射频识别技术应用知识

1、1第第10章章 射频识别技术碰撞算法、标射频识别技术碰撞算法、标准、安全、中间件及解决方案准、安全、中间件及解决方案l射频识别的一个优点就是多个目标识别。在射频识别系统工作时，在读射频识别的一个优点就是多个目标识别。在射频识别系统工作时，在读头的作用范围内，可能会有多个应答器同时存在。对于射频识别系统中头的作用范围内，可能会有多个应答器同时存在。对于射频识别系统中存在的不同通信形式一般有三种。存在的不同通信形式一般有三种。l第一种是第一种是“无线广播无线广播式，式，即在一个阅读器的阅读范围内存在多个应答即在一个阅读器的阅读范围内存在多个应答器，阅读器发出的数据流同时被多个应答器接收。这可以同数

2、百个电子器，阅读器发出的数据流同时被多个应答器接收。这可以同数百个电子标签同时接收一个发送信息类似，而信息是由一个阅读器发射的。标签同时接收一个发送信息类似，而信息是由一个阅读器发射的。无线电广播工作无线电广播工作2l第二种是在阅读器的作用范围有多个应答器同时传输数据给阅读器第二种是在阅读器的作用范围有多个应答器同时传输数据给阅读器，这种通信形式称为这种通信形式称为多路存取通信。多路存取通信。阅读器的多路存储阅读器的多路存储5、RFID读写器防冲撞实理机理读写器防冲撞实理机理 35、RFID读写器防冲撞实理机理读写器防冲撞实理机理l第三种是多个阅读器同时给多个应答器发送数据。第三种是多个阅读器

3、同时给多个应答器发送数据。现在射频现在射频识别系统中这种情况很少遇到，我们常常遇到识别系统中这种情况很少遇到，我们常常遇到“多路存取多路存取”这这种通信方式。种通信方式。l每个通信通路有规定的通路容量。这种通路容量是由这个通每个通信通路有规定的通路容量。这种通路容量是由这个通信通路的最大数据率以及供给它使用的时间片确定的。分配信通路的最大数据率以及供给它使用的时间片确定的。分配给每个应答器的通路容量必须满足：当多个应答器同时把数给每个应答器的通路容量必须满足：当多个应答器同时把数据传输给一个单独的阅读器时不能出现互相干扰（碰撞）。据传输给一个单独的阅读器时不能出现互相干扰（碰撞）。4l无线电通

4、信系统中多路存取方式一般具有以下几种形式：空分多路法无线电通信系统中多路存取方式一般具有以下几种形式：空分多路法（SCDMA）、时分多路法（）、时分多路法（TDMA）、频分多路法（）、频分多路法（FDMA）和码分多路法）和码分多路法（CMDA）。）。l1）空分多路法（）空分多路法（SCDMA）l空分多路法是在空分多路法是在分离的空间范围内进行多个目标识别的技术分离的空间范围内进行多个目标识别的技术。一种方式是将读。一种方式是将读头和天线的作用距离按空间区域进行划分，把多个阅读器和天线放置在这个陈头和天线的作用距离按空间区域进行划分，把多个阅读器和天线放置在这个陈列中。这样，当标签进入不同的阅读

5、器范围时，就可以在空间上将标签区别开列中。这样，当标签进入不同的阅读器范围时，就可以在空间上将标签区别开来。来。l另一种方式是在阅读器上利用一个相阵天线，并使天线的方向性图对准某个应另一种方式是在阅读器上利用一个相阵天线，并使天线的方向性图对准某个应答器。不同应答器可以根据其在阅读范围内的角度位置区别开来。答器。不同应答器可以根据其在阅读范围内的角度位置区别开来。l该方法的该方法的缺点是复杂的天线系统和相当高的实施费用缺点是复杂的天线系统和相当高的实施费用，因此采用这种技术的系统，因此采用这种技术的系统一般在一些特殊应用场合，如这种方法在大型的马拉松活动中就获得了成功。一般在一些特殊应用场合，

6、如这种方法在大型的马拉松活动中就获得了成功。5、RFID读写器防冲撞实理机理读写器防冲撞实理机理55、RFID读写器防冲撞实理机理读写器防冲撞实理机理l2）频分多路法（）频分多路法（FDMA）l而对于上行链路（从标签到读头），射频标签可以采用不同的、独立的而对于上行链路（从标签到读头），射频标签可以采用不同的、独立的负载频率进行数据传输（如负载频率进行数据传输（如433435kHz频率范围内的若干个频率）。频率范围内的若干个频率）。l该方法的一个该方法的一个缺点是阅读器的成本高，因为每个接收通路必须有自己缺点是阅读器的成本高，因为每个接收通路必须有自己的独立的接收器，射频标签的差异更为麻烦。的

7、独立的接收器，射频标签的差异更为麻烦。因此，这种防碰撞方法因此，这种防碰撞方法只限制在少数几个特殊的应用上。只限制在少数几个特殊的应用上。l频分多路法是提供若干个不同载波频率的传输通路同时给通信用户使频分多路法是提供若干个不同载波频率的传输通路同时给通信用户使用的技术。一般情况下，这种射频识别系统采用的下行链路（从读头用的技术。一般情况下，这种射频识别系统采用的下行链路（从读头到标签）的频率是固定的（如到标签）的频率是固定的（如125kHz），用于能量供应和命令数据），用于能量供应和命令数据的传输。的传输。65、RFID读写器防冲撞实理机理读写器防冲撞实理机理l3）时分多路法（）时分多路法（T

8、DMA）l时分多路法（时分多路法（TDMA）是把整个可供使用的通道容量按时间分配给多个用户的）是把整个可供使用的通道容量按时间分配给多个用户的技术。技术。TDMA首先在数字移动系统范围内推广使用。对射频识别系统来说，首先在数字移动系统范围内推广使用。对射频识别系统来说，TDMA构成了防碰撞算法的最大一族。这种方法又可分为构成了防碰撞算法的最大一族。这种方法又可分为标签控制法和读头控标签控制法和读头控制法制法，如下图所示。，如下图所示。l标签控制法的工作标签控制法的工作是非同步的，因为这里没有读头的数据传输控制，例如是非同步的，因为这里没有读头的数据传输控制，例如ALOHA法。按照应答器成功完成

9、数据传输后是否将通过阅读器的信号断开，法。按照应答器成功完成数据传输后是否将通过阅读器的信号断开，又可区分为又可区分为“开关断开开关断开法和法和“非开关非开关法法。l在读头控制法中在读头控制法中，所有的射频标签同时由读头进行观察和控制。通过一种规定，所有的射频标签同时由读头进行观察和控制。通过一种规定的算法，在读头作用范围内，首先在选择的标签组中选中一个标签，然后完成的算法，在读头作用范围内，首先在选择的标签组中选中一个标签，然后完成读头和标签之间的通讯（如识别、读出和写入数据）。在同一时间只能建立一读头和标签之间的通讯（如识别、读出和写入数据）。在同一时间只能建立一个通讯关系，所以如果要选择

10、另外一个标签，就应该解除与原来标签的通讯关个通讯关系，所以如果要选择另外一个标签，就应该解除与原来标签的通讯关系。读头控制法可以进一步划分为系。读头控制法可以进一步划分为轮询法和二进制搜索法。轮询法和二进制搜索法。75、RFID读写器防冲撞实理机理读写器防冲撞实理机理l轮询法轮询法需要一个所有可能用到标签的序列号清单。读头依次询问所需要一个所有可能用到标签的序列号清单。读头依次询问所有的序列号，直到询问到某个有相同序列号的射频标签响应为止。有的序列号，直到询问到某个有相同序列号的射频标签响应为止。然而，这个过程依赖于标签的数量，然而，这个过程依赖于标签的数量，只适用于作用区内仅有几个已只适用于

11、作用区内仅有几个已知的射频标签的场合。知的射频标签的场合。l最灵活的和应用最广泛的是使用最灵活的和应用最广泛的是使用二进制搜索法二进制搜索法。对这种方法来说，为。对这种方法来说，为了从一组标签中选择其中之一，读头要发出一个请求命令。读头通过了从一组标签中选择其中之一，读头要发出一个请求命令。读头通过合适的信号编码，能够确定发生碰撞的准确的比特位置，从而对电子合适的信号编码，能够确定发生碰撞的准确的比特位置，从而对电子标签返回的数据作出进一步判断，发出另外的请求命令，最终确定读标签返回的数据作出进一步判断，发出另外的请求命令，最终确定读头作用范围内的所有标签。头作用范围内的所有标签。l二进制搜索

12、法的二进制搜索法的缺点就是标签的识别码的识别速率较低。缺点就是标签的识别码的识别速率较低。85、RFID读写器防冲撞实理机理读写器防冲撞实理机理l目前所有面向目前所有面向RFID系统应用的系统应用的TDMA方式的防碰撞算法研究可以被归结方式的防碰撞算法研究可以被归结为两大类：为两大类：l一类是随机性或称概率性的防碰撞算法，一类是随机性或称概率性的防碰撞算法，这类算法大都基于这类算法大都基于ALOHA机机制，例如，纯制，例如，纯ALOHA，时隙，时隙ALOHA，帧时隙，帧时隙ALOHA，动态帧时隙，动态帧时隙ALOHA算法等；算法等；l另一类是确定性的防碰撞算法另一类是确定性的防碰撞算法，确定性

13、算法是阅读器根据标签序列号的，确定性算法是阅读器根据标签序列号的惟一性选择标签进行通信，确定性的防碰撞算法都属于二进制搜索算惟一性选择标签进行通信，确定性的防碰撞算法都属于二进制搜索算法，最简单的确定性算法是二进制树机制。法，最简单的确定性算法是二进制树机制。l现阶段，在高频频段现阶段，在高频频段，标签的防碰撞算法一般采用，标签的防碰撞算法一般采用ALOHA相关协议。使相关协议。使用用ALOHA协议的标签，通过选择经过一个随机时间向阅读器传送信息的协议的标签，通过选择经过一个随机时间向阅读器传送信息的方法，来避免冲突，绝大多数高频阅读器能同时扫描几十个电子标签。方法，来避免冲突，绝大多数高频阅

14、读器能同时扫描几十个电子标签。l在超高频频段在超高频频段，现在的主要研究趋向是采用树分叉搜索算法来防冲突。，现在的主要研究趋向是采用树分叉搜索算法来防冲突。9l在在RFID无源标签系统中，目前广泛使用的防冲突算法大都是无源标签系统中，目前广泛使用的防冲突算法大都是TDMA（Time Division Multiple Access），主要分为），主要分为2大类：基于大类：基于Aloha的算法和基于树的算法和基于树的算法。的算法。 （1） ALOHA算法算法 l1）纯）纯Aloha算法算法是一种随机接入方法，其基本思想是采取是一种随机接入方法，其基本思想是采取标签先发言的方标签先发言的方式式，当

15、标签进入读写器的识别区域内就自动向读写器发送其自身的，当标签进入读写器的识别区域内就自动向读写器发送其自身的ID号，号，标签1标签2信道部分冲突完全冲突标签3l在标签发送数据的过程中在标签发送数据的过程中,若有其他标签也在发送数若有其他标签也在发送数据，那么发生信号重叠导致据，那么发生信号重叠导致完全冲突或部分冲突，完全冲突或部分冲突，l读写器检测接收到的信号有无冲突，读写器检测接收到的信号有无冲突，一旦发生冲突，读写器就发送命令让标签一旦发生冲突，读写器就发送命令让标签停止发送，随机等待一段时间后再重新发送以减少冲突停止发送，随机等待一段时间后再重新发送以减少冲突。Aloha算法模型图如算法

16、模型图如图所示。图所示。10l纯纯Aloha算法虽然算法简单，易于实现，但是存在一个严重的问题就算法虽然算法简单，易于实现，但是存在一个严重的问题就是读写器对同一个标签，是读写器对同一个标签，如果连续多次发生冲突，这将导致读写器出如果连续多次发生冲突，这将导致读写器出现错误判断认为这个标签不在自己的作用范围。现错误判断认为这个标签不在自己的作用范围。（1） ALOHA算法算法l同时还存在另外一个问题其同时还存在另外一个问题其冲突概率很大冲突概率很大，假设其数据帧为，假设其数据帧为F，则冲突周，则冲突周期为期为2F。针对以上问题有人提出了多种方案来改善。针对以上问题有人提出了多种方案来改善Alo

17、ha算法在算法在RFID系系统其可行性和识别率，统其可行性和识别率，l2） 时隙时隙ALOHA算法算法 l在在Aloha算法中，标签通过循环序列传输数据。标签数据的传输时间仅仅算法中，标签通过循环序列传输数据。标签数据的传输时间仅仅为循环时间的一个小片段。为循环时间的一个小片段。在第一次传输数据完成后，标签将等待一个在第一次传输数据完成后，标签将等待一个相对较长的时间后再次传输数据。相对较长的时间后再次传输数据。每个标签的等待时间很小。每个标签的等待时间很小。 11（1） ALOHA算法算法l按照这种方式，所有的标签完成全部的数据传输给读写器后，重复的过程才会按照这种方式，所有的标签完成全部的

18、数据传输给读写器后，重复的过程才会结束。分析结束。分析Aloha算法的运行机制，算法的运行机制，不难发现当一个标签发送数据给读写器时，不难发现当一个标签发送数据给读写器时，另外一个标签也开始发送数据给读写器，这时标签数据碰撞不可避免发生。另外一个标签也开始发送数据给读写器，这时标签数据碰撞不可避免发生。l鉴于以上缺点，研究人员提出鉴于以上缺点，研究人员提出“时隙时隙Aloha算法算法” 。在该算。在该算法中，法中，标签仅能在时隙的开始传标签仅能在时隙的开始传输数据输数据。l用于传输数据的时隙数由读写器控制，只有当读写器分配所有的时隙后，标用于传输数据的时隙数由读写器控制，只有当读写器分配所有的

19、时隙后，标签才能利用这些时隙传输数据。因此与纯签才能利用这些时隙传输数据。因此与纯Aloha算法不同，算法不同，时隙时隙Aloha算法算法是随机的询问驱动的是随机的询问驱动的TDMA防冲撞算法。防冲撞算法。12（1） ALOHA算法算法l因为标签仅仅在确定的时隙中传输数据，因为标签仅仅在确定的时隙中传输数据，所以该算法的冲撞发生的频率仅仅所以该算法的冲撞发生的频率仅仅是纯是纯Aloha算法的一半而且系统的数据吞吐性能却增加一倍。算法的一半而且系统的数据吞吐性能却增加一倍。 l增加时隙数量可降低增加时隙数量可降低RF终端发生冲突的概率，但是信道大部分时间将处于终端发生冲突的概率，但是信道大部分时

20、间将处于空闲状态，空闲状态，使得防冲突识别速度变慢。使得防冲突识别速度变慢。l反之，减少时隙数量导致射频终端冲突明显增加。运用时隙算法的关键在于反之，减少时隙数量导致射频终端冲突明显增加。运用时隙算法的关键在于寻找一个有效的折衷方案，寻找一个有效的折衷方案，使得防冲突的可靠性和速度满足要求。使得防冲突的可靠性和速度满足要求。l随着随着RFID系统复杂程度的加大，防冲突的可靠性显著降低，冲突不可避免，系统复杂程度的加大，防冲突的可靠性显著降低，冲突不可避免，所以所以这种没有检测恢复机制的抗冲突算法仅适用于简单系统。这种没有检测恢复机制的抗冲突算法仅适用于简单系统。 13（1） ALOHA算法算法

21、l3） 帧时隙帧时隙ALOHA算法的基本原理算法的基本原理 l虽然时隙虽然时隙Aloha算法提高系统的吞吐量，但是当大量标签进入系统算法提高系统的吞吐量，但是当大量标签进入系统时，该算法的效率并不高，因此帧时隙算法被提出。时，该算法的效率并不高，因此帧时隙算法被提出。l帧时隙帧时隙ALOHA（Framed slotted Aloha，FSA）算法是基于通信领）算法是基于通信领域的域的ALOHA协议提出的。协议提出的。l在在FSA中，中，“帧帧”（Frame）是由读写器定义的一段时间长度，其中包含）是由读写器定义的一段时间长度，其中包含若干时隙。若干时隙。l标签在每个帧内随机选择一个时隙发送数据

22、。所有标签应答同步，即只能标签在每个帧内随机选择一个时隙发送数据。所有标签应答同步，即只能在时隙（在时隙（Slot）开始点向读写器发送信息，每个标签发送的时隙是随机选）开始点向读写器发送信息，每个标签发送的时隙是随机选择的。择的。14（1） ALOHA算法算法l时隙可以分为三类：空闲时隙、应答时隙和碰撞时隙。在空闲时隙中时隙可以分为三类：空闲时隙、应答时隙和碰撞时隙。在空闲时隙中没有识别任何标签，应答时隙中可以正确识别一个标签。当一个时隙没有识别任何标签，应答时隙中可以正确识别一个标签。当一个时隙中有多个标签同时发送应答时就会产生碰撞，形成碰撞时隙。碰撞的中有多个标签同时发送应答时就会产生碰撞

23、，形成碰撞时隙。碰撞的标签退出当前循环，等待参与新的帧循环。标签退出当前循环，等待参与新的帧循环。 l通常，在帧时隙通常，在帧时隙Aloha防冲撞算法中，防冲撞算法中，当系统标签数量变得很大时，系统效当系统标签数量变得很大时，系统效率就开始降低。率就开始降低。15（1） ALOHA算法算法l4） 动态帧时隙动态帧时隙ALOHA算法算法 l在帧时隙在帧时隙Aloha算法中，算法中，所有的帧具有相同的长度，即每一帧中的时所有的帧具有相同的长度，即每一帧中的时隙数是相同的且是固定的。隙数是相同的且是固定的。l由于读写器并不知道标签数量，由于读写器并不知道标签数量，当标签数量远大于帧时隙数时当标签数量

24、远大于帧时隙数时，一帧，一帧中的所有时隙都会发生碰撞，读写器不能读取标签信息；中的所有时隙都会发生碰撞，读写器不能读取标签信息；l当当标签数远小于一帧中时隙数时标签数远小于一帧中时隙数时，识别过程中将有许多时隙被浪费掉。，识别过程中将有许多时隙被浪费掉。l动态帧时隙算法动态帧时隙算法通过根据识别标签的数量来改变帧长度来客服动态帧时通过根据识别标签的数量来改变帧长度来客服动态帧时隙的不足。隙的不足。 16l为了实现这个功能在通信上所采取的技术是（防冲撞）为了实现这个功能在通信上所采取的技术是（防冲撞）“防碰撞防碰撞”。同。同时读取复数个标签是常被人们谈及的时读取复数个标签是常被人们谈及的RFID

25、比条形码远为优越的地方比条形码远为优越的地方，但，但是如果没有防碰撞是如果没有防碰撞 （防冲撞）的功能时，（防冲撞）的功能时，RFID系统只能读写一个标签。系统只能读写一个标签。l在这种情况下如果有两个以上的标签同时处于可读取的范围内就会导在这种情况下如果有两个以上的标签同时处于可读取的范围内就会导致读取的错误。致读取的错误。l其次，我们来简单地说明防碰撞（防冲撞）功能的工作原理。即使是其次，我们来简单地说明防碰撞（防冲撞）功能的工作原理。即使是具有防碰撞（防冲撞）功能的具有防碰撞（防冲撞）功能的RFID系统，系统，实际上并非同时读取所有标实际上并非同时读取所有标签的内容。签的内容。l在同时查

26、出有复数个标签存在的情况下，在同时查出有复数个标签存在的情况下，检索信号并防止冲突的功能检索信号并防止冲突的功能开始动作开始动作。为了进行检索，首先要确定检索条件。例如，。为了进行检索，首先要确定检索条件。例如，13.56MHz频频带的带的RFID系统里应用的系统里应用的ALOHA方式的防碰撞功能的工作步骤如下。方式的防碰撞功能的工作步骤如下。 （1） ALOHA算法算法17l1）首先，阅读器指定电子标签内存的特定位数（）首先，阅读器指定电子标签内存的特定位数（14位左右）为次数批量。位左右）为次数批量。l2）电子标签根据次数批量，将响应的时机离散化。例如在两位数的次数批量）电子标签根据次数批

27、量，将响应的时机离散化。例如在两位数的次数批量“00、01、10、11”时，读写器将以不同的时机对这四种可能性逐一进行响时，读写器将以不同的时机对这四种可能性逐一进行响应。应。l3）若在各个时机里同时响应的电子标签只有一个的场合下才能得到这个电子）若在各个时机里同时响应的电子标签只有一个的场合下才能得到这个电子标签的正常数据。信息读取之后阅读器对于这个电子标签发送在一定的时间标签的正常数据。信息读取之后阅读器对于这个电子标签发送在一定的时间内不再响应的睡眠的指令（内不再响应的睡眠的指令（Sleep/Mute）使之在休眠，避免再次向应。）使之在休眠，避免再次向应。（1） ALOHA算法算法18l

28、4）若在各个时机内同时有几个电子标签响应，判别为）若在各个时机内同时有几个电子标签响应，判别为“冲突冲突”。在这种情。在这种情况下，内存内的另外两位数所记录的次数批量，重复以上从况下，内存内的另外两位数所记录的次数批量，重复以上从2）开始的处）开始的处理。理。l5）所有的电子标签都完成响应之后，阅读器向他们发送唤醒的指令）所有的电子标签都完成响应之后，阅读器向他们发送唤醒的指令（Wake Up），从而完成对所有电子标签的信息读取。），从而完成对所有电子标签的信息读取。（1） ALOHA算法算法19l在这种搭载有防碰撞（防冲撞）功能的在这种搭载有防碰撞（防冲撞）功能的RFID系统中，为了只读一个

29、标签，系统中，为了只读一个标签，几经调整次数批量反复读取进行检索。所以，一次性读取具有一定数量的标几经调整次数批量反复读取进行检索。所以，一次性读取具有一定数量的标签的情况下，所有的标签都被读到为止其速度是不同的，一次性读取的标签签的情况下，所有的标签都被读到为止其速度是不同的，一次性读取的标签数目越多，完成读取所需时间要比单纯计算所需的时间越长。数目越多，完成读取所需时间要比单纯计算所需的时间越长。l实现防止抗碰撞（防冲撞）的功能是实现防止抗碰撞（防冲撞）的功能是RFID在物流领域中在物流领域中取代条形码所必不取代条形码所必不可少的条件。例如，在超市中，商品是装在购物车里面进行计价的。为了实

30、可少的条件。例如，在超市中，商品是装在购物车里面进行计价的。为了实现这种计价方式，抗碰撞现这种计价方式，抗碰撞 （防冲撞）功能必须完备。（防冲撞）功能必须完备。l具有抗碰撞（防冲撞）功能的具有抗碰撞（防冲撞）功能的RFID系统的价格比不具有这种功能的系统的系统的价格比不具有这种功能的系统的要昂贵要昂贵。当个人用户在制作。当个人用户在制作RFID系统的时候，如果没有必要进行复数个系统的时候，如果没有必要进行复数个ID同时认识时就没有必要选择抗碰撞机能的读写器。同时认识时就没有必要选择抗碰撞机能的读写器。l另一方面，在电子货币和个人认证方面利用另一方面，在电子货币和个人认证方面利用RFID系统时，

31、系统时，同时识别几个标同时识别几个标签是发生差错的主要原因。签是发生差错的主要原因。（1） ALOHA算法算法20l（2） 二进制搜索防冲突算法二进制搜索防冲突算法 （2）二进制搜索算法）二进制搜索算法lALOHA算法由于效率低，实际算法由于效率低，实际RFID系统并未采用，而是采用更加高系统并未采用，而是采用更加高效的二进制搜索算法。效的二进制搜索算法。l二进制搜索算法灵活，不会发生防冲突失败情况。二进制搜索算法灵活，不会发生防冲突失败情况。l对于对于N个应答器发生冲突的情况，最多个应答器发生冲突的情况，最多只需要只需要N-1次防冲突循环就能准次防冲突循环就能准确识别出适合的应答器。确识别出

32、适合的应答器。l二进制搜索算法的基本思想二进制搜索算法的基本思想是阅读器判断出发送应答器的序列号产是阅读器判断出发送应答器的序列号产生数据冲突位置。然后强制命令在冲突位置发送信息为生数据冲突位置。然后强制命令在冲突位置发送信息为0或或1的的应答器退出冲突。当应答器退出冲突。当N-1个应答器退出冲突后信道则被剩下的一个应个应答器退出冲突后信道则被剩下的一个应答器完全占有并由阅读器识别出。答器完全占有并由阅读器识别出。 21l为了防止数据冲突的发生，首先确定发生冲突为了防止数据冲突的发生，首先确定发生冲突的数据比特位的具体位置。这里使用的数据比特位的具体位置。这里使用Manchester编码如图所

33、示。编码如图所示。（2）二进制搜索算法）二进制搜索算法l这种编码通过电平的上升沿和下降沿表示高、低电这种编码通过电平的上升沿和下降沿表示高、低电平。上升沿为逻辑平。上升沿为逻辑1，下降沿为逻辑，下降沿为逻辑0，不存在，不存在状态不变的情况。状态不变的情况。l因此数据传输过程中检测到编码状态不跳变，则认为在数据传输过程中发生因此数据传输过程中检测到编码状态不跳变，则认为在数据传输过程中发生了冲突。了冲突。l两个发生冲突的数据比特位必定有一个为逻辑两个发生冲突的数据比特位必定有一个为逻辑“0”，另一个为逻辑，另一个为逻辑“1”，这，这样曼彻斯特码（样曼彻斯特码（Manchester）的上升沿和下降

34、沿相互抵消，使接收器在持续的上升沿和下降沿相互抵消，使接收器在持续时间内接收到状态持续不变的副载波信号，即出现状态不跳变时间内接收到状态持续不变的副载波信号，即出现状态不跳变，这在，这在Manchester编码中是不允许的，可以肯定该处出现了冲突。因此可以用这种编码中是不允许的，可以肯定该处出现了冲突。因此可以用这种方法按位跟踪发生冲突的数据比特位的具体位置。方法按位跟踪发生冲突的数据比特位的具体位置。 22（2）二进制搜索算法）二进制搜索算法l当应答器进入射频区域时，阅读器开始针对所有的应答器进行检测识别。其工当应答器进入射频区域时，阅读器开始针对所有的应答器进行检测识别。其工作进程主要有如

35、下五个状态：作进程主要有如下五个状态：lPOWER OFF（断电）状态（断电）状态：应答器尚未获得能量（未进入阅读器工作区），：应答器尚未获得能量（未进入阅读器工作区），而处于断电状态，因此也不能发射副载波；而处于断电状态，因此也不能发射副载波；lIDLE（空闲）状态（空闲）状态：应答器进入阅读器工作区，电磁场激活获得能量，形成：应答器进入阅读器工作区，电磁场激活获得能量，形成电压，进入空闲状态，同时能对已调制的信号解调，并识别来自阅读器的电压，进入空闲状态，同时能对已调制的信号解调，并识别来自阅读器的RE-QUEST命令和命令和WAKE UP命令；命令；lREADY（就绪）状态（就绪）状态：

36、当接收到一个有效的：当接收到一个有效的REQA或或WAKE UP命令时，进入命令时，进入就绪状态，在该状态采用防冲突方法，用就绪状态，在该状态采用防冲突方法，用UID（惟一标识符）从多张（惟一标识符）从多张IC卡中选卡中选择出一张应答器，此时该张应答器就进入择出一张应答器，此时该张应答器就进入ACTIVE（激活）状态；（激活）状态；lACTIVE（激活）状态：（激活）状态：在本状态完成本次应用所要求的全部操作；在本状态完成本次应用所要求的全部操作；lHALT（停止）状态：（停止）状态：阅读器完成一次交易后，处于停止状态。阅读器完成一次交易后，处于停止状态。 23l在二进制搜索算法的实现中，起决

37、定作用的是读写器所使用的信号编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）可在）可在多卡同时响应时，译出错误码字，可以按位识别出碰撞。多卡同时响应时，译出错误码字，可以按位识别出碰撞。这样可以根据这样可以根据碰撞的位置，按一定法则重新搜索射频卡。碰撞的位置，按一定法则重新搜索射频卡。l防碰撞典型指令规则防碰撞典型指令规则lREQUEST请求（序列号）请求（序列号）。此命令发送一序列号作为参数给射频卡。此命令发送一序列号作为参数给射频卡。l应答规则是，射频卡把自己的

38、序列号与接收到的序列号比较，如果自身应答规则是，射频卡把自己的序列号与接收到的序列号比较，如果自身序列号小于或等于序列号小于或等于REQUEST指令序列号参数，则此射频卡回送其序列号指令序列号参数，则此射频卡回送其序列号给读写器。给读写器。l这样可以缩小预选的射频卡的范围；如果大于，则不响应。这样可以缩小预选的射频卡的范围；如果大于，则不响应。（2）二进制搜索算法）二进制搜索算法24lSELECT选择（序列号）。选择（序列号）。l用某个（事先确定的）序列号作为参数发送给射频卡。用某个（事先确定的）序列号作为参数发送给射频卡。具有相同序列号的具有相同序列号的射频卡将以此作为执行其他命令（例如读出

39、和写入数据）的切入开关，即射频卡将以此作为执行其他命令（例如读出和写入数据）的切入开关，即选择这个射频卡。选择这个射频卡。l具有其他序列号的射频卡只对具有其他序列号的射频卡只对REQUEST命令应答。命令应答。lREAD-DATA读出数据读出数据。选中的射频卡将存储的数据发送给读写器。选中的射频卡将存储的数据发送给读写器。lUNSELECT 去选择去选择。l取消一个事先选中的射频卡，射频卡进入取消一个事先选中的射频卡，射频卡进入“无声无声”状态，在这种状态下射状态，在这种状态下射频卡完全是非激活的，对收到的频卡完全是非激活的，对收到的REQUEST命令不作应答。为了重新激活命令不作应答。为了重

40、新激活射频卡，必须先将射频卡移出读写器的作用范围再进入，以实行复位。射频卡，必须先将射频卡移出读写器的作用范围再进入，以实行复位。（2）二进制搜索算法）二进制搜索算法251）二进制搜索算法）二进制搜索算法l 工作流程工作流程l在二进制搜索算法中，要能够检测出多张卡的存在，卡片的返回数据必在二进制搜索算法中，要能够检测出多张卡的存在，卡片的返回数据必须具有唯一性，且卡片在传输其身份识别标签时必须准确、同步。这样须具有唯一性，且卡片在传输其身份识别标签时必须准确、同步。这样终端才能在位级上检测出多张卡片的存在，这是防碰撞检测的关键。终端才能在位级上检测出多张卡片的存在，这是防碰撞检测的关键。l射频

41、卡工作的特点是射频卡工作的特点是，当读到读写器发出的序列号大于自身序列号时，当读到读写器发出的序列号大于自身序列号时，则对系统作出响应。根据这一特点，二进制搜索算法的工作流程是：则对系统作出响应。根据这一特点，二进制搜索算法的工作流程是：l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。26l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，如果出现不一致如果出现不一

42、致的现象的现象（即有的序列号该位为（即有的序列号该位为0，而有的序列号该位为，而有的序列号该位为1），），则可判断出则可判断出有碰撞。有碰撞。l确定有碰撞后，把有不一致位的数从最高位到次低次依次置确定有碰撞后，把有不一致位的数从最高位到次低次依次置0再输出系再输出系列号，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的相列号，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。这时就选出序列号最小的数。同位数上的数完全一致时，说明无碰撞。这时就选出序列号最小的数。l选出序列号最小的数后，对该卡进行数据交换，然后使该卡进入选出序列号最小的数后，对

43、该卡进行数据交换，然后使该卡进入“无无声声”状态，则在读出器范围也不再响应（移动该范围后移入可再次响状态，则在读出器范围也不再响应（移动该范围后移入可再次响应）。应）。l重复流程，选出序列号倒数第二的射频卡进行数据交换。重复流程，选出序列号倒数第二的射频卡进行数据交换。l多次循环后可完成所有射频卡的读取。多次循环后可完成所有射频卡的读取。（2）二进制搜索算法）二进制搜索算法27（2）二进制搜索算法）二进制搜索算法l假设有假设有4个标签其序列号分别为个标签其序列号分别为10110010、10100011、10110011、11100011，其二进制搜索算法实现流程如表，其二进制搜索算法实现流程如

44、表1所示：所示：查询前缀查询前缀Q第一次查询第一次查询11111111第二次查询第二次查询10111111第三次查询第三次查询10101111标签响应标签响应1X1X001X101X001X10100011标签标签A1011001010110010标签标签B101000111010001110100011标签标签C1011001110110011标签标签D11100011282）动态二进制搜索算法）动态二进制搜索算法l为减少标签发送数据所需的时间和所消耗的功率，有人提出了改进的二为减少标签发送数据所需的时间和所消耗的功率，有人提出了改进的二进制树搜索算法，进制树搜索算法，l其改进思路是把数据分

45、成两部分，其改进思路是把数据分成两部分，阅读器和标签双方各自传送其中一部阅读器和标签双方各自传送其中一部分数据，可把传输的数据量减小一半，达到缩短传送时间的目的。分数据，可把传输的数据量减小一半，达到缩短传送时间的目的。l根据二进制搜索算法的思路进行改良，根据二进制搜索算法的思路进行改良，当标签当标签ID与查询前缀相符时，标与查询前缀相符时，标签只发送其余的比特位，签只发送其余的比特位，可以减少每次传送的位数，也可缩短传送的时可以减少每次传送的位数，也可缩短传送的时间，从而缩短防碰撞执行时间。间，从而缩短防碰撞执行时间。29l其改进思路是把数据分成两部分，收发双方各自传送其中一部分数据，其改进

46、思路是把数据分成两部分，收发双方各自传送其中一部分数据，可把传输的数据量减小到一半，达到缩短传送时间的目的。可把传输的数据量减小到一半，达到缩短传送时间的目的。l通常序列号的规模在通常序列号的规模在8字节以上。为选择一个单独的射频卡，每次都不得字节以上。为选择一个单独的射频卡，每次都不得不传输大量的数据，效率非常低。根据二进制搜索算法的思路进行改不传输大量的数据，效率非常低。根据二进制搜索算法的思路进行改良，可以减少每次传送的位数，也可缩短传送的时间，从而缩短防碰撞良，可以减少每次传送的位数，也可缩短传送的时间，从而缩短防碰撞执行时间。执行时间。l下面分析动态二进制搜索算法的工作过程。在例子中

47、，射频卡有下面分析动态二进制搜索算法的工作过程。在例子中，射频卡有3张，序张，序列号分别是：标签列号分别是：标签1，11010111；标签；标签2，11010101；标签；标签3，11111101。2）动态二进制搜索算法）动态二进制搜索算法302）动态二进制搜索算法）动态二进制搜索算法l（1） 动态二进制搜索算法的工作步骤动态二进制搜索算法的工作步骤l 读写器第一次发出一个完整的读写器第一次发出一个完整的UID位位数码数码N，每个位上的码全为，每个位上的码全为1，让所有射，让所有射频卡都发回响应。频卡都发回响应。l 读写器判断有碰撞的最高位数读写器判断有碰撞的最高位数X，把该位置，把该位置0。

48、然后传输。然后传输N X位的数位的数据后即中断传输。射频卡接到这些数据后马上响应，回传的信号位是据后即中断传输。射频卡接到这些数据后马上响应，回传的信号位是（X-1）1。即读写器和射频卡以最高碰撞位为界分别传送前后信号。传。即读写器和射频卡以最高碰撞位为界分别传送前后信号。传递的总数据量可减小一半。递的总数据量可减小一半。查询前缀查询前缀Q第一次查询第一次查询11111111标签响应标签响应11X1X1X1标签标签111010111标签标签211010101标签标签311111101312）动态二进制搜索算法）动态二进制搜索算法l 读写器检测第二次返回的最高碰撞读写器检测第二次返回的最高碰撞位

49、数位数X是否小于前一次检测回传的次高是否小于前一次检测回传的次高碰撞位数。碰撞位数。l 重复步骤，多次重复后可完成射频卡的交换数据工作。重复步骤，多次重复后可完成射频卡的交换数据工作。查询前缀查询前缀Q第一次查询第一次查询11011111标签响应标签响应110101X1标签标签111010111标签标签211010101标签标签311111101l若不是，则直接把该位置若不是，则直接把该位置“0”；l若是，则要把前一次检测的次高位也填若是，则要把前一次检测的次高位也填“0”。l然后向射频卡发出信号。发出信号的位数为然后向射频卡发出信号。发出信号的位数为NX，射频卡接收到信号，如果射，射频卡接收

50、到信号，如果射频卡信号小于或等于这一接收信号，马上响应，回传的信号只是序列号中最高频卡信号小于或等于这一接收信号，马上响应，回传的信号只是序列号中最高碰撞位后的数，即（碰撞位后的数，即（X-1）1位。位。l若射频卡返回信号表示无碰撞，则对该序列号的射频卡进行读若射频卡返回信号表示无碰撞，则对该序列号的射频卡进行读/写处理，然后使写处理，然后使其进入其进入“不响应状态不响应状态”。322）动态二进制搜索算法）动态二进制搜索算法l（2） 动态二进制搜索算法与工作步骤相动态二进制搜索算法与工作步骤相对应的示例对应的示例l 例如例如N=8，传送数据为，传送数据为11111111b。最高位为第最高位为第

51、8位，最低位为位，最低位为1位。根据响位。根据响应可判断第应可判断第6位、第位、第4位、第位、第2位有碰位有碰撞。撞。l X=6，即第，即第6位有碰撞，则传送数据变为位有碰撞，则传送数据变为11011111b。传送时，只传送前。传送时，只传送前面面3位数位数110b。这时标签。这时标签1和标签和标签2响应，其序列号的前响应，其序列号的前3位与射频卡相同，位与射频卡相同，不回传，只回传各自的后不回传，只回传各自的后5位数据。标签位数据。标签1为为10111b，标签，标签2为为10101b。可。可判断第判断第2位有碰撞。位有碰撞。查询前缀查询前缀Q第一次查询第一次查询11111111标签响应标签响

52、应11X1X1X1标签标签111010111标签标签211010101标签标签311111101332）动态二进制搜索算法）动态二进制搜索算法l X=2，根据要求第，根据要求第4位也要补零，则传位也要补零，则传送数据变为送数据变为11010101b，传送时只传送，传送时只传送1101010b。这时只有标签。这时只有标签2响应，并返回响应，并返回1b，表明无碰撞。读写器选中标签，表明无碰撞。读写器选中标签2进行进行数据交换，读数据交换，读/写完毕后标签写完毕后标签2进行进行“休休眠眠”。l 重复步骤，按序可读重复步骤，按序可读/写标签写标签1、标签、标签3。l在动态二进制搜索算法的工作过程中，要

53、注意通过附加参数把有效位的在动态二进制搜索算法的工作过程中，要注意通过附加参数把有效位的编号发送到射频卡，从而保证每次响应的位置是正确的。编号发送到射频卡，从而保证每次响应的位置是正确的。查询前缀查询前缀Q第一次查询第一次查询11010101标签响应标签响应110101X1标签标签111010111标签标签211010101346、射频识别技术标准、射频识别技术标准l（1）主要技术标准体系）主要技术标准体系 l目前目前RFID存在三个主要的技术标准体系，总部设在美国麻省理工学院存在三个主要的技术标准体系，总部设在美国麻省理工学院（MIT）的）的Auto-ID Center（自动识别中心自动识别

54、中心）、日本的）、日本的Ubiquitous ID Center （泛在（泛在ID中心，中心，UIC）和）和ISO标准体系。标准体系。 356、射频识别技术标准、射频识别技术标准l1）EPC Global lEPC Global是由美国统一代码协会（是由美国统一代码协会（UCC）和国际物品编码协会（）和国际物品编码协会（EAN）于于2003年年9月共同成立的非营利性组织，其前身是月共同成立的非营利性组织，其前身是1999年年10月月1日在美国麻日在美国麻省理工学院成立的非营利性组织省理工学院成立的非营利性组织Auto-ID中心。中心。lAuto-ID中心以创建中心以创建“物联网物联网”（Int

55、ernet of Things）为使命，与众多成员）为使命，与众多成员企业共同制订一个统一的开放技术标准。旗下有沃尔玛集团、英国企业共同制订一个统一的开放技术标准。旗下有沃尔玛集团、英国Tesco等等100多家欧美的零售流通企业，同时有多家欧美的零售流通企业，同时有IBM、微软、飞利浦、微软、飞利浦、Auto-IDLab等等公司提供技术研究支持。公司提供技术研究支持。l目前目前EPC Global已在加拿大、日本、中国等国建立了分支机构，专门负责已在加拿大、日本、中国等国建立了分支机构，专门负责EPC码段在这些国家的分配与管理、码段在这些国家的分配与管理、EPC相关技术标准的制定、相关技术标准

56、的制定、EPC相关相关技术在本国的宣传普及以及推广应用等工作。技术在本国的宣传普及以及推广应用等工作。366、射频识别技术标准、射频识别技术标准lEPC Global“物联网物联网”体系架构由体系架构由EPC编码、编码、EPC标签及读写器、标签及读写器、EPC中间中间件、件、ONS服务器和服务器和EPCIS服务器等部分构成。服务器等部分构成。lEPC赋予物品惟一的电子编码，其位长通常为赋予物品惟一的电子编码，其位长通常为64位或位或96位，也可扩展为位，也可扩展为256位。对不同的应用规定有不同的编码格式，主要存放企业代码、商品代码和位。对不同的应用规定有不同的编码格式，主要存放企业代码、商品

57、代码和序列号等。最新的序列号等。最新的GEN2标准的标准的EPC编码可兼容多种编码。编码可兼容多种编码。lEPC中间件中间件对读取到的对读取到的EPC编码进行过滤和容错等处理后，输入到企业的业编码进行过滤和容错等处理后，输入到企业的业务系统中。它通过定义与读写器的通用接口（务系统中。它通过定义与读写器的通用接口（API）实现与不同制造商的读）实现与不同制造商的读写器兼容。写器兼容。lONS服务器服务器根据根据EPC编码及用户需求进行解析，以确定与编码及用户需求进行解析，以确定与EPC编码相关的编码相关的信息存放在哪个信息存放在哪个EPCIS服务器上。服务器上。lEPCIS服务器服务器存储并提供

58、与存储并提供与EPC相关的各种信息。这些信息通常以相关的各种信息。这些信息通常以PML的的格式存储，也可以存放于关系数据库中。格式存储，也可以存放于关系数据库中。376、射频识别技术标准、射频识别技术标准l2）Ubiquitous ID l日本在电子标签方面的发展，始于日本在电子标签方面的发展，始于20世纪世纪80年代中期的实时嵌入式系统年代中期的实时嵌入式系统TRON。T-Engine是其中核心的体系架构。是其中核心的体系架构。l在在TEngine论坛领导下，泛在论坛领导下，泛在ID中心于中心于2003年年3月成立，并得到日本政月成立，并得到日本政府经产省和总务省以及大企业的支持，目前包括微

59、软、索尼、三菱、日府经产省和总务省以及大企业的支持，目前包括微软、索尼、三菱、日立、日电、东芝、夏普、富士通、立、日电、东芝、夏普、富士通、NTT DoCoMo、KDDI、J-Phone、伊、伊藤忠、大日本印刷、凸版印刷、理光等重量级企业。藤忠、大日本印刷、凸版印刷、理光等重量级企业。l泛在泛在ID中心的泛在识别技术体系架构由中心的泛在识别技术体系架构由泛在识别码（泛在识别码（uCode）、信息系统）、信息系统服务器、泛在通信器和服务器、泛在通信器和ucode解析服务器等四部分构成解析服务器等四部分构成。 386、射频识别技术标准、射频识别技术标准luCode采用采用128位记录信息，提供了位

60、记录信息，提供了3401036编码空间，并可以以编码空间，并可以以128位为位为单元进一步扩展至单元进一步扩展至256、384或或512位。位。uCode能包容现有编码体系的元编码能包容现有编码体系的元编码设计，可以兼容多种编码，包括设计，可以兼容多种编码，包括JAN、UPC、ISBN、IPv6地址，甚至电话地址，甚至电话号码。号码。luCode标签标签具有多种形式，包括条码、射频标签、智能卡、有源芯片等。具有多种形式，包括条码、射频标签、智能卡、有源芯片等。泛在泛在ID中心把标签进行分类，设立了中心把标签进行分类，设立了9个级别的不同认证标准。个级别的不同认证标准。l信息系统服务器信息系统服