RFID射頻識(shí)別技術(shù)：第6章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素

1、射頻識(shí)別技術(shù)原理、協(xié)議及系統(tǒng)設(shè)計(jì)第四篇 系統(tǒng)設(shè)計(jì)射頻識(shí)別技術(shù)原理、協(xié)議及系統(tǒng)設(shè)計(jì)第六章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素本章內(nèi)容6.1 應(yīng)用系統(tǒng)配置6.2 頻帶選擇6.3 能量與通信范圍6.4 鏈路的能量預(yù)算限制6.5 沖突避免6.6 標(biāo)簽讀取的可靠性6.7 標(biāo)簽漏讀率6.8 移動(dòng)中的標(biāo)簽讀取6.9 小結(jié)6.1 應(yīng)用系統(tǒng)配置系統(tǒng)影響因素閱讀器硬件配置閱讀器與執(zhí)行器的鏈接方式系統(tǒng)組織方式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式6.1.1 應(yīng)用系統(tǒng)硬件配置圖書(shū)館書(shū)籍管理系統(tǒng)每個(gè)書(shū)架上安裝一個(gè)閱讀器經(jīng)濟(jì)開(kāi)銷大提供真實(shí)的物理信息宕機(jī)恢復(fù)成本低書(shū)架閱讀器6.1.1 應(yīng)用系統(tǒng)硬件配置圖書(shū)館書(shū)籍管理系統(tǒng)閱讀器部署在走到兩側(cè)提供書(shū)籍位置的變動(dòng)信息宕機(jī)

2、恢復(fù)成本高書(shū)架閱讀器6.1.2 應(yīng)用系統(tǒng)軟件配置射頻信號(hào)調(diào)制參數(shù)天線部署情況外部環(huán)境標(biāo)簽部署情況閱讀器及標(biāo)簽的數(shù)量影響都區(qū)范圍的因素6.1.2 應(yīng)用系統(tǒng)軟件配置低頻高頻超高頻LFMFHFVHFUHF100kHz1MHz10MHz1GHz10GHz閱讀器功率標(biāo)簽?zāi)芰肯臉?biāo)簽質(zhì)量標(biāo)簽信息調(diào)制天線線圈部署信息調(diào)制方法閱讀器信噪比標(biāo)簽?zāi)芰哭D(zhuǎn)換效率天線調(diào)諧及載波精度閱讀器過(guò)濾器質(zhì)量微控制器處理速度編碼有效性標(biāo)簽數(shù)據(jù)率6.1.3 應(yīng)用系統(tǒng)其他配置運(yùn)行環(huán)境金屬物體距離同頻段噪聲源閱讀器及標(biāo)簽移動(dòng)與否閱讀器與標(biāo)簽夾角系統(tǒng)是否閉合6.1.4 實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)舉例系統(tǒng)基本因素閱讀器商業(yè)價(jià)值系統(tǒng)外部環(huán)境標(biāo)簽6.

3、1.4 實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)舉例系統(tǒng)整體RFID技術(shù)是否切實(shí)匹配系統(tǒng)的需求RFID技術(shù)是否匹配書(shū)籍管理的需求？RFID技術(shù)的成本是否在需求范圍內(nèi)。是否已有成熟的解決方案可以加以應(yīng)用，以降低成本使用RFID系統(tǒng)需要注意何種規(guī)范，有無(wú)成熟技術(shù)？6.1.4 實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)舉例標(biāo)簽標(biāo)簽類型包括有無(wú)源、數(shù)據(jù)容量等書(shū)籍管理系統(tǒng)中，由于需要部署在書(shū)籍中并期望獲得長(zhǎng)久的部署效果，因此采用無(wú)源標(biāo)簽，并挑選適當(dāng)?shù)男螤钕到y(tǒng)如何使用標(biāo)簽包括編碼問(wèn)題、使用邏輯問(wèn)題等6.1.4 實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)舉例閱讀器系統(tǒng)要求的讀取范圍有多大，需要同時(shí)讀取多少標(biāo)簽系統(tǒng)如何部署使用標(biāo)簽？標(biāo)簽狀態(tài)如何？系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)如何處理？系統(tǒng)如

4、何大規(guī)模部署？其他問(wèn)題，如可移植性，對(duì)外接口等6.1.4 實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)舉例系統(tǒng)外部環(huán)境金屬、水等電離體溫度、濕度等環(huán)境因素電磁波發(fā)射源其他干擾外部環(huán)境因素6.1.4 實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)舉例商業(yè)考慮每一個(gè)標(biāo)簽的話費(fèi)是多少，隨著數(shù)量的增加，是否在系統(tǒng)的可承受范圍內(nèi)？RFID系統(tǒng)的部署情況將對(duì)整個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的底線造成何種影響？部署RFID技術(shù)系統(tǒng)的投資回報(bào)率又是多少？6.2 頻帶選擇無(wú)線尺寸能量損耗電離體干擾數(shù)據(jù)傳輸率障礙物反射低頻kHz中頻MHz微博GHz影響程度6.2 頻帶選擇低頻和高頻感應(yīng)RFID系統(tǒng)RFID標(biāo)簽因電磁反向散射特點(diǎn)，對(duì)金屬和液體環(huán)境比較敏感讀取范圍減少讀取能力降低水電費(fèi)

5、已研發(fā)出能夠在金屬或液體環(huán)境下進(jìn)行完好讀取應(yīng)用的被動(dòng)標(biāo)簽產(chǎn)品6.2 頻帶選擇超高頻感應(yīng)RFID系統(tǒng)電磁環(huán)境變得更加重要某些材料會(huì)導(dǎo)致讀取性能嚴(yán)重降低物體的尺寸大小一定程度上影響電磁波的傳輸甚至能夠?qū)е聵?biāo)簽對(duì)閱讀器完全屏蔽6.3 能量與通信范圍提高閱讀器用于與標(biāo)簽通信的能量以擴(kuò)展讀取距離靈敏度以及信號(hào)選擇同樣也跟閱讀器的部署位置和密度相關(guān)部署合適的防沖突技術(shù)以及信道管理技術(shù)6.3 能量與通信范圍國(guó)家/地區(qū)UHF頻段RFID的頻率應(yīng)用情況最大功率限制美國(guó)902-928MHz4W(EIRP)歐盟868-870 MHz500mW澳大利亞918-926 MHz1W(EIRP)文萊866-869 MHz9

6、23-925 MHz500mW2W中國(guó)香港地區(qū)865-868 MHz920-925 MHz2W4W印度尼西亞866-869 MHz923-925 MHz500mW2W韓國(guó)908.5-914 MHz-日本952-954 MHz-馬來(lái)西亞868.1 MHz919-923 MHz50mW50mW新加坡866-869 MHz923-925 MHz500mW2W6.4 鏈路的能量預(yù)算限制純凈環(huán)境：射頻信號(hào)能量發(fā)出者與閱讀器天線對(duì)鏈路上傳輸能量的影響是非常容易進(jìn)行計(jì)算的實(shí)際環(huán)境：暴露在充滿噪聲和干擾等因素的環(huán)境中6.4.1 前向鏈路能量預(yù)算發(fā)射端(Transmitter)鏈路鏈接損失(Cables and

7、 Connectors Losses)閱讀器天線增益(Reader Antenna Gain)標(biāo)簽激活閾值(Tag Sensitivity Threshold)標(biāo)簽天線增益(Tag Antenna Gain)傳播空間損失(Free Space Loss)33dBm-3dB 30dBm+6dBi-3dB33dBm-14dBm+1dBi -1dBi-47dBi -14dBi6.4.2 反向鏈路能量預(yù)算標(biāo)簽反射能量(Tag Power)標(biāo)簽反射效率(Tag Backscatter Efficiency)標(biāo)簽天線增益(Tag Antenna Gain)閱讀器接收信號(hào)閾值(Reader Sensitiv

8、ity Threshold)閱讀器天線增益(Reader Antenna Gain)傳播空間損失(Free Space Loss)-14dBm-20dB -34dBm+6dB-3dB33dBm-78dBm-47dB -78dBm+1dBi -1dBi6.4.2 反向鏈路能量預(yù)算降低理論計(jì)算精度的因素能量吸收多徑效應(yīng)6.4.2 反向鏈路能量預(yù)算實(shí)際情況中距離對(duì)標(biāo)簽敏感度的影響6.5 沖突避免沖突：當(dāng)多個(gè)設(shè)備，包括讀取器、標(biāo)簽等，在同一時(shí)間段里持續(xù)工作，并且產(chǎn)生了相互之間的干擾，這種干擾可能是由于相同或相似的操作，此時(shí)就產(chǎn)生了沖突單閱讀器多標(biāo)簽沖突單標(biāo)簽多閱讀器沖突多閱讀器間沖突6.5.1 單閱讀

9、器多標(biāo)簽沖突一次只讀一個(gè)標(biāo)簽，系統(tǒng)會(huì)獲得非常良好的運(yùn)行效果同時(shí)讀取多個(gè)標(biāo)簽非常必要圖書(shū)館的書(shū)籍，機(jī)場(chǎng)的行李，零售業(yè)物流所有標(biāo)簽同時(shí)對(duì)信號(hào)載波做出回應(yīng)的操作，調(diào)幅射頻波會(huì)被干擾混淆沖突避免協(xié)議閱讀器的沖突解決辦法：不間斷的請(qǐng)求標(biāo)簽響應(yīng)，一直到所有標(biāo)簽的識(shí)別信息都會(huì)捕獲為止。6.5.2 閱讀器與標(biāo)簽間沖突通常發(fā)生在一個(gè)閱讀器發(fā)出的信號(hào)影響了另一個(gè)閱讀器正在讀取的標(biāo)簽的返回信號(hào)的時(shí)候EPC C1G1標(biāo)準(zhǔn)中，通過(guò)允許在超高頻頻段進(jìn)行頻率跳變以及通過(guò)時(shí)分復(fù)用技術(shù)，緩解了閱讀器與標(biāo)簽的沖突問(wèn)題。EPG C1G2標(biāo)準(zhǔn)中，不同的閱讀器和標(biāo)簽之間使用了不同頻率的電磁波，因此標(biāo)簽的相應(yīng)信號(hào)不會(huì)與閱讀器的讀取信號(hào)發(fā)

10、生干擾和沖突6.5.3 閱讀器間沖突6.6 標(biāo)簽讀取的可靠性幽靈讀取(Ghost Reads)：當(dāng)一個(gè)RFID閱讀器在一個(gè)嘈雜的環(huán)境中進(jìn)行讀取操作時(shí)，閱讀器有可能收集到某個(gè)并不在讀取區(qū)域中的標(biāo)簽的報(bào)告。EPC C1G2通過(guò)提供五種序列化的機(jī)制檢測(cè)標(biāo)簽的真實(shí)性6.6 標(biāo)簽讀取的可靠性標(biāo)簽響應(yīng)時(shí)間如果一個(gè)標(biāo)簽的響應(yīng)從開(kāi)始到結(jié)束的時(shí)間并不是非常精確的，那么該標(biāo)簽是幽靈讀取的可能性非常大標(biāo)簽響應(yīng)前綴響應(yīng)閱讀器的讀取請(qǐng)求，標(biāo)簽首先會(huì)發(fā)送一個(gè)稱為響應(yīng)前綴的短信號(hào)EPC標(biāo)準(zhǔn)檢查標(biāo)簽通過(guò)了響應(yīng)前綴檢測(cè)，閱讀器將會(huì)檢查傳輸中的信息比特流是否符合標(biāo)準(zhǔn)的EPC標(biāo)簽格式比特序列檢查閱讀器在收到標(biāo)簽的返回信息之后，會(huì)比

11、較標(biāo)簽所報(bào)告的比特?cái)?shù)量與標(biāo)準(zhǔn)C1G2標(biāo)簽的異同。CRC冗余校驗(yàn)碼CRC冗余校驗(yàn)碼在傳輸過(guò)程中檢測(cè)比特流中的比特錯(cuò)誤。6.7.1 系統(tǒng)中的標(biāo)簽漏讀現(xiàn)象標(biāo)簽漏讀現(xiàn)象：RFID天線正常讀取區(qū)域中的標(biāo)簽出現(xiàn)隨機(jī)性的漏讀。讀取區(qū)域RFID天線RFID天線讀取區(qū)域6.7.1 系統(tǒng)中的標(biāo)簽漏讀現(xiàn)象RFID天線RFID天線穩(wěn)定讀取的標(biāo)簽不穩(wěn)定讀取的標(biāo)簽無(wú)法讀取的標(biāo)簽理論讀取區(qū)域?qū)嶋H讀取區(qū)域6.7.2 多標(biāo)簽冗余方案標(biāo)簽與閱讀器天線傳輸信號(hào)的夾角RFID天線RFID天線標(biāo)簽與天線傳輸方向垂直正確讀取概率最大標(biāo)簽與天線傳輸方向平行正確讀取概率最差6.7.2 多標(biāo)簽冗余方案標(biāo)簽冗余解決方案6.7.2 多閱讀器/天線

12、冗余方案RFID閱讀器天線天線天線天線多天線冗余解決方案6.8 移動(dòng)中的標(biāo)簽讀取靜態(tài)讀取標(biāo)簽的位置固定，閱讀器及天線的位置也固定動(dòng)態(tài)標(biāo)簽或閱讀器天線將在讀取過(guò)程中進(jìn)行一定的移動(dòng)6.8.1 移動(dòng)速度RFID天線RFID天線RFID天線移動(dòng)方向6.8.2 信號(hào)傳輸功率RFID天線RFID天線RFID天線傳輸信號(hào)強(qiáng)度依次減小6.9 小結(jié)RFID系統(tǒng)中一些關(guān)鍵性影響因素應(yīng)用系統(tǒng)配置：硬件配置、軟件配置及與軟硬件相關(guān)的商業(yè)成本。RFID頻帶選擇：根據(jù)不同的系統(tǒng)需求，選用不同頻帶的RFID技術(shù)系統(tǒng)。系統(tǒng)使用范圍：不同的RFID系統(tǒng)，其能量分配及通信范圍不同。沖突避免及系統(tǒng)可靠性：需要考慮如何減少和避免RFID系統(tǒng)信號(hào)沖突，以及通過(guò)一些手段