第七次搜寻寻第八次搜第八次搜寻寻第九次搜第九次搜寻寻第十次搜第十次搜寻寻发送序号发送序号接收序号接收序号TagATagATagTagB BTagTagC C TagTagD D1011010110111101111111111011?1011011010110

37、1101011011110110111101识别识别TagCTagC识别识别TagDTagD 射频卡进入读写器的工作范围，读写器发出一个最大序列号让所有射射频卡进入读写器的工作范围，读写器发出一个最大序列号让所有射频卡响应；同一时刻开始传输它们的序列号到读写器的接收模块。频卡响应；同一时刻开始传输它们的序列号到读写器的接收模块。 读写器对比射频卡响应的序列号的相同位数上的数。读写器对比射频卡响应的序列号的相同位数上的数。出现不一致出现不一致的现象的现象即有的序列号该位即有的序列号该位为为0 0，而有的序列，而有的序列号该位为号该位为1 1 把有不一致位的数从最高位到低位依次置把有不一致位的数从

38、最高位到低位依次置O O再输出系列号，再输出系列号，即依次排除序列号大的数，至读写器对比射频卡响应的序列号即依次排除序列号大的数，至读写器对比射频卡响应的序列号的相同位数上的数完全一致时，说明无碰撞。的相同位数上的数完全一致时，说明无碰撞。选出序列号最小的数后，对该标签进行数据交换，然后使选出序列号最小的数后，对该标签进行数据交换，然后使该卡进入该卡进入“无声无声”状态。状态。YN二进制搜索算法的工作流程是：二进制搜索算法的工作流程是：55TYPE A （位检测防碰撞协议）l帧有3种类型：短帧、标准帧和面向比特的防碰撞帧。 四、 ISO/IEC 14443标准中的防碰撞协议 短帧短帧标准帧标准

39、帧面向比特防碰撞帧面向比特防碰撞帧加校验位不加校验位不加校验位l命令集命令集 lREQA/WUPAREQA/WUPA命令命令PCD给PICC发送查询信息。这两个命令为短帧。REQA编码为26H（高半字节取3位），WUPA编码为52H （高半字节取3位）， lATQAATQA应答应答 PCD发出REQA命令后，处于休闲状态的PICC都应同步地以ATQA应答PCD，PCD检查是否有碰撞备用经营者编码UID大小00：UID级长为101：UID级长为210：UID级长为3比特帧防碰撞方式，仅有1位设置成1UID结构定义注：UID可以是一个固定的唯一序列号，也可以使由PICC动态产生的随机数。CT：级联

40、标志，编码为88Hl命令集命令集 lANTICOLLISIONANTICOLLISION和和SELECTSELECT命令命令 组成域SELNVBUID CLnBCC说明1字节1字节04字节1字节l命令集命令集 lANTICOLLISIONANTICOLLISION和和SELECTSELECT命令命令 组成域SELNVBUID CLnBCC说明1字节1字节04字节1字节PCD发送的字节数命令的非完整字节最后一位的位数l命令集命令集 lANTICOLLISIONANTICOLLISION和和SELECTSELECT命令命令 组成域SELNVBUID CLnBCC说明1字节1字节04字节1字节BCC

41、：是UID CLn的校验位，是UID CLn的4个字节的异或。l命令集命令集 lANTICOLLISIONANTICOLLISION和和SELECTSELECT命令命令 组成域SELNVBUID CLnBCC说明1字节1字节04字节1字节若NVB=70H，即指示其后有40个有效位，则应添加CRC-A（2字节），此时为SELECT命令。若NVB指示其后少于40个有效位，则为ANTICOLLISION命令。l命令集命令集 lSAKSAK应答应答 PCD发送SELECT命令后，与40位UID匹配的PICC以SAK作为应答。UID不完整，还有未被确认部分UID完整，PICC遵守ISO-14443-4标

42、准的传输协议l命令集命令集 lHALTHALT命令命令65lPICC的状态lPower-off（断电）状态 没有足够的载波能量，PICC没有工作，也不能发送反射波。 lIdle（休闲）状态 PICC已经上电，能够解调信号，并能够识别有效的REQA和WAKE-UP命令。 lReady（就绪）状态 实现位帧的防碰撞算法或其它可行的防碰撞算法。 lActive（激活）状态 PCD通过防碰撞已经选出了单一的卡。lHalt（停止）状态 66l防碰撞流程 67lTYPE B的防碰撞协议（时隙ALOHA算法）lREQB/WUPB命令 前缀APf=05H应用簇标识符，代表由PCD指定的应用类型（见表4.8）=

43、0为REQB命令=1为WUPB命令当AFI匹配且N=1时，PICC应答REQB/WUPB命令当AFI匹配但N1时，PICC要选择随机时间片（在1N之间），若N=1立即应答；若N1等待SLOT-MARKER命令来匹配时间片。68lTYPE B的防碰撞协议lSLOT-MARKER命令 若多个PICC在同一时间进行应答发生碰撞时，PCD应发出时间片SLOT-MARKER命令 。PCD给出命令为第nnnn个时间片，当PICC产生的随机时间片等于nnnn时才应答。69lTYPE B的防碰撞协议lATQB应答 用于防碰撞期间区分PICC，它由PICC动态产生的数或各种固定的数，仅在Idle状态改变其值协议

44、信息：比特率、最大帧长、协议类型等AFI（1个字节）CRC-B（2个字节）应用数量（1个字节）：指示在PICC中有关应用的出现情况。70lTYPE B的防碰撞协议lATTRIB命令 PICC在ATQB应答中PUPI值PCD接收到正确的ATQB应答后发出ATTRIB命令。PICC发送副载波之前的最小延迟时间、PICC向PCD通信时是否需要SOF（帧开始）或EOF（帧结束）、最大帧长度、比特率等信息注：通过ATTRIB命令，PCD可以实现对某个PICC的选择，使其进入active状态。高层信息，长度可为0字节，选用时用于传送高层信息。lTYPE B的防碰撞协议l对ATTRIB命令的应答 对高层命令

45、的响应，长度可为0字节最大缓冲器容量索引。PICC通过该编码告知PCD，PICC能够接收的链接链的最大值。返回CID值，若PICC不支持CID，则其编码为000072lTYPE B的防碰撞协议lHLTB命令及应答 HLTB命令用于将PICC置于Halt状态，此时PICC除了接受WUPB命令外，其它命令对它没有影响。TYPE B型PICC状态转换图 PCD PICC 启 动 防 碰 撞 过 程 ： 交 通 应 用 ，AFI=10H；Nmax=1；发送 REQB Param AFI Apf CRC-B 00 10 05 XXXX 交通应用 PICC，AFI 匹配，Nmax=1，发送ATQB。 PI

46、CC1 医药应用 PICC，AFI 不匹配，等待下一个REQB/WUPB。 PICC2 多应用 PICC，AFI 匹配，Nmax=1，发送ATQB。 PICC3 检测到碰撞，改变 Nmax4，发送 REQB Param AFI Apf CRC-B 02 10 05 XXXX 医药应用 PICC，AFI 不匹配，等待下一个REQB/WUPB。 PCD 可已根据应用进行选择：选择了PICC3，PCD 可不发送更多时隙；或继续发送时隙；或其他。此例，PCD 将继续发送时隙。发送时隙 2 Apn CRC-B 15 XXXX 多应用 PICC，AFI 匹配，在 1Nmax间随机选择 N=1，所以在时隙

47、1 发送 ATQB。 PICC3 此例中有 2 个 PICC 应答，PCD 继续发时隙 3， 没有应答后继续发时隙 4， 仍无应答。 交通应用 PICC，AFI 匹配，在 1Nmax间随机选择 N=2，因此需等待时隙 2。 PICC1 PCD 应用决定选择 PICC1，因此给 PICC1发送 ATTRIB 命令， 与此同时， 可用 HLTB命令暂停 PICC3。 PICC2 交通应用 PICC，AFI 匹配， N=2，所以在时隙 2 发送 ATQB。 PICC1 医药应用PICC， 等待下一个REQB/WUPB。 PICC2 多应用PICC， 等待 HLTB 或 ATTRIB 命令。 PICC

48、3 SLOT-MAKER 命令 TYPE B防碰撞过程示例 75五、碰撞检测 l检测接收到的电信号参数（如信号电压幅度、脉冲宽度等）是否发生了非正常变化，但是对于无线电射频环境，门限值较难设置；l通过差错检测方法检查有无错码，虽然应用奇偶校验、CRC码检查到的传输错误不一定是数据碰撞引起，但是这种情况的出现也被认为是出现了碰撞；l利用某些编码的性能，检查是否出现非正常码来判断是否产生数据碰撞，如曼彻斯特码，若以2倍数据时钟频率的NRZ码表示曼彻斯特码，则出现11码就说明产生了碰撞，并且可以知道碰撞发生在哪一位。 l必须要能准确的辨识出数据冲突位的位置，因此数据传输需同步l位编码法NRZ编码：无

49、法辨识冲突位曼彻斯特编码：可辨识出冲突位l曼彻斯特编码(Manchester Code)78五、设计实例 lMCRF250芯片l非接触可编程无源RFID器件l工作频率（载波）为125kHzl两种工作模式：初始模式（Native）和读模式。 l只读数据传送，片内带有一次性可编程（OTP）的96位或128位用户存储器（支持48位或64位协议）； l具有片上整流和稳压电路；l低功耗；l编码方式为NRZ码、曼彻斯特码和差分曼彻斯特码；l调制方式为FSK、PSK和直接调制；l封装方式有PDIP和SOIC两种。79l芯片内部电路l由射频前端、防碰撞电路及存储器3部分组成 80lFSK防碰撞阅读器设计 81

50、l防碰撞流程 六、六、 RFIDRFID系统中阅读器的防碰撞算法系统中阅读器的防碰撞算法 读写器冲突主要有下列特点：读写器冲突主要有下列特点： 隐藏节点问题是读写器冲突问题的一个方面。两个读写器隐藏节点问题是读写器冲突问题的一个方面。两个读写器不在相互侦听范围内而在标签处干扰时，使射频识别网络中正常不在相互侦听范围内而在标签处干扰时，使射频识别网络中正常的载波侦听无法工作。的载波侦听无法工作。当多个读写器询问发射的信号在某射频标签处冲突时，当多个读写器询问发射的信号在某射频标签处冲突时，该点的信号会变得非常杂乱并且射频标签不能再接收任何读写器该点的信号会变得非常杂乱并且射频标签不能再接收任何读

51、写器询问发射的信号。询问发射的信号。 所研究的射频标签是被动式标签，因此标签本身既不能调所研究的射频标签是被动式标签，因此标签本身既不能调整也不能主动与读写器通信以避免冲突。射频标签是在被读写器整也不能主动与读写器通信以避免冲突。射频标签是在被读写器询问信号激活后才能通信。询问信号激活后才能通信。 情况1情况2FDMA、TDMA、CDMA是否能解决阅读器碰撞问题？常用的多址机制不能直接应用在射频识别系统中，因为： FDMA。FDMA方式中，读写器使用不同的频率和射频标签通信。由于射频标签没有频率调谐电路，因此射频标签不能选择一个特定的读写器与其通信。如果射频标签增设频率调谐电路功能，将大大增加

52、射频标签的成本，因此FDMA不适合应用在射频识别系统中。 TDMA。TDMA方式中，读写器被分配不同的时隙，以避免读写器同时询问发送射频信号。在移动式网络中，没有干扰的读写器因为移动靠近而出现干扰，需要重新分配时隙。动态的分配时隙减小了RFID系统阅读速率。 CDMA。CDMA需要在射频标签上增设额外的电路，大大增加了标签的成本，并且分配码给所有网络中的标签是一件非常复杂的工作。因此CDMA不是一种成本低且有效的方案。1 1 多路存取机制多路存取机制 载波侦听法是从载波侦听法是从ALOHAALOHA算法演变出的一种改进协议，又算法演变出的一种改进协议，又称载波侦听多点访问。要传输数据的站点首先

53、对媒体上有称载波侦听多点访问。要传输数据的站点首先对媒体上有无载波进行监听，以确定是否有别的站点在传输数据。如无载波进行监听，以确定是否有别的站点在传输数据。如果媒体忙碌，该站点就避让一段时间后再做尝试。常用的果媒体忙碌，该站点就避让一段时间后再做尝试。常用的退避算法有非坚持、退避算法有非坚持、L-L-坚持、坚持、P-P-坚持三种，来决定避让的坚持三种，来决定避让的时间。时间。 载波监听多路访问载波监听多路访问/ /碰撞检测协议（碰撞检测协议（CSMA/CDCSMA/CD）：在传）：在传输过程中继续监听媒体，检测是否存在碰撞。如果发生碰输过程中继续监听媒体，检测是否存在碰撞。如果发生碰撞，则信道上可以检测到超过发送站点本身发送的载波信撞，则信道上可以检测到超过发送站点本身发送的载波信号的幅度，并由此判断出碰撞的存在。一旦检测到碰撞，号的幅度，并由此判断出碰撞的存在。一旦检测到碰撞，站点就立即停止发送，并向总线上发一串阻塞信号，以通站点就立即停止发送，并向总线上发一串阻塞信号，以通知总线上其他各有关站