《RFID設計方案》PPT課件課件

1、RFID參數(shù)簡介 標籤技術參數(shù)可分為：標籤 能量需求、標籤的讀寫速度、 標籤的封裝形式、標籤的記 憶容量、標籤的容量、標籤 的頻率、標籤的傳輸速率、 標籤的資料安全性等。 RFID參數(shù)簡介 標籤的能量需求：標籤的能量需求：指啟動標籤晶片電路所需的能 量範圍，能量太小無法啟動。 標籤的傳輸速率：標籤的傳輸速率：指標籤向閱讀器回饋資料的傳 輸速度，及接收閱讀器的寫入命令的速度率。 標籤的讀寫速度：由閱讀器識別與寫入的時間決 定，一般為毫秒級，因此標籤的識別速度 可達到1100公尺/秒，即最高每小時360公里。 RFID參數(shù)簡介 標籤的頻率：標籤的頻率：指標籤所採用的頻率， 即低頻、中頻、高頻、超高

2、頻、微波。 標籤的記憶體：標籤的記憶體：指電子標籤可供寫入 資料的記憶體大小，一般可達1k。 標籤的封裝形式：標籤的封裝形式：取決於標籤天線的 形狀，不同的天線，可封裝成不同的 標籤形式，運用在不同的場合，具有 不同的識別性能。 RFID參數(shù)簡介 閱讀器的技術參數(shù)可分為： 閱讀器的頻率及是否可調、 閱讀器的輸出功率、閱讀器 的傳輸速率、閱讀器的輸出 埠形式等 典型參數(shù)工作頻率 RFID屬於無線的的應用範疇，因此其 使用不能干擾到其他系統(tǒng)，工業(yè)、科 學與醫(yī)療所使用的頻率範圍 （Industrial,Science,Medical， ISM）通常是局部無線電通訊頻段， 因此一般RFID使用的頻段，

3、也是ISM 頻段。 典型參數(shù)有效距離 RFID的有效距離，指系統(tǒng)的有效識別 距離。閱讀器識別距離的影響因素很 多，包括閱讀器的發(fā)射功率、系統(tǒng)的 頻率、標籤的封裝形式等。 典型參數(shù)有效距離 頻率：頻率：頻率越低距離越短，標籤晶片 可設計成全頻段，只要閱讀器頻率發(fā) 生改變，系統(tǒng)頻率隨之改變。 功率：功率：RFID系統(tǒng)的有效識別距離，與 閱讀器發(fā)射功率成正比，但電磁波產(chǎn) 生的輻射超過範圍，會對環(huán)境與人體 產(chǎn)生影響，稱為電磁污染。因此電磁 功率需遵循一定的功率標準。 典型參數(shù)有效距離 標籤的封裝形式：標籤的封裝形式：就電磁感應系 統(tǒng)而言，標籤天線越大，穿過識 讀區(qū)時獲取的磁通量越大，儲存 的能量越多，

4、對電磁場邊緣的天 空洞不敏感，即使在識讀區(qū)域邊 緣，也能有效識別場區(qū)內的標籤。 RFID的基本模形如圖 1-5所示。標籤與閱讀 器透過耦合元件，進 行訊號的無接觸空間 耦合。在耦合通道內， 根據(jù)時序關係，進行 能量傳遞、資料的交 換。 圖1-6為RFID系統(tǒng)前 端原理示意圖，主要 完成能量耦合，資料 調制等功能。 圖1-7表示唯讀被 動標籤與閱讀系 統(tǒng)。 圖1-8表示唯讀主 動標籤與閱讀器 系統(tǒng)。 圖1-9表示可讀寫被 動標籤與閱讀器系統(tǒng)。 圖1-10表示可讀寫的 主動標籤與閱讀系統(tǒng) RFID基本工作原理基本工作原理 標籤與閱讀器的資料通信方式包括： （1）標籤收到閱讀器的射頻能量時， 即同時

5、被啟動，並向閱讀器反射標籤 內儲存的數(shù)據(jù)資訊。 （2）標籤被啟動後，根據(jù)閱讀器的 指令，轉入資料發(fā)送狀態(tài)或呈現(xiàn)休眠 狀態(tài)。 在這兩種工作方式中，前者屬於單向 通信，後者屬於半雙工雙向通信。 RFID基本工作原理基本工作原理 閱讀器與應用系統(tǒng)之間介面 API（Application Programming Interface）， 通常用開發(fā)工具（如VC+， VB，PB等）的標準介面函數(shù) 來表示。 RFID基本工作原理基本工作原理 標準介面函數(shù)的功能，大致包括四個方面 （1）應用系統(tǒng)根據(jù)需要，向可能收訊的閱 讀器，發(fā)出閱讀器配置命令。 （2）閱讀器向應用系統(tǒng)，返回可能收訊的 閱讀器，目前的配置狀態(tài)

6、。 （3）應用系統(tǒng)向閱讀器發(fā)送各種命令，如 讀取ID，讀寫資料等。 （4）閱讀器向應用系統(tǒng)，返回所有可能的 命令，帶回執(zhí)行結果。 能量耦合與資料傳輸能量耦合與資料傳輸 電子標籤與閱讀器透過各自的天線， 建構二者之間非接觸傳輸通道。這種 空間資訊傳輸通道的性能，完全由天 線周圍的場區(qū)特性決定，是電磁傳播 的基本規(guī)律。射頻信號載入到天線之 後，在緊鄰天線的空間，除了輻射場 之外，還有一個非輻射場，該場與距 離的高次冪成反比，隨著離開天線的 距離迅速減小。 能量耦合與資料傳輸能量耦合與資料傳輸 在這個區(qū)域，由於電抗場佔優(yōu)勢，所 以把此區(qū)叫電抗近場區(qū)，它的外圍約 為一個波長。超過電抗近場區(qū)，就到 了輻

7、射場區(qū)輻射場區(qū)，依離開天線的遠近，又 把輻射場區(qū)分為輻射近場區(qū)輻射近場區(qū)與輻射遠輻射遠 場區(qū)場區(qū)。通常可根據(jù)觀測點距天線的距 離，將天線周圍的場區(qū)劃分為無功近無功近 場區(qū)場區(qū)、輻射近場區(qū)輻射近場區(qū)和輻射遠場區(qū)輻射遠場區(qū)。 能量耦合與資料傳輸能量耦合與資料傳輸 RFID標籤可被正確識別與交換的距離， 是標籤與閱讀器之間的有效距離。根 據(jù)RFID有效距離，標籤天線與閱讀器 天線之間的耦合可分為密耦合系統(tǒng)密耦合系統(tǒng)、 遙耦合系統(tǒng)遙耦合系統(tǒng)與遠距離系統(tǒng)。遠距離系統(tǒng)。 閱讀器與標籤之間的通信，是藉由電 磁波。閱讀器與標籤之間資料交換方 式，也稱為負載調制負載調制與反向散射調制反向散射調制。 能量耦合與資

8、料傳輸能量耦合與資料傳輸 負載調制：負載調制：近距離低頻RFID，藉由靜 態(tài)場域的耦合來完成，在這種情況下， 閱讀器與標籤之間的天線能量交換方 式，類似於變壓器結構。這種調制方 式在125KHZ與13.56MHz RFID中 廣泛應用。 能量耦合與資料傳輸能量耦合與資料傳輸 反向散射調制：反向散射調制：指無源RFID電子標籤， 將資料發(fā)送回閱讀器所採用的通信方 式。電子標籤返回資料的方式，是控 制天線的阻抗，控制電子標籤天線阻 抗的方法有多種，都是基於稱為“阻 抗開關”的方法。實際採用的幾種阻 抗開關有：變容二極體、邏輯門與高 速開關等。此種調制方式用在典型的 遠場，如915MHz與2.4G中

9、 能量耦合與資料傳輸能量耦合與資料傳輸 常用的資料調制解調方式有幅度調制 鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）、 與相移鍵控（PSK）等方式。為了簡 化電子標籤的設計複雜性與成本，多 數(shù)RFID採用ASK調制方式。 資料的完整性與數(shù)據(jù)校驗資料的完整性與數(shù)據(jù)校驗 非接觸技術傳輸資料時，容易遇上干 擾，使傳輸資料發(fā)生改變，導致傳輸 錯誤，可用資料檢錯與糾錯演算法來 解決。 最常用的方法有奇偶校驗奇偶校驗、縱向冗餘縱向冗餘 校驗校驗、迴圈冗餘校驗迴圈冗餘校驗等。用於識別傳 輸錯誤，並啟動校正措施，或捨棄錯 誤傳輸?shù)馁Y料，或要求重新傳輸有錯 誤的資料。 資料的完整性與數(shù)據(jù)校驗資料的完整性與數(shù)據(jù)校驗 奇偶

10、校驗：奇偶校驗：是簡單而廣泛的校驗和法。 用一個奇偶校驗位元組合到每一個位 元組中，並被傳輸，即每個字發(fā)送9 位?？蓲裼闷嫘ｒ灮蚺夹ｒ?，在接收 端對接到到的資料，進行與發(fā)送端相 同的校驗方法，如果校驗不符，則可 識別傳輸錯誤。缺點是識別錯誤的能 力低，如果錯誤改變的位元數(shù)為奇數(shù)， 那麼錯誤可被識別，但卻無法識別偶 數(shù)次的改變。 資料的完整性與數(shù)據(jù)校驗資料的完整性與數(shù)據(jù)校驗 縱向冗餘校驗：縱向冗餘校驗：其XOR校驗和可簡單、 快速的計算出來，把資料塊的所有資 料位元組，遞迴經(jīng)過XOR選通後，即 可產(chǎn)生XOR核對總和。在資料傳輸時， 把校驗和LRC附在資料塊後面一起傳 輸，對收資料與校驗位元組進行

11、校驗 時，其結果總和應該為零，其他結果 都表示出現(xiàn)傳輸錯誤。由於標籤的容 量較小，交換的資料也不大，所以比 較適合這種演算法。 資料的完整性與數(shù)據(jù)校驗資料的完整性與數(shù)據(jù)校驗 迴圈冗餘校驗法：迴圈冗餘校驗法：與其他兩種相比， 能可靠的識別傳輸錯誤，但不能校正 錯誤。 CRC校驗：校驗：是對傳送的資料塊，附加 一些校驗位元，這些校驗位元由該資 料塊算出，並隨同資料塊一併傳送。 在接收端，對資料塊重新按規(guī)定的演 算法計算CRC校驗和，因此可判別傳 輸過程是否有錯。 資料的完整性與數(shù)據(jù)校驗資料的完整性與數(shù)據(jù)校驗 資料的完整性與數(shù)據(jù)校驗資料的完整性與數(shù)據(jù)校驗 當資料被傳輸時，資料的CRC校驗和 附到資料

12、塊後面一起傳輸。如圖1-11 所示，在接收端，計算所有接收資料 的CRC校驗和，結果應該為零，如果不 為零，則表示傳輸過程中出現(xiàn)錯誤。 用零校驗可以容易分析CRC校驗和，並 避免代價很高的校驗和比較過程。 資料的完整性與數(shù)據(jù)校驗資料的完整性與數(shù)據(jù)校驗 CRC在資料通信中得到了廣泛應用， 表1-2中列出了已經(jīng)稱為國際標準的 四種CRC碼，其中CRC-12用於字元 長度為6 bit的情形，其餘三種用於8 bit字元。 資料的完整性與數(shù)據(jù)校驗資料的完整性與數(shù)據(jù)校驗 標籤在接收閱讀器發(fā)出的命令與數(shù)據(jù) 資訊時，可能導致錯誤結果： （1）標籤錯誤的回應閱讀器的命令。 （2）造成標籤工作狀態(tài)混亂。 （3）造

13、成寫入標籤錯誤的進入休眠 狀態(tài)。 資料的完整性與數(shù)據(jù)校驗資料的完整性與數(shù)據(jù)校驗 閱讀器在接收標籤發(fā)送的資料資訊時 出錯，可能導致的結果： （1）不能識別正常工作的標籤，誤 判標籤故障。 （2）將標籤判讀為另一個標籤，造 成識別錯誤。 可能抗干擾措施包括： （1）經(jīng)由通信約定的資料完整性方 法，校驗出收到干擾出錯的資料。 （2）經(jīng)由資料編碼提高資料傳輸過 程中的抗干擾能力，使資料傳輸過程 中，不容易受到干擾。 （3）經(jīng)由資料編碼與資料完整性校 驗，糾正資料傳輸過程中的某些差錯。 （4）經(jīng)由多次重發(fā)、比較、剔除出 錯的資料，並保留判斷為正確的資料。 多標籤同時識別與系統(tǒng)防衝撞多標籤同時識別與系統(tǒng)防

14、衝撞 從閱讀器到標籤的通信，類似於無線 電廣播方式，多個接收機（閱讀器） 接收同一個發(fā)射機（標籤）發(fā)出的資 訊。這種通訊方式也被稱為無線電廣無線電廣 播播。 從標籤到閱讀器的通信方式稱為多路 存取，在閱讀器的有效範圍內，有多 個標籤的資料同時傳送給閱讀器。 資料的完整性與數(shù)據(jù)校驗資料的完整性與數(shù)據(jù)校驗 無線電通信系統(tǒng)中多路存取方式，一 般具有以下幾種形式，空分多路法 （SDMA）、頻分多路法（FDMA）、 時分多路法（TDMA）、碼分多路法 （CDMA）。 空分多路法空分多路法 空分多路法是在分離的空間範圍內， 進行多個目標是別的技術。將閱讀器 與天線的有效據(jù)哩，依空間區(qū)域進行 劃分，把多個閱

15、讀器與天線放置在這 個陣列中。這樣，當標籤進入不同閱 讀器範圍時，就可從空間上，將電子 標籤區(qū)別開來。 空分多路法空分多路法 另一種方式，可在閱讀器上利用一個 相控陣天線，並使天線的方向性圖， 對準某個應答器，所以不同的應答器， 可根據(jù)其在閱讀器有效範圍內，因角 度與位置的不同相互區(qū)別開來?？辗?多路法缺點，是複雜的天線系統(tǒng)，與 相當高的實施費用，採用這種技術的 系統(tǒng)，一般在特殊的應用場合，如大 型的馬拉松活動就獲得了成功。 頻分多路法頻分多路法 頻分多路法使把不同頻率的傳輸通路， 同時供通信用戶使用的技術。一般情 況下，RFID用的下行鏈路（從閱讀器 到標籤），頻率是固定的，能用於能 量供應

16、與命令資料的傳輸，而上行鏈 路，可採用不同的副載波頻率，進行 資料傳輸。FDMA缺點是閱讀器成本 高，因每個接收通路需使用單獨接收 器，射頻標籤的差異更為麻煩。 時分多路法時分多路法 時分多路法是把可使用的通路，依時間分配給多 用戶的技術，TDMA構成防碰撞演算法最大的一 族?？煞謽嘶`控制與閱讀器控制法。 標籤控制法：標籤控制法：非同步，因為沒有閱讀器的資料傳 輸控制，例如ALOHA法。依照射頻標籤完成資料 讀取後，閱讀器是否發(fā)出命令進入“靜止”狀態(tài) （即不再發(fā)送自己的ID號碼及資料），又可分為 “開關斷開法”與“非開關”法。 時分多路法時分多路法 閱讀器控制法：閱讀器控制法：所有標籤同時由閱讀 器進行觀察控制，藉規(guī)定的演算法， 在閱讀器有效範圍內，首先選擇標籤 組中一個標籤，在完成閱讀器與標籤 的通信。在同一個時間只能建立一個 通信關係，如果要選擇另一個標籤， 應該解除與原來標籤的