【复习资料】12581射频识别技术与应用（复习知识点）

1、什么是RFID?无线射频识别作为一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。常用的有低频（125k~134.2K）、高频（13.56Mhz）、超高频，微波等技术。2、RFID技术特点1快速扫描2体积小型化、形状多样化3抗污染能力和耐久性4可重复使用5穿透性和无屏障阅读6数据的记忆容量大7安全性3、RFID系统的组成RFID系统主要由阅读器、电子标签、RFID中间件和应用系统软件4部分构成。4、阅读器的构成以及各部分的功能组成：射频接口、逻辑控制单元和天线天线：天线是一种能将接受到的电磁波转换为电流信号，或将电流信号转换为电磁波发射出去的装置。射频接口模块：1产生高频发射能量，激活电子标签并为其提供能量2对发射信号进行调制，将数据传输给电子标签3接受并调制来自电子标签的射频信号逻辑控制模块：1与应用系统软件进行通信，并执行从应用系统软件发送来的指令2控制阅读器与电子标签的通信过程3信号的编码与解码4对阅读器和标签之间传输的数据进行加密和解密5执行防碰撞算法6对阅读器和标签的身份进行验证5、电子标签分类、组成及各组成部分功能根据工作原理的不同，电子标签分为利用物理效应进行工作的数据载体和以电子电路为理论基础的数据载体6、RFID中间件的主要功能1阅读器协调控制2数据过滤与处理3数据路由与集成4进程管理7、RFID系统能量耦合方式和数据传输原理根据射频识别系统作用距离的远近情况，标签天线与读写器天线之间的耦合可以分为密耦合系统、遥耦合系统和远距离系统三类。数据传输原理P108、RFID系统的工作原理阅读器通过天线向周围空间发送一定频率的射频信号;标签一旦进入阅读器天线的作用区域将产生感应电流，获得能量被激活;激活标签将自身信息编码后经天线发送出去;阅读器接收该信息，经过解码后必要时送至后台网络;后台网络中主机鉴定标签身份的合法性，只对合法标签进行相关处理，通过向前端发送指令信号控制阅读器对标签的读写操作;9、RFID系统的性能指标1射频标签的存储容量2工作方式3数据传输速度4读写距离5多个标签识别能力6射频标签与天线间的射频载波频率7RFID系统的连通性8数据载体9状态模式10能量供应10、RFID系统的频率划分和作用距离射频识别系统读写器发送的频率基本上划归4个范围：低频（30~300KHZ）、高频（3~30MHZ）、超高频（300MHZ）和微波（2.5GHZ以上）。根据作用距离，射频识别系统的附加分类：密耦合（0~1cm）、遥耦合（0~1m）和远距离系统（1~10m）。11、RFID技术现状和面临的主要问题问题：1.标签成本问题2.标准制订问题3.公共服务体系问题4.产业链形成问题5.技术和安全问题1、数字通信系统的特点和主要性能指标特点：在传输过程中可实现无噪声积累、便于加密处理、便于设备的集成和微型化、占用的信道频带宽。指标：数据传输速率、信道频带宽度、误码率。2、波特率与比特率的关系波特率是指数据信号对载波的调制速率，即每秒钟通过信道传输的码元数。比特率是指每秒钟通过信道传输的信息量，也即单位时间内可传输的二进制位的位数。比特率=波特率*1bM3、基带信号、编码、调制和已调信号的概念基带信号：原始的电信号。编码与调制：将基带信号进行编码，然后抓换成适合在信道中传输的信号。解调与解码：在接收端进行反编码，然后进行解码的过程。已调信号：经过调制后的信号。4、信号需要调制的原因和信号调制方法原因：1工作频率越高带宽越大。当信号带宽加大时，可以提高无线系统的抗干扰，抗衰弱能力，还可以实现传输带宽与信噪比之间的互换；当信号带宽加大时，还可以将多个基带信号分别搬移到不同的载频处，以实现信道的多路复用，提高信道的利用率。2工作频率越高天线尺寸越小。无线通信需要采用天线来发射和接收信号，如果天线的尺寸可以与工作波长相比拟，天线的辐射更为有效。由于工作频率与波长成反比，提高工作频率可以降低波长，进而可以减小天线的尺寸。方法：幅移键控（ASK）（为简化射频标签设计成本多数射频识别系统采用ASK调制方式），频移键控（FSK），相移键控（PSK）、副载波调制。5、RFID系统常用的编码方法：反向不归零编码（高电平表示二进制1，反之为0）、曼切斯特编码（由高到低的电压跳变表示1，反之为0）、单极性归零编码（发出窄脉冲为1,不发送电流为0）、密勒编码（半个位周期任意边沿为1，下一个位周期电平不变为0）和变形密勒编码。6、RFID系统编码方式的选择因素编码方式的选择要考虑电子标签能量的来源、检错的能力和时钟的提取。7、RFID常用的调制方法ASK、FSK、PSK、副载波调制。8、RFID系统常用的纠错编码方法：1奇偶校验：奇校验（每个字节的1的个数为奇数，校验位置为0，反之为1）和偶校验（每个字节的1的个数为偶数，校验位置为0，反之为1）2纵向冗余校验（数据块所有字节按位加，结果即为校验字）3CRC（数据序列M(X)除以校验多项式G(X)的余数即CRC的值）9、无线通信系统的常用通信冲突的解决办法：空分多路SCDMA\频分多路FDMA\时分多路TDMA\码分多路CDMA10、RFID系统常用的防碰撞算法1纯ALOHA算法：主要采用标签先发言的方式，即电子标签一旦进入阅读器的工作范围获得能量后，便向阅读器主动发送自身的序列号。在某个电子标签向阅读器发送数据的过程中，如果有其它电子标签也同时向该阅读器发送数据，此时阅读器接收到的信号就会产生重叠，导致阅读器无法正确识别和读取数据。阅读器通过检测并判断接收到的信号是否发生碰撞，一旦发生碰撞，阅读器则向标签发送指令使电子标签停止数据的传送，电子标签接到阅读器的指令后，便随机的延迟一段时间再重新发送数据。在纯ALOHA算法中，假设电子标签在t时刻向阅读器发送数据，与阅读器的通信时间为To，则碰撞时间为2T0。G为数据包交换量，S为吞吐率（G=0.5时最大S=18.4%）2时隙ALOHA算法：为提高RFID系统的吞吐率，可以把时间划分为多段等长的时隙，时隙的长度由系统时钟确定，并且规定电子标签只能在每个时隙的开始时才能向阅读器发送数据帧，这就是时隙ALOHA算法；根据上述规定可得，数据帧要么成功发送，要么完全碰撞，避免了纯ALOHA算法中部分碰撞的发生，使碰撞周期变为To；（G=1时最大S=36.8%）3动态时隙ALOHA算法：首先由阅读器把帧长度N发送给电子标签，电子标签则产生[1，N]之间的随机数，接下来各电子标签选择相应的时隙，与阅读器进行通信；如果当前时隙与电子标签随机产生的数相同，电子标签则响应阅读器的命令，若不同，标签则继续等待。假如当前时隙内仅有一个电子标签响应，阅读器就读取该标签发送的数据，读取完了以后就使该标签处于“无声”状态。如果当前时隙内有多个标签响应，则该时隙内的数据就出现了碰撞，此时阅读器会通知该时隙内的标签，让它们在下一轮帧循环中重新产生随机数参与通信。逐帧循环，直到识别出所有电子标签为止。4二进制搜索算法：多个标签进入读写器工作场后，读写器发送带限制条件的询问命令，满足限制条件的标签回答，如果发生碰撞，则根据发生错误的位修改限制条件，再一次发送询问命令，直到找到一个正确的回答，并完成对该标签的读写操作。对剩余的标签重复以上操作，直到完成对所有标签的读写操作。11、RFID采用的两种认证技术：相互对称认证和利用导出密钥的相互对称认证12、RFID系统数据完整性的含义13、RFID电子标签中的加密技术：对称密码体制和非对称密码体制1、电子标签天线和阅读器天线的要求1RFID天线必须足够小，必须能与电子标签有机结合，能满足部分应用特定方向性要求，能够提供最大可能的信号，天线的极化要能与读写器的询问信息相匹配，要具有应有的灵活性，要具有应有的可靠性，天线的频率和频带要满足技术标准，要具有一定的健壮性，要足够便宜2读写器天线的要求：读写器天线设计要求低剖面，小型化；读写器天线设计要求多频段覆盖。2、低频、高频、微波频段RFID天线的特点以及主要种类低频和高频RFID天线的特点：1天线都采用线圈的形式2线圈的形式多样，可以是圆形圈，也可以是矩形环3天线的尺寸比芯片的尺寸大很多，电子标签的尺寸主要的h由天线决定的4有些天线的基板是柔软的，适合粘贴在各种物体的额表面5由天线和芯片构成的电子标签，可以比拇指还小5由天线和芯片构成的电子标签，可以在条带上批量生产微波RFID天线特点：1微波RFID天线的结构多样2很多电子标签天线的基板是柔软的，适合粘贴在各种物体的额表面3天线的尺寸比芯片的尺寸大很多，电子标签的尺寸主要的h由天线决定的4由天线和芯片构成的电子标签，可以在条带上1、自动识别技术是应用一定的识别装置，通过被识别物品和识别装置之间的接近活动，自动地获取被识别物品的相关信息，常见的自动识别技术有语音识别技术、图像识别技术、射频识别技术、条码识别技术（至少列出四种）。2、RFID的英文缩写是RadioFrequencyIdentification。3、RFID系统通常由电子标签、读写器和计算机通信网络三部分组成。4、在RFID系统工作的信道中存在有三种事件模型：①以能量提供为基础的事件模型②以时序方式提供数据交换的事件模型③以数据交换为目的的事件模型5、时序指的是读写器和电子标签的工作次序。通常，电子标签有两种时序：TTF（TargetTalkFirst），RTF（ReaderTalkFirst）。6、读写器和电子标签通过各自的天线构建了二者之间的非接触信息传输通道。根据观测点与天线之间的距离由近及远可以将天线周围的场划分为三个区域：非辐射场区、辐射近场区、辐射远场区。7、射频识别系统是由（信息载体）和信息获取装置组成的。其中信息载体是（射频标签），获取信息装置为（射频识读器）。8、在RFID系统中，读写器与电子标签之间能量与数据的传递都是利用耦合元件实现的，RFID系统中的耦合方式有两种：电感耦合式、电磁反向散射耦合式。9、读写器和电子标签之间的数据交换方式也可以划分为两种，分别是负载调制、反向散射调制。10、按照射频识别系统的基本工作方式来划分，可以将射频识别系统分为全双工、半双工、时序系统。11、读写器天线发射的电磁波是以球面波的形式向外空间传播，所以距离读写器R处的电子标签的功率密度S为（读写器的发射功率为PTx，读写器发射天线的增益为GTx，电子标签与读写器之间的距离为R）：S=（PTx·GTx）/（4πR2）。12、按照读写器和电子标签之间的作用距离可以将射频识别系统划分为三类：密耦合系统、远耦合系统、远距离系统。13、典型的读写器终端一般由天线、射频模块、逻辑控制模块三部分构成。14、控制系统和应用软件之间的数据交换主要通过读写器的接口来完成。一般读写器的I/O接口形式主要有：USB、WLAN、以太网接口、RS-232串行接口、RS-485串行接口。15、随着RFID技术的不断发展，越来越多的应用对RFID系统的读写器也提出了更高的要求，未来的读写器也将朝着多功能、小型化、便携式、嵌入式、模块化的方向发展。16、从功能上来说，电子标签一般由天线、调制器、编码发生器、时钟、存储电路组成。17、读写器之所以非常重要，这是由它的功能所决定的，它的主要功能有：与电子标签通信、标签供能、多标签识别、移动目标识别。18、根据电子标签工作时所需的能量来源，可以将电子标签分为有源/无源标签。19、按照不同的封装材质，可以将电子标签分为纸、塑料、玻璃。20、电子标签的技术参数主要有传输速率、读写速度、工作频率、能量需求。21、未来的电子标签将有以下的发展趋势：成本低，体积小，容量大，工作距离远。22、完整性是指信息未经授权不能进行改变的特性，保证信息完整性的主要方法包括以下几种：协议、纠错编码方法、密码校验和方法、数字签名、公证。23、常用的差错控制方式主要有检错重发、前向纠错、混合纠错。24、差错控制时所使用的编码，常称为纠错编码。根据码的用途，可分为检错码和纠错码。25、在发送端需要在信息码元序列中增加一些差错控制码元，它们称为监督码元。26、设信息位的个数为k，监督位的个数为r，码长为n=k+r，则汉明不等式为：2r-1≥n。27、两个码组中对应位上数字不同的位数称为码距，又称汉明距离，用符号D（a，b）表示，如两个二元序列a=111001，b=101101，则D（a，b）=2。28、最常用的差错控制方法有奇偶校验、循环冗余校验、汉明码。29、在偶校验法中，无论信息位多少，监督位只有1位，它使码组中“1”的数目为偶数。30、常用的奇偶检验法为垂直奇偶校验、水平奇偶校验、垂直水平奇偶校验。31、RFID系统中的数据传输也分为两种方式：阅读器向电子标签的数据传输，称为下行链路传输；电子标签向阅读器的数据传输，称为上行链路传输。32、电感耦合式系统的工作模型类似于变压器模型。其中变压器的初级和次级线圈分别是：阅读器天线线圈和电子标签天线线圈。33、电子标签按照天线的类型不同可以划分为线圈型、微带贴片型、偶极子型三种。34、随着RFID技术的进一步推广，一些问题也相应出现，这些问题制约着它的发展，其中最为显著的是数据安全问题。数据安全主要解决数据保密和认证的问题。35、常见的密码算法体制有对称密码体系和非对称密码体系两种。36、根据是否破坏智能卡芯片的物理封装，可以将智能卡的攻击技术分为破坏性攻击、非破坏性攻击。37、RFID系统中有两种类型的通信碰撞存在，一种是阅读器碰撞，另一种是电子标签碰撞。38、为了防止碰撞的发生，射频识别系统中需要设计相应的防碰撞技术，在