第4章數(shù)據(jù)校驗(yàn)和防碰撞算法

1、合肥工業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院RFID技術(shù)基礎(chǔ)技術(shù)基礎(chǔ)單承贛 教授24 數(shù)據(jù)校驗(yàn)和防碰撞算法 在RFID系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾源嬖趦蓚€(gè)方面的問題：一是外界的各種干擾可能使數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生錯(cuò)誤；二是多個(gè)應(yīng)答器同時(shí)占用信道使發(fā)送數(shù)據(jù)產(chǎn)生碰撞。 運(yùn)用數(shù)據(jù)檢驗(yàn)（差錯(cuò)檢測(cè)）和防碰撞算法可分別解決這兩個(gè)問題。 34 數(shù)據(jù)校驗(yàn)和防碰撞算法 差錯(cuò) 隨機(jī)錯(cuò)誤：由信道中的隨機(jī)噪聲干擾引起。在出現(xiàn)這種錯(cuò)誤時(shí)，前后位之間的錯(cuò)誤彼此無關(guān)。 突發(fā)錯(cuò)誤：由突發(fā)干擾引起，當(dāng)前面出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，后面往往也會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，它們之間有相關(guān)性。 混合錯(cuò)誤 正確比特流00111000 接收比特流01100100 異或錯(cuò)誤圖樣 01011100

2、突發(fā)錯(cuò)誤長(zhǎng)度b=5 44 數(shù)據(jù)校驗(yàn)和防碰撞算法 差錯(cuò)控制 在傳輸信息數(shù)據(jù)中增加一些冗余編碼，使監(jiān)督碼元和信息碼元之間建立一種確定的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)差錯(cuò)控制編碼和差錯(cuò)控制解碼功能 。 反饋重發(fā)（ARQ）、前向糾錯(cuò)（FEC）和混合糾錯(cuò)（HEC） 反饋重發(fā)發(fā)送端需要在得到接收端正確收到所發(fā)信息碼元（通常以幀的形式發(fā)送）的確認(rèn)信息后，才能認(rèn)為發(fā)送成功。 前向糾錯(cuò)接收端通過糾錯(cuò)解碼自動(dòng)糾正傳輸中出現(xiàn)的差錯(cuò)，所以該方法不需要重傳。這種方法需要采用具有很強(qiáng)糾錯(cuò)能力的編碼技術(shù) 混合糾錯(cuò)是ARQ和FEC的結(jié)合，設(shè)計(jì)思想是對(duì)出現(xiàn)的錯(cuò)誤盡量糾正，糾正不了則需要通過重發(fā)來消除差錯(cuò)。 54 數(shù)據(jù)校驗(yàn)和防碰撞算法 檢糾錯(cuò)碼 信

3、息碼元與監(jiān)督碼元 信息碼元 k 監(jiān)督碼元r 64 數(shù)據(jù)校驗(yàn)和防碰撞算法 檢糾錯(cuò)碼的分類 74 數(shù)據(jù)校驗(yàn)和防碰撞算法 分組碼 碼組的監(jiān)督碼元僅與本碼組的信息碼元有關(guān)，而與其他碼元組的信息碼元無關(guān) 卷積碼 碼組的監(jiān)督碼元不僅與本碼組的信息碼元相關(guān)，而且與本碼組相鄰的前m個(gè)時(shí)刻輸入的碼組的信息碼元之間也具有約束關(guān)系 性能優(yōu)于分組碼 交織碼 利用交織技術(shù)構(gòu)造出來的編碼 84 數(shù)據(jù)校驗(yàn)和防碰撞算法 交織碼94 數(shù)據(jù)校驗(yàn)和防碰撞算法 RFID中的差錯(cuò)檢測(cè) CRC碼（循環(huán)冗余碼） 較強(qiáng)的檢錯(cuò)能力，硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單 算法步驟 104 數(shù)據(jù)校驗(yàn)和防碰撞算法 RFID中的差錯(cuò)檢測(cè) CRC碼（循環(huán)冗余碼） 較強(qiáng)的檢錯(cuò)能

4、力，硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單 算法步驟 將k位信息寫成k-1階多項(xiàng)式M(X)； 設(shè)生成多項(xiàng)式G(X)的階為r； 用模2除法計(jì)算XrM(X)/G(X)，獲得余數(shù)多項(xiàng)式R(X)； 用模2減法求得傳送多項(xiàng)式T(X)，T(X)= XrM(X)-R(X)，則T(X)多項(xiàng)式系數(shù)序列的前k位為信息位，后r位為校驗(yàn)位，總位數(shù)n=k+r。 114 數(shù)據(jù)校驗(yàn)和防碰撞算法 防碰撞算法 有兩個(gè)或兩個(gè)以上的應(yīng)答器同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，那么就會(huì)出現(xiàn)通信沖突，產(chǎn)生數(shù)據(jù)相互的干擾，即碰撞。 多個(gè)應(yīng)答器處在多個(gè)閱讀器的工作范圍之內(nèi)，它們之間的數(shù)據(jù)通信也會(huì)引起數(shù)據(jù)干擾。 采取防碰撞（沖突）協(xié)議，由防碰撞算法（Anti-collision Algor

5、ithms）和有關(guān)命令來實(shí)現(xiàn)。 124 數(shù)據(jù)校驗(yàn)和防碰撞算法 ALOHA算法 純ALOHA算法用于只讀系統(tǒng)。當(dāng)應(yīng)答器進(jìn)入射頻能量場(chǎng)被激活以后，它就發(fā)送存儲(chǔ)在應(yīng)答器中的數(shù)據(jù)，且這些數(shù)據(jù)在一個(gè)周期性的循環(huán)中不斷發(fā)送，直至應(yīng)答器離開射頻能量場(chǎng)。 時(shí)隙ALOHA算法 把時(shí)間分為離散的時(shí)間段（時(shí)隙），每段時(shí)間對(duì)應(yīng)一幀 動(dòng)態(tài)時(shí)隙ALOHA算法 閱讀器在等待狀態(tài)中的循環(huán)時(shí)隙段內(nèi)發(fā)送請(qǐng)求命令，該命令使工作應(yīng)答器同步，然后提供1或2個(gè)時(shí)隙給工作應(yīng)答器使用，工作應(yīng)答器將選擇自己的傳送時(shí)隙，如果在這1或2個(gè)時(shí)隙內(nèi)有較多應(yīng)答器發(fā)生了數(shù)據(jù)碰撞，閱讀器就用下一個(gè)請(qǐng)求命令增加可使用的時(shí)隙數(shù)（如4，8，），直至不出現(xiàn)碰撞為止

6、。 信道吞吐率 S=Ge-2G 信道吞吐率 S=Ge-G 134 數(shù)據(jù)校驗(yàn)和防碰撞算法 二進(jìn)制樹型搜索算法 144 數(shù)據(jù)校驗(yàn)和防碰撞算法 ISO/IEC 14443標(biāo)準(zhǔn)中的防碰撞協(xié)議 TYPE A 幀有3種類型：短幀、標(biāo)準(zhǔn)幀和面向比特的防碰撞幀。 命令集 REQA/WUPA命令 ATQA應(yīng)答 ANTICOLLISION和SELECT命令 SAK應(yīng)答 HALT命令 164 數(shù)據(jù)校驗(yàn)和防碰撞算法 PICC的狀態(tài) Power-off（斷電）狀態(tài) Idle（休閑）狀態(tài) Ready（就緒）狀態(tài) Active（激活）狀態(tài) Halt（停止）狀態(tài) 174 數(shù)據(jù)校驗(yàn)和防碰撞算法 防碰撞流程 184 數(shù)據(jù)校驗(yàn)和防

7、碰撞算法 TYPE B的防碰撞協(xié)議 REQB/WUPB命令 SLOT-MARKER命令 ATQB應(yīng)答 ATTRIB命令 HLTB命令及應(yīng)答 TYPE B防碰撞過程示例 204 數(shù)據(jù)校驗(yàn)和防碰撞算法 碰撞檢測(cè) 檢測(cè)接收到的電信號(hào)參數(shù)（如信號(hào)電壓幅度、脈沖寬度等）是否發(fā)生了非正常變化，但是對(duì)于無線電射頻環(huán)境，門限值較難設(shè)置； 通過差錯(cuò)檢測(cè)方法檢查有無錯(cuò)碼，雖然應(yīng)用奇偶校驗(yàn)、CRC碼檢查到的傳輸錯(cuò)誤不一定是數(shù)據(jù)碰撞引起，但是這種情況的出現(xiàn)也被認(rèn)為是出現(xiàn)了碰撞； 利用某些編碼的性能，檢查是否出現(xiàn)非正常碼來判斷是否產(chǎn)生數(shù)據(jù)碰撞，如曼徹斯特碼，若以2倍數(shù)據(jù)時(shí)鐘頻率的NRZ碼表示曼徹斯特碼，則出現(xiàn)11碼就說明產(chǎn)生了碰撞，并且可以知道碰撞發(fā)生在哪一位。 214 數(shù)據(jù)校驗(yàn)和防碰撞算法 設(shè)計(jì)實(shí)例 MCRF250芯片 非接觸可編程無源RFID器件 工作頻率（載波）為125kHz 兩種工作模式：初始模式（Native）和讀模式。 只讀數(shù)據(jù)傳送，片內(nèi)帶有一次性可編程（OTP）的96位或128位用戶存儲(chǔ)器（支持48位或64位協(xié)議）； 具有片上整流和穩(wěn)壓電路； 低功耗； 編碼方式為NRZ碼、曼徹斯特碼和差分曼徹斯特碼； 調(diào)制方式為