射頻識別技術(RFID)基礎理論課件

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RFID基本概念1.什么是射頻識別技術？RFID射頻識別（RadioFrequencyIdentification）是一種非接觸式的自動識別技術，它利用射頻信號通過空間耦合實現(xiàn)非接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的的技術。識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。

2、射頻識別技術的特點射頻識別技術具有體積小、信息量大、壽命長、可讀寫、保密性好、抗惡劣環(huán)境、不受方向和位置影響、識讀速度快、識讀距離遠、可識別高速運動物體、可重復使用等特點，支持快速讀寫、非可視識別、多目標識別、定位及長期跟蹤管理。RFID技術與網(wǎng)絡定位和通信技術相結合，可實現(xiàn)全球范圍內(nèi)物資的實時管理跟蹤與信息共享。埃森哲（全球最大咨詢公司）實驗室首席科學家弗格森認為RFID是一種突破性的技術：“第一，可以識別單個的非常具體的物體，而不是像條形碼那樣只能識別一類物體；第二，其采用無線電射頻，可以透過外部材料讀取數(shù)據(jù)，而條形碼必須靠激光來讀取信息；第三，可以同時對多個物體進行識讀，而條形碼只能一個一個地讀。此外，儲存的信息量也非常大。"

（2）電磁反向散射耦合：雷達原理模型，發(fā)射出去的電磁波，碰到目標后反射，同時攜帶回目標信息，依據(jù)的是電磁波的空間傳播規(guī)律

電感耦合方式一般適合于中、低頻工作的近距離射頻識別系統(tǒng)。電磁反向散射耦合方式一般適合于高頻、微波工作的遠距離射頻識別系統(tǒng)。電磁與電感耦合的差別

在電磁耦合方式中，閱讀器的天線將閱讀器產(chǎn)生的讀寫射頻能量以電磁波的方式發(fā)送到定向的空間范圍內(nèi)，形成閱讀器的有效閱讀區(qū)域，位于閱讀器有效閱讀區(qū)域中的射頻標簽從閱讀器天線發(fā)出的電磁場中提取工作能源，并通過射頻標簽的內(nèi)部電路及標簽天線將標簽內(nèi)存的數(shù)據(jù)信息傳送到閱讀器，閱讀器對信號解碼后送計算機系統(tǒng)進行處理。電磁與電感耦合的差別在于電磁耦合方式中閱讀器將射頻能量以電磁波的形式發(fā)送出去。在電感耦合方式中，閱讀器將射頻能量束縛在閱讀器電感線圈周圍，通過交變閉合的線圈磁場，溝通閱讀器線圈與射頻標簽之間的射頻通道，沒有向空間輻射電磁能量。

射頻識別系統(tǒng)中射頻標簽與讀寫器之間的作用距離是射頻識別系統(tǒng)中的一個重要問題。根據(jù)射頻識別系統(tǒng)作用距離的遠近情況，射頻識別系統(tǒng)可分為密耦合、遙耦合和遠距離三類。

1.天線場區(qū)的概念（1）無功近場區(qū)無功近場區(qū)又稱為電抗近場區(qū)。它是天線輻射場中緊鄰天線口徑的一個場區(qū)域。在該區(qū)域中電抗性貯能場占主導地位，其中的電場與磁場的轉(zhuǎn)換類似于變壓器中的電磁、磁電之間場的轉(zhuǎn)換。在該區(qū)域中束縛于天線的電磁場未曾做功（只是進行相互交換），因而稱為無功近場區(qū)。

2.耦合類型

（1）密耦合系統(tǒng)

密耦合的的作用距離是1cm以下，是利用射頻標簽與讀寫器之間的電感耦合構成無接觸的空間信息傳輸射頻通道工作的，工作頻率一般在30MHZ以下。

密耦合系統(tǒng)中射頻標簽一般是無源標簽，

天線場區(qū)：為無功近場區(qū)，

能量傳輸：通過電感耦合方式來實現(xiàn)。國際標準可參考的有ISO10536.

數(shù)據(jù)傳輸：是通過電感（磁場）耦合或電容（電場）耦合的負載調(diào)制實現(xiàn)。

（2）遙耦合系統(tǒng)

遙耦合與密耦合不同之處是不可能采用電容耦合，一般又稱為電感耦合。遙耦合又可分為近耦合（典型作用距離為15厘米）和疏耦合（典型作用距離為1M）兩類。國際標準可參考的有ISO14443（近耦合）和ISO15693（疏耦合）

遙耦合標簽幾乎是無源標簽，通常是由單個芯片以及作為天線的大面積線圈所組成。天線場區(qū)：為無功近場區(qū)，

能量傳輸：通過電感耦合方式來實現(xiàn)。

數(shù)據(jù)傳輸：也是通過電感（磁場）耦合的負載調(diào)制實現(xiàn)。遙耦合系統(tǒng)目前仍是低成本射頻識別系統(tǒng)的主流，其典型工作頻率為13.56MHZ。（3）遠距離系統(tǒng)遠距離系統(tǒng)的工作距離從幾米到幾十米，個別系統(tǒng)具有更遠的作用距離。典型的工作頻率有915MHZ、2.45GHZ等，可參考的國際標準有ISO10374、ISO18000-4-5-6等。天線場區(qū)：輻射遠場區(qū)遠距離系統(tǒng)均是利用射頻標簽與讀寫器之間的電磁耦合（電磁波發(fā)射與反射）構成無接觸的空間信息傳輸射頻通道工作的。采用反射調(diào)制工作方式實現(xiàn)射頻標簽到讀寫器的數(shù)據(jù)傳輸。3.射頻識別系統(tǒng)空間傳輸通道中發(fā)生的過程可歸結為三種事件模型：（1）能量是時序得以實現(xiàn)的基礎。（2）時序是數(shù)據(jù)交換的實現(xiàn)方式。（3）數(shù)據(jù)交換是目的。4.能量。閱讀器向射頻標簽供給射頻能量。無源標簽：工作能量來自閱讀器射頻能量。半有源標簽：閱讀器的射頻能量起到喚醒標簽轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)的作用。有源標簽：不需利用閱讀器的射頻能量。

6.數(shù)據(jù)傳輸（1）從閱讀器向射頻標簽方向的數(shù)據(jù)交換從射頻標簽存儲信息的注入方式來分，可分為有線寫入方式和無線寫入方式兩種情況。從閱讀器向射頻標簽是否發(fā)送命令來分，可分為射頻標簽只能接受能量激勵和既接受能量激勵也接受閱讀器代碼命令。（2）從射頻標簽向閱讀器方向的數(shù)據(jù)交換。其工作方式包括：射頻標簽收到閱讀器發(fā)送的射頻能量時被激活，并向閱讀器反射標簽存儲的信息（此方式屬單向通信）。射頻標簽收到閱讀器發(fā)送的射頻能量被激勵后，根據(jù)閱讀器發(fā)送的指令轉(zhuǎn)入發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)或“休眠”狀態(tài)（此方式為半雙工雙向通信）。

RFID系統(tǒng)組成

中間件及應用軟件數(shù)據(jù)協(xié)議處理器標簽驅(qū)動(射頻單元)應用系統(tǒng)讀寫器電子標簽響應單元編碼存儲器解碼物理接口(調(diào)制解調(diào))讀數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)命令查詢寫入讀取應用程序接口(API)空中接口(AirInterface)芯片天線封裝數(shù)據(jù)能量射頻識別系統(tǒng)的工作原理是利用射頻標簽與射頻讀寫之間的射頻信號及其空間耦合、傳輸特性，實現(xiàn)對靜止的、移動的待識別物品的自動識別。讀寫器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號，當標簽進入發(fā)射天線工作區(qū)域時產(chǎn)生感應電流，標簽獲得能量被啟動。標簽將自身編碼等信息透過卡內(nèi)天線發(fā)送出去。讀寫器接收天線接收到從標簽發(fā)送來的載波信號，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到讀寫器，讀寫器對接收的信號進行解調(diào)和譯碼然后送到后臺軟件系統(tǒng)處理。后臺軟件系統(tǒng)根據(jù)邏輯運算判斷，針對不同的設定做出相應的處理和控制，發(fā)出指令信號控制執(zhí)行相應的動作。問題處理量；每年1600萬件轉(zhuǎn)運行李跟蹤行李直至ULD的流程效率較低適用于行李傳送裝置、ULD、傳送帶和移動應用的SymbolRFID解決方案所有的航空公司、所有的行李、100多條傳送帶，200多個RFID讀取器陣列解決方案提高客戶服務水平在裝運過程中，避免手工掃描縮短裝運時間，降低裝運成本自動的電子集裝箱載貨清單通過ULD對行李進行查找和驗證優(yōu)勢行李可視性較差行李在由傳送帶經(jīng)探測機器直至運抵飛機上的整個過程中的可視性較差。HKAA的RFID項目是亞洲最大的項目機場工作人員為行李貼加RFID標簽行李處理系統(tǒng)的RFID讀寫器識讀行李標簽信息問題條碼管理需要大量人力時間將RFID技術和電腦技術緊密結合，利用RFID實施圖書管理系統(tǒng)

解決方案讀者則可自助完成借、還書等工作

工作人員可進行快速圖書的盤點

圖書防盜結合讀者和管理人員的借閱卡和工作卡，還可以實時了解人員進出的情況，統(tǒng)計進出數(shù)據(jù)

優(yōu)勢中大型的圖書館由于進出人數(shù)眾多，以及大量的館藏圖書，使工作人員工作繁瑣，讀者長時間排隊借還書圖書管理圖書失竊造成大量損失圖書管理標簽轉(zhuǎn)換站館員工作站管理軟件藏書盤點儀自動分檢線自動還書口自助借閱RFID圖書標簽食品安全豬肉制品跟蹤管理和溯源倉庫管理集裝箱防盜RFID單元化技術RFID相關協(xié)議RFID標簽RFID讀寫器及天線RFID中間件RFID相關協(xié)議ISO/IEC相關RFID標準

ISO/IEC已出臺的RFID標準主要關注基本的模塊構建，空中接口，涉及到的數(shù)據(jù)結構以及其實施問題。具體可以分為技術標準、數(shù)據(jù)內(nèi)容標準、一致性標準及應用標準四個方面。

包括：

ISO18000-1空中接口一般參數(shù)

ISO18000-2低于135KHz頻率的空中接口參數(shù)

ISO18000-313.56MHz頻率下的空中接口參數(shù)

ISO18000-42.45GHz頻率下的空中接口參數(shù)

ISO18000-6860-960MHz頻率下的空中接口參數(shù)

ISO18000-7433.92MHz頻率下的空中接口參數(shù)

ISO10536非接觸集成電路卡ISO15693非接觸集成電路卡近程卡

ISO14443非接觸集成電路卡近程卡

ISO18046RFID設備性能測試方法

ISO18047(有源及無源的)RFID設備一致性測試方法ISO15424數(shù)據(jù)載體/特征標識符

ISO15418UCC應用標識

ISO15434大容量ADC媒體用的傳送語法

ISO15459物品管理的唯一ID

ISO15961數(shù)據(jù)協(xié)議：應用接口

ISO15962數(shù)據(jù)編碼規(guī)則和邏輯存儲功能的協(xié)議

ISO15963RF標簽的唯一標識

ISO10374貨運集裝箱標簽

ISO18185貨運集裝箱電子封條RF通信協(xié)議

ISO11784基于動物的無線射頻識別的代碼結構

ISO11785基于動物的無線射頻識別技術

ISO17358應用需求

ISO17363貨運集裝箱

ISO17364可回收運輸單元

ISO17365運輸單元目前在我國常用的兩個RFID標準為用于非接觸智能卡兩個ISO標準：ISO14443，ISO15693。ISO14443和ISO15693標準在1995年開始操作，其完成則是在2000年之后，二者皆以13.56MHz交變信號為載波頻率。ISO15693讀寫距離較遠，而ISO14443讀寫距離稍近，但應用較廣泛。第二代電子身份證采用的標準是ISO14443TYPEB協(xié)議。ISO14443定義了TYPEA、TYPEB兩種類型協(xié)議，通信速率為106kbit/s，它們的不同主要在于載波的調(diào)制深度及位的編碼方式。TYPEA采用開關鍵控（On-Offkeying）的曼切斯特編碼，TYPEB采用NRZ-L的BPSK編碼。TYPEB與TYPEA相比，具有傳輸能量不中斷、速率更高、抗干擾能力列強的優(yōu)點。RFID的核心是防沖撞技術，這也是和接觸式IC卡的主要區(qū)別。ISO14443-3規(guī)定了TYPEA和TYPEB的防沖撞機制。二者防沖撞機制的原理不同，前者是基于位沖撞檢測協(xié)議，而TYPEB通信系列命令序列完成防沖撞。ISO15693采用輪尋機制、分時查詢的方式完成防沖撞機制。防沖撞機制使得同時處于讀寫區(qū)內(nèi)的多張卡的正確操作成為可能，既方便了操作，也提高了操作的速度。

EPCglobalRFID標準EPCglobal主要關注的是：物理對象系統(tǒng)標識的數(shù)據(jù)載體/內(nèi)容；“物聯(lián)網(wǎng)”自動識別基礎架構最低性能；網(wǎng)絡數(shù)據(jù)交換準—如對象名解析系統(tǒng)包括以下協(xié)議：UHFClass0Gen1RFProtocol

UHFClass1Gen1RFProtocol

HFClass1Gen1TagProtocol

UHFClass1Gen2TagProtocol

EPCTagDataSpecification

ReaderProtocol

ReaderManagement

TagDataTranslation

ApplicationLevelEvents

EPCISCaptureInterface

EPCISDataspecification

EPCISQueryInterface

ObjectNumberingSystem,ONS

EPCISDiscovery

SubscriberAuthenticationRFID標簽

射頻標簽（RFIDTAG）是安裝在被識別對象上，存儲被識別對象相關信息的電子裝置，常稱為電子標簽。它是射頻識別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)載體，是射頻識別系統(tǒng)的核心。

1.射頻識別標簽的分類及其構成

分類（1）按標簽的工作方式分類主動式標簽。用自身的射頻能量主動地發(fā)射數(shù)據(jù)給讀寫器的標簽。主動標簽含有電源。被動式標簽。由讀寫器發(fā)出查詢信號觸發(fā)后進入通信狀態(tài)的標簽。被動標簽可有源也可無源。

（2）按標簽的讀寫方式分類

只讀型標簽。只能讀出不能寫入的標簽?？煞譃橐韵氯悾?/p>

只讀標簽：內(nèi)容出廠時已寫入，識別時只可讀出，不可改寫。

一次性編程只讀標簽：標簽內(nèi)容只可在應用前一次性編程寫入，識別過程中內(nèi)容不可改寫。

可重復編程只讀標簽：標簽內(nèi)容經(jīng)擦除后可重新編程寫入，識別過程中內(nèi)容不可改寫。

讀寫型標簽。標簽內(nèi)容既可被讀寫器讀出，又可由讀寫器寫入的標簽。

（3）按標簽有無能源分類

無源標簽。標簽中不含電池的標簽。工作能量來自閱讀器射頻能量。

有源標簽。標簽中含有電池的標簽。不需利用閱讀器的射頻能量。

半有源標簽：閱讀器的射頻能量起到喚醒標簽轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)的作用。（4）按標簽的工作頻率分類

低頻標簽：500KHz以下

中高頻標簽：3M-30MHz

特高頻標簽：300M-3000MHz

超高頻標簽：3GHz以上（5）按標簽的工作距離分類

遠程標簽：工作距離1m以上

近程標簽：10cm—100cm

超近程標簽：0.2cm—10cmEPC目前定義了5種電子標簽EPC標簽類型標簽功能Class0只讀標簽，EPC碼在生產(chǎn)過程中寫入，使用過程不能寫入，是無源標簽。Class1可寫一次之后只讀，EPC碼由讀寫器現(xiàn)場寫入，是無源標簽。Class2可讀寫，是無源標簽。，Class3Class2功能再加上電源以提供更長距離和更強大功能，是一種半無源標簽。Class4Class3功能再加上有源通信以及與其他標簽通信的能力。

射頻識別標簽的構成射頻識別標簽一般由天線、調(diào)制器、編碼發(fā)生器、時鐘及存儲器構成。天線調(diào)制器控制器（CPU）電源編碼發(fā)生器時鐘存儲器

射頻識別標簽的功能

（1）具有一定容量的存儲器，用于存儲被識別對象的信息。（2）在一定工作環(huán)境下及技術條件下標簽數(shù)據(jù)能被讀出或?qū)懭?。?）維持對識別對象的識別及相關信息的完整。（4）數(shù)據(jù)信息編碼后，工作時可傳輸給讀寫器。（5）可編程，且一旦編程后，永久性數(shù)據(jù)不能再修改。（6）具有確定的期限，使用期限內(nèi)無須維修。

2.射頻識別工作頻率

電磁波波段的劃分波段名波長頻率頻段名長波LW1-10km30-300KHz低頻LF中波MW100-1000m300-3000KHz中頻MF短波SW10-100m3-30MHz高頻HF超短波1-10m30-300MHz甚高頻VHF微波10-100cm300-3000MHz特高頻UHF1-10cm3-30GHz超高頻SHF

目前我國已規(guī)劃的用于RFID技術的頻率頻段名頻段工作頻率低頻LF30-300KHz50K-190KHz（主要是125/134KHz）高頻HF3-30MHz13.553-13.567MHz特高頻UHF300-3000MHz(微波)433.00-433.79MHz910.10M/912.10M/914.10M840-845MHz,920-925MHz2.4000-2.4835GHz超高頻SHF3-30GHz(微波)5.795G/5.805GHz5.835G/5.845GHz

射頻標簽工作頻率分類

（1）低頻（LF）標簽低頻標簽工作頻率范圍30—300KHZ，典型的工作頻率有：125KHZ，133KHZ，低頻標簽一般為無源標簽，工作能量通過電感耦合(近場）獲得，閱讀距離小于1米。典型應用有：動物識別、容器識別、工具識別、自動化生產(chǎn)線、精密儀器、電子閉鎖防盜等。國際標準有：ISO11784/11785（用于動物識別）、ISO18000-2（125-135KHZ）

低頻標簽的優(yōu)勢：具有省電、廉價的特點；工作頻率不受無線電頻率管制約束；可以穿透水、有機組織、木材等；非常適合近距離、低速度的、數(shù)據(jù)量要求較少的識別應用。低頻標簽的劣勢有：存儲數(shù)據(jù)量少，只能適合低速、近距離識別應用；與高頻標簽相比，天線匝數(shù)更多，成本更高一些。

（2）高頻（HF）標簽高頻標簽工作頻率范圍3—30MHZ，典型工作頻率為13.56MHZ，中高頻標簽一般也采用無源設置，其工作能量和低頻標簽一樣，也是通過電感耦合（近場）獲得，其基本特點與低頻標簽相似，由于其工作頻率的提高，可以選用較高的傳輸速度，天線設計相對簡單，標簽一般制成卡片形狀。典型的應用包括：無線IC卡、電子車票、電子身份證、電子閉鎖防盜、自動化生產(chǎn)線等。相關的國際標準有ISO14443、ISO15693、ISO18000-3（13.56MHZ)等.

（3）特高頻（UHF）與超高頻（SHF）標簽超高頻與微波頻段的射頻標簽，簡稱為微波射頻標簽。閱讀距離一般大于1米，典型情況為4—6米，最大可達10米以上。各工作頻率的用途及特點：433MHZ左右：耦合方式為反向散射耦合（遠場），主要用于貨物管理及特定場合。該頻段電磁波繞射能力強，工作距離較遠，但天線尺寸較大，該頻段的無線電業(yè)務繁雜，容易引起干擾問題。相關的國際標準有ISO18000-7(433.92MHZ)800/900MHZ頻段：我國于近期規(guī)劃出840-845MHZ及920-925MHZ頻段用于RFID技術，空間耦合方式為反向散射耦合。主要用于商品貨物流通。該頻段電磁波繞射能力強，最大工作距離可達8米左右，背景電磁噪聲小，天線尺寸適中，射頻標簽易于實現(xiàn)，是全球范圍內(nèi)貨物流通領域大規(guī)模使用RFID技術的最合適頻段。相關的國際標準有ISO18000-6(860-930MHZ)2.45G/5.8GHZ頻段：空間偶合方式為反向散射耦合（遠場）。主要用途為車輛識別和貨物流通。該頻段電磁波為視距傳播，繞射能力差，且相對來講空間損耗大，因此工作范圍小。由于頻率高，相對而言制造成本大，同時該頻段為ISM頻段，電磁環(huán)境復雜，干擾問題在特定場合可能較為突出。相關的國際標準有ISO18000-4（2.45GHZ)、ISO18000-5(5.8GHZ)、

3.射頻標簽的制作與封裝射頻標簽產(chǎn)品按形態(tài)和材質(zhì)的不同可分為三大類：標簽類、注塑類和卡片類。封裝環(huán)節(jié)主要包括三個主要工藝：天線基板制作、一次封裝（Inlay的制作）和二次封裝（基板上涂覆絕緣膜、沖裁）

（1）天線基板的制作天線基板的制作目前主要包括兩種方式：一種是傳統(tǒng)的蝕刻工藝，另一種是絲網(wǎng)印刷工藝。（2）一次封裝（內(nèi)嵌片的制作）一次封裝是指帶有天線的基板和芯片通過點膠的方式制成內(nèi)嵌片的過程。

（3）二次封裝（基板上涂覆絕緣膜、沖裁）Inlay冷凝膠涂敷有冷凝膠的Inlay塑料（底紙）不干膠電路帶保護的標簽刷好不干膠的標簽離型紙成卷的不干膠標簽RFID讀寫器及天線射頻讀寫器根據(jù)具體實現(xiàn)功能的特點有其他較為流行的別稱：單純實現(xiàn)讀取標簽信息的設備成為閱讀器(Reader)、讀出裝置(ReadingDevice)、掃描器(Scanner)等。單純實現(xiàn)向標簽內(nèi)存寫入信息的設備成為編程器(Programmer)、寫入器(Writer)等。綜合具有讀取與寫入標簽內(nèi)存信息的設備成為讀寫器、通信器(Communicator)等。一、射頻讀寫器的工作原理模型基帶模塊：基帶信號處理應用程序接口控制與協(xié)議處理數(shù)據(jù)命令接口緩沖存儲區(qū)射頻模塊：調(diào)制解調(diào)處理數(shù)據(jù)命令接口發(fā)送通道接收通道收發(fā)分離天線天線接口數(shù)據(jù)命令緩沖應用接口射頻識別系統(tǒng)的工作原理模型應用系統(tǒng)射頻標簽編碼調(diào)制解碼讀寫器應用接口空中接口

二、射頻讀寫器的構成

讀寫器一般由天線、射頻模塊和控制處理模塊和I/O接口模塊組成。

1、天線天線是發(fā)射和接收射頻載波的設備。不管何種射頻讀寫設備均少不了天線或耦合線圈。在確定的工作頻率和帶寬條件下，天線發(fā)射由射頻模塊產(chǎn)生的射頻載波，并接收從標簽發(fā)射回來的射頻載波。對射頻識別系統(tǒng)而言，天線是射頻標簽和讀寫器的空間接口。

2、射頻模塊射頻通道模塊是射頻讀寫設備的前端，也是影響系統(tǒng)價格的關鍵。射頻模塊由射頻振蕩器、射頻處理器、射頻接收器及前置放大器組成。射頻模塊可分為發(fā)射通道和接收通道兩部分，分別用于發(fā)射和接收射頻載波。射頻模塊通常完成控制與處理模塊傳送來的發(fā)送控制命令的執(zhí)行，其主要功能有兩項，一是將讀寫器欲發(fā)往射頻標簽的命令調(diào)制（裝載）到射頻信號上，經(jīng)發(fā)射天線發(fā)送出去。二是對射頻標簽反回到讀寫器的回波信號的解調(diào)處理，并將處理后的回波基帶信號送控制處理模塊。射頻模塊的組成包括以下主要內(nèi)容：（1）頻率源電路。用于產(chǎn)生讀寫設備載波調(diào)制的頻率信號。

（2）調(diào)制/解調(diào)電路。用于實現(xiàn)基帶信號載波發(fā)送與接收的調(diào)制（裝載）與解調(diào)（卸載）。

（3）功率放大電路。用于實現(xiàn)將輸出到天線的射頻信號放大到足夠的功率電平。（4）單天線收發(fā)分離電路。用于實現(xiàn)讀寫器發(fā)送與接收射頻信道的分離。（5）信號放大、濾波、整形處理電路。用于處理解調(diào)后的回波信號。（6）收發(fā)控制電路。用于控制射頻功率的輸出以及多天線系統(tǒng)的功率分配。

3、控制與處理模塊控制與處理模塊是射頻讀寫設備的智能單元。其主要功能包括實現(xiàn)發(fā)送到射頻標簽命令的編碼，回波信號的解碼。差錯控制，讀寫命令流程策略控制。發(fā)送命令緩存，接收數(shù)據(jù)緩存，與后端應用程序之間的接口協(xié)議實現(xiàn)，I/O控制等。其組成包括以下主要內(nèi)容：（1）CPU或MPU（單片機）。智能處理單元，內(nèi)裝嵌入程序。（2）CPU或MPU外圍接口電路。為CPU或MPU提供必要的存儲區(qū)、中斷控制器、I/O信號與I/O接口控制信號等。

（3）信號加工、緩存等處理電路。對發(fā)送命令、接收回波信號進行編碼、解碼、緩沖存儲等。（4）時鐘電路、看門狗電路。為CPU/MPU提供工作時鐘以及系統(tǒng)自恢復功能。（5）其他控制與接口電路。根據(jù)系統(tǒng)的功能，實現(xiàn)相應的控制與接口預處理。

4、I/O接口模塊I/O接口模塊用于實現(xiàn)讀寫設備與外部傳感器、控制器以及應用系統(tǒng)主機之間的輸入與輸出通信。常用的I/O接口類別有：（1）RS232串行接口。計算機流行的標準串行通信接口，可實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸，優(yōu)點是標準接口、通用、流行。缺點是傳輸速度與傳輸距離受限。

（2）RS422/485串行接口。標準串行接口，支持遠距離通信，標準傳輸距離1200米。采用差分數(shù)據(jù)傳輸模式，抗干擾能力較強。通信速度范圍與RS232相同。（3）標準并行打印接口。通常用于為讀寫設備提供外接打印機，輸出讀寫信息的功能。（4）以太網(wǎng)接口。提供讀寫設備直接入網(wǎng)接入能力與接口，一般均支持TCP/IP協(xié)議。（5）紅外線IR接口。提供紅外線接口，近距離串行紅外無線傳輸，傳輸速度與標準串口高速相當。（6）USB接口。標準串行接口，短距離、高速傳輸接口。

三、讀寫器的分類1、按通信方式分類，可分為讀寫器優(yōu)先和標簽優(yōu)先兩類。2、按傳送方向分類，可分為全雙工（FDX）和半雙工（HDX）兩類。3、按應用模式分類，可分為固定式、便攜式、一體式和模塊式

四、讀寫器的選擇（1）根據(jù)功能多寡的選擇（2）根據(jù)頻率頻段的選擇（3）根據(jù)應用環(huán)境的選擇（4）根據(jù)電子標簽協(xié)議選擇

五、射頻讀寫設備的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在如下幾方面：1、讀寫器射頻模塊與基帶模塊的標準化設計。2、更高的集成度（射頻與基帶模塊）。3、低成本的六端口射頻模塊技術更趨完善。4、多標簽讀寫更有效、更快捷。5、不同廠家的標簽兼容讀寫，不同工作頻段標簽的兼容讀寫。6、不斷降低成本。7、讀寫設備設計方案與設計思想的創(chuàng)新。RFID中間件什么是RFID中間件

RFID中間件是用來加工和處理來自讀寫器的所有信息和事件流的軟件，是連接讀寫器和企業(yè)應用的紐帶，使用中間件提供一組通用的應用程序接口（API），即能連到RFID讀寫器，讀取RFID標簽數(shù)據(jù)。它要對標簽數(shù)據(jù)進行過濾、分組和計數(shù)，以減少發(fā)往信息網(wǎng)絡系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量并防止錯誤識讀、多讀信息。RFID中間件是一種面向消息的中間件（Message-OrientedMiddleware，MOM），資訊情報（Information）是以信息（Message）的形式，從一個程序傳送到另一個或多個程序。

為什么要使用RFID中間件看到目前各式各樣RFID的應用，企業(yè)最想問的第一個問題是：“我要如何將我現(xiàn)有的系統(tǒng)與這些新的RFIDReader連接？”這個問題的本質(zhì)是企業(yè)應用系統(tǒng)與硬件接口的問題。因此，通透性是整個應用的關鍵，正確抓取數(shù)據(jù)、確保數(shù)據(jù)讀取的可靠性、以及有效地將數(shù)據(jù)傳送到后端系統(tǒng)都是必須考慮的問題。傳統(tǒng)應用程序與應用程序之間（ApplicationtoApplication）數(shù)據(jù)通透是通過中間件架構解決，并發(fā)展出各種ApplicationServer應用軟件；同理，中間件的架構設計解決方案便成為RFID應用的一項極為重要的核心技術。

RFID基礎設施管理

典型的企業(yè)級應用需要管理成百上千的閱讀器(可能是不同品牌或型號的)，RFID中間件提供對其進行配置管理，實時監(jiān)控閱讀器的狀態(tài)。數(shù)據(jù)過濾和收集

去除閱讀器產(chǎn)生冗余、錯誤的標簽數(shù)據(jù)。 生成報告時只上傳關心的數(shù)據(jù)（分組統(tǒng)計的）。中間件在系統(tǒng)中的作用及位置

RFID中間件與系統(tǒng)集成RFID中間件的需求數(shù)據(jù)處理盡量靠近源頭大量RFID數(shù)據(jù)存在于系統(tǒng)“邊緣”；讓有價值的數(shù)據(jù)進入中央系統(tǒng)；對數(shù)據(jù)進行清理、篩選、整合和匯總；屏蔽各種錯誤與異常，避免給中央系統(tǒng)帶來麻煩。對事件進行層層抽象，轉(zhuǎn)化為有價值的事件RFID應用領域面臨著大量簡單、無序事件；實現(xiàn)簡單事件向有價值事件的轉(zhuǎn)化。

82RFID中間件的架構方式以應用程序為中心(Applicationcntric)的中間件 以應用程序為中心是指：通過調(diào)用RFID讀寫器生產(chǎn)廠商提供的應用程序接I]API，以HotCode的方式編寫特定讀寫器的適配器。以應用程序為中心的中間件架構只能實現(xiàn)點對點的連接，僅適用于企業(yè)內(nèi)部單一商業(yè)應用系統(tǒng)。以基礎架構為中心(InfrastructureCentric)的中間件隨著企業(yè)應用系統(tǒng)復雜性的增加，為每個應用通過HotCode的形式編寫Adapter是不現(xiàn)實的，同時面對物件標準化等議題，如EPC，企業(yè)可以考慮采用廠商提供的標準化的RFID中間件。因此以基礎架構為中心的RFID中間件應運而生。RFID中間件系統(tǒng)框架中間件系統(tǒng)結構包括：閱讀器接口、處理模塊、應用程序接口三部分。閱讀器接口負責前端和相關硬件的溝通接口；處理模塊包括系統(tǒng)與數(shù)據(jù)標準處理模塊；應用程序接口負責后端與其他應用軟件的溝通接口及使用者自定義的功能模塊。（1）閱讀器接口的功能：提供閱讀器硬件與中間件的接口；負責閱讀器和適配器與后端軟件之間的通信接口，并能支持多種閱讀器和適配器；能夠接受遠程命令，控制閱讀器和適配器。（2）處理模塊的功能：在系統(tǒng)管轄下，能夠觀察所有閱讀器的狀態(tài)；提供處理模塊向系統(tǒng)注冊的機制；提供EPC編碼和非EPC轉(zhuǎn)換的功能；提供管理閱讀器的功能，如新增、刪除、停用、群組等；提供過濾不同閱讀器接收內(nèi)容的功能，進行數(shù)據(jù)處理。（3）應用程序接口功能：連接企業(yè)內(nèi)部現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫或EPC相關數(shù)據(jù)庫，使外部應用系統(tǒng)可透過此中間件取得相關EPC/非EPC信息。RFID中間件處理模塊1.RFID事件管理系統(tǒng)（EventManagementSystem,EMS）

RFIDEMS職責：（1）允許不同種類的閱讀器寫入適配器；（2）以標準格式從閱讀器采集EPC數(shù)據(jù)；（3）允許設置過濾器，以平滑或清除EPC數(shù)據(jù)；（4）允許寫各種記錄文件，如記錄EPC數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)庫日志；記錄EPC數(shù)據(jù)廣播到遠程服務器事件中的HTTP/JMS/SOAP網(wǎng)絡日志；（5）對記錄器、過濾器和適配器進行事件緩沖，使它們無妨礙運行。2.實時內(nèi)存事件數(shù)據(jù)庫(Real-timeIn-memoryEventDatabase,RIED)RIED是一個用來保存EdgeRFID信息的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫。EdgeRFID保存和組織閱讀器發(fā)送的事件，RFIDEMS系統(tǒng)過濾和記錄事件的框架，記錄器可以將事件保存在數(shù)據(jù)庫中。應用程序可以通過JDBC或本地Java接口訪問RIED。RIED支持常用的SQL操作。3.任務管理系統(tǒng)（TaskManagementSystem,TMS）

類似于操作系統(tǒng)管理進程，具有一般線程管理器和多進程操作系統(tǒng)不具備的特點：任務進度表的外部接口；獨立的Java虛擬機平臺，包括從冗余類服務器中根據(jù)需要加載的統(tǒng)一庫；用來維護永久任務信息的進度表，和在中間件碎片或任務碎片中重啟任務的能力。

TMS使得分布式中間件的維護變得簡單，可僅僅通過在一組類服務器中保存最新任務和在中間件中恰當?shù)陌才湃蝿者M度來維護中間件。

TMS可完成企業(yè)的多種操作：數(shù)據(jù)交互，向其他中間件發(fā)送產(chǎn)品信息或從其他中間件中獲取產(chǎn)品信息；PML查詢，即查詢ONS/PML服務器獲得產(chǎn)品實例的靜態(tài)或動態(tài)信息；刪除任務進度，即確定和刪除其他中間件上的任務；值班報警；遠程上傳；中間件具有較小存儲能力的獨立系統(tǒng)平臺，不同的中間件選擇不同的工作平臺。要求TMS能夠?qū)?zhí)行的任務進行自動升級。RFID中間件系統(tǒng)設計要點（1）在客觀條件限制下如何有效的利用RFID系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的過濾和聚集；（2）明確聚集類型將減少和降低標簽檢測事件對系統(tǒng)的沖擊；（3）RFID中間件中消息組件的功能特點；（4）如何支持不同的RFID閱讀器；（5）如何支持不同的RFID標簽內(nèi)存結構；（6）如何將RFID系統(tǒng)集成到客戶的信息管理系統(tǒng)中。1.過濾和聚焦過濾：按照規(guī)則取得指定的數(shù)據(jù)。有基于閱讀器的過濾及基于標簽和數(shù)據(jù)的過濾兩種方式：基于閱讀器的過濾指僅從指定的閱讀器中讀取數(shù)據(jù)；基于標簽和數(shù)據(jù)的過濾指僅關心指定的標簽的集合，如在一個托盤內(nèi)的標簽。聚集：將讀入的原始數(shù)據(jù)按照規(guī)則進行合并，如重復讀入的數(shù)據(jù)只記錄第一次和最后一次讀入的數(shù)據(jù)?？煞譃橐韵滤姆N類型：移入和移出。只記錄標簽進入讀取范圍和離開讀取范圍的數(shù)據(jù)。記數(shù)。只記錄在讀取范圍內(nèi)有多少標簽數(shù)據(jù)，而不關心內(nèi)容。通過。只記錄標簽是否通過的指定的位置。虛擬閱讀。幾個閱讀器之間可以通過組合形成一個虛擬的閱讀器，這幾個閱讀器均讀入標簽數(shù)據(jù)，但只需記錄一次。

2.消息傳遞機制在RFID系統(tǒng)中，存在各種應用程序以各種方式頻繁的從RFID系統(tǒng)中取得數(shù)據(jù)和有線的網(wǎng)絡帶寬限制之間的矛盾問題，因此需要設計消息傳遞機制。閱讀器產(chǎn)生事件，并將消息傳遞到消息傳遞系統(tǒng)中，由消息傳遞系統(tǒng)決定如何將事件數(shù)據(jù)傳遞到相關的應用程序中。消息傳遞系統(tǒng)應具有的功能：（1）基于內(nèi)容的路由功能：對于閱讀器獲取的全部的原始數(shù)據(jù)，應用程序在大多數(shù)情況下僅僅需要其中的一部分，中間件提供通過事件消息的內(nèi)容來決定消息的傳遞方向的功能，實現(xiàn)過濾工作。（2）反饋機制：RFID中間件具備數(shù)據(jù)過濾等高級功能，自動配置這些閱讀器并將數(shù)據(jù)處理的規(guī)則反饋到閱讀器，從而有效的降低對網(wǎng)絡帶寬的需求。（3）數(shù)據(jù)分類存儲功能：有些應用程序（如物流分揀系統(tǒng)或銷售系統(tǒng)）需要實時得到讀取的標簽信息，因此消息傳遞系統(tǒng)幾乎不需要存儲這些標簽數(shù)據(jù)；而有些系統(tǒng)需要得到批量RFID標簽數(shù)據(jù)，并從中選取有價值的RFID事件信息，因此要求消息傳遞系統(tǒng)可以提供數(shù)據(jù)存儲功能，達到用戶的需求。3.標簽讀寫RFID中間件需要提供透明的標簽讀寫功能。主要問題有，一，兼容不同閱讀器的接口；二，識別不同的標簽存儲器的結構以進行有效的讀寫操作。RFID系統(tǒng)技術防碰撞技術

1.射頻識別系統(tǒng)中的碰撞在多個閱讀器和標簽的應用場合，會有標簽之間或閱讀器之間的相互干擾。這種干擾統(tǒng)稱為碰撞。為了防止這些碰撞的產(chǎn)生，在RFID系統(tǒng)中需要設置一定的相關命令來解決防碰撞問題---防碰撞命令/算法。

(1)標簽的碰撞標簽有可被識別的唯一信息（序列號）。一個標簽位于閱讀器的可讀范圍內(nèi)---正常應答；多個標簽位于閱讀器的可讀范圍內(nèi)---出現(xiàn)干擾。（2）閱讀器的碰撞在RFID工業(yè)應用中，需要搭建多個閱讀器，如倉儲管理、零售、圖書館管理等。所有的閱讀器周圍有一個有限空間，即閱讀器的詢問區(qū)域，標簽和閱讀器進行通訊。在供應鏈中一個閱讀器管理的覆蓋空間在很多方位上會有很多重疊的詢問區(qū)域，在詢問區(qū)域交叉的閱讀器之間會相互干擾，導致不能夠與在詢問區(qū)域內(nèi)的標簽進行通信。閱讀器檢測到的或者導致的干擾都成為閱讀器的碰撞，有以下三種類型：

1）閱讀器間頻率干擾閱讀器工作時發(fā)射的無線信號功率為30~36dBm，輻射范圍較大；而標簽背向反射調(diào)制的工作方式使得返回信號的強度很?。煌瑫r在發(fā)射和接收信號的兩個閱讀器之間會造成干擾，閱讀器接收到的標簽反射信號的信噪比降低，無法正確讀取標簽信息。2）多閱讀器---標簽干擾當一個標簽同時位于兩個或多個閱讀器的詢問區(qū)域內(nèi)時，多余一個閱讀器同時嘗試與這個標簽進行通信時就會發(fā)生標簽干擾。Tag3Tag2Tag1Reader2Reader1多閱讀器-標簽干擾3）隱藏終端干擾兩個閱讀器的閱讀區(qū)域沒有重疊，但Reader2發(fā)出的信號在標簽上會干擾從Reader1發(fā)出的信號。TagReader2Reader1隱藏終端干擾如何避免頻率干擾？---閱讀器在不同頻率上、在使用距離范圍內(nèi)進行另一個操作便可以避免頻率干擾；如何避免標簽干擾？---在相鄰閱讀器在不同時間工作時。如何最小化閱讀器碰撞？---閱讀器防碰撞問題。射頻識別系統(tǒng)中的標簽防碰撞算法1.通信中的防碰撞算法無線通信技術中，通信碰撞的四種解決防碰撞方法：空分多址(SDMA)、頻分多址(FDMA)、碼分多址(CDMA)、時分多址(TDMA).(1)空分多址(SDMA)概念：利用空間分割構成不同的信道。舉例來說，在一顆衛(wèi)星上使用多個天線，各個天線的波束射向地球表面的不同區(qū)域。地面上不同地區(qū)的地球站，它們在同一時間、即使使用相同的頻率進行工作，它們之間也不會形成干擾。空分多址（SDMA）是一種信道增容的方式，可以實現(xiàn)頻率的重復使用，充分利用頻率資源。在RFID系統(tǒng)中的實現(xiàn)有兩種方法：一，把大量的閱讀器和天線的覆蓋面積并排的安置在一個陣列中，當標簽經(jīng)過這個陣列時離它最近的閱讀器就可以通信，不受到相鄰的標簽的干擾。多個標簽在該陣列中，由于空間的分布可以同時被識別而不會相互影響。二，在閱讀器上使用電子控制定向天線，即自適應的SDMA，天線的方向由各個不同方向的偶極子的單個波疊加出來的。(2)頻分多址(FDMA)概念：把信道頻帶分割為若干更窄的互不相交的頻帶（稱為子頻帶），把每個子頻帶分給一個用戶專用（稱為地址）。頻分復用（FDM）是指載波帶寬被劃分為多種不同頻帶的子信道，每個子信道可以并行傳送一路信號的一種技術。頻分復用技術下，多個用戶可以共享一個物理通信信道，該過程即為頻分多址復用（FDMA）。FDMA模擬傳輸是效率最低的網(wǎng)絡，這主要體現(xiàn)在模擬信道每次只能供一個用戶使用，使得帶寬得不到充分利用。RFID系統(tǒng)中FDMA技術，具有可自由調(diào)整的、非發(fā)送頻率諧振的標簽。標簽能量的供應及控制信號的傳輸有若干個供選擇的頻率及可以使用最佳的頻率，缺點為每個接收通路必須由自己單獨的接收器提供，閱讀器的費用高。(3)碼分多址(CDMA)概念：不同用戶傳輸信息所用的信號不是靠頻率不同或時隙不同來區(qū)分，而是用各自不同的編碼序列來區(qū)分，或者說，靠信號的不同波形來區(qū)分。如果從頻域或時域來觀察，多個CDMA信號是互相重疊的。CDMA是利用不同的碼序列分割成不同信道的多址技術。在CDMA蜂窩通信系統(tǒng)中，用戶之間的信息傳輸是由基站進行轉(zhuǎn)發(fā)和控制的。為了實現(xiàn)雙工通信，正向傳輸和反向傳輸各使用一個頻率，即通常所謂的頻分雙工。無論正向傳輸或反向傳輸，除去傳輸業(yè)務信息外，還必須傳送相應的控制信息。為了傳送不同的信息，需要設置相應的信道。但是，CDMA通信系統(tǒng)既不分頻道又不分時隙，無論傳送何種信息的信道都靠采用不同的碼型來區(qū)分。類似的信道屬于邏輯信道，這些邏輯信道無論從頻域或者時域來看都是相互重疊的，或者說它們均占用相同的頻段和時間。

CDMA的頻帶利用率低，信道容量較小，地址碼選擇較難、接收時地址碼捕獲時間較長，其通信頻帶和技術復雜性在RFID系統(tǒng)中難以應用。(4)時分多址(TDMA)概念：時分多址是把時間分割成周期性的幀(Frame)每一個幀再分割成若干個時隙向基站發(fā)送信號，在滿足定時和同步的條件下，基站可以分別在各時隙中接收到各移動終端的信號而不混擾。同時，基站發(fā)向多個移動終端的信號都按順序安排在予定的時隙中傳輸，各移動終端只要在指定的時隙內(nèi)接收，就能在合路的信號中把發(fā)給它的信號區(qū)分并接收下來。在RFID系統(tǒng)中TDMA是被廣泛采用的多路方法。具體分為標簽控制（驅(qū)動法）和閱讀器控制（詢問驅(qū)動法）。大多數(shù)RFID系統(tǒng)采用由閱讀器作為主控制器的控制方法。實現(xiàn)：在所有標簽中，在某個時間內(nèi)只建立唯一的閱讀器和標簽的通信關系，可以很好的解決標簽碰撞問題。2.ALOHA防碰撞算法Aloha協(xié)議或稱Aloha技術、Aloha網(wǎng)，是世界上最早的無線電計算機通信網(wǎng)。它是1968年美國夏威夷大學的一項研究計劃的名字。70年代初研制成功一種使用無線廣播技術的分組交換計算機網(wǎng)絡，也是最早最基本的無線數(shù)據(jù)通信協(xié)議。取名Aloha，是夏威夷人表示致意的問候語，這項研究計劃的目的是要解決夏威夷群島之間的通信問題。Aloha網(wǎng)絡可以使分散在各島的多個用戶通過無線電信道來使用中心計算機，從而實現(xiàn)一點到多點的數(shù)據(jù)通信。第一個使用無線電廣播來代替點到點連接線路作為通信設施的計算機系統(tǒng)是夏威夷大學的ALOHA系統(tǒng)。該系統(tǒng)所采用的技術是地面無線電廣播技術，采用的協(xié)議就是有名的ALOHA協(xié)議，叫做純ALOHA(PureALOHA)。以后，在此基礎上，又有了許多改進過的ALOHA協(xié)議被用于衛(wèi)星廣播網(wǎng)和其它廣播網(wǎng)絡。各種ALOHA算法：純ALOHA算法、時隙ALOHA算法、幀時隙ALOHA算法、動態(tài)幀時隙ALOHA算法。純ALOHA算法純ALOHA算法的標簽讀取過程：（1）各個標簽隨機的在某時間點上發(fā)送信息。（2）閱讀器檢測收到的信息，判斷是成功接收或者碰撞。（3）標簽在發(fā)送完信息后等待隨機長時間再重新發(fā)送信息。（4）假設某一幀信息的長度為F，起始時間為t0，另一幀的起始時間t1滿足關系式t0-F≦t1≦t1+F時，碰撞發(fā)生。當輸入負載G=0.5時，系統(tǒng)的吞吐率達到最大值0.184。由于純ALOHA算法中存在碰撞概率較大，在實際中，該算法較適合于閱讀器只負責接收標簽發(fā)射的信號，標簽只負責向閱讀器發(fā)射信號的情況。

時隙ALOHA算法在ALOHA算法的基礎上把時間分成多個離散時隙(slot)，并且每個時隙長度要大于標簽回復的數(shù)據(jù)長度，標簽只能在每個時隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)。每個時隙存在：a無標簽響應：此時隙內(nèi)沒有標簽發(fā)送b一個標簽響應：僅一個標簽發(fā)送且被正確識別c多個標簽響應：多個標簽發(fā)送，產(chǎn)生碰撞當輸入負載G=1時，系統(tǒng)的吞吐量達到最大值0.368，避免了純ALOHA算法中的部分碰撞，提高了信道的利用率。需要一個同步時鐘以使閱讀器閱讀區(qū)域內(nèi)的所有標簽的時隙同步。3幀時隙ALOHA算法在時隙ALOHA算法基礎上把N各時隙組成一幀，標簽在每個幀內(nèi)隨機選擇一個時隙發(fā)送數(shù)據(jù)。當閱讀器發(fā)送讀取命令后，等待標簽回答。每個時隙的長度足夠一個標簽回答完，當在一個時隙中只有一個標簽回答時，閱讀器可以分辨出標簽；當沒有回答時跳過該時隙；當多個標簽回答時，發(fā)生碰撞，需重新讀取。該算法特點：a把N個時隙打包成一幀；b標簽在每N個時隙中只隨機發(fā)送一次信息；c需要閱讀器和標簽之間的同步操作，每個時隙需要閱讀器進行同步。缺點：標簽數(shù)量遠大于時隙個數(shù)時，讀取標簽的時間會大大增加；當標簽個數(shù)遠小于時隙個數(shù)時，會造成時隙浪費。輸入負載G=1時，吞吐率為最大。如果G<1，空時隙數(shù)目增加；G>1，碰撞的時隙數(shù)增加，降低系統(tǒng)實時性。4動態(tài)幀時隙ALOHA算法一個幀內(nèi)的時隙數(shù)目N能隨閱讀區(qū)域中的標簽的數(shù)目而動態(tài)改變，或通過增加時隙數(shù)以減少幀中的碰撞數(shù)目。步驟：（1）進入識別狀態(tài)，在開始識別命令中包含了初始的時隙數(shù)N。（2）由內(nèi)部偽隨機數(shù)發(fā)生器為進入識別狀態(tài)的標簽隨機選擇一個時隙，同時將自己的時隙計數(shù)器復位為1.（3）當標簽隨機選擇的時隙數(shù)等于時隙計數(shù)器時，標簽向閱讀器發(fā)送數(shù)據(jù)，當不等時，標簽將保留自己的時隙數(shù)并等待下一個命令。（4）當閱讀器檢測到的時隙數(shù)量等于命令中規(guī)定的循環(huán)長度N時，本次循環(huán)結束。閱讀器轉(zhuǎn)入（2）開始新的循環(huán)。該算法每幀的時隙個數(shù)N都是動態(tài)產(chǎn)生的，解決了幀時隙ALOHA算法中的時隙浪費的問題。適應RFID技術中標簽數(shù)量的動態(tài)變化的情形。3.RFID中的二進制防碰撞算法將處于碰撞的標簽分成左右兩個子集0和1，基于輪詢，按照二進制樹模型和一定的順序?qū)λ械目赡苓M行遍歷。不是基于概率的算法，而是一種確定性的防碰撞算法。

011011100101圖10-3二進制防碰撞算法模型沖突節(jié)點非沖突節(jié)點1二進制搜索算法閱讀器查詢的不是一個比特，而是一個比特前綴，只有序列號與這個查詢前綴相符的標簽才響應閱讀器的命令而發(fā)送其序列號。當只有一個標簽響應時，閱讀器可以成功識別標簽，但當多個標簽響應時，閱讀器就把下一次循環(huán)中的查詢前綴增加一個比特0，通過不斷增加前綴，閱讀器就可以識別所有標簽。四種命令：（1）REQUEST：發(fā)送一序列號作為參數(shù)給區(qū)域內(nèi)標簽。標簽把自己的序列號與接收的相比較。（2）SELECT：用某個序列號作為參數(shù)發(fā)送給標簽。具有相同序列號的標簽將以此作為執(zhí)行其他命令（讀出和寫入）的切入開關，即選擇了標簽。（3）READDATA：選中的標簽將存儲的數(shù)據(jù)發(fā)送給閱讀器。（4）UNSELECT：取消一個事先選中的標簽，標簽進入無聲狀態(tài)，即對REQUEST命令不做應答。

2動態(tài)二進制搜索算法3基于二進制搜索算法的后退式索引算法4跳躍式動態(tài)樹形反碰撞算法10.2.4Class1標準中的防碰撞算法10.2.5Gen2標準中的ALOHA算法1標簽識別層概述2鏈路時序3標簽狀態(tài)4相關指令5時隙計數(shù)器6標簽隨機數(shù)發(fā)生器7防碰撞算法過程

RFID系統(tǒng)中閱讀器的防碰撞算法如何有效的解決閱讀器之間的碰撞問題，是閱讀器網(wǎng)絡中的一個至關重要的問題。有兩種方式：主動式和被動式。主動式為正在工作的閱讀器主動告知近鄰閱讀器它正處于工作狀態(tài)，被動式為通過想要占用信道的臨近閱讀器的詢問，該閱讀器才告訴其工作狀態(tài)。1多路存取機制載波偵聽法（CDMA）是從ALOHA算法演變出的一種改進協(xié)議，又稱載波偵聽多點訪問。要傳輸數(shù)據(jù)的站點首先對媒體上有無載波進行監(jiān)聽，以確定是否有別的站點在傳輸數(shù)據(jù)。如果媒體忙碌，該站點就避讓一段時間后再做嘗試。常用的退避算法有非堅持、L-堅持、P-堅持三種，來決定避讓的時間。

載波監(jiān)聽多路訪問/碰撞檢測協(xié)議（CSMA/CD）：在傳輸過程中繼續(xù)監(jiān)聽媒體，檢測是否存在碰撞。如果發(fā)生碰撞，則信道上可以檢測到超過發(fā)送站點本身發(fā)送的載波信號的幅度，并由此判斷出碰撞的存在。一旦檢測到碰撞，站點就立即停止發(fā)送，并向總線上發(fā)一串阻塞信號，以通知總線上其他各有關站點。這樣提高了總線的利用率。2常用的閱讀器防碰撞算法1.Colorwave算法是一種分布式的TDMA算法。通過閱讀器分配給不同的時隙來避免閱讀器之間的碰撞。該算法需要所有閱讀器之間的時間同步，同時還要求所有的閱讀器都可以檢測RFID系統(tǒng)中的碰撞。2.Q-Learning算法Q-Learning服務器給等級的閱讀器等級服務器R-Server分配頻率和時隙，總Q-Server監(jiān)視和分配所有頻率源和時隙源。這樣一個獨立的R-Server給閱讀器分配資源，是的閱讀器的通信之間不發(fā)生碰撞。

3.Pulse算法該算法將通信信道分為控制信道和數(shù)據(jù)信道兩部分。控制信道用于發(fā)送忙音信號和閱讀器之間的通信；數(shù)據(jù)信道用于閱讀器和標簽之間的通信。該算法適合動態(tài)拓撲變化比較頻繁的網(wǎng)絡。3閱讀器防碰撞算法的實現(xiàn)舉例說明。前提假設：（1）信道分為控制信道和數(shù)據(jù)信道兩部分。彼此不存在干擾。（2）閱讀器可以同時接收數(shù)據(jù)信道和控制信道的數(shù)據(jù)，但是在同一時間只能通過一個信道發(fā)送數(shù)據(jù)。（3）允許閱讀器具有移動性，即可以隨時進入和退出網(wǎng)絡。閱讀器防碰撞算法流程圖

RFID安全與隱私問題背景根據(jù)使用實際情況選擇是否具有密碼功能的系統(tǒng)。分析RFID標簽出現(xiàn)安全隱患的原因：設計思想為系統(tǒng)對應用是完全開放的、在標簽上執(zhí)行加、解密運算需要耗費較多的處理器資源及開銷。高度安全的RFID系統(tǒng)對于以下單項攻擊能夠予以預防：為了復制或改變數(shù)據(jù)，未經(jīng)授權的讀取數(shù)據(jù)載體；

將外來的數(shù)據(jù)載體置入某個讀寫器的詢問范圍內(nèi)；假冒真正的數(shù)據(jù)載體，竊聽無線電通信并重放數(shù)據(jù)。

RFID技術獲得巨大成功的原因：Tag的特性：尺寸小、便宜、大多數(shù)為被動標簽。使得標簽持有者不會意識到他們擁有RFID電子標簽。帶來的問題：克服用戶隱私侵犯、Tag可以被遠程掃描，不加區(qū)分自動響應閱讀器并傳輸信息。

RFID應用于企業(yè)的供應鏈中。由于安全問題的存在，RFID技術應用尚未普及到重要的關鍵任務中，重心仍然在RFID的實施效果和采用RFID技術帶來的投資回報上。因此，未來遍布全球各地的RFID系統(tǒng)安全如同現(xiàn)在的網(wǎng)絡安全一樣會考驗人們的智慧。RFID系統(tǒng)的威脅：一、以摧毀為目的的普通安全威脅，如DoS拒絕服務攻擊、偽裝合法標簽等二、與隱私相關的威脅，如信息泄露、惡意追蹤等目前對RFID系統(tǒng)的攻擊主要是對標簽信息的截獲和破解。獲取---偽造---非授權使用非接觸---盜取---RFID的加密機制不安全主要是對標簽信息進行加密，有很多的手段可以獲得芯片的結構和其中的數(shù)據(jù)。澳大利亞艾迪克文大學的研究結果表示：RFID使用頻率切換技術不能阻止拒絕服務器攻擊。標準Gen1（第一代）RFID標簽，加載過量數(shù)據(jù)，無法運行。標準Gen2（第二代）RFID標簽，能夠以4個頻率運行，切換通信頻道?！鞍踩皇且粋€相對的狀態(tài)，任何安全系統(tǒng)都是被高估的，我們不能掉以輕心”---Rubin安全與隱私威脅（1）信息泄露RFID圖書館、藥品、電子檔案、生物特征（2）惡意追蹤RFID系統(tǒng)后端服務器提供數(shù)據(jù)庫，標簽只需傳遞簡單的標識符，可以通過標簽固定的標識符追蹤標簽，即使標簽進行加密后可以對不知內(nèi)容的加密信息追蹤。RFID安全與隱私性能主要有：（1）數(shù)據(jù)秘密性的問題：一個RFID標簽不應向未授權的讀寫器泄露信息。目前讀寫器和標簽之間的無線通信在多數(shù)情況下是不受保護的（除采用ISO14443標準的高端系統(tǒng)）。由于缺乏支持點對點加密和PKI密鑰交換的功能，因此攻擊者可以獲得標簽信息，或采取竊聽技術分析微處理器正常工作中產(chǎn)生的各種電磁特征來獲得通信數(shù)據(jù)。（2）數(shù)據(jù)完整性的問題：保證接收的信息在傳輸過程中沒有被攻擊者篡改或替換。數(shù)據(jù)完整性一般是通過數(shù)字簽名完成的，通常使用消息認證碼進行數(shù)據(jù)完整性的檢驗，采用帶有共享密鑰的散列算法，將共享密鑰和待檢驗的消息連接在一起進行散列運算，對數(shù)據(jù)的任何細微改動都會ui消息認證碼的值產(chǎn)生較大影響。

（3）數(shù)據(jù)真實性的問題：標簽的身份認證問題。攻擊者從竊聽到的通信數(shù)據(jù)中獲取敏感信息，重構RFID標簽進行非法使用。如偽造、替換、物品轉(zhuǎn)移等。（4）用戶隱私泄露問題：一個安全的RFID系統(tǒng)應當能夠保護使用者的隱私信息或相關經(jīng)濟實體的商業(yè)利益。RFID系統(tǒng)面臨的攻擊手段（1）主動攻擊獲得RFID標簽的實體，通過物理手段在實驗室環(huán)境中去除芯片封裝、使用微探針獲取敏感信號、進行目標標簽的重構。用軟件利用微處理器的通用接口，掃描RFID標簽和響應閱讀器的探尋，尋求安全協(xié)議加密算法及其實現(xiàn)弱點，從而刪除或篡改標簽內(nèi)容。通過干擾廣播、阻塞信道或其他手段，產(chǎn)生異常的應用環(huán)境，使合法處理器產(chǎn)生故障，拒絕服務器攻擊等。例：TI公司制造用于汽車防盜的數(shù)字簽名收發(fā)器DST的內(nèi)置加密功能的低頻的RFID設備。04年某大學和RSA實驗室的研究人員成功復制DST鑰匙并盜取了采用該防盜功能的汽車。DSTRFID實質(zhì)是：采用隱藏在汽車發(fā)動機鑰匙中的小芯片，通過鑰匙孔旁邊的讀寫器檢測該芯片是否屬于該車輛進行汽車的點火與防盜。DST執(zhí)行了一個簡單的詢問/應答協(xié)議進行工作。DST芯片中含有一個密鑰Ki，芯片以該密鑰為參數(shù)運行一個加密函數(shù)e，對讀寫器發(fā)起的隨機詢問C產(chǎn)生一個輸出回應，即R=eKi（C）。TI隱藏了加密算法的實現(xiàn)細節(jié)，增加了安全性能。破解過程：a.逆向工程：測定加密算法：從測評工具中得到DST讀寫器---獲取空白的含有密鑰的DST芯片---根據(jù)TI科學家的一篇網(wǎng)絡上關于DST概要性加密算法描述來測定加密算法。b.破解汽車鑰匙：采用暴力攻擊方式，搜索所有可能的240密鑰空間。c.仿真：建造了一個可編程的射頻裝置，用來模擬任意目標DST的輸出?？傊?，攻擊并克隆DST芯片所需的僅僅是一些詢問/應答對。（2）被動攻擊采用竊聽技術，分析微處理器正常工作過程中產(chǎn)生的各種電磁特征，獲得RFID標簽和閱讀器之間的通信數(shù)據(jù)。美國某大學教授和學生利用定向天線和數(shù)字示波器監(jiān)控RFID標簽被讀取時的功率消耗，通過監(jiān)控標簽的能耗過程從而推導出了密碼。根據(jù)功率消耗模式可以確定何時標簽接收到了正確或者不正確的密碼位。主動攻擊和被動攻擊都會使RFID應用系統(tǒng)承受巨大的安全風險。篡改標簽內(nèi)容、刪除標簽內(nèi)容用于非法場合

安全與隱私問題的解決方法1.物理方法（1）Kill標簽：可有效的組織掃描和追蹤，但同時以犧牲標簽功能如售后、智能家庭應用、產(chǎn)品交易與回收為代價。因此不是一個有效的檢測和阻止標簽掃描與追蹤的隱私增強技術。（2）法拉第網(wǎng)罩：是由金屬網(wǎng)或金屬箔片構成的無線電信號不能穿透的容器。例：法拉第錢包（3）主動干擾（4）阻止標簽:RSA實驗室提出增加一個特殊的阻止閱讀器來保證隱私。原理為，采用一個特殊阻止標簽干擾防碰撞算法來實現(xiàn)，閱讀器讀取命令時每次總獲得相同的應答數(shù)據(jù)，從而保護標簽。2.邏輯方法基于RFID安全協(xié)議的方法。HashLock協(xié)議，隨機化HashLock協(xié)議，Hash協(xié)議鏈，基于雜湊的ID變化協(xié)議、分布式RFID詢問應答認證協(xié)議，LCAP協(xié)議等。1安全協(xié)議的基本概念和安全性質(zhì)協(xié)議：兩個或以上的參與者采取一系列步驟（約定、規(guī)則、方法）以完成某項特定的任務，其含義有三層：協(xié)議至少有兩個參與者；在參與者之間呈現(xiàn)為消息處理的消息交換交替等一系列步驟；協(xié)議須能夠完成某項任務，即參與者可以通過協(xié)議達成某種共識。

安全協(xié)議是運行在計算機網(wǎng)絡或分布式系統(tǒng)中，借助密碼算法達到密鑰分配、身份驗證及公平交易的一種高互通協(xié)議。（1）安全協(xié)議的分類密鑰交換協(xié)議---會話密鑰的建立認證協(xié)議---身份認證、消息認證、數(shù)據(jù)源認證等認證和密鑰交換協(xié)議---以上的結合，如互聯(lián)網(wǎng)密鑰交換協(xié)議IKE。電子商務協(xié)議---協(xié)議保證交易雙方的公平性。如SET協(xié)議。（2）安全協(xié)議的安全性質(zhì)安全協(xié)議的主要目的是通過協(xié)議消息的傳遞實現(xiàn)通信主體身份的認證，并在此基礎上為下一步的秘密通信分配所使用的會話密鑰。協(xié)議的安全性質(zhì)有：a認證性---是最重要的安全性質(zhì)之一，安全協(xié)議認證性的實現(xiàn)是基于密碼的，具體有如下方法：聲稱者使用僅為其與驗證者知道的密鑰封裝消息，如果驗證者能夠成功解密消息或驗證封裝是正確的，則聲稱者的身份得到證明。聲稱者使用期私鑰對消息簽名，驗證者使用聲稱者的公鑰檢查簽名，如正確則聲稱者的身份得證明。聲稱者可以通過可信第三方來證明自己。

b秘密性:加密使得消息由明文變?yōu)槊芪?，任何人在不擁有密鑰的情況下不能解密消息。

c完整性：保護協(xié)議消息不被非法篡改、刪除和替代。采用封裝和簽名，用加密的辦法或使用散列函數(shù)產(chǎn)生一個明文的摘要附在傳送的消息上，作為驗證消息完整性的依據(jù)。

d不可抵賴性（非否任性）：非否認協(xié)議的主體可收集證據(jù)，以便事后能夠向可信仲裁證明對方主體的確發(fā)送或接受了某個消息，以保證自身合法利益不受侵害。協(xié)議主體必須對自己的合法行為負責，不能也無法事后否認。2HashLock協(xié)議由Sarma等提出為了避免信息泄露和被追蹤，使用metaID來代替真實的標簽ID，其協(xié)議執(zhí)行過程如下閱讀器向標簽發(fā)送Query認證請求標簽將metaID發(fā)送給閱讀器閱讀器將metaID轉(zhuǎn)發(fā)給后端數(shù)據(jù)庫后端數(shù)據(jù)庫查詢自己的數(shù)據(jù)庫，如找到與metaID匹配的項，則將該項的（Key、ID）發(fā)送給閱讀器。公式為metaID=H（Key），否則，返回給閱讀器認證失敗消息。閱讀器將接受自后端數(shù)據(jù)庫的部分信息Key發(fā)送給標簽。標簽驗證metaID=H（Key）是否成立，如果是，將其ID發(fā)送給標簽閱讀器。閱讀器比較自標簽接收到的ID是否與后端數(shù)據(jù)庫發(fā)送過來的ID一致，如一致，則認證通過。3隨機化HashLock協(xié)議