有源RFID系統(tǒng)中可靠通信的

有源RFID系統(tǒng)中可靠通信的研究引言

現(xiàn)代生活中越來越多地借助電子技術來完成信息的查詢，常見的技術主要是條形碼技術和RFID(radiofrequencyidentification)技術。條形碼技術廣泛應用，但局限性也非常突出，如：條碼標簽的內(nèi)容無法修改，條碼標簽必須清潔無磨損，閱讀器讀／寫條碼時應保持適當角度，閱讀器與條形碼之間必須可視。RFID是射頻識別的簡稱，它是一種非接觸式的自動識別技術，其利用無線電技術在讀寫器和電子標簽之間建立通信，實現(xiàn)無接觸信息傳遞，并通過所傳遞的信息達到識別目的?，F(xiàn)在RFID技術已被廣泛應用于生產(chǎn)、物流、交通、醫(yī)療、跟蹤等應用領域的數(shù)據(jù)收集和處理。RFID技術的優(yōu)勢則較為突出，如：標簽信息可修改，能在惡劣的環(huán)境下較遠距離進行讀取，可同時處理多個標簽。

根據(jù)實現(xiàn)的方式不同，RFID技術可分為無源RFID技術和有源RFlD技術。無源RFlD技術研究和應用都較為成熟，系統(tǒng)中電子標簽工作所需要的全部電源都依靠轉換接收到的讀寫器發(fā)送的電磁波而獲得。讀寫器的發(fā)射功率一般較大。有源RFID技術系統(tǒng)中的電子標簽具備電池，可提供全部器件工作的電源；讀寫器的發(fā)射功率要求較低，而且有效閱讀距離也較前者有所增加，在追蹤和識別高價值商品時非常有用。

l有源RFID系統(tǒng)的設計

1．1系統(tǒng)結構

有源RFID系統(tǒng)由有源電子標簽(tag)、讀寫器(reader)和計算機3部分組成；有源電子標簽由耦合元件及芯片組成，每個標簽具有惟一的電子編碼(EPC)，保存有約定格式的電子數(shù)據(jù)；讀寫器讀取電子標簽信息的設備，可設計為手持式或固定式；計算機(上位機)用來進行數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)處理，其系統(tǒng)結構如圖1所示。

在實際應用中，讀寫器發(fā)送出一定頻率的射頻信號，附在待識別物體表面中電子標簽接收射頻信號后，執(zhí)行相應動作。通常讀寫器與計算機相連，電子標簽回送的信息被讀寫器讀取解碼后送至計算機進行下一步處理，從而達到自動識別體的目的。

1．2硬件設計

RFID系統(tǒng)依照不同的標準，可以分為不同的類型。根據(jù)RFID系統(tǒng)使用的工作頻率可分為4類：低頻(LF，30～300kHz)、高頻(HF，3～30MHz)、超高頻(UHF，300～968MHz)和微波(UWF，2．4～5．8GHz)。根據(jù)文獻以及對不同頻段RFID系統(tǒng)優(yōu)缺點的分析比較，再結合課題的要求，能在50m范圍內(nèi)自動監(jiān)測標簽，并能讀寫數(shù)據(jù)，選用工作頻率為2．4GHz的微波頻段的RFID系統(tǒng)進行研究。2．4GHz頻率具有衰減較小，傳輸距離遠．傳輸數(shù)據(jù)快，數(shù)據(jù)吞吐量高，識別多目標能力強的特點。同時，2．4GHz的ISM頻段寬度超過83MHz，具有125個頻道，能滿足多頻及跳頻的需要，增加無線通信的抗干擾能力。

有源電子標簽和讀寫器主芯片選用德州儀器公司的CC2510。該器件包含了高性能、低功耗的8051微控制器(MCU)和UHFRF收發(fā)器，集成了32KB在系統(tǒng)可編程FLASH和內(nèi)嵌4KBSRAM，并具有功率放大器(PA)、低噪聲放大器(LNA)、調制解調器(MODEM)等功能，QLP封裝，體積小(6mm×6mm)，支持流行的跳頻技術，可程序控制數(shù)據(jù)傳輸率大小，最快能夠使數(shù)據(jù)傳輸率達到500Kb／s。在系統(tǒng)中使用CC2510，具有功耗小，成本低，外圍電路簡單可靠等優(yōu)點。此外，CC2510可設置的跳頻通信方式、發(fā)射功率和存儲程序，可以實現(xiàn)頻率更改、讀寫距離控制和多種安全協(xié)議，以適用于多種安全級別。

有源電子標簽由CC2510無線收發(fā)及控制模塊和天線組成。通過電磁波與讀寫器進行數(shù)據(jù)交換。讀寫器由CC2510無線收發(fā)及控制模塊、天線、USB接口轉換模塊和接口電路組成。讀寫器通過USB接口與上位機相連，用來接收有源電子標簽發(fā)送的數(shù)據(jù)。

1．3軟件設計

在整個有源RFID系統(tǒng)中軟件起到控制作用，是協(xié)調硬件各部分的靈魂。主要涉及到PC機的人機界面接口和RFID系統(tǒng)軟件設計、PC機與讀寫器的通信軟件設計、讀寫器射頻與有源電子標簽射頻的通信軟件設計。

PC機端軟件主要對RFID系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進行管理，使用C"編制，數(shù)據(jù)庫采用SQLSetver2005。PC機通過接口電路對讀寫器進行操作。該部分使用VB編制。讀寫器與標簽之間的數(shù)據(jù)通信則采用標準C語言和匯編混合編制。在單片機中類似PC機與單片機的通信軟件設計敘述很多，在此不再贅述。本文重點講述讀寫器與有源電子標簽可靠通信的設計了研究。

2可靠通信研究

在有源RFID系統(tǒng)中，可靠通信是最重要的一個環(huán)節(jié)，幾乎左右了整個系統(tǒng)的性能。這里分別從幀標識替換算法，數(shù)據(jù)幀結構、防沖突處理和重傳機制等4個方面對數(shù)據(jù)可靠通信進行了研究。木堂羊2．倒1討幀標帶識替楊換算規(guī)法蒸迷布在通灑信協(xié)生議中引采用餡Ox退76扯(0拉x表今示1掃6進竭制計扁數(shù))瞎作為煩幀標枝識符栗。為凍了保牌證幀擁標識將符的焰惟一倦性，石對幀須內(nèi)容紗中的辭Ox尾76趟采用縣了替瞎代算袍法，伴使幀醋中的欲內(nèi)容類不再濕出現(xiàn)煎Ox損76或，解萍決了焰接收渣端的茫同步贏問題蠻，亦約可提侵高接括收的漂可靠膝性。受如果件發(fā)送望的數(shù)篩據(jù)為崗0x曉76販，則繳用O狼x7術7，時Ox從77伍兩個侮字節(jié)皮替代繩；如懼果發(fā)柏送的他數(shù)據(jù)角為O姥x7家7，籃則用予Ox取77央，0坊x7封8兩缸個字賽節(jié)替暴代。突算法蹦流程卷如圖胡2所朝示。倒劣鞭2．偏2姑數(shù)據(jù)種幀結映構聞宴梳讀寫悶器對偵標簽譽的操羞作為牽讀／狗寫，但電子帽標簽跡器件櫻內(nèi)建曲有M榮CU屠和F異LA瓦SH落，可續(xù)以存進儲比齊較復煌雜的勢程序址，并戒由程積序控煩制標松簽工敘作。碼為了碰加強緞有源抵RF絮ID浴系統(tǒng)附結構誘的簡宮單性襯和高嗚效性網(wǎng)，對驚指令減格式酷進行碧規(guī)格宮化，抬對數(shù)淚據(jù)幀喜格式跟的設保計亦勁采用訴簡單聞和固季定的現(xiàn)規(guī)格虧，以曾提高蔑通信頂效率數(shù)。茄笛隆在通駐信時供，數(shù)竹據(jù)的挎幀格按式如如下：薦哲晉引導群區(qū)包優(yōu)含導撓言、襲同步昏字，樹在信挺道特泳性較皺好的露場合曾，為禽提高小識別謊速度牢，可唇設定勤16止位的墾導言晃與1享6位拾的同速步字它。校沙驗區(qū)御通過賀CR烈C算庸法進星行校零驗，綿引導昏區(qū)和道校驗稱區(qū)由革CC餓25緩10珠硬件厘自動箱添加脾，在茅接收凝時由謊硬件甲自動艇去除鈔。該塔設計煉中，艷地址障區(qū)用拒于電艘子標澤簽的瘋識別鉛，命平令區(qū)退中的暴命令蠅用于沫完成楊數(shù)據(jù)糊查詢磨功能核或完譽成標痛簽信盯息的丑生成動。數(shù)隸據(jù)區(qū)慢用于騎數(shù)據(jù)珠凈荷鋤存儲僻。在陣發(fā)送產(chǎn)模式灣下，欺地址螞區(qū)、籍命令額區(qū)和擋數(shù)據(jù)嫂區(qū)的軟數(shù)據(jù)良被送悔入R搖AM勝中的窯緩存免區(qū)進敘行相聲應的前打包膠操作君，C壯C2旗51模0添慮加4顏字節(jié)斑的導保言和山同步謊字，駱加入體CR術C校佩驗并矛發(fā)送痛出去循。在要接收因模式豪時，酬包處役理支遷持將帝會分街解數(shù)孟據(jù)包戒，即禽首先傾進行參同步梢字檢拘測，腔接著遣檢測或地址奉、進川行數(shù)浸據(jù)長麗度匹愛配并疑計算滑和檢蛇查C下RC齡，最召后將只操作末命令茂和數(shù)侍據(jù)凈輛荷提好交上誦層進些行處胖理，病從而拜完成騾1次埋發(fā)送溫和接轎收交梢互。暑于疑2．旬3掌防沖付突處手理御幫贏有源樂RF撥ID音系統(tǒng)蠻實現(xiàn)荷的重飛點是認防碰種撞算姑法的返實現(xiàn)遣。目捉前。晝這類去算法廁的實外現(xiàn)方伶法有情空分恒多址傍(S內(nèi)DM升A)圍、頻護分多洋址(箏FD枝MA笑)、叔碼分箭多址繳(C形DM載A)渴和時無分多戰(zhàn)址(郵TD兆-M跡A)千等。屠該設從計方干案中凈采用略ET勤SI襖3電02糕2淹08鐵標準問中基歷于載上波偵脾聽(式CS遇MA堤)的爆方法處。C五SM筑A是恰一種始分布讀式介樣質訪練問控樂制協(xié)歲議，垃在讀窗寫器霧覆蓋裹范圍頑內(nèi)，魯各有幕源電休子標仍簽都翼能獨灑立地蔽決定詠數(shù)據(jù)駕幀的愈發(fā)送忽和接煩受。拌腹旨每個兆有源律電子甘標簽花在發(fā)熊送數(shù)刺據(jù)幀喂之前梨，首抬先要雄進行承載波提*，城只有版介質甘空閑喚時，漫才允淘許發(fā)厚送幀皺，與蟲FD拾MA究和T拋DM慣A相怒比，僵能更習好地更利用棉資源租。因科為這參種通鏈信方洋式在民發(fā)送罵數(shù)據(jù)矩之前持，一眼直在貞檢測買空氣供中是酸否存稍在相誦同頻絲率的咳載波牽，如皮果有狗相同嗚頻率御的載拍波，磨就不瞇發(fā)送筆數(shù)據(jù)屋；如做果空爸氣中兇沒有翠相同榨頻率輔的載累波，束則表抹明現(xiàn)絨在的攤空間派資源敏沒有苦被占躁用，判可以題發(fā)送地數(shù)據(jù)嶼。這嫁樣，博不僅臨提高漂了空個間資箱源的網(wǎng)利用貼效率者，同獵時也深提高販了通飽信的拳可靠防性。頭塔叫利用酒CC愉25城10龜支持橫傳輸源前自蘆動清易理信回道訪傲問(秀CC克A)銳的功萬能，研實現(xiàn)軍CS娛MA吩。電包子標良簽初浸始化鄭完成仰后，濕程序顛進入遣主循攝環(huán)程臭序。鴿電子蘋標簽讓開始列載波剪*，薄當C飲CA硬不為回1時美，表秤示空倦氣中折沒有親相同枯的載釋波數(shù)古據(jù)時宵便發(fā)敗送相仿應的仇數(shù)據(jù)遣，各除個電菠子標盯簽采勝用競引爭的鼻方式爹發(fā)送礎。C晶SM絞A發(fā)姿送流拼程圖蜂如圖錢3所疾示。鈔縱詢2．年4抗重傳核機制知稍摧重傳應機制述主要逝采用生AC暖K(叼ac而kn蓬ow額le遍dg哲e)間方式裳，即廟發(fā)送票方為叛發(fā)送底的每證一數(shù)妖據(jù)包杯設置裙緩存螺和相結應的明重發(fā)不定時惠器，仁若在補定時扭器超我時之顆前收斧到來急自目罵的節(jié)建點對逗此數(shù)質據(jù)包妙的A香CK印控制傳包，豐則認宮為此者數(shù)據(jù)梢包已幣經(jīng)成手功地故傳送請。此爆時，迷取消鹽對該惜數(shù)據(jù)勢包的飾緩存輔和定管時，醉否則飾，將知重發(fā)產(chǎn)此數(shù)完據(jù)包錯，并狡重新偽設置肝定時攔器。鎮(zhèn)對于編每個巖數(shù)據(jù)音包，蜘接收賴方都憶需要害反饋兩AC職K。柿像提重傳繪機制親主要封由以窯下功閱能函雖數(shù)實是現(xiàn)。虜In扇it飼()提函數(shù)倆用于武設備蘭初始蛙化，咐設置脖DM對A、鹽時鐘糠等；倡Se威nd壇()傻函數(shù)徐用于夜發(fā)送扛數(shù)據(jù)拾包；衛(wèi)ac毒kT栽im惱eo掩lJ諷t(其)函施數(shù)用托于沒奮有在軌規(guī)定平時間往內(nèi)收凳到A莫CK蕩，而援重發(fā)巴數(shù)據(jù)緒包；醫(yī)wa害it絮Fo域rA輸ck蠢()載函數(shù)稿用于腰等待斤接受驕AC處K，椅既定姻時間瑞內(nèi)，社收到圍AC疏K標宣示為怒T，軋反之或標示柿為F形；a沿ek霞Re載ce結iv獲ed些()告函數(shù)某用于盤收到齊AC娛K，補取消紐重傳掉；R學ec葉ei醫(yī)ve妥()諒函數(shù)澡用于取接收窯規(guī)定地格式閱的數(shù)滴據(jù)包美；d敲at距aC抗he棋ck漏()截函數(shù)題用于傷檢測嶺數(shù)據(jù)弟的完旦整和鍋可靠勞；s結en木dA遙ck攝()縫函數(shù)奸用于裂送A循CK莊反饋姨給發(fā)騎送方構。重弓傳機別制程憐序流乖程圖援如圖免4所燒示。糾抄道3里測試改結果眨扮孩在實經(jīng)際環(huán)統(tǒng)境中秘，對貴有源吳RF行ID是系統(tǒng)芒的讀職寫器匙和有遙源電茅子標踐簽進難行讀夸／寫倦測試贊，調田制方區(qū)式為誤MS剛K，愁數(shù)據(jù)書傳輸鞋率6藏0橋Kb總／s咬，濾篩波帶出寬5立40魂k滔Hz勒。分革別在齡不同惕距離效上放顛置1諸0個煮有源多電子插標簽米進行蛾20芽O銜B收繩發(fā)操倚作。無讀寫盾器的脅識讀勢結果絲如表呈1和辭表2經(jīng)所示購。旱成極從以而上數(shù)戒據(jù)可狗以看泛出：素騰擱(1庸)在權25案m愈可視準距離把內(nèi)系元統(tǒng)識簡別效老果良膜好；歸令申(2糧)加屈入可幫靠通息信機顧制后毫，在噴可視鑒通信執(zhí)距離音60潮m微內(nèi)，狡標簽酒與讀家寫器宴之間童的協(xié)罰議識篩別效腎果良爛好；郵隨著汁通信喉距離獲的加稿大。瓜在寬70擋m虧處標怖簽與橋讀寫量器正嬌常通抬信信曬號中薦CR促C校林驗出勝錯增棗多，岸但仍夕可識探別大居多數(shù)廢標簽稿；殿斤桑(3滴)遇雁到障剝礙物緩的時械候，贏通信焰距離琴迅速株減少候，丟牌包率三和C眨RC杠校驗若錯誤癢數(shù)增符多。鹽蜂腹4笑結語訪偶大有源健RF頂ID尺技術洪與無疫源R瞞FI希D技濕