RFID技术-总复习-4

1、RFID射频识别技术陈 晔四教20918289581709物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用第第5章章 数据数据的的完整性完整性与数据的与数据的安全性安全性点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用RFID系统是一个开放的无线系统，外界的各种干扰容易系统是一个开放的无线系统，外界的各种干扰容易使数据传输产生错误，同时数据也容易被外界窃取，因此需要有使数据传输产生错误，同时数据也容易被外界窃取，因此需要有相应的措施，使数据保持完整性和安全性。相应的措施，使数据保持完整性和安全性。点击此处结束放映点

2、击此处结束放映数据的完整性数据的完整性5.1数据的安全性数据的安全性5.2物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用 点击此处结束放映点击此处结束放映数据的完整性数据的完整性5.1在RFID系统中，数据传输的完整性存在两个方面的问题：1、外界的各种干扰可能使数据传输产生错误；2、多个应答器同时占用信道使发送数据产生碰撞。运用数据检验数据检验（差错检测）和防碰撞防碰撞算法算法可分别解决这两个问题。数据传输的完整性存在哪些问题？物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用在读写器与电子标签的无线通信中，存在许在读写器与电子标签的无线通信中，

3、存在许多干扰因素，最主要的干扰因素是信道噪声和多卡多干扰因素，最主要的干扰因素是信道噪声和多卡操作操作。在在RFID系统中，为防止各种干扰和电子标签系统中，为防止各种干扰和电子标签之间数据的碰撞，经常采用差错控制和防碰撞算法之间数据的碰撞，经常采用差错控制和防碰撞算法来分别解决这两个问题。来分别解决这两个问题。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用5.1.1 差错控制差错控制差错控制是一种保证接收数据完整、准确的差错控制是一种保证接收数据完整、准确的方法。在数字通信中，差错控制利用编码方法对传方法。在数字通信中，差错控制利用编码

4、方法对传输中产生的差错进行控制，以提高数字消息传输的输中产生的差错进行控制，以提高数字消息传输的准确性。准确性。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用1. 差错的分类差错的分类（1）随机错误）随机错误（2）突发错误）突发错误点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用2. 差错的衡量指标差错的衡量指标误码率（误码率（Bit Error Ratio，BER）是衡量在规）是衡量在规定时间内数据传输精确性的指标。定时间内数据传输精确性的指标。点击此处结束放映点击此处结束放映物

5、联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用3.差错控制的基本方式差错控制的基本方式差错控制编码可以分为检错码和纠错码。检错差错控制编码可以分为检错码和纠错码。检错码能码能自动发现自动发现差错的编码；差错的编码； 纠错码纠错码不仅能发现不仅能发现差错差错，而且能，而且能自动纠正自动纠正差错的编码。差错的编码。（1）反馈纠错（）反馈纠错（ARQ）（2）前向纠错（）前向纠错（FEC）（3）混合纠错）混合纠错点击此处结束放映点击此处结束放映v 反馈纠错反馈纠错发送端需要在得到接收端正确收到所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，信息

6、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。才能认为发送成功。v 前向纠错前向纠错接收端通过纠错解码自动纠正传输中出现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。其典型应用是数字电具有很强纠错能力的编码技术。其典型应用是数字电视的地面广播。视的地面广播。 v 混合纠错混合纠错是是ARQARQ和和FECFEC的结合，设计思想是对出现的的结合，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。错误尽量纠正，纠正不了则需要通过重发来消除差错。 v 反馈纠错反馈

7、纠错发送端需要在得到接收端正确收到所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，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。才能认为发送成功。v 前向纠错前向纠错接收端通过纠错解码自动纠正传输中出现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。其典型应用是数字电具有很强纠错能力的编码技术。其典型应用是数字电视的地面广播。视的地面广播。 差错的控制方式差错的控制方式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

8、传。这种方法需要采用具有很强纠错能力的编码技术 。检错重发中，在发送端加入少量的监督码元，在接收端根据编码规则对收到的信号进行检查，当发现有错码是，即向发送端发出询问信号，要求重发。发送端收到询问信号后，立即重发，直到信息正确接收为止。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。物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用4.误码控制的基本原理误码控制的基本原理为了使信源代码具有检错和纠错的能力，应当为了使信源代码具有检错和纠错的能力，应当按照一定的规则在信源编码的基础上增加一些冗余码按照一定的规则在信源编码的基

9、础上增加一些冗余码元元(又称为又称为监督码元监督码元)，使这些冗余码元与被传送信息，使这些冗余码元与被传送信息码元之间建立一定的关系。在收信端，根据信息码元码元之间建立一定的关系。在收信端，根据信息码元与监督码元的特定关系，可以实现检错或纠错。与监督码元的特定关系，可以实现检错或纠错。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用（1）信息码元与监督码元）信息码元与监督码元信息码元又称为信息码元又称为信息序列或信息位信息序列或信息位，这是发端，这是发端由信源编码得到的被传送的信息数据比特，通常以由信源编码得到的被传送的信息数据比特，通常

10、以 表示。监督码元又称为监督位或附加数据比特，这是表示。监督码元又称为监督位或附加数据比特，这是为了检纠错码而在信道编码时加入的判断数据位为了检纠错码而在信道编码时加入的判断数据位，监监督码元通常以督码元通常以 表示表示。点击此处结束放映点击此处结束放映kr 检纠错码的分类 16物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用（2）许用码组与禁用码组）许用码组与禁用码组（3）编码的效率）编码的效率编码效率越高，信道中用来传送信息码元的有编码效率越高，信道中用来传送信息码元的有效利用率就越高。编码效率的计算公式为效利用率就越高。编码效率的计算公式为（4）码重与码距）码重与

11、码距点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用5. 误码控制编码的分类误码控制编码的分类不同的编码建立在不同的数学模型基础上，具有不同的编码建立在不同的数学模型基础上，具有不同的检错与纠错特性。不同的检错与纠错特性。（1）纠正随机错误码与纠正突发错误码）纠正随机错误码与纠正突发错误码（2）线性码与非线性码）线性码与非线性码（3）分组码与卷积码）分组码与卷积码点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用6.奇偶校验码奇偶校验码奇偶校验码无论信息位有多少，监督码元只有奇偶校验码

12、无论信息位有多少，监督码元只有一位。一位。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用（1） 偶数监督码偶数监督码在偶数监督码中，它使码组中在偶数监督码中，它使码组中“1”的数目为的数目为偶数偶数。（2）奇数监督码）奇数监督码在奇数监督码中，它使码组中在奇数监督码中，它使码组中“1”的数目为的数目为奇数奇数。点击此处结束放映点击此处结束放映（1）奇偶校验奇偶校验码是一种奇偶校验码是一种最简单而有效最简单而有效的数据校验方法。的数据校验方法。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

13、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。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。对奇偶校验码的评价对奇偶校验码的评价: :它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

14、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。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。 00001000100010000111010000101101101011101000010011101011011011001110101110011111RFID系统中的差错校验奇偶校验的

15、校验方程设设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C 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C C7 7CC6 6CC5 5CC4 4CC3 3CC2 2CC1 1CC0 0 1 1 （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。对于偶校验对于偶校验, , 合法码字应

16、满足合法码字应满足 n n C Ci iCC0 00 0 （3 3） i-1i-1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。物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用7. CRC校验校验 循环冗余校验循环冗余校验（Cyclic Redundancy Check，CRC）是是RFID常用的一种差错校验方法常用的一种差错校验方法。循环码具有循

17、环循环码具有循环性，性，即即循环码中任意一个码组循环一位循环码中任意一个码组循环一位(将最右端的码移将最右端的码移至最左端至最左端)以后，仍为该码中的一个码组。以后，仍为该码中的一个码组。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用 （1） CRC码的特点码的特点（2）生成）生成CRC码的原则码的原则（3） CRC码的校验方法码的校验方法（4）常用的）常用的CRC生成多项式生成多项式点击此处结束放映点击此处结束放映 循环冗余校验（循环冗余校验（Cyclic Redundancy CheckCyclic Redundancy Check

18、，CRCCRC）是是RFIDRFID常用的一种差错校验方法。较强的检错能力，常用的一种差错校验方法。较强的检错能力，硬件实现简单。硬件实现简单。 （1） CRC码的特点码的特点 任意一个由二进制位串组成的代码都可以和一个系任意一个由二进制位串组成的代码都可以和一个系数仅为数仅为0 0和和1 1取值的多项式一一对应，即把一个长度为取值的多项式一一对应，即把一个长度为n n的代码可以表示为：的代码可以表示为：（2 2）生成）生成CRCCRC码的原则码的原则 任意一个由二进制位串组成的代码都可以和一个系任意一个由二进制位串组成的代码都可以和一个系数仅为数仅为0 0和和1 1取值的多项式一一对应，即把

19、一个长度为取值的多项式一一对应，即把一个长度为n n的代码可以表示为：的代码可以表示为：例：例：11001011100101 任意一个由二进制位串组成的代码都可以和一个系任意一个由二进制位串组成的代码都可以和一个系数仅为数仅为0 0和和1 1取值的多项式一一对应，即把一个长度为取值的多项式一一对应，即把一个长度为n n的代码可以表示为：的代码可以表示为：例：例：11001011100101 CRC CRC码是基于多项式的编码技术。在计算码是基于多项式的编码技术。在计算CRCCRC码时，码时，发送方和接收方必须采用一个共同的生成多项式发送方和接收方必须采用一个共同的生成多项式g(x)g(x)，

20、g(x)g(x)的阶为的阶为r, g(x)r, g(x)的最高、最低系数必须为的最高、最低系数必须为1 1。 CRC CRC编码过程是编码过程是检验字段挂在原信息多项式后一起检验字段挂在原信息多项式后一起发送发送，发送发通过制定的，发送发通过制定的g(x)产生产生CRC码字，接收方则码字，接收方则通过该通过该g(x)来验证收到的来验证收到的CRC码字。码字。（3 3）CRCCRC码的校验方法码的校验方法 算法步骤：算法步骤： 将将k k位信息写成位信息写成k-1k-1阶多项式阶多项式M(X)M(X)； 设生成多项式设生成多项式G(X)G(X)的阶为的阶为r r； 用模用模2 2除法计算除法计算

21、X Xr rM(X)/G(X)M(X)/G(X)，获得余数多项式，获得余数多项式R(X)R(X)； 用模用模2 2减法求得传送多项式减法求得传送多项式T(X)T(X)，T(X)= XT(X)= Xr rM(X)-R(X)M(X)-R(X)，则则T(X)T(X)多项式系数序列的前多项式系数序列的前k k位为信息位，后位为信息位，后r r位为校位为校验位，总位数验位，总位数n=k+rn=k+r。 1)1)若信息字段代码为若信息字段代码为10110011011001，对应，对应m(x)=xm(x)=x6 6+x+x4 4+x+x3 3+1;+1;2)2)假设生成多项式为假设生成多项式为g(x) g(

22、x) 为为11001 11001 ，对应，对应g(x) =xg(x) =x4 4+x+x3 3+1 +1 ；3 3） x x4 4m(x)=xm(x)=x1010+x+x8 8+x+x7 7+x+x4 4，对应的代码记为，对应的代码记为1011001000010110010000；4 4）采用多项式除法）采用多项式除法x x4 4m(x)/g(x)m(x)/g(x)，得余数为，得余数为10101010， 即校验字段为即校验字段为10101010；5 5）发送方发出的传输字段为）发送方发出的传输字段为1011001101010110011010，前，前7 7位为信息字段，后位为信息字段，后4 4

23、位为校验字段；位为校验字段；6 6）接收方使用相同的生成码进行校验，接收到的多项式如果能够）接收方使用相同的生成码进行校验，接收到的多项式如果能够除尽，则正确。除尽，则正确。练习：练习：M(X)M(X)系数序列：系数序列：1111011111110111 G(X) G(X)系数序列为：系数序列为：1001110011选用的生成多项式不同，产生的循环码组也不同。选用的生成多项式不同，产生的循环码组也不同。CRC-12：CRC-16：CRC-32：CRC-CCITT：可检验可检验4KB长数据帧的数据完整性长数据帧的数据完整性（4 4）常用的）常用的CRCCRC生成多项式生成多项式（2）循环冗余校验

24、码(Cyclic Redundancy Check ,CRC) CRCCRC码是一种检错、纠错能力很强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。编码步骤编码步骤如下：如下：(

25、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

26、的CRCCRC码。码。 M(X).XM(X).Xk kR(X) R(X) Q(X).G(X) Q(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)XXk 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

27、 步骤步骤2 2: M(X). X: M(X). X4 4 111101111111011100000000 ( ( 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 1111011

28、11111011111111111 物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用 点击此处结束放映点击此处结束放映数据的完整性数据的完整性5.1在RFID系统中，数据传输的完整性存在两个方面的问题：1、外界的各种干扰可能使数据传输产生错误；2、多个应答器同时占用信道使发送数据产生碰撞。运用数据检验数据检验（差错检测）和防碰撞防碰撞算法算法可分别解决这两个问题。数据传输的完整性存在哪些问题？物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用在读写器与电子标签的无线通信中，存在许在读写器与电子标签的无线通信中，存在许多干扰因素，最主要的干扰因素是信

29、道噪声和多卡多干扰因素，最主要的干扰因素是信道噪声和多卡操作操作。在在RFID系统中，为防止各种干扰和电子标签系统中，为防止各种干扰和电子标签之间数据的碰撞，经常采用差错控制和防碰撞算法之间数据的碰撞，经常采用差错控制和防碰撞算法来分别解决这两个问题。来分别解决这两个问题。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用5.1.2 数据传输中的防碰撞问题数据传输中的防碰撞问题在在RFID系统中，读写器的作用范围经常系统中，读写器的作用范围经常有多有多个电子标签同时要求通信个电子标签同时要求通信，导致数据传输经常发生碰，导致数据传输经常发生

30、碰撞问题，因此需要对防碰撞进行研究。撞问题，因此需要对防碰撞进行研究。点击此处结束放映点击此处结束放映一、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、读写器碰撞电子标签1电子标签2电子标签4电子标签3电子标签5电子标签1电子标签2电子标签4电子标签3电子标签5R1RrRrReader2Reader1读写器读写器- -读写器频率干扰读写器频率干扰 R1R1为为Reader1Reader1的的干扰范围干扰

31、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。物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用1.数据传输的工作方式数据传

32、输的工作方式 （1）无线电广播方式）无线电广播方式读写器发送的信号同时被多个电子标签接收。读写器发送的信号同时被多个电子标签接收。 点击此处结束放映点击此处结束放映二、防碰撞机制的实现1 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ReaderTagTagTag 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Tag1Tag3Tag5T

33、ag4Tag2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RFID系统把不同载波频率的传输通道分别提供给电子标签用户3、 4、时间分割、时间分割TDMAa b c abcReaderTag1Tag2Tag3aabbcc TDMATDMA是把整个可供使用的是把整个可供使用的信信道容量道容量按时间分配给多个同户按时间分配给多个同户的技术。的技术。物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用（2）多路存取方式）多路存取方式在这种工作方式中，读写器的工作范围同时有多在这种工作方式中，读写器的工作范围同时有多个

34、电子标签，多个电子标签同时将数据传送给读写器个电子标签，多个电子标签同时将数据传送给读写器。点击此处结束放映点击此处结束放映标签控制（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。所以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。三

35、、防碰撞算法时分多路（TDMA）ALOHA算法二进制树型搜索算法物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用2. 防碰撞算法防碰撞算法现有的现有的RFID防碰撞算法都是基于防碰撞算法都是基于TDMA算法，可算法，可划划分为分为Aloha防碰撞算法和基于二进制搜索（防碰撞算法和基于二进制搜索（Binary Search，BS）算法两大类。）算法两大类。Aloha防碰撞算法有防碰撞算法有ALOHA算法、时隙算法、时隙ALOHA算法算法；BS防碰撞算法有防碰撞算法有二进制树二进制树型型搜索算法、修剪枝的二进制树型搜索算法搜索算法、修剪枝的二进制树型搜索算法等。等。点击此处

36、结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用（1）ALOHA算法算法Aloha是是1968年美国夏威夷大学一项研究计划年美国夏威夷大学一项研究计划的名字，的名字，Aloha网络是世界上最早的无线电计算机通网络是世界上最早的无线电计算机通信网络。信网络。ALOHA采用的是一种随机接入的信道访问采用的是一种随机接入的信道访问方式。方式。ALOHA算法因具有简单易实现等优点而成为算法因具有简单易实现等优点而成为应用最广的算法之一。应用最广的算法之一。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与

37、应用（2）时隙）时隙ALOHA算法算法帧时隙（帧时隙（FSA）ALOHA算法是基于通信领域算法是基于通信领域的的ALOHA协议提出的。在协议提出的。在FSA中，帧中，帧(Frame)是由是由读写器定义的一段时间长度，其中包含若干个时隙读写器定义的一段时间长度，其中包含若干个时隙(Slot)，电子标签在每个帧内随机选择一个时隙发送，电子标签在每个帧内随机选择一个时隙发送数据。在帧时隙数据。在帧时隙ALOHA算法中，信道的利用率有所算法中，信道的利用率有所提高。提高。点击此处结束放映点击此处结束放映1 1、ALOHAALOHA防碰撞算法防碰撞算法 AlohaAloha协议或称协议或称AlohaAl

38、oha技术、技术、AlohaAloha网，是世界上最早的无线电网，是世界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。 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，

39、采用的协议就是有名的是有名的ALOHAALOHA协议，叫做纯协议，叫做纯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。 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 纯纯ALOHAALOHA算法算法 思想：只要用户有数据

40、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

41、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

42、：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，该算法仅适于只读型的标签，即阅读器只负责接收标签发射的信仅适于只读型的标签，即阅读器只负责接收标签发射的信号，标签只负责向阅读器发射信号的情况。号，标签只负责向阅读器发射信号的情况。 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

43、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，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

44、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Frame Slotted Aloha(FSA) 将N个时隙组成一帧，一帧中包含的时隙数固定，标签随机选择N个时隙中的一个与阅读器通信，一旦碰撞则等待下一帧，重新选择时隙重发信息。优点：简化了时隙Aloha的随机退避机制。缺点：当标签数远大于N时，出现“饿死现象”； 当标签数远小于N时，较多时隙空闲，产生浪费

45、。 固定帧时隙Aloha运用于RFID系统示意图l 帧时隙帧时隙ALOHAALOHA算法算法动态帧时隙动态帧时隙ALOHAALOHA算法（算法（DFSADFSA） 动态帧时隙Aloha运用于RFID系统示意图n 当系统待识别标签数较多时，动态增加帧长，可以降低时隙碰撞率，提高系统性能；n 当系统待识别标签数较少时，动态减少帧长，可以降低空闲时隙比率，提高时隙利用率，提高系统性能；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

46、 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1010和和1111两两个子集，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(Manc

47、herster)(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

48、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Improved Anti-collision Algorithm搜寻过程第一次搜寻第一次搜寻第二次搜寻第二次搜寻第三次搜寻第三次搜寻第四次搜寻第四次搜寻第五次搜寻第五次搜寻发送序号发送序号接收序号接收序号TagATagATagTagB BTagTagC CTagTagD D1010011110110101101011111011110111111111101?1?11010111110100111101011111010?111101001111010011

49、1识别识别TagATagA10110101101011111011110111111111101?1?11010111110101111识别识别TagBTagB物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用5.1.3 RFID中数据完整性的实施策略中数据完整性的实施策略采用恰当的信号编码、调制与校检方法，并采采用恰当的信号编码、调制与校检方法，并采取信号防冲突控制技术，能显著提高数据传输的完整取信号防冲突控制技术，能显著提高数据传输的完整性和可靠性。性和可靠性。 点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用1

50、. 信号的编码、调制与校检信号的编码、调制与校检 RFID系统基带编码的方式有多种，编码方式系统基带编码的方式有多种，编码方式与系统所用的防碰撞算法有关与系统所用的防碰撞算法有关，RFID系统一般采用系统一般采用曼彻斯特编码曼彻斯特编码。在在RFID系统中，为简化设计、降低系统中，为简化设计、降低成本，大多数系统采用成本，大多数系统采用ASK的调制技术。的调制技术。 RFID常用常用的校验方法有的校验方法有奇偶校验方法和奇偶校验方法和CRC校验方法校验方法等。等。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用2. 信号防冲突信号防冲突

51、（1）标签冲突。）标签冲突。 随机性解决方案。随机性解决方案。 确定性解决方案。确定性解决方案。 （2）读写器冲突。）读写器冲突。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用3. ISO 18000-6编解码和编解码和防冲突防冲突简介简介ISO 18000是现今是现今RFID的最新国际标准，其中的最新国际标准，其中ISO 180006是频率为是频率为860-960MHz的的RFID标准标准，该标准给出了读写器与电子标签之间通信的空中接口该标准给出了读写器与电子标签之间通信的空中接口。ISO 18000-6的编解码电路和校验电路可以采用

52、的编解码电路和校验电路可以采用FPGA进行设计。进行设计。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用ISO 180006A和和B型比较如下型比较如下。点击此处结束放映点击此处结束放映FM0编码Aloha防冲突机制PIE 编码曼彻斯特编码ASK调制TypeATypeB二进制树防冲突机制物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用 点击此处结束放映点击此处结束放映数据的安全性数据的安全性5.2物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用在在RFID系统中，数据信息可能受到人为和自然

53、原系统中，数据信息可能受到人为和自然原因的威胁因的威胁。数据的安全性主要解决消息认证和数据保密数据的安全性主要解决消息认证和数据保密的问题，以防止的问题，以防止RFID系统非授权的访问，或企图跟踪、系统非授权的访问，或企图跟踪、窃取甚至恶意篡改电子标签信息的行为。窃取甚至恶意篡改电子标签信息的行为。 点击此处结束放映点击此处结束放映79RFID的安全议题（续） 由于RFID是透过无线射频(Radio Frequency, RF)来传递信息，因此存在一般无线通信技术会遇到的安全威胁，导致下列问题产生 商业机密外泄 破坏机密性(Confidentiality) 伪造虚假信息 破坏正确性(Integ

54、rity) 基础建设遭受破坏 破坏可用性(Availability)80RFID的隐私议题 RFID卷标因具有唯一识别的特性，若是标签被任意读取，或是遭受先前提到RFID的各种安全威胁，将衍伸出相关的隐私议题 消费者的身分隐私 消费者的购物隐私 消费者的行踪隐私81科技面解决方案82RFID的硬件限制 RFID系统中，卷标的运算能力是有限的，尤其是低成本的被动式标签；比起智能卡或者是传感器(Sensor)来说，RFID卷标少了中央处理器及较大的内存空间，因此无法执行复杂的密码学运算，是RFID在安全性上的一大缺点83现行的RFID保护机制 标签特殊设计之保护方式 卷标销毁指令(Kill Com

55、mand) 卷标休眠指令(Sleeping Command) 密码保护 使用额外设备之保护方法 法拉第笼(Faradays Cage) 主动干扰(Jamming) 阻挡标签(Blocker Tag) 其他方法84卷标销毁指令 若标签支持Kill指令，如EPC Class 1 Gen2卷标，当卷标接收到读写器发出的Kill指令时，便会将自己销毁，使得这个标签之后对于读写器的任何指令都不会有反应，因此可保护卷标数据不被读取；但由于这个动作是不可逆的，一旦销毁就等于是浪费了这个标签85卷标休眠指令 与销毁卷标概念相同，当支持休眠指令的卷标接收读取器传来的休眠(Sleep)指令，卷标即进入休眠状態，不

56、会响应任何读取器的查询；当标签接收到读取器的唤醒(Wake Up)指令，才会恢复正常86密码保护 此方法利用密码来控制卷标的存取，在卷标中记忆对应的密码，读取器查询卷标时必须同时送出密码，若卷标验证密码成功才会响应读取器；不过此方法仍存在密码安全性的问题87法拉第笼 将标签放置在由金属网罩或金属箔片组成的容器中，称作法拉第笼，因为金属可阻隔无线电讯号之特性，即可避免标签被读取器所读取88主动干扰 使用能够主动发出广播讯号的设备，来干扰读取器查询受保护之标签，成本较法拉第笼低；但此方式可能干扰其他合法无线电设备的使用89阻挡标签 使用一种特殊设计的卷标，称为阻挡卷标(Blocker Tag)，此种标签会持续对读取器传送混淆的讯息，藉此阻止读取器读取受保护之标签；但当受保护之卷标离开阻挡卷标的保护范围，则安全与隐私的问题仍然存在90其他方法 以密码学为基础的解决方案 随机数生成器 互斥或(Exclusive OR, XOR) 循环冗余检查(Cyclic Redundancy Check, CRC) 对称式加解密 哈希锁(Hash-lock) 哈希链(Hash Ch