【正文】 ................................................ 12 2． 2． 3算法分類 ................................................ 13 2． 3 基本二進(jìn)制樹防碰撞算法 ........................................ 14 2． 3． 1算法思路 ................................................ 14 2． 3． 2實(shí)例演示 ................................................ 15 2． 3． 3性能評(píng)價(jià) ................................................ 17 2． 4 動(dòng)態(tài)二進(jìn)制樹防碰撞算法 ........................................ 19 2． 4． 1算法思路 ................................................ 19 2． 4． 2實(shí)例演示 ................................................ 21 2． 4． 3性能評(píng)價(jià) ................................................ 22 2． 5 退避式二進(jìn)制樹防碰撞算法 ...................................... 22 2． 5． 1算法思路 ................................................ 22 2． 5． 2實(shí)例演示 ................................................ 24 2． 5． 3性能評(píng)價(jià) ................................................ 25 2． 6 本章小結(jié) ...................................................... 25 3 改進(jìn)型二進(jìn)制樹防碰撞算法 .................................... 25 3． 1 涉及二進(jìn)制樹算法的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) .................................... 25 3． 1． 1 IS0 15693 .............................................. 25 3． 1． 2 IS014443 ............................................... 26 3． 2 IS014443 標(biāo)準(zhǔn)二進(jìn)制樹防碰撞算法 ............................... 27 3． 2． 1基本概念 ................................................ 27 3． 2． 2算法思路 ................................................ 28 3． 3 改進(jìn)型二進(jìn)制樹防碰撞算法 ...................................... 32 3． 3． 1改進(jìn)方向 ................................................ 32 3． 3． 2基本概念 ................................................ 32 5 3． 3． 4實(shí)例演示 ................................................ 37 3． 4 本章小結(jié) ...................................................... 39 4 FPGA 實(shí)現(xiàn)改進(jìn)型二進(jìn)制樹防碰撞算法 ............................ 40 4． 1 FPGA 技術(shù) ..................................................... 40 4． 1． 1 FPGA 簡(jiǎn)介 ............................................... 40 4． 1． 2 FPGA 設(shè)計(jì)流程 ........................................... 40 4． 1． 3 FPGA 設(shè)計(jì)工具 ........................................... 42 4． 1． 4 FPGA 設(shè)計(jì)語(yǔ)言 ........................................... 45 4． 1． 5 TestBench 驗(yàn)證平臺(tái) ...................................... 45 4． 2 RFID 系統(tǒng)中的防碰撞模塊 ....................................... 46 4． 3 FPGA 實(shí)現(xiàn)算法流程 ............................................. 46 4． 4 曼徹斯特解碼模塊 .............................................. 47 4． 5 命令處理模塊 .................................................. 50 4． 5． 1請(qǐng)求命令處理 ............................................ 50 4． 5． 2防碰撞命令處理 .......................................... 51 4． 5． 3選擇命令處理 ............................................ 53 4． 5． 4去選擇命令處理 .......................................... 53 4． 6 命令選擇模塊 .................................................. 53 4． 7 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊 .................................................. 55 4． 8 密勒編碼模塊 .................................................. 56 4． 9 模塊連接 ...................................................... 57 4． 10 本章小結(jié) ..................................................... 58 結(jié)論 ........................................................ 58 致謝 ........................................................ 62 6 1 引言 1． 1 RFID 技術(shù) 簡(jiǎn)介 自動(dòng)設(shè)備識(shí)別技術(shù)是目前國(guó)際上發(fā)展很快的一項(xiàng)新技術(shù)，英文名稱為Automatic Equipment Identif ication，簡(jiǎn)稱 AEI，它通過(guò)一些先進(jìn)的技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)人們對(duì)各種設(shè)備在不同狀態(tài)下的自動(dòng)識(shí)別和管理【 ll】 。一般來(lái)說(shuō)，應(yīng)用最廣泛的是無(wú)源 +集成電路固化 +靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)的應(yīng)答器。 綜上所述，一個(gè)典型的 RFID 系統(tǒng)的組成如圖所示： 圖 RFID 系統(tǒng)組成 1． 2． 2 RFID 系統(tǒng)分類 RFID 系統(tǒng)依據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)，可以分為很多類別，各個(gè)不同 的 RFID 系統(tǒng)，在工作方式和應(yīng)用范圍上，有著各自不同的特點(diǎn)，在應(yīng)用時(shí)要根據(jù)實(shí)際需要來(lái)選擇。 (2)半無(wú)源系統(tǒng)：應(yīng)答器內(nèi)的電池僅做輔助作用。這方面應(yīng)用的典型例子是我國(guó)目前實(shí)行的二代身份證，它基于 ISO／ IEC14443 標(biāo)準(zhǔn)定義的 TYPE B 類型卡。但是 RFID 本身的技術(shù)難度，以及標(biāo)準(zhǔn)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)利益的沖突，使得該目標(biāo)實(shí)施起來(lái)非常困難?？傊捎诙嗄繕?biāo)識(shí)別應(yīng)用的需要， RFID 系統(tǒng)防碰撞問(wèn)題 成為了關(guān)鍵技術(shù)，為了解決碰撞，可以從硬件和軟件兩方面著手，由于 RFID 系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用限制了成本，所以，硬件實(shí)現(xiàn)是不實(shí)際的，因此就需要采用一定的防碰撞算法來(lái)予以解決。 第 2 章：現(xiàn)有 RFID 二進(jìn)制樹防碰撞算法。時(shí)分多路法按照能量的供給者可以分為兩大類，一類是應(yīng)答器驅(qū)動(dòng)型，另一類是讀寫器驅(qū)動(dòng)型，這也正是對(duì)應(yīng)了第一章中 RFID系統(tǒng)分類思路中的有源系統(tǒng)和無(wú)源系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況，無(wú)源系統(tǒng)是應(yīng)用最廣泛的一類，所以下文重點(diǎn)研究讀寫器驅(qū)動(dòng)型的時(shí)分多路法。 在讀寫器或者應(yīng)答器內(nèi)部，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較時(shí)，遵循這樣的原則，即按位依次比較，先比較低位，再比較高位，約定 01，根據(jù)這個(gè)比較順序，在判斷大小時(shí)，低位數(shù)據(jù)優(yōu)先，即兩數(shù)A， B 相比較，從低位開(kāi)始的第一個(gè)不相等位的大小決定了兩數(shù)的大小，只有當(dāng)兩個(gè)數(shù)的全部位均相等時(shí)，兩數(shù)才相等。算法的第三個(gè)重要性能是系統(tǒng)通信復(fù)雜度，顯而易見(jiàn)，系統(tǒng)的通信雙方是讀寫器與應(yīng)答器，則通信復(fù)雜度也應(yīng)該從這兩方面著手考慮，即讀寫器與應(yīng)答器各自發(fā)送的數(shù)據(jù)位的位 數(shù)。另外，在具體應(yīng)用時(shí)，可能還存在多種不同的說(shuō)法，如 lbit 長(zhǎng)二進(jìn)制樹中還有修正二進(jìn)制樹 MBBT，加強(qiáng)二進(jìn)制樹 EBBT 等區(qū)別【 20】 。也就是說(shuō)，下一次讀寫器再發(fā)最大序列號(hào)時(shí)，該應(yīng)答器不再響應(yīng)。 (4)讀寫器發(fā)送 Sleep(10100101)命令，所有應(yīng)答器響應(yīng)該命令，將自身序列號(hào)與該 SN(10l00111)比較，其中 T1(10l00101)的序列號(hào)等于該值，則 T1 執(zhí)行該命令，進(jìn)入休眠狀態(tài)，即除非重新上電，否則不再響應(yīng) Request 命令。 (12)讀寫器發(fā)送 Sleep(1ll 01101)命令，所有應(yīng)答器響應(yīng)，將自身序列號(hào)與該 SN(11101l01)比較，其中 T4(1l1 01101)的序列號(hào)等于該值，則 T4 執(zhí)行該命令，進(jìn)入休眠狀態(tài)，即除非重新上電，否則不再響應(yīng) Request 命令。 假設(shè)有兩個(gè)應(yīng)答器，則讀寫器發(fā)送命令，兩個(gè)應(yīng)答器響應(yīng)，發(fā)生碰撞，為第一次過(guò)程，該時(shí)間為： 讀寫器修改命令參數(shù)，發(fā)出命令，僅一個(gè)應(yīng)答器響應(yīng)，則識(shí)別出該應(yīng)答器， 這一次過(guò)程時(shí)間與前一次一致，讀寫器再發(fā)送命令，最后一個(gè)應(yīng)答器響應(yīng)，得到 識(shí)別，時(shí)間也是一樣的，則總時(shí)間為： 當(dāng)有 n個(gè)應(yīng)答器時(shí)，假設(shè)識(shí)別總時(shí)間為： 則當(dāng) n+1 個(gè)應(yīng)答器時(shí)，讀寫器首先發(fā)送命令，應(yīng)答器全體響應(yīng)，發(fā)生碰撞，這個(gè)過(guò)程時(shí)間為： 讀寫器修改 命令參數(shù)，發(fā)出命令， k 個(gè)應(yīng)答器響應(yīng)，余下 p 個(gè)不響應(yīng)， k+p=n+l，則識(shí)別出該 k 個(gè)應(yīng)答器需要時(shí)間為： 再識(shí)別余下 p 個(gè)需要時(shí)間為： 則這兩者時(shí)間之和為： 加上前一次的． t1+t2，總時(shí)間為： 19 得證。 (2)休眠命令 Sleep(SN)，該命令攜帶一個(gè)參數(shù) SN，應(yīng)答器接收到該命令，將自身的 SN與接收到的 SN 比較，若等 于，則該應(yīng)答器被選中，進(jìn)入休眠狀態(tài)，也即是不再響應(yīng) Request 命令，除非該應(yīng)答器通過(guò)先離開(kāi)讀寫器工作范圍再進(jìn)入的方式重新上電，才可以再次響應(yīng) Request 命令。低于該位者不變。根據(jù)分析，算法執(zhí)行過(guò)程中，讀寫器與應(yīng)答器傳送的 數(shù)據(jù)主體是應(yīng)答器的序列號(hào)，為了便于分析，假定數(shù)據(jù)交換過(guò)程中，雙方只傳送序列號(hào) SN，則在基本算法中，讀寫器與應(yīng)答器均傳送了序列號(hào)全部長(zhǎng)度，而在動(dòng)態(tài)算法中，讀寫器傳送序列號(hào)的部分位，應(yīng)答器再傳送剩余位，兩者組合起來(lái)才得到全部的序列號(hào)，顯然，雖然每次傳送時(shí)動(dòng)態(tài)算法的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度不同，但是在整個(gè)算法執(zhí)行過(guò)程中，基本算法傳送了兩倍序列號(hào)，動(dòng)態(tài)算法則只傳送了一倍數(shù)據(jù)量，從而可知，動(dòng)態(tài)算法傳送的信息量是基本算法的 50％，從而數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間也是原基本算法的 50在本例中，由于假定了應(yīng)答器的序列號(hào)為 8 位長(zhǎng)度二進(jìn)制數(shù)，所以這個(gè)動(dòng)態(tài)變化 的優(yōu)勢(shì)并不明顯，然而，事實(shí)上在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)答器序列號(hào)長(zhǎng)度往往是極大的，比如說(shuō)常見(jiàn)的是 96 位，在這樣的情況下，動(dòng)態(tài)算法的優(yōu)勢(shì)就體現(xiàn)出來(lái)了。 退避式二進(jìn)制樹算法的步驟如下： (1) 應(yīng)答器進(jìn)入讀寫器工作范圍，讀寫器發(fā)出一個(gè)最大序列號(hào)，所有應(yīng)答器的序列號(hào)均小于該最大序列號(hào)，所以在同一時(shí)刻將自身序列號(hào)發(fā)回給讀寫器。 (4)讀寫器發(fā)送 Sleep(10l00l01)命令，所有應(yīng)答器響應(yīng)，將自身序列號(hào)與該SN(10100ll1)比較，其中 T1(10100l01)的序列號(hào)等于該值，則 Tl 執(zhí)行該命令，進(jìn)入休眠狀態(tài)， 即除非重新上電，否則不再對(duì) Request 命令做出響應(yīng)。 100％幅值調(diào)制 10％的幅值調(diào)制 數(shù)據(jù)編碼 數(shù)據(jù)編碼采用脈沖位置調(diào)制。 TypeA 技術(shù)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單扼要，應(yīng)用項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)周期可以很短，同時(shí)又能起到足夠的保密作用，可以適用于非常多的應(yīng)用場(chǎng) 合。 TypeC 由日本索尼公司研制。 數(shù)率：有高和低兩種數(shù)率。 25 2． 5． 3 性能評(píng)價(jià) 與基本二進(jìn)制樹比較可知，退避式算法每次傳送的數(shù)據(jù)信息量與基本算法是