FRID原理及應用

1、FRID 原理及應用一 . RFID系統(tǒng)（ Radio Frequency Identification）1. 定義 ：RFID 作為一種通信技術，可通過無線電訊號識別特定目標并讀取相關數據，而無需識別系統(tǒng)與特定目標之間建立機械或光學接觸。常用的有低頻（125134.2K ）、高頻（ 13.56Mhz ）、超高頻、微波等技術。2. 系統(tǒng)組成： 由閱讀器 、電子標簽 、 RFID 中間件 和應用系統(tǒng)軟件 4 部分構成。3. 基本原理 ：利用射頻信號耦合或雷達反射的傳輸特性實現對被識別物體的自動識別。4. 工作原理 ：閱讀器通過天線向周圍空間發(fā)送一定頻率的射頻信號；標簽一旦進入閱讀器天線的作用區(qū)域

2、將產生感應電流，獲得能量被激活 ;激活標簽將自身信息編碼后經天線發(fā)送出去；閱讀器接收該信息，經過解碼后必要時送至后臺網絡；后臺網絡中主機鑒定標簽身份的合法性，只對合法標簽進行相關處理，通過向前端發(fā)送指令信號控制閱讀器對標簽的讀寫操作。5. 工作方式 ： 1 ）全雙工系統(tǒng)； 2）半雙工系統(tǒng)； 3）時序系統(tǒng)。6. 系統(tǒng)分類 ： 1 ）EAS 系統(tǒng)； 2）便攜式數據采集系統(tǒng)； 3）物流控制系統(tǒng)； 4）定位系統(tǒng)。7.系統(tǒng)構架 ：根據選定的電子標簽、讀寫器， 加上中間件、 數據集成環(huán)境和上層的應用系統(tǒng)，一個典型的RFID系統(tǒng)就構建好了。8. 注意問題 ： 1 ） 避免沖突 ； 2） 讀識距離 ； 3）

3、安全要求 。9. 發(fā)展勢趨 ： 1 ）系統(tǒng)的高頻化； 2） 系統(tǒng)的網絡化； 3 ）系統(tǒng)的兼容性更好； 4） 系統(tǒng)的數據量更大。10. 性能指標：有效，可靠，適應，標準，經濟，易維護性。11. 項目實施 4 階段 ： 1）起步； 2）測試和驗證； 3）試點實施； 4 ）實施。逐漸實現平穩(wěn)緩慢的過渡。12. 技術特點（優(yōu)點） ：（ 1）快速掃描；（ 2）體積小型化、形狀多樣化；（ 3）抗污染能力和耐久性；（ 4）可重復使用；（ 5）穿透性和無屏障閱讀；（ 6）數據的記憶容量大；（ 7）安全性。13.技術現狀和面臨的主要問題（缺點）：（ 1）標簽成本問題；（ 2 ）標準制訂問題；（ 3）公共服務體系

4、問題；（ 4）產業(yè)鏈形成問題；（ 5 ）技術和安全問題。14.RFID 技術發(fā)展歷程 ：19411950 雷達催生 RFID，奠定了理論基礎， 主要處于實驗室實驗階段；19511960技術理論得到發(fā)展， 開始應用嘗試； 19611970處于大發(fā)展時期， 各項測試技術得到加速發(fā)展；19711980商業(yè)應用階段，封閉應用系統(tǒng)出現；19811990技術標準化，產品得到廣泛采用；19912000產品種類更加豐富； 2001 至今，有源、無源和半有源電子標簽均得到發(fā)展，電子標簽成本不斷降低。二 . RFID標準體系1 RFID 標準體系 : RFID 技術標準； RFID 應用標準； RFID 數據內容

5、標準； RFID 性能標準。2三大編碼體系： UID 泛在識別中心標準體系；EPC global 標準體系； ISO/IEC 標準體系。3 物聯網標準體系 ：應用層、網絡層、感知層、傳輸層。三. RFID安全分析1.安全攻擊： RFID 主要的安全攻擊可以簡單的分為主動攻擊和 被動攻擊兩種類型。應對主動攻擊的重要技術是認證技術 ，應對被動攻擊的主要技術手段是加密。2. 安全風險： 保密性 (最主要 )；拒絕服務和偽造標簽 (常見 )；位置保密或跟蹤。3. 安全需求 ：（ 1）機密性；（ 2）完整性；（ 3）可用性；（ 4）真實性；（ 5）隱私性。4. 威脅方式 ： (1) 物理環(huán)境， 如電磁干

6、擾、斷電、設備故障等威脅。(2)人工威脅， 如（前）管理者攻擊、（前）用戶攻擊、外部人員攻擊。四. RFID常用的編碼方法，及其選擇因素編碼 是 RFID 系統(tǒng)的一項重要工作， 二進制編碼 是用不同形式的代碼來表示二進制的1 和 0。1. 方法有 ：(1) 反向不歸零編碼； (2)曼徹斯特編碼； (3)單極性歸零編碼； (4)差動雙相編碼；(5) 密勒編碼； (6) 變形密勒編碼； (7)差動編碼。FRID 原理及應用2.編碼方式的選擇因素：要考慮電子標簽(1) 能量的來源； (2) 檢錯的能力； (3) 時鐘的提取。3. 反向不歸零 ：高電平表示二進制 1，反之為 0；曼徹斯特 ：從高到低的

7、電壓跳變表示 1 ，反之為 0；單極性歸零 ：發(fā)出窄脈沖為 1，不發(fā)送電流為 0；差動雙相 ：在半個位周期中的任意邊沿表示二進制0，沒有邊沿跳變表示1；密勒 ：半個位周期任意邊沿為1，下一個位周期電平不變?yōu)?；變形密勒 ：每個邊沿都采用負脈沖代替；差動 ：每個零傳輸的二進制1 都會引起信號電平的變化，對于二進制0 ，信號電平保持不變。五. 天線1. 定義 ：天線是一種能將接收到的電磁波轉換為電流信號，或將電流信號轉換成電磁波發(fā)射出去的裝置。凡是利用 電磁波 來傳遞信息和能量的，都依靠天線來進行工作，天線是用來發(fā)射或接收無線電波的裝置和部件。2. 作用 ：在 RFID 系統(tǒng)中，閱讀器必須通過天線

8、發(fā)射能量，形成電磁場，通過電磁場對電子標簽進行識別，所以，閱讀器上的天線所形成的電磁場范圍就是閱讀器的可讀區(qū)域。3. 分類： 1）按照 波段 分類：長波天線、中波天線、短波天線、超短波天線和微波天線等。2 ）按照 結構 分類： 線狀天線 、面狀天線、縫隙天線和微帶天線等。線狀天線 是指線半徑遠小于線本身的長度和波長，且載有高頻電流的金屬導線。3）按照 用途 分類：廣播天線、通信天線、雷達天線、導航天線和RFID 天線等。4. 天線周圍的場區(qū)根據觀測點與天線的距離劃分為三個區(qū)域：(1)無功近場區(qū) ； (2)輻射近場區(qū) ； (3)輻射遠場區(qū) 。六. 電子標簽1. 定義 ：也稱為智能標簽，是指由 I

9、C 芯片和無線通信天線組成的超微型的小標簽，其內置的射頻天線用于和閱讀器進行通信。2.根據 工作原理 的不同，分為利用物理效應進行工作和以電子電路為理論基礎的數據載體。組成 ：從 功能 上來說，一般由天線、 調試器、 編輯發(fā)生器、 時鐘、 存儲電路組成。3. 分類： （ 1）按照標簽 獲取能量 分類：分為有源標簽、半有源標簽和無源標簽。（ 2）按照標簽 工作頻率 分類：分為低頻、高頻、超高頻和微波標簽。（ 3）按照數據 調制方式 分類：分為主動式、半主動式和被動式標簽。（ 4）按照標簽 作用距離 分類：分為密耦合、近耦合、疏耦合和遠耦合四類。（ 5）按照標簽 封裝材質 分類：分為紙標簽、塑料標

10、簽和玻璃標簽（ 6）按照 存儲器類型的 分類：分為只讀標簽、一次寫入多次讀取標簽和可讀寫標簽。4. 發(fā)展趨勢 ：1）作用距離更遠； 2）無源可讀寫性能更加完善；3）適合高速移動物體識別；4）快速多標簽讀 / 寫功能； 5）一致性更好； 6）強磁場下的自保護功能更完善；7）智能性更強、加密特性更完善；8）帶有傳感器功能的標簽； 9）帶有其他附屬功能的標簽；10 ）具有殺死功能的標簽；（1）新的生產工藝；12）體積更小；13 ）成本更低。5. 電子標簽天線的設計步驟： 1）選定應用的種類，確定電子標簽天線需要的參數；2）確定天線采用的材料；3）確定電子標簽天線的結構；4） ASIC 封裝后，確定天

11、線的阻抗；5）綜合優(yōu)化天線參數，使天線參數滿足技術指標； 6）用網絡分析檢測天線的各項指標。FRID 原理及應用七. EPC電子產品代碼1. 原則 ： 1.唯一性； 2.永久性； 3.簡單性； 4.可擴展性； 5.保密性與安全性； 6.無含義。2. 優(yōu)點 ： 1.無接觸讀??； 2.遠距離讀取； 3.動態(tài)讀取； 4.多數量、品種讀取； 5.標簽無源；6.海量存儲量等優(yōu)勢。這些都是條碼無法比擬的。條碼缺點 ： (1) 條碼只能識別一類產品，而無法識別單品。(2) 條碼是可視傳播技術。人們必須將條碼對準掃描儀才有效。(3) 如果印有條碼的橫條被撕裂、污損或脫落，就無法掃描這些商品。(4) 傳統(tǒng)一維條

12、碼是索引代碼，必須實時和數據庫聯系，從數據庫中尋找完整的描述數據。八 . 串聯諧振回路1. 特性 ：（ 1 ）諧振時，回路電抗 X=0 ，阻抗 Z=R 為最小值，且為純阻。（ 2 ）諧振時，回路電流最大，且與電壓同相。（ 3 ）電感與電容兩端電壓的模值相等，且等于外加電壓的Q 倍。2. 條件： X= L-導出回路產生串聯諧振的角頻率 和頻率分別為,3. 優(yōu)點 ：在閱讀器中，具有 電路簡單、成本低，激勵可采用低內阻的恒壓源，諧振時可獲得最大的回路電流等特點 ，因而被廣泛采用。 適用于 恒壓源，即信號源內阻很小的情況。九. 波特率、比特率和信道傳輸速率1. 概念 ：碼元，波特率，比特率1)在信息傳

13、輸通道中，攜帶數據信息的信號單元叫碼元 。2)每秒鐘通過信道傳輸的碼元數稱為碼元傳輸速率，簡稱波特率 。波特率 是指數據信號對載波的調制速率，用單位時間內載波調制狀態(tài)改變的次數表示。3)每秒鐘通過信道傳輸的信息量稱為位傳輸速率，簡稱比特率 。比特率 是數據傳輸速率，表示單位時間內可傳輸二進制位的位數。2. 關系 ：比特率 = 波特率(如果一個碼元的狀態(tài)數可以用M 個離散電平個數來表示 )。3. 信道傳輸速率： 就是數據在傳輸介質 (信道 )上的傳輸速率，在數值上等于每秒鐘傳輸數據代碼的二進制比特數。單位是比特 / 秒， b/s 。十. 讀寫器和 RFID電子標簽之間數據讀取交換方式，傳輸原理1

14、. 交換方式 ： 負載調制 和 反向散射調制 。1)讀寫器和標簽之間的天線能量交換方式類似于變壓器結構，稱為負載調制 。2)讀寫器和射頻標簽之間的能量傳遞方式為反向散射調制。2. 傳輸原理 ：讀寫器和標簽之間的通信通過電磁波實現，按照通信距離可分為近場和遠場。十一 .電感耦合方式1.RFID 系統(tǒng)的兩種耦合方式：電感耦合（磁耦合）式和 電磁反向散射耦合（電磁場耦合）式。FRID 原理及應用電感耦合方式 依據是 電磁感應定律 ，一般適用于高、低頻率工作的近距離RFID 系統(tǒng)；電磁反向散射耦合式依據是 雷達原理 ，一般適用于超高頻、微波工作頻率的遠距離RFID 系統(tǒng)。2.兩種耦合方式的異同異：使用

15、的無線電射頻的頻率和作用距離的遠近不同。同：都采用無線電射頻技術。3.采用電感耦合方式時，應答器向閱讀器的數據傳輸采用負載調制技術。在電感耦合方式的FRID 系統(tǒng)中， 負載調制 有 電阻負載調制 和 電容負載調制兩種方式。4. 電感耦合方式下閱讀器向應答器提供能量的過程當時變磁場通過閱讀器線圈時，在線圈上會產生感應電壓，并在線圈中產生電流，當應答器進入閱讀器產生的交變磁場時，應答器的電感線圈上就會產生感應電壓。當距離足夠近，應答器天線電路所截獲的能量可以供應答器芯片正常工作時，閱讀器和應答器才能進入信息交互階段。十二 .混頻器1. 定義 ：混頻器是射頻系統(tǒng)中用于頻率變換的部件，具有廣泛的應用領

16、域，可以將輸入信號的頻率升高或降低而不改變原信號的特性。2. 作用 ：可以將輸入信號的頻率升高或降低而不改變原信號的特性?；祛l器的典型應用是在射頻的接收系統(tǒng)中，混頻器可以將較高頻率的射頻輸入信號變換為頻率較低的中頻輸出信號，以便更容易對信號進行后續(xù)的調整和處理。十三 .射頻前端1.定義 ：實現射頻能量和信息傳輸的電路稱為射頻前端電路，簡稱為射頻前端 。2. 組成電路 ：串聯、并聯振諧回路，具有初級和次級線圈的耦合電路。3. 射頻前端采用了 負載調制器 或反向散射調制 器等多種工作方式。4. 射頻前端（模擬前端）電路主要有電感耦合 和微波電磁反向散射 兩種工作方式。5.RFID 的射頻前端 電路

17、的作用 是 實現射頻能量和信息傳輸。其中讀寫器的射頻前端常采用串聯諧振電路，電子標簽的射頻前端常采用并聯諧振電路。十四 .差錯控制在信息碼元中加入監(jiān)督碼元被稱為差錯控制編碼 或糾錯編碼 。（用途分類：檢錯碼和糾錯碼）檢錯碼 以檢錯為目的，不一定糾錯；糾錯碼 以糾錯為目的，一定能檢錯。1.常用的 差錯控制 方式主要有 檢錯重發(fā) 、 前向糾錯 、 混合糾錯 。2.常用的 糾錯編碼 是校檢和法 ，包括 奇偶校驗 、縱向冗余校驗 (LRC) 、 循環(huán)冗余碼校驗 (CRC) 。3.奇偶校驗：在傳輸的 1 個字節(jié) 8 位 上附加一個校驗位，形成9 位數碼的傳輸。十五 .調制和解調調制 ：將基帶信號的頻譜搬

18、移到信道通帶中的過程。解調 ：將信道中的頻帶信號恢復為基帶信號的過程。目的 ：把傳輸的模擬信號或數字信號變換成適合信道傳輸的信號，意味著要把信源的基帶信號，轉變?yōu)橐粋€相對基帶頻率而言非常高的帶通信號。原因：1 .工作頻率越高寬帶越大；2. 工作頻率越高天線尺寸越小。RFID 常用的 信號調制 方法： 載波 、幅移鍵控 ASK 、頻移鍵控 FSK 調幅 是指載波的頻率和相位不變，載波的振幅隨調制信號的變化而變化。、相移鍵控PSK 、副載波調制 。有模擬和數字調幅兩種。調頻 是利用載波的頻率變化來傳遞信息，是對載波的頻率進行鍵控。FRID 原理及應用調相 是利用載波的相位變化來傳遞數字信號，是對載

19、波的相位進行鍵控。十六 .密碼和加密1.常見的 密碼算法體制 （加密技術）有 對稱密碼體制(計算開銷小，速度快)和 非對稱密碼體制兩種。區(qū)別 ：前者加密和解密密匙相同，后者加密和解密密匙不同。對稱密碼體制 分為： 分組密碼 （分為 DES 和 CES）和序列密碼 。非對稱密碼體制有RSA 算法 。2.FRID 加密機制 ：主要采用三種傳輸信息保護方式。（ 1）認證傳輸方式：不保密，糾錯。（ 2）加密傳輸方式：保密，不糾錯。（ 3）混合傳輸方式：保密，糾錯。十七 .巴特沃斯濾波器如果濾波器在通帶內的插入損耗隨頻率的變化是最平坦的，這種濾波器稱為 巴特沃斯濾波器 ，也稱為 最平坦濾波器 。 濾波器類型 ：低通濾波器 ，高通 濾波器 ，帶通 濾波器 ，帶阻 濾波器。十八 .多路存取法 SDMA, FDMA, TDMA, CDMA在無線通信技術中，解決通信沖突問題的方法?；旧嫌? 種不同的方法：空分多路法 （ SDMA ）； 頻分多路法 （FDMA ）； 時分多路法 （ FD