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RFID中的反碰撞技术

2017-11-27 11:00 来源:网络 作者:网络

RFID中的反碰撞技术
标签碰撞是RFID系统中最常见、最难处理的问题,常用反碰撞技术来解决。根据ISO/IEC14443标准,反碰撞技术可分为面向比特和面向时隙两种,给出了每一种技术的冲突检测方法,并详细阐述了每一种技术的工作原理。反碰撞技术的分类

反碰撞技术根据面向的对象可分为面向比特和面向时隙两种。ISO/IEC14443-3标准中TYPE A防冲突规范采用的是面向比特型,支持比特冲突检测协议;ISO/IEC14443-3标准中TYPE B防冲突规范采用的是面向时隙型, 通过一组命令来管理防冲突过程。防碰撞技术中的冲突可以通过幅度变化、非法编码出现、位宽变化等方法进行检测。但在RFID中,很难确定判断幅度迭加的门限值(阈值),因此,非法编码判断和位宽检测是比较简便的方法。面向时隙型需采用位宽变化的检测技术,面向比特型则采用非法编码判断的检测技术。

对于非法编码判断的检测技术来说,不能采用NRZ码,需采用Manchester码,该编码是根据电平的改变来表示编码某位的值。这里,用上升沿表示逻辑“0”,用下降沿表示逻辑“1”;在数据传输的过程中“没有变化”的状态是不允许的,并作为非法编码被识别。当两个或多个标签同时返回的某一数位有不同的值,则接收到的上升沿和下降沿互相抵消,以致出现“没有变化”的状态。如图1所示,NRZ码不能检测出碰撞位,Manchester码却可以。所以在TYPE A中就是采用了Manchester码。当然,是基于时间同步和放大限幅的环境,在RFID系统中,这些都是可以做到的。

对于位宽变化的检测技术则要采用NRZ码。但是这种检测技术要采用合适的编码,还要采用合适的调制方式,一般采用FSK调制。当用NRZ编码和FSK调制,发现位0和位1碰撞时,合成波形的位宽有了比较明显的变化,图2是其碰撞情况时序图,其中数位0的频率为载波频率fc的1/8。

正常情况下,0的FSK脉宽为4TC,1的FSK脉宽为5TC,因此用计数器进行位宽检测,判别是否出现大于5TC的脉宽,就可以判断是否出现了冲突。从图2中可以看到,最下面一个波形中出现了7TC和12TC宽的脉冲,由此可判定数位1和0相冲突。
反碰撞技术的实现对于非法编码判断的检测技术常采用二进制树形搜索算法,为了实现该算法,引入一组命令:1、REQUEST--请求(序列号):此命令发送一序列号作为参数给标签。标签把自己的序列号与接收的序列号比较,如是小于或相等,则此标签回送其序列号给阅读器。2、SELECT--选择(序列号):此命令同上。3、RW-DATA--读写数据:此命令同上。4、UNSELECT--去选择:取消一个事先选中的标签,让标签进入“无声”状态,在这种状态中标签完全是非激活的,对收到的REQUEST命令不作应答。假设有四个标签在00~FF的范围内具有唯一的序列号:标签1(10110010)、标签2(10100011)、标签3(10110011、标签4(11100011)。本系统中最大的8位序列号为11111111,所有标签的序列号都小于或等于11111111,从而此序列号作为第一次发送的REQUEST命令,可使阅读器作用范围内的所有标签应答,操作步骤如图3所示 。
第1次,阅读器发送REQUEST(11111111)命令,四个标签都有应答。由于应答的四个标签在0位、4位和6位上不同内容的重叠造成了碰撞,那么阅读器所接收到的序列号为1X1X001X。第6位是碰撞的最高位,可以判断:不仅在序列号≥11000000的范围内,而且在序列号≤10111111的范围内至少各有一个标签存在。为了限制下一次的搜索范围,可将第2次的REQUEST命令的第6位定为“0” (碰撞的最高位),其他高位保持不变,所有的低位定为“1”,即阅读器第2次发送REQUEST命令的序列号为10111111。第2次,阅读器发送REQUEST(10111111)命令,标签1、标签2和标签3应答。同样阅读器所接收到的序列号为101X001X,这时,第4位成为碰撞的最高位,同上可以得到下一次REQUEST命令的序列号为10101111。
第3次,阅读器发送REQUEST(10101111)命令后,只有标签2单独应答。阅读器所接收到的序列号为10100011,没有发现位碰撞。这样,阅读器发现了一个有效的序列号,不需要重复操作发送REQUEST命令。阅读器用SELECT命令,选择标签2,屏蔽其它标签;然后,阅读器发送RW-DATA命令,对标签2进行数据的读出或写入。在读出/写入动作完成后,阅读器用UNSELECT命令使标签2完全非激活化,这样标签2对后续的请求命令不再作出应答。对于剩余的三个标签,可重复运用上述反碰撞算法,分别进行逐个识别。反碰撞技术是RFID中最关键的技术,在具体实现时,除了要准确无误地识别标签,还要具备抗电磁干扰、识别时间短等特点。

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