范文一:美军使用的射频识别系统
美军目前使用的自动识别系统
美军在射频识别技术(RFID)应用方面一直处于世界领先地位,特点是敢于投入重金,在实际战争的保障过程中大胆使用新技术,并在使用中改进,注重实效。分析美军在军事物流中所使用系统的情况,探索射频识别技术的特点,对发展我国物流及供应链射频识别应用和技术选型具有重要意义。
美军目前使用的自动识别系统包括特定物品寻找系统、运输途中物资可见性系统、单兵电子病历卡和服装发放装置等几类。
1 特定物品寻找系统
这一系统由射频标签和手持式识读装置组成,其中射频标签附在集装箱或托盘上,用于存储和发送集装箱内的物资信息。射频标签为主动式带电源,存储容量128KB。箱内所装物资品名、数量、状况、终点、用户等货单信息均存在标签中。射频标签设计坚实,耐恶劣气候,耐冲击,能在野战条件下多次使用。手持式识读装置能够“激活”射频标签,在90m距离范围阅读标签上的信息内容,并以声音辅助寻的,主要用于野战集装箱货场的目标寻找。
2 运输途中物资可见性系统
美军在集装箱或整装卸车上安装射频标签,在运输起点、终点和各中途转运站上配置固定或手持式识读装置和计算机系统,结合实时追踪网络系统,对在运物资进行监控。该系统通过遍布38个国家的420个监控点,对包括军事及商业用途的270000个集装箱和重要货物进行实时追踪。
3 单兵电子病历卡
在2003年伊拉克战争期间,美国军方大量使用了射频身份识别技术,被缝入到袖口中的射频标签用于跟踪受伤的士兵和平民的身份、状况和位置。射频标签中的数据通过手持设备进行读取,识别病人,也允许医生在标签上添加、修改或创建新的治疗记录。
美国ScenPro公司开发了在伊拉克的海军第三舰队医院使用的整套TacMedCS系统,德州仪器公司(TI)提供了射频标签,其Tag-it采用工作频率为13.56MHz的无源标签。射频识读设备与袖口之间的识读距离可达1.8m。
4 服装发放装置
以往美军都是利用条形码技术使服装发放速度加快。即服装公司将带有电子条形码的标签系在作战服上,发往征兵中心。在新兵试穿时,管理者用扫描器扫描标签,将适合新兵穿用的作战服大小、颜色、式样等信息输入计算机,计算机将信息传到国防兵员保障中心,再由中心传到服装公司,用于制定生产计划。而现在使用射频识别技术,过去需要多步完成的程序可以一次完成,既节省了人力又提高了效率。
美军RFID应用的技术特点
美军使用的射频识别系统十分注重实用性,即可在野战条件下使用。从后勤保障供应链的角度,野战条件相对平时固定营房及作业场所而言,室外、野外操作较多,要求设备对温度、湿度、阳光、降水等自然环境条件有较强的适应性。由于野站环境各种装备车辆集中,设备数量多,电缆布线不规则,可能会产生多种电磁干扰。野战条件对射频识别技术的要求是识别距离远、抗干扰能力强、可靠性高、使用操作简便、可安装在露天环境、拆装方便,以及尽可能少的维护。
1 主动式标签
主动式标签的工作电源完全由内部电池供给,同时电池能量也部分转换为标签与识读设备通信所需的射频能量。主动式标签通常用于识别距离较远(10~200m)的场合,典型工作频率为433.92MHz、860~930MHz、2.45GHz及5.8GHz。
主动式标签的识别距离较远,可靠性相对较高,成本也较高。从美军使用情况看,主要用于大型集装箱、车辆的身份识别。在集装箱上使用主动式标签可以充分发挥远距离识别的特点,减少开箱清点工作量。
主动式标签的不足是电池寿命有限,只能维持2~5年。实践证明,由于制造和使用上的差异,主动式标签电池的使用时间有较大离散性,给标签的维护带来麻烦,标签数量越大,维护问题越复杂。同时由于主动式标签带有电池,通常体积较大,限制了应用领域。
2 标签数据存储容量
射频识别标签的存储容量一般在2Kb以内,更多的存储容量并没有太大的意义。因此典型的标签数据容量为128b、64b、1Kb和2Kb。
美军要求在本土以外的集装箱上安装主动式标签,并写入货单内容,是基于某些地域不便通过网络交换数据的安全因素考虑。这种做法是将射频标签当作通信设备。美军除集装箱以外的所有射频识别应用都是只在标签上存放物品的军队唯一识别码,相关信息是通过网络得到的。
3 工作频率
目前使用较多的几种射频标签工作频率分别是13.56MHz、433.92MHz、915MHz和2.45GHz。从美军实际应用和发展情况看,13.56MHz主要用于无源近距离产品,距离在1m以内,典型应用为电子病历、电子身份证、货物托盘或小型包装识别;433.92MHz目前主要在主动式标签上使用,此频点除日本以外全球均可使用,符合美军全球战略要求,其有效距离在3~100m,典型应用为物流过程的集装箱标签、大型托盘标签及安全封签;915MHz主要在北美使用,多为被动式标签,距离在3~8m,是较为成功的产品,其典型应用为车辆识别、人员身份识别和仓储物流外包装。
从实际应用效果看,因为不同的频率有不同的特性,单一频率不可能适应全部应用。低频标签能耗低、穿透性强、无方向性,而UHF频段数据传输快、距离远。美军在军事物流中针对不同应用采用不同工作频率的标签,形成射频标签体系。
4 标签安全性
美军通过使用方式很好地解决了安全问题,即只在标签中存放物品序列号。其安全方面的合理性主要体现在:第一,标签中的如序列号等数据在它没有与数据库进行关联之前,没有值得利用的信息;第二,潜在的“敌人”不可能在3m之内近距离接近标签以读取标签上的信息。
美军RFID军事应用的发展趋势
1 主动式标签技术已成熟,被动式标签是发展方向
主动式标签的典型产品是SAVI公司研制的在集装箱上使用的双频主动式标签,标签以两种不同的频率接收识读器及信标读写器的信号。识读器在100m半径范围感应是否有标签存在;而信标读写器识别读取标签中信息。为延长标签的使用时间,标签中的电源可由信标读写器在标签经过时启动,传送结束后标签进入省电模式。
但主动式标签体积大、造价高、电池需要维护,不适合在小型包装及单品上使用的缺点也促使被动式标签迅速发展。美军已经明确要大力发展造价低廉、最小识别距离3m的UHF频段860~930MHz被动式标签,并确定了在各种后勤装备物资上实施的时间表。
2 双频、多频标签和识读装置出现
实际工作中对标签的要求是在较大的噪声环境中也能稳定的工作,即具有较强的抗干扰能力。采用多种频率是解决这个问题的方法之一。目前已经出现能够接收、发送两种频率的射频识别标签。使用工作于低频13.56MHz和超高频860~930MHz的标签可以较好地提高识读距离,并解决电磁波经过液体和金属被吸收的问题。
3 提高多目标识别率
从理论上,射频识别可以实现多目标同时识别,但在美军实际使用中,同时识读多个标签的应用并不多。因为虽然识读器采用了“防冲突算法”,但在目前技术条件下,对整包或整箱物品进行扫描需要大约30~60s。这个时间显然还不能满足实际应用的需求。即使是这样,精度仍达不到100%。就是说,当用识读器扫描多个物品时,可能会有几个被漏掉。附近打开大功率或带电感电器设备时,可能会因其发出的电波影响而出现错误。目前一个识读器的识别率只能做到85%,两个识读器的识读率可达到98%。如要进一步提高识别率,可能需要增加标签中天线尺寸,但这样标签尺寸就会相应增加,成本也会更高。
范文二:射频识别系统
射频识别系统
射频识别(RFID)技术是一种无接触自动识别技术,其基本原理 是利用射频信号及其空间耦合、传输特性,实现对静止的或移动中 的待识别物品的自动机器识别。
射频识别系统一般由两个部分组成,即电子标签和阅读器。电子 标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间(无接触) 耦合, 在耦合通道内,根据时序关系,实现能量的传递、数据的交换。发生 在阅读器和电子标签之间的射频信号的耦合类型有两种:
(1)电感耦合,通过空间高频交变磁场实现耦合,依据的是电磁 感应定律。
(2)电磁反向散射耦合:雷达原理模型,发射出去的电磁波,碰 到目标后反射,同时携带回目标信息,依据的是电磁波的空间传播规 律。
电感耦合方式一般适合于中、低频工作的近距离射频识别系统。 典型的工作频率有:125kHz 、225kHz 和13.56MHz 。识别作用
距离小于1m ,典型作用距离为10cm ~20cm 。电磁反向散射耦合方式一 般适合于高频、微波工作的远距离射频识别系统。典型的工作频率有: 433MHz ,868MHz ,915MHz ,2.45GHz ,5.8GHz 。识别作用
距离大于1m ,典型作用距离为3m ~l0m 。
电子标签又称为射频标签、应答器、数据载体,电子标签附着在 待识别的物品上,是射频识别系统真正的数据载体。一般情况下,电 子标签由标签天线和标签专用芯片组成。
依据电子标签供电方式的不同,可以分为有源标签(Active tag) 和无源标签(Passive tag)两种,有源标签内装有电池,无源标
签没有内装电池。
阅读器又称为读出装置,阅读器可以是读/写或只读装置,用于 当附着有电子标签的待识别物品通过其读出范围内时,自动以无接触 的方式将电子标签中的约定识别信息取出,从而实现自动识别物品或 自动收集物品标识信息的功能。
声表面波器件技术
声表面波(SAW)是传播于压电晶体表面的机械波,其声速仅为 电磁波速的十万分之一,传播衰耗很小。SAW 器件是在压电基片上采 用微电子工艺技术制作叉指形电声换能器和反射器耦合器等,利用基 片材料的压电效应,通过输入叉指换能器(IDT)将电信号转换成声 信号,并局限在基片表面传播,输出
IDT 将声信号恢复成电信号,实现电-声-电的变换过程,完成电 信号处理过程,获得各种用途的电子器件。采用了先进微电子加工技 术制造的声表面波器件,具有体积小、重量轻、可靠性高、一致性好、 多功能以及设计灵活等优点,在通信、电视、遥控和报警系统中已得 到广泛应用,数以亿计的手机和电视机中都应用了多个声表面波滤波 器。随着加工工艺的飞速发展,SAW 器件的工作频率已覆盖10MHz ~
2.5GHz ,是现代信息化产业不可或缺的关键元器件。
SAW 无源电子标签工作原理
SAW 无源电子标签采用反射调制方式完成电子标签信息向阅读器 的传送。
SAW 标签是由叉指换能器和若干反射器组成,换能器的两条总线 与电子标签的天线相连接。阅读器的天线周期地发送高频询问脉冲, 在电子标签天线的接收范围内,被接收到的高频脉冲通过叉指换能器 转变成声表面波,并在晶体表面传播。反射器组对入射表面波部分反 射,并返回到叉指换能器,叉指换能器又将反射声脉冲串转变成高频 电脉冲串。如果将反射器组按某种特定的规律设计,使其反射信号表 示规定的编码信息,那么阅读器接收到的反射高频电脉冲串就带有该 物品的特定编码。通过解调与处理,达到自动识别的目的。
由于声表面波传播速度低,有效的反射脉冲串在经过几微秒的延 迟时间后才回到阅读器,在此延迟期间,来自阅读器周围的干扰反射 已衰减,不会对声表面波电子标签的有效信号产生干扰。
SAW 无源电子标签应用
利用声表面波技术的电子标签始于上世纪80年代末,近年来声表 面波标签的研究成为一个热点。声表面波电子标签是应用现代电子学、 声学、半导体平面工艺技术和雷达及信号处理技术的系统新成就,它 是有别于IC 芯片识别的另一种新型非接触自动识别技术。
由于SAW 器件本身工作在射频波段,无源且抗电磁干扰能力强, 因此SAW 技术实现的电子标签具有一定独特的优势,是对集成电路技 术的补充。其主要特点是:
1. 读取范围大且可靠,可达数米;
2. 可使用在金属和液体产品上;
3. 标签芯片与天线匹配简单,制作工艺成本低;
4. 不仅能识别静止物体,而且能识别速度达300千米/小时的高速 运动物体;
5. 可在高温差(-100℃~300℃) 、强电磁干扰等恶劣环境下使 用。
电子标签技术应用领域非常广泛,包括物流管理、路桥收费、公 共交通、门禁控制、防伪、农场的健康与安全监控识别、超市防盗和 收费、航空行李分拣、邮包跟踪、工厂装配流水线控制和跟踪、设备 和资产管理、体育竞赛等。
SAW 标签也适用于压力、应力、扭曲、加速度和温度等参数变化 的测量,如铁路红外轴温探测系统的热轴定位、轨道衡、超偏载检测 系统、汽车轮胎压力等。
德国的Baumer Ident GmbH公司生产的OIS-W 声表面
波标签、Siemens 公司的SOFIS 声表面波系统已成功用于挪威奥 斯陆汽车过桥自动收费系统以及德国慕尼黑火车进站定位系统。在美
国,Identtronix 、i-Ray 、RF-SAW 等公司也均生产商业化的SAW 电子标签。
相关链接
SAW 研发情况
中国电子科技集团公司第五十五研究所(下简称五十五所) 是国 家重点军工研究所,已有数十年的高频微波器件部件的成熟经验。 近年来多次投入巨资,努力开展高频声表面波器件的产业化:引 进国外先进设备、完成微电子工艺技术移植、开发国际通用批生产技 术、规范企业化管理、推行ISO9001-2000质量管理体系、规模生 产现代无线通信用声表面波器件,取得了成功,两次获得江苏省科技 进步奖。
目前五十五所已发展成为国内领先国际认可的高频声表面波器件 研发与生产基地,具备制作0.5μ m(2GHz)高频声表面波器件
的能力。ND 系列高频声表面波器件批量生产的产品规范与国外同类产 品的相当,经济运行态势良好,年增长率大于30%。
434MHz 和915MHz 是民用非管制无线电频段,一般民用遥控设 备都使用这些频段,ISO 也建议开放用于射频识别。因此我们从2003 年初开始了本项目有关产品技术开发和样品样机的试制,现已试制开 发了数种应用器件样品和样机,达到预期效果。
发展SAW 电子标签的关键
1. 标签编码容量与作用距离的优化;
2. 编码和阅读器的配合;
3. 小型低成本且适合待识别物品的电子标签天线;
4. 异码标签芯片的批量生产;
5. 防碰撞和可读写标签。
范文三:射频识别系统
射频识别系统 (,,,,)食品供应链透明管理的又一次革命
于食品行业而言 ,如何彻底实施“源头”食品的追踪 ,特别是在食品供应链中能否提供完全透明的管理 ,已成为检验一个企业是否具有完全市场竞争能力的重要标志。而,,,, (,,,,,,,,?,,,;,,,,,,,,,;,,,,, ,射频识别 )系统 ,能够在复杂的多步骤供应网络中跟踪产品供应情况 ,帮助食品企业实现上述目标 ,尤其在简化食品供应物流管理方面 ,包括从农场的家畜及新鲜农作物 ,到餐馆里的食品以及在超市中的包装食品。
追踪货品来源
,,,,解决方案通过为每一件货品提供单独的识别身份及储运历史记录 ,从而提供了一个详尽而具有独特视角的供应链 ,使食品行业实现了两个最重要的目标 ,即彻底实施“源头”食品追踪以及在食品供应链中提供完全透明度的能力。
,,,,系统能够清楚地获知托盘上货箱甚至单独货品的各自位置、身份、储运历史、目的地、有效期及其他有用信息 ,并通过为供应链中的实际货品提供如此详尽的数据 ,在货品与其完整的身份之间建立了物理联系 ,使用户可方便地访问这些完全可靠的货品信息。
农场的健康与安全
据调查 ,近年出现的大量食品安全问题 ,主要集中在肉类及肉类食品上。,,,,系统则可提供食品链中的肉类食品与来源动物之间的可靠联系 ,确保到达超市货架及餐馆厨房的肉类食品的来源史是清晰的 ,并可追踪到具体的动物个体及农场。动物来源识别解决方案 ,如飞利浦公司的,,,,,方案 ,能够通过一个记载每个动物的兽医史及来源的标签 ,在每个农场的动物与其电子身份之间建立联系。当一只动物适宜屠宰时 ,这一信息将与宰杀该动物的屠宰场数据一起被存储在出售该动物肉片的超市展卖标签中。
,,,,解决方案通过提供食品内容或来源史 :分销数据 ,以及通过各种食品制造阶段进行跟踪 ,并能够通过餐馆供应网的分销链 ,或者家庭消费者购买食品的超市等进行精确监控。,,,,解决方案还可提供包括转运点、库存情况及运营情况 ,管理人员可由此快速识别并纠正低效率运作情况 ,从而实现快速供货并最大限度地减少储存成本 ,这对于在分销过程中要求高费用冷冻存储的肉类食品尤为重要。
确保快餐行业供货速度
快餐行业由于高度紧张的工作环境以及需要严密控制成本 ,因而对物流管理极为苛刻 ,而,,,,解决方案内在的强大管理功能正好可满足快餐行业的要求。
在一些国家的快餐行业 ,所有供应给餐馆供应链中央分销中心 (,,,)的食品在离开生产线时都应贴有,,,,标签。当食品到达中央分销中心时 ,托盘通过一个门阅读器 ,读取托盘上所有货箱上的标签内容 ,即使堆叠在托盘底部的货签内容也能读取到。系统将这些信息与发货记录进行核对 ,以检测出可能的错误 ,然后将,,,,标签更新。这样就确保了精确的库存控制 ,甚至可确切了解目前有多少货箱处于转运途中、转运的始发地和目的地 ,以及预期的到达时间等信息。
为了满足每个餐馆的订购要求 ,需要从中央分销中心选择必需的食品 ,放置在托盘上以便发货。在中央分销中心 ,食品被发送到餐馆供应链终端之前 ,被堆积在托盘上临时存放。在同一托盘上放置众多不同种类的食品 ,这需要大量人工处理 ,而借助,,,,系统 ,可按照餐馆定单快速填充托盘。
当食品到达餐馆时 ,另一个门阅读器确认收到的贴有标签的货品后 ,将在跟踪系统中及,,,,标签上更新相应货箱的位置。系统还要交叉核对货品内容与原始定单是否吻合 ,以确保供应合适的货品和准确的数量。当餐馆厨房需要补充货源时 ,食品从存储地点转移到厨房的临时货品存放处 ,通过另一个门记录食品成功到达目的地的信息 ,并从系统中注销该
食品。
在整个供应链中 ,跟踪食品和更新标签的信息被用于监控分销网络并自动记录发出及存储的食品数量。这就确保了及时供货 ,并降低了库存。供应商可获悉餐馆的实际货品消耗水平 ,因而可快速响应食品需求的变化。
超市成本节约明显
在未来的数年中 ,智能标签将大量用于超市供应链及终端 ,直达消费者家庭。,,,,标签免除了跟踪过程中的人工干预 ,并能够生成100%准确的物流数据 ,因而具有巨大的吸引力。
,,,,系统具有扩展到超市供应链以外的潜力 ,可以直接进入超市行业。智能货架可在每条货廊及每个核算付账处监控库存水平 ,因为,,,,系统可高效扫描货品。
总之 ,,,,,解决方案可在巨大供应链网络中 ,对每一件货品提供高效、详尽的控制 ,在从农场到消费者冰箱的整个食品供应链中 ,创建一系列可靠的货品信息。
范文四:RFID射频识别系统的理论及实现
RFID 射频识别系统的理论及实现
1{综述}
本次实验的射频识别平台建立在一个物联网总和实践平台上,
2{RFID技术}
A 原理
RFID 技术是一种20世纪60年代开始进入商用的无线通信技术,它通过射频信号进行特异性识别和信息传输。通过RFID 系统的工作原理可以明确的知道RFID 系统的组成大体可分为三个部分:信号发射工具、信号接收工具、天线。
信号发射工具
信号发射工具本来应该拥有很多种形式,但是在RFID 系统中,它的经典形式为标签。这里的标签一般多为集成电路
信号接收工具
在RFID 系统中,信号接收工具我们通常称它为阅读器,阅读器的主要功能是和标签进行通信。并且将采集到的信息通过“命令响应协议”进行与主机之间的通信阅读器的种类比较多样,它的复杂程度与RFID 系统的功能有着直接的关系。
天线
天线为信号发射工具和信号接收装置之间进行数据的发送与接收。
B 工作流程
1信号接收工具即阅读器通过发送天线发送一定频率的RF 信号
2当信号发送工具进入发射天线区域时,它会产生感应电流,此时信号发送工具获得活化能; 3信号发送工具的特异性信息通过内置于卡的发送天线发出;
4来自信号发送工具的载波信号经过调制编码后发送给读写器,
5然后所接收的信号被发送到阅读器进行解调解码并且送到主系统进行处理;
6主系统通过逻辑运算判断该卡是否合法。
7主系统通过不同的信号得到不同的处理方案,并发出新的指令进行处理。
3{传感器模块分析}
A 综述
B MF522原理,工作流程(见芯片手册)
C sc50感应IC 卡
4{stm32108w及zigbee}
A 简介
B 原理
范文五:射频识别系统中的防碰撞算法read
第 34卷 第 9期 华 中 科 技 大 学 学 报 (自然科学版 )
() Vol. 34No. 9 Sep. 2006
收稿日期 :2005209221.
作者简介 :刘冬生 (19782) , 男 , 博士研究生 ; 武汉 , 华中科技大学电子科学与技术系 (430074) .
E 2m ail :liu. dongsheng @gmail.com
射频识别系统中的防碰撞算法
刘冬生 邹雪城 李泳生 李孝煌
(华中科技大学 电子科学与技术系 , 湖北 武汉 430074)
摘要 :研究了多个射频识别 RFID (radio f requency identification ) 电子标签被同时处理的防碰撞算法 . 分析了 时隙 ALO HA 法和二进制搜索法两种可用于 RFID 系统中的防碰撞算法原理 , 给出了超高频频段 RFID 系统 的防碰撞解决方案 ,ISO/IEC 1800026A 型采用时隙 ALO HA 法 , ISO/IEC 1800026B ; 已成功将二进制搜索法应用于基于 ISO/IEC15693标准的无源高频 (13. 56M ) 实际项目中 , 整个芯片设计工艺采用了中芯国际 (SMIC ) 0. μm 的混合信号
CMOS 技术 , 实验结果表明此芯片能够实现防碰撞功能 .
关 键 词 :射频识别 ; 防碰撞 ; 时隙 ALO HA ; 中图分类号 :TP316 文献标识码 ::(2006) 0920057203
algorithm for RFID systems
g Zou X uechen g L i Yongs heng L i X i aohuang
(Department of Electronics Science and Technology , Huazhong University of
Science and Technology , Wuhan 430074, China )
Abstract :An anti 2collision algorit hm is st udied to handle multiple radio f requency identification (RFID ) tags simultaneously. The reason why bot h time slot ALO HA algorit hm and binary t ree one can be used in anti 2collision algorit hm for RFID system was analyzed. A scheme for RFID system working in U HF is proposed :time slot ALO HA anti 2collision algorit hm is used for ISO/IEC 1800026Type A and binary t ree anti 2collision algorit hm for ISO/IEC 1800026Type B. The binary t ree algo 2rit hm has been used successf ully in a chip design of ISO/IEC156932based passive RFID tag IC , operat 2ing in t he 13. 56M Hz. SM IC 0. 35μm t hree 2metal two 2poly mixed signal CMOS technology wit h em 2bedded EEPROM was used in t his design. The experimental result s indicate t hat t he anti 2collision f unctions can be realized by t he tag IC.
K ey w ords :radio frequency identification ; anti 2collision ; time slot ALO HA algorit hm ; binary t ree
algorit hm ; tag IC
在 RFID (radio frequency identification ) 系统 中 , 现在被业界推崇的防碰撞方法主要有时隙 ALO HA 法和二进制搜索法 [1,2]. 这两种方法都
归属于时分多路法 (TDMA ) , TDMA 法是把整个 可供使用的通路容量按时间分配给多个用户的技 术 . 本文对时隙 ALO HA 法和二进制搜索法的原 理进行阐述 , 并提出在 RFID 系统中应用时隙 ALO HA 法和二进制搜索法解决防碰撞问题的
解决方案 .
1 时隙 AL O HA 法
使用 ALO HA 法的 RFID 电子标签通常只
有一个数据 (序列号 ) 传送给读写器 . 使 ALO HA 法对比较小的吞吐率最佳化的途径就是时隙 ALO HA 法 , 电 子 标 签 只 在 规 定 的 同 步 时
隙
(slot ) 内才传输数据包 [3]. 在这种情况下 , 对所有
电子标 签 所 必 须 的 同 步 应 由 读 写 器 控 制 . 在
ALO HA 系统中的数据交换的时间过程如图 1所 示
.
图 1 ALO HA 系统中的数据交换的时间过程
为了确定时隙 ALO HA 系统的吞吐量 S , 令
G i 为第 i 个电子标签在某个时隙发送的数据包的
数量 . 所有 K 个电子标签都独立运行 , 电子标签 在当前时隙内的发送与先前时隙的发送是统计无 关的 , 总 (归一化 ) 的平均交换的数据包量 G =
∑ K
i =1G i , 归一化信道吞吐量 S =∑ K
i =1S i , 生信息碰撞的概率 Q i =K 1
(, S i G i Q i . 量 S =G e
-G
.
在 G =1时吞吐率 S 达到最大值为 36. 8%,
它是非时隙 ALO HA 系统吞吐量的 2倍 , 详细理 论推导请参考文献 [3,4].
使用时隙 ALO HA 防碰撞算法的电子标签 必须拥有一个惟一的序列号 . 以 8位的序列号为 例 , 最多可有 256个电子标签同时进入读写器的 工作范围 . 为了使电子标签同步并受到读写器控 制 , 读写器需要选择一组命令 :a . REQU EST (请 求 ) , 这个命令使在读写器作用范围内的所有电子 标签同步 , 并促使电子标签在下一个时隙里将它 的序列号传输给读写器 . b . SEL EC T (选择序列 号 ) , 将一个事先确定的序列号作为参数发送给电 子标签 . 具有此序列号的电子标签以此执行写入 和读出命令的选择 . 此时 , 具有其他序列号的电子 标签只对 REQU EST 命令响应 . c . READ -DA 2TA (读出数据 ) , 被选中的电子标签对此命令响应 后 , 将存储的数据发送给读写器 . 在实际的 RFID 系统中 , 还有其他写入 、 询问和识别等命令 , 具体 操作请参考实际选择的 RFID 通信接口标准 , 在 此不再详述 .
2 二进制搜索法
二进制搜索法又称为读写器控制法 , 在读写 器范围内的所有电子标签由读写器进行观察和控 制 , 首先通过规定的算法和编码在多个标签中选
择一个标签 , 然后完成读写器和电子标签间的通 信 . 实现二进制搜索的算法系统的必要前提是辨 认出阅读器中数据碰撞的比特的准确位置 . 为此 , 必须有合适的位编码方法 . 在上行调制方式选择 AS K 调制副载波的负载调制的 RFID 电子标签 系统中 , 基带编码中的 “ 1” 电平使副载波接通 , “ 0” 电平使副载波断开 . 选用 Manchester 编码可以实 现 RFID 防碰撞算法 — — — 二进制搜索法 .
Manchester 编码如图 2所示 , 某位的值是在 一个位窗 (t bit ) 内由电平的上升沿和下降沿来表 示的 . 上升沿表示逻辑 “ 0” 编码 , 下降沿表示逻辑 “ 1” 编码 . 在数据传输过程中
图 2 Manchester 编码中的位编码
若两个以上的电子标签同时发送的数据出现
不同的值 , 则读写器接收的上升沿和下降沿相互 抵消 , 导致在整个位窗的时间内读写器接收到的 是不间断的副载波信号 . 读写器根据这种错误可 以按位跟踪碰撞的出现 . 为了实现 “二进制搜索” 防碰撞算法 , 需要一组由读写器发送 , 由电子标签 处理的命令组 :a . inventory (询问 ) 读写器通过此 命令发送一序列号给电子标签 . 电子标签把自身 的序列号 S n 与接收的序列号 R n 比较 , 若 S n 小于 或等于 R n , 则将自身的序列号回送给读写器 . b . select (选择序列号 ) , 读写器将事先确定好的 序列号发送给电子标签 , 具有相同序列号的电子 标签将开始执行其他命令 , 如读写命令 . 具有其他 序列号的电子标签只能对 REQU EST 命令响应 . c . READ -DA TA (读出数据 ) , 被选中的电子标 签将存储的数据发送给读写器 . d . Stay quiet (静 止 ) , 此命令又称为去选择命令 , 使正被选择的电 子标签进入 “静止” 状态 , 在这种状态下的电子标 签不会对任何命令响应 . 这样就避免了对其他电 子标签的干扰 . 若要对电子标签重新活化 , 则必须 对电子标签重新复位 .
3 防碰撞算法在 ISO/IEC 1800026
中的应用
国 际 标 准 ISO/IEC 1800026对 超 高 频 (U HF ) 频段 (工作频率 860~930M Hz ) 的 RFID 系统的物理特性 、 射频功率 、 信号接口 、 防碰撞数
据传输协议进行了定义和描述 , 并分为 A 型和 B 型两种模式 , 相应的电子标签被称为 A 型卡 (电 子标签 ) 和 B 型卡 ① . 对碰撞问题的解决 ,A 型采 用时隙 ALO HA 法 ,B 型采用二进制搜索法 , 并 分别 选 用 合 适 的 编 码 方 法 — — — 脉 冲 间 隙 编 码 (Pulse Interval Encoding , 即 PIE ) 和曼彻斯特编 码 (Manchester ) . 读写器的防碰撞结构如图 3所 示 ,A 型电子标签芯片的防碰撞处理结构见图 4(a ) ,B 型电子标签芯片的防碰撞处理结构见图 4(b ) . 基于 ISO/IEC1800026标准的 RFID 系统能 够处理在读写器工作范围内的 250个以上电子标 签碰撞问题 .
① International organization for standardization , ISO/IEC 1800026. Information Technology A IDC Techniques RFID
of Iterm Management , April , 2002.
② International organization for standardization , ISO/IEC 15693. Information Technology A IDC Techniques RFID
of Iterm Management , March ,
2003.
图
3 图 4 电子标签芯片防碰撞解决方案
4 基于 ISO/IEC15693标准的标签
芯片防碰撞功能实现
国际标准 ISO/IEC15693对高频 (H F ) 频段
(工作频率 13. 56M Hz ) RFID 系统的物理特性 、 射频功率 、 信号接口 、 防碰撞数据传输协议进行了 定义和描述 ② . 基于 ISO/IEC15693标准的无源高 频 RFID 标签芯片防碰撞模块的设计是采用二进 制搜索法 .
根据前面描述的 Manchester 编码的原理 , 当 碰撞发生时 , 即在同一时间段 , 一个电子标签发送
数据 “ 1” , 而另外有某一个电子标签发送数据 “ 0” , 这两个信号在读写器中的叠加 , 使读写器在这一 时间段接收不到跳变沿 . 从而判断发生了信息碰 撞 . 这时读写器将发送防碰撞命令 inventory.
当电子标签收到 inventory 命令时 , 负责整个 芯片控制的状态机进入防碰撞处理 . 状态机先将 当前的时隙和 inventory 指令中的 Mask 值串接 后 , 再与电子标签的 U ID 对应的位相比较 . 若两 者相等 , 则电子标签响应该读写器命令 , 将电子标 签自身的 U ID 值和 DSFID 信息返回给读写器 , 否则不响应 . 在防碰撞处理期间 , 若电子标签接收 到 EOF , 则将时隙加 1, . , .
, 本文 HA 技术参考 . 已将二进制搜索法成功应用于高频 RFID 电子标签芯片的设计项目中 , 整个芯片采
用中芯国际 (SM IC ) 0. 35
μm CMOS 工艺 , 芯片系 统的验证结果显示可同时处理 50个电子标签碰 撞问题 .
参
考
文
献
[1]Tsan P W. Enhanced binary search with cut 2through
operation for anti 2collision in RFID systems [J ].Communications Letters IEEE , 2005, 10(4) :2362238.
[2]吴春华 , 陈 军 . 动态 ALO HA 法在解决 RFID 反碰
撞问题中的应用 [J].电子器件 , 2003, 26(2) :1732
176.
[3]Klaus F. RFID 2hanbuch [M ].Munich :Carl Hanser
Verlag , 2002.
[4]John G P. Digital communications[M ].New Y ork :
Mc Graw 2Hill Companies Inc , 2001.
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