PKE系統(tǒng)的防沖突設(shè)計(jì)

1、PKE 系統(tǒng)的防沖突設(shè)計(jì)摘要：本文設(shè)訃的 PKE 系統(tǒng)在通訊上采用高頻和低頻相結(jié)合的方式。在有效范用如果有 多個(gè)標(biāo)簽，可以使用該方法解決標(biāo)簽的防沖突。本文主要介紹了 AC 協(xié)議設(shè)汁的基本信息和注 意事項(xiàng)，討論了 AC 協(xié)議中使用二種不同的喚醒方式對 PKE 系統(tǒng)的不同時(shí)間響應(yīng)。使用這二 種喚醒方案都可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽的防沖突，根拯使用環(huán)境的不同可以選擇不同的喚醒方式來提髙 系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。本文網(wǎng)絡(luò)版地址：http： /關(guān)鍵詞：PKE：標(biāo)簽：防沖突DOI： 10. 3969/j. issn. 1005-5517. 2014. 5. 009引言使用 RFID 技術(shù)的免持式被動無鑰匙門禁系統(tǒng) PKE (p

2、assive keyless entry),作為新 一代防盜技術(shù)正逐漸成為汽車門禁系統(tǒng)應(yīng)用的主流，成為新車型的普遍選項(xiàng)。該方法無需用 手按動發(fā)送器按鈕來鎖上或者打開車門，只要擁有一個(gè)有效的應(yīng)答器就可方便地進(jìn)出車輛。1 RKE 和 PKE 的區(qū)別傳統(tǒng) RKE (remote key entry)鑰匙系統(tǒng)，是通過車主在找到自己的車輛時(shí)，主動在鑰 匙端按一下開鎖鍵，由鑰匙端主動發(fā)送打開車門的命令到車身控制模塊，車身控制模塊在識 別該條開門指令后，通過解密驗(yàn)證后，車身控制模塊發(fā)出車門鎖打開指令給汽車，從而實(shí)現(xiàn) 開車門。關(guān)車門時(shí)，也是通過車主在鑰匙端按一下上鎖鍵，鑰匙端主動發(fā)送上鎖指令，車身 控制模塊收

3、到指令后，給汽車上鎖。PKE 開鎖過程是：由車主拉一下門把手使車身控制模塊發(fā)送激活命令，從而激活汽車周 圍的鑰匙，被激活的鑰匙主動發(fā)送開鎖指令到車身控制模塊，車身控制模塊打開車鎖。當(dāng)汽 車熄火后，鑰匙離開汽車有效范國，因負(fù)載調(diào)制原理觸發(fā)車身控制模塊發(fā)送掃描車身周圍是 否有鑰匙存在，如果鑰匙已離開車身周用，則車身控制模塊發(fā)岀關(guān)鎖指令，關(guān)上車門。可見 PKE 和 RKE 不同之處在于 PKE 開鎖或上鎖都不需要車主按相應(yīng)的按鍵，控制模塊會 自動判斷鑰匙是否在有效范圍并進(jìn)行開鎖或上鎖操作。2 PKE 工作原理車主拉門把手讓汽車產(chǎn)生開門的觸發(fā)條件。控制模塊接收到觸發(fā)輸入條件后，基站系統(tǒng) 將發(fā)送一條編碼

4、的低頻報(bào)文(喚醒碼)。在該低頻信號范囤內(nèi)的所有電子標(biāo)簽均會被這條報(bào)文 喚醒，喚醒后，標(biāo)簽會對編碼的數(shù)據(jù)段進(jìn)行驗(yàn)證，如果基站發(fā)射的信息被識別，標(biāo)簽會使用 高頻發(fā)送一條加密的回答信號?；救绻邮盏竭@條回復(fù)的信號，并對其解碼，如果這條回 答能被識別，那基站和標(biāo)簽之間就會建立起通訊，并進(jìn)行后繼的操作，并打開車門鎖。當(dāng)車主拉一下車門把手時(shí)，便觸發(fā)了 PKE 系統(tǒng)內(nèi)的雙向通信，相應(yīng)的低頻發(fā)射器天線被 激活并發(fā)出低頻信號。車主攜帶的標(biāo)簽接收基站發(fā)出的低頻信號。如果這個(gè)信號與標(biāo)簽中保 存的身份信息一致，標(biāo)簽就會被喚醒。這個(gè)過程可以防止噪聲或干擾信號錯(cuò)誤喚醒標(biāo)簽，延 長電池壽命。標(biāo)簽被喚醒后將分析由汽車上的基

5、站發(fā)出的認(rèn)證口令，并發(fā)送相應(yīng)的高頻信號 作為應(yīng)答。這些信號都經(jīng)過了加密處理。汽車將收到的應(yīng)答信號和自己預(yù)存的信息進(jìn)行對比， 如果驗(yàn)證成功，則打開車門。在這個(gè)通訊過程中，雙向低頻（LF） /高頻（肝）數(shù)據(jù)產(chǎn)生并 執(zhí)行了一系列任務(wù)：防沖突，認(rèn)證和場強(qiáng)測量。為了完成這些任務(wù)，英它的低頻（LF）發(fā)射 器天線可能會通過 PKE 基站模塊順次激活，并進(jìn)行相同的通訊。如圖 1。通信由輪詢喚醒模式觸發(fā)，喚醒模式被傳送到當(dāng)前 LF 場內(nèi)所有電子標(biāo)簽中。響應(yīng)時(shí)，在 一個(gè)隨機(jī)的時(shí)隙中，特殊電子標(biāo)簽的身份號（ID）通過髙頻（UHF）發(fā)送。假如特殊電子標(biāo)簽 是該時(shí)隙中傳輸?shù)奈ㄒ灰粋€(gè)電子標(biāo)簽，苴 ID 就可以被基站 UH

6、F 接收器安全接收。接收到的 ID 會用來屏蔽之后的電子標(biāo)簽。3 標(biāo)簽的備份和恢復(fù)一般每個(gè)標(biāo)簽有 2 5 6 b i t 的 EEPROM 作為存儲系統(tǒng) ID 使用。其中 128bit 由車廠使 用，在出廠前由汽車制造商圧義，該儲存空間燒寫完成后無法更改。另外 128bit 由用戶立 義，該儲存空間可以反復(fù)燒寫。由這 128bit 區(qū)分為每個(gè)系統(tǒng) ID.車廠會根據(jù)每輛汽車的不 同編號（例如汽車的發(fā)動機(jī)編號），記錄對應(yīng)的每個(gè) PKE 系統(tǒng)的 ID 號。如果車主在使用過程 中鑰匙丟失或者損壞，想要重新配宜一把新的鑰匙，可以通過汽車的唯一編號，重新將相應(yīng) 的程序及密鑰燒寫進(jìn)新的鑰匙中，該鑰匙就可以成

7、為這個(gè) PKE 系統(tǒng)中可用的新鑰匙。4 標(biāo)簽的防沖突PKE 系統(tǒng)通常將會與多個(gè) ID 設(shè)備通信（大于 1）,這些 ID 設(shè)備會一次性地出現(xiàn)在特殊 車輛入口各自的訪問區(qū)內(nèi)。為了滿足這個(gè)需求，就要在 PKE 系統(tǒng)中執(zhí)行防沖突協(xié)議。由于 RFID 受到各種約束，傳統(tǒng)的信道爭用解決技術(shù)不能直接在 RFID 系統(tǒng)中應(yīng)用。這些 約束主要有：標(biāo)簽的電源有限，不能用復(fù)雜度髙的算法：標(biāo)簽的數(shù)量可能是未知的：標(biāo)簽間 不能互相通訊：標(biāo)簽的存儲容量有限：RFID 系統(tǒng)帶寬有限。目前廣泛使用的防沖突算法主要 有：基于樹的算法和基于 Aloha 的算法。具體實(shí)現(xiàn)方式為優(yōu)先級算法，隨機(jī)二杈樹等。綜合 考慮算法的復(fù)雜度和成本

8、要求，本方案主要使用基于時(shí)隙的輪詢算法。輪詢方案可以使用標(biāo) 簽 ID 作的喚醒碼或使用全局喚醒碼（WAKE_ALL）來喚醒標(biāo)簽。采用標(biāo)簽 ID 作為喚醒碼的方式：通常情況下拉一下車的門把手可觸發(fā)基站發(fā)送喚醒碼。 當(dāng)PKE 系統(tǒng)的兩個(gè)遙控器都在激活區(qū)時(shí)， 基站首先發(fā)送第一個(gè)標(biāo)簽的 ID 碼， 然后再發(fā)送認(rèn) 證請求碼，將第一個(gè)標(biāo)簽喚醒；第一個(gè)標(biāo)簽被喚醒并接收到請求碼后，回送認(rèn)證信息，結(jié)朿 認(rèn)證過程。而處于激活區(qū)內(nèi)的第二個(gè)標(biāo)簽不會被喚醒，維持在休眠狀態(tài)。和處于激活區(qū)內(nèi)兩 個(gè)遙控器必需同時(shí)喚醒且都要響應(yīng)應(yīng)答信號相比，可以采用這種認(rèn)證時(shí)序的方案無疑可以VJ省大量功耗，延長電池的使用壽命；同時(shí)可以減小 L

9、F 發(fā)射時(shí)間，減少基站功率消耗。如果不 采用或無法采用標(biāo)簽 ID 作為喚醒碼，基站必須發(fā)送 WAKE_ALL 信號以喚醒處于激活區(qū)內(nèi)的所 有標(biāo)簽，然后再發(fā)送標(biāo)簽 1 和標(biāo)簽 2 的 ID,之后再發(fā)送認(rèn)證請求碼。 處于激活區(qū)內(nèi)的所有標(biāo) 簽必須按接收到的 ID 順序延時(shí)等待發(fā)射響應(yīng)信息。這無疑加長了認(rèn)證的時(shí)間并增加了標(biāo)簽 電池消耗。 以下分別討論使用 ID 作為喚醒碼和使用 wake.all 作為喚醒碼時(shí)，第一標(biāo)簽在 或者不在有效區(qū)的通訊情況。如果使用標(biāo)簽 ID 作為喚醒碼，當(dāng)有標(biāo)簽 1 在激活區(qū)的時(shí)候，PKE 系統(tǒng)很快就進(jìn)入雙 向通訊，不必再去喚醒第二個(gè)或第三個(gè)標(biāo)簽。這樣大大縮短了系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間。

10、如果標(biāo)簽 1 不在激活區(qū)，標(biāo)簽 2 在激活區(qū)時(shí)，使用標(biāo)簽 ID 作為喚醒碼時(shí)，系統(tǒng)就會 等待一個(gè)通訊周期的時(shí)間（系統(tǒng)等待第一個(gè)標(biāo)簽應(yīng)答的最長時(shí)間）。然后再激活第二個(gè)標(biāo)簽, 進(jìn)入和第二個(gè)標(biāo)簽的雙向通訊。如果使用 wake.al 1 作為喚醒碼，當(dāng)標(biāo)簽 1 在激活區(qū)時(shí)，先要等待系統(tǒng)將所有標(biāo)簽都 激活后，才能接收第一個(gè)標(biāo)簽的應(yīng)簽，再進(jìn)入到雙向通訊期。如果使用 wake.all 作為喚醒碼，當(dāng)標(biāo)簽 1 不在激活區(qū)時(shí)。系統(tǒng)要等待屬于第一個(gè)標(biāo) 簽的通訊時(shí)隙結(jié)束后，才能響應(yīng)第二個(gè)標(biāo)簽的響應(yīng)，然后再進(jìn)入到和第二個(gè)標(biāo)簽的雙向通訊 周期。經(jīng)上討論：采用 ID 碼作為喚醒碼時(shí)，基站發(fā)送第一個(gè)標(biāo)簽 ID 碼后，基站在

11、應(yīng)該接收到 標(biāo)簽頭碼時(shí)間內(nèi)，沒有接收到頭碼信息時(shí)，可以立即發(fā)送第二個(gè)標(biāo)簽 ID 碼（不需要等待超過 一幀完整 UHF 數(shù)據(jù)時(shí)間）：在收到第二個(gè)標(biāo)簽 ID 碼之前，第二個(gè)標(biāo)簽一直處于休眠狀態(tài)。第 二個(gè)標(biāo)簽被喚醒且收到認(rèn)證請求碼后， 回送應(yīng)答信號。 認(rèn)證結(jié)束后， 根據(jù)“l(fā)ast used ID device is expectedto be the next 的原則，第二個(gè)標(biāo)簽自動升級為第一個(gè)標(biāo)簽，之后在 認(rèn)證時(shí)，首先發(fā)送此標(biāo)簽ID 作為喚醒碼。不采用或無法采用 ID 碼作為喚醒碼時(shí)，基站發(fā)送喚醒碼同時(shí)喚醒兩個(gè)標(biāo)簽，等待標(biāo)簽 CPU初始化后再發(fā)送第一、第二個(gè)標(biāo)簽序列碼和認(rèn)證請求碼。為了避免髙頻信號

12、沖撞，第二 個(gè)標(biāo)簽必須等待足夠的時(shí)間（超過一幀完整 UHF 數(shù)據(jù)時(shí)間）才能發(fā)送 UHF 信號。在被喚醒后 到發(fā)送 UHF 這段時(shí)間內(nèi) CPU-直運(yùn)行，浪費(fèi)電池。認(rèn)證結(jié)束后，下次再需要認(rèn)證時(shí)將最近認(rèn) 證通過的標(biāo)簽 ID 首先發(fā)送。對比以上四種情況，使用標(biāo)簽的 ID 碼作為換醒碼可以減小系統(tǒng)等待時(shí)間，加快系統(tǒng)反應(yīng) 速度。5 反應(yīng)時(shí)間訃算如果使用 ID 作為喚醒碼，可以用式（1）作為反應(yīng)時(shí)間的汁算。6 結(jié)論在 PKE 系統(tǒng)中使用防沖突協(xié)議，下列參數(shù)對系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間和時(shí)序有很大的影響：1. 采用的 AC 方案（可使用鑰匙 ID 作為喚醒碼或基于 wake up all）;2. 在 PKE 系統(tǒng)中有效的 ID 設(shè)備（鑰匙）的最大數(shù)：3. LF 和俯 通道的數(shù)據(jù)速率;4. ID 設(shè)備在通訊過程中所占的位數(shù)；5. 協(xié)議初始化在通訊過程中的位數(shù)。在同樣情況下使用鑰匙 ID 作為喚醒碼可有效提髙系統(tǒng)的反應(yīng)速度。參考資料：1 韋康，劉正瓊，吳璽.PKE 系統(tǒng)在汽車電子中的應(yīng)用J：國外