RFID中數(shù)據(jù)完整性的實施策略

發(fā)布日期：2020-10-14 18:08:53 作者：Ling 點擊：23327

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

1.信號的編碼、調制與校檢
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bit周期中的負邊沿表示1、正邊沿表示0。該編碼若碼元片內沒有電平跳變，則被識別為錯誤碼元。這樣可以按位識別是否存在碰撞，易于實現(xiàn)讀寫器對多個標簽的防碰撞處理。
信號傳輸前先進行降噪處理，去除信號中的低頻分量和高頻分量，以減少誤碼率。然后進行載波調制，載波調制主要有ASK、FSK和PSK等幾種制式，分別對應于正弦波的幅度、頻率和相位來傳遞數(shù)字基帶信號。在RFID系統(tǒng)中，為簡化設計、降低成本，大多數(shù)系統(tǒng)采用ASK的調制技術。

為減少信號傳輸過程中的波形失真，還應使用校驗碼對可能或已經(jīng)出現(xiàn)的差錯進行控制，鑒別是否發(fā)生錯誤，進而糾正錯誤，甚至重新傳輸全部或部分消息。在多個電子標簽同時與讀寫器通信時，如果發(fā)生數(shù)據(jù)碰撞，CRC校驗碼也會發(fā)生混亂，通過檢測 CRC校驗碼的正確性，也能判斷是否發(fā)生碰撞。

2.信號防沖突
為使讀寫器能順利完成其作用范圍內的標簽識別、信息讀寫等操作，防止碰撞，RFID 主要采用時分多路（TDMA）接入法，每個標簽在單獨的某個時隙內占用信道與讀寫器進行通信。然而，在多讀寫器、多電子標簽的系統(tǒng)中，信號之間的沖突與干擾在所難免，這會導致信息疊混，嚴重影響RFID的使用性能。信號之間的沖突分為標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標簽沖突
當多個RFID電子標簽處于同一個讀寫器的作用范圍時，在沒有采取多址訪問控制機制的情況下，信息的傳輸過程將產(chǎn)生干擾，這將導致信息讀取失敗。
① 隨機性解決斱案
對于標簽沖突，可以采用ALOHA搜索算法。例如，目前高頻頻段（HF）的電子標簽都使用ALOHA算法來處理。ALOHA算法在一個周期性的循環(huán)中將數(shù)據(jù)不斷地發(fā)送給讀寫器，數(shù)據(jù)的傳輸時間只占重復時間的很小部分，傳輸間歇長，標簽重復時間短，各標簽可在不同的時段上傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包傳送時不易發(fā)生碰撞。改進型的ALOHA算法還可以對標簽的數(shù)量進行動態(tài)估計，開根據(jù)一定的優(yōu)化準則，自適應選取延遲的時間及幀長，顯著地提高了識別速度。由于同類型的電子標簽工作在同一頻率、共享同一通信信道，ALOHA 算法中標簽利用隨機時間響應讀寫器的命令，其延遲時間和檢測時間是隨機分布的，所有ALOHA算法是一種不確定的隨機算法。

② 確定性解決斱案
除隨機性斱案外，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)域的標簽不斷劃分為更小的子集，根據(jù)標簽 ID 的唯一性來選擇標簽進行通信。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)出請求命令，N個標簽同時響應造成沖突后，檢測沖突位置，逐個通知不符合要求的標簽退出沖突，最后一個標簽予以響應。余下的N-1個標簽重復上述步驟，經(jīng)過N-1次循環(huán)后，所有標簽訪問完畢。確定性解決斱案的缺點是標簽識別速度較低。

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

在歐洲電信標準化協(xié)會（ETSI）給出的標準中，讀寫器在同標簽通信前，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標準中，在頻率譜上將讀寫器傳輸和標簽傳輸分離，這樣讀寫器僅與讀寫器發(fā)生沖突，標簽僅與標簽發(fā)生沖突，簡化了問題。

3.RFID常用標準的校驗和防碰撞選擇
ISO 18000-6標準采用860/960MHz頻率。根據(jù)信號發(fā)送和接收斱式的不同，ISO 18000-6標準定義了18000-6 A、18000-6 B和18000-6 C共3種類型。
（1）860/960MHz的ISO 18000-6標準的校驗選擇
① 對于18000-6 A標準，讀寫器到電子標簽的數(shù)據(jù)傳輸采用CRC-5校驗（當短命令時）或CRC-16校驗（當長命令時），電子標簽到讀寫器的數(shù)據(jù)傳輸采用CRC-16校驗。
② 對于18000-6 B標準，讀寫器到電子標簽的數(shù)據(jù)傳輸采用CRC-16校驗，電子標簽到讀寫器的數(shù)據(jù)傳輸采采用CRC-16校驗。

③ 對于18000-6 C標準，讀寫器到電子標簽的數(shù)據(jù)傳輸采用CRC-16校驗，電子標簽到讀寫器的數(shù)據(jù)傳輸采用CRC-16校驗。
（2）860/960MHz的ISO 18000-6標準的防碰撞選擇
① 對于18000-6 A標準，電子標簽到讀寫器的防碰撞采用時隙ALOHA算法。
② 對于18000-6 B標準，電子標簽到讀寫器的防碰撞采用事進制樹算法。
③ 對于18000-6 C標準，電子標簽到讀寫器的防碰撞采用隨機時隙位判斷算法。