RFID中數(shù)據(jù)完整性的實(shí)施策略

發(fā)布日期：2020-10-14 18:08:53 作者：Ling 點(diǎn)擊：23902

在RFID讀寫器與RFID電子標(biāo)簽的無線通信中，存在多種干擾因素，最主要的干擾因素是信道噪聲和信號(hào)沖突。采用恰當(dāng)?shù)男盘?hào)編碼、調(diào)制與校檢斱法，開采取信號(hào)防沖突控制技術(shù)，能顯著提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院涂煽啃浴?/span>

1.信號(hào)的編碼、調(diào)制與校檢
RFID系統(tǒng)的編碼斱式有多種，編碼斱式與系統(tǒng)所用的防碰撞算法有兲。RFID 系統(tǒng)一般采用Manchester編碼，該編碼半個(gè)bit周期中的負(fù)邊沿表示1、正邊沿表示0。該編碼若碼元片內(nèi)沒有電平跳變，則被識(shí)別為錯(cuò)誤碼元。這樣可以按位識(shí)別是否存在碰撞，易于實(shí)現(xiàn)讀寫器對(duì)多個(gè)標(biāo)簽的防碰撞處理。
信號(hào)傳輸前先進(jìn)行降噪處理，去除信號(hào)中的低頻分量和高頻分量，以減少誤碼率。然后進(jìn)行載波調(diào)制，載波調(diào)制主要有ASK、FSK和PSK等幾種制式，分別對(duì)應(yīng)于正弦波的幅度、頻率和相位來傳遞數(shù)字基帶信號(hào)。在RFID系統(tǒng)中，為簡化設(shè)計(jì)、降低成本，大多數(shù)系統(tǒng)采用ASK的調(diào)制技術(shù)。

為減少信號(hào)傳輸過程中的波形失真，還應(yīng)使用校驗(yàn)碼對(duì)可能或已經(jīng)出現(xiàn)的差錯(cuò)進(jìn)行控制，鑒別是否發(fā)生錯(cuò)誤，進(jìn)而糾正錯(cuò)誤，甚至重新傳輸全部或部分消息。在多個(gè)電子標(biāo)簽同時(shí)與讀寫器通信時(shí)，如果發(fā)生數(shù)據(jù)碰撞，CRC校驗(yàn)碼也會(huì)發(fā)生混亂，通過檢測 CRC校驗(yàn)碼的正確性，也能判斷是否發(fā)生碰撞。

2.信號(hào)防沖突
為使讀寫器能順利完成其作用范圍內(nèi)的標(biāo)簽識(shí)別、信息讀寫等操作，防止碰撞，RFID 主要采用時(shí)分多路（TDMA）接入法，每個(gè)標(biāo)簽在單獨(dú)的某個(gè)時(shí)隙內(nèi)占用信道與讀寫器進(jìn)行通信。然而，在多讀寫器、多電子標(biāo)簽的系統(tǒng)中，信號(hào)之間的沖突與干擾在所難免，這會(huì)導(dǎo)致信息疊混，嚴(yán)重影響RFID的使用性能。信號(hào)之間的沖突分為標(biāo)簽沖突和讀寫器沖突2類，解決沖突的兲鍵在于使用防碰撞算法。

（1）RFID標(biāo)簽沖突
當(dāng)多個(gè)RFID電子標(biāo)簽處于同一個(gè)讀寫器的作用范圍時(shí)，在沒有采取多址訪問控制機(jī)制的情況下，信息的傳輸過程將產(chǎn)生干擾，這將導(dǎo)致信息讀取失敗。
① 隨機(jī)性解決斱案
對(duì)于標(biāo)簽沖突，可以采用ALOHA搜索算法。例如，目前高頻頻段（HF）的電子標(biāo)簽都使用ALOHA算法來處理。ALOHA算法在一個(gè)周期性的循環(huán)中將數(shù)據(jù)不斷地發(fā)送給讀寫器，數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)間只占重復(fù)時(shí)間的很小部分，傳輸間歇長，標(biāo)簽重復(fù)時(shí)間短，各標(biāo)簽可在不同的時(shí)段上傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包傳送時(shí)不易發(fā)生碰撞。改進(jìn)型的ALOHA算法還可以對(duì)標(biāo)簽的數(shù)量進(jìn)行動(dòng)態(tài)估計(jì)，開根據(jù)一定的優(yōu)化準(zhǔn)則，自適應(yīng)選取延遲的時(shí)間及幀長，顯著地提高了識(shí)別速度。由于同類型的電子標(biāo)簽工作在同一頻率、共享同一通信信道，ALOHA 算法中標(biāo)簽利用隨機(jī)時(shí)間響應(yīng)讀寫器的命令，其延遲時(shí)間和檢測時(shí)間是隨機(jī)分布的，所有ALOHA算法是一種不確定的隨機(jī)算法。

② 確定性解決斱案
除隨機(jī)性斱案外，還有一種確定性解決斱案，主要用于超高頻頻段（UHF）。確定性解決斱案的基本思想：讀寫器將沖突區(qū)域的標(biāo)簽不斷劃分為更小的子集，根據(jù)標(biāo)簽 ID 的唯一性來選擇標(biāo)簽進(jìn)行通信。在確定性解決斱案中，最典型的是樹型搜索算法，這種算法由讀寫器發(fā)出請(qǐng)求命令，N個(gè)標(biāo)簽同時(shí)響應(yīng)造成沖突后，檢測沖突位置，逐個(gè)通知不符合要求的標(biāo)簽退出沖突，最后一個(gè)標(biāo)簽予以響應(yīng)。余下的N-1個(gè)標(biāo)簽重復(fù)上述步驟，經(jīng)過N-1次循環(huán)后，所有標(biāo)簽訪問完畢。確定性解決斱案的缺點(diǎn)是標(biāo)簽識(shí)別速度較低。

（2）讀寫器沖突
在實(shí)際應(yīng)用中，有時(shí)需要近距離布局多個(gè) RFID 讀寫器，一個(gè)標(biāo)簽同時(shí)接收到多個(gè)讀寫器的命令，從而導(dǎo)致讀寫器間相互干擾。
讀寫器沖突有2種，一種是由多個(gè)讀寫器同時(shí)在相同頻段上運(yùn)行而引起的頻率干擾，另一種是由多個(gè)相鄰的讀寫器試圖同時(shí)與一個(gè)標(biāo)簽進(jìn)行通信而引起的標(biāo)簽干擾。解決干擾最簡單的做法是：對(duì)相鄰的讀寫器分配在不同的頻率或時(shí)隙，而對(duì)物理上足夠分離的讀寫器分配在同一頻率或時(shí)隙。目前已提出的 Colorwave算法提供了一個(gè)實(shí)時(shí)、分布式的MAC協(xié)議，該協(xié)議可以為讀寫器分配頻率與時(shí)隙，從而減少了讀寫器間的干擾。

在歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（ETSI）給出的標(biāo)準(zhǔn)中，讀寫器在同標(biāo)簽通信前，每隔100ms探測一次數(shù)據(jù)信道的狀態(tài)，采用載波偵聽的斱式來解決讀寫器的沖突。在EPC標(biāo)準(zhǔn)中，在頻率譜上將讀寫器傳輸和標(biāo)簽傳輸分離，這樣讀寫器僅與讀寫器發(fā)生沖突，標(biāo)簽僅與標(biāo)簽發(fā)生沖突，簡化了問題。

3.RFID常用標(biāo)準(zhǔn)的校驗(yàn)和防碰撞選擇
ISO 18000-6標(biāo)準(zhǔn)采用860/960MHz頻率。根據(jù)信號(hào)發(fā)送和接收斱式的不同，ISO 18000-6標(biāo)準(zhǔn)定義了18000-6 A、18000-6 B和18000-6 C共3種類型。
（1）860/960MHz的ISO 18000-6標(biāo)準(zhǔn)的校驗(yàn)選擇
① 對(duì)于18000-6 A標(biāo)準(zhǔn)，讀寫器到電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)傳輸采用CRC-5校驗(yàn)（當(dāng)短命令時(shí)）或CRC-16校驗(yàn)（當(dāng)長命令時(shí)），電子標(biāo)簽到讀寫器的數(shù)據(jù)傳輸采用CRC-16校驗(yàn)。
② 對(duì)于18000-6 B標(biāo)準(zhǔn)，讀寫器到電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)傳輸采用CRC-16校驗(yàn)，電子標(biāo)簽到讀寫器的數(shù)據(jù)傳輸采采用CRC-16校驗(yàn)。

③ 對(duì)于18000-6 C標(biāo)準(zhǔn)，讀寫器到電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)傳輸采用CRC-16校驗(yàn)，電子標(biāo)簽到讀寫器的數(shù)據(jù)傳輸采用CRC-16校驗(yàn)。
（2）860/960MHz的ISO 18000-6標(biāo)準(zhǔn)的防碰撞選擇
① 對(duì)于18000-6 A標(biāo)準(zhǔn)，電子標(biāo)簽到讀寫器的防碰撞采用時(shí)隙ALOHA算法。
② 對(duì)于18000-6 B標(biāo)準(zhǔn)，電子標(biāo)簽到讀寫器的防碰撞采用事進(jìn)制樹算法。
③ 對(duì)于18000-6 C標(biāo)準(zhǔn)，電子標(biāo)簽到讀寫器的防碰撞采用隨機(jī)時(shí)隙位判斷算法。