【正文】 有兩個(gè)主要特點(diǎn)，一是獨(dú)特的天線結(jié)構(gòu)和技術(shù)，使其讀寫(xiě)距離可以穩(wěn)定地達(dá)到 10cm 以上，同時(shí)其天線結(jié)構(gòu)中鑲嵌的特殊材料 (鐵氧體等材料 )使其天線電磁場(chǎng)的讀寫(xiě)距離非常均勻，沒(méi)有“死區(qū)”現(xiàn)象出現(xiàn)，二是 SONY 非接觸智能卡數(shù)據(jù)寫(xiě)操作失敗時(shí)的數(shù)據(jù)恢復(fù)功能。 TypeA 由 Philips 半導(dǎo)體公司首次開(kāi)發(fā)和使用，在亞洲等地區(qū)， TypeA 技術(shù)和產(chǎn)品占據(jù)了很大的市場(chǎng)份額。 表 3． 1IS015693 數(shù)率 3． 1． 2 IS014443 ISO 是英文 InternationalOrganizationForStandardization 的簡(jiǎn)寫(xiě)，即國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織， IEC 是 InternationalElectromechanical Commission 的簡(jiǎn)寫(xiě)，即國(guó)際電子科技化委員會(huì)， JTC(JointTechCommittee)是 ISO 和 IEC 組成的一個(gè)聯(lián)合技術(shù)委員會(huì)，負(fù)責(zé) ISO／ IEC 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的起草、討論、修正、制定、表決和公布等具體事宜， JTC分為各個(gè)子委員會(huì) SC(Submittee)，子委員會(huì)又分為各個(gè)工作組 WG(WorkGroup)，其中子委員會(huì) SCl7 下的 WG8 負(fù)責(zé) ISOl444 ISOl5693以及 ISOl5693 非接觸式智能卡標(biāo)準(zhǔn)具體起草、討論修正、制定、表決和最終 ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的公布【 24】 。讀寫(xiě)器應(yīng)能確定用哪種方式。 2． 6 本章小結(jié) 本章歸納了現(xiàn)有的二進(jìn)制樹(shù)防碰撞算法，將其分為三個(gè)基本類別，分別講述了其實(shí)現(xiàn)思路，進(jìn)行了實(shí)例演示，并且對(duì)其做了性能分析，結(jié)果表明，動(dòng)態(tài)算法和退避式算法是對(duì)基本算法的兩個(gè)改進(jìn)思路，具有各自的優(yōu)勢(shì)。 (3)讀寫(xiě)器 發(fā)送 Request(11100101)命令，所有應(yīng)答器響應(yīng)，將自身序列號(hào)與 SN(1ll 00101)比較，其中 T1(10100101)序列號(hào)小于該值，則 Tl返回序列號(hào)，在讀寫(xiě)器接收端不發(fā)生碰撞，讀寫(xiě)器檢測(cè)到返回?cái)?shù)據(jù)為 10100l01，做如下處理：將該值作為下一次 Sleep 命令參數(shù)值，即 Sleep(10100101)。低于該位者不變，高于該位者置 1。采用該返回思路的二進(jìn)制樹(shù)算法，稱為退避式二進(jìn)制樹(shù)算法。注： Request(SN)初始值設(shè)為 Request(11ll1111)。 2． 4． 3 性能評(píng)價(jià) 與 3． 3． 2基本二進(jìn)制樹(shù)實(shí)例圖比較可知，動(dòng)態(tài)二進(jìn)制樹(shù)算法的識(shí)別過(guò)程中，節(jié)點(diǎn)數(shù)目，循環(huán)輪次都是一樣的，但是每次循環(huán)過(guò)程中，讀寫(xiě)器命令與應(yīng)答器指令所攜帶的參數(shù)都是在動(dòng)態(tài)改變長(zhǎng)度的，所以動(dòng)態(tài)算法的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是算法執(zhí)行過(guò)程中數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間；二是算法執(zhí)行過(guò)程中數(shù)據(jù)信息量。 (2)讀寫(xiě)器發(fā)送 Request(0l01)命令，所有應(yīng)答器響應(yīng)，將自身序列號(hào)與該SN(0101)比較，其中 Tl(10l00101)， T3(110l0l01)的序列號(hào)低四位等于該值，則 T1， T3 返回剩余位給讀寫(xiě)器，在讀寫(xiě)器接收端發(fā)生碰撞，讀寫(xiě)器檢測(cè)到返回?cái)?shù)據(jù)為 lXXX，讀寫(xiě)器做如下處理：將碰撞起始位 D5 位置 0，低于該位者不變，得到 0010l，作為下一次 Request 命令參數(shù)值，即 Request(00l01)。發(fā)生碰撞時(shí)，將最大序列號(hào)中對(duì)應(yīng)的碰撞起始位置為 0。這兩種選擇方式并沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別，在本文中，采取其中的一種，即：讀寫(xiě)器檢測(cè)到碰撞后，將碰撞起始位置 0，低位不變，從而將碰撞起始位 (置為 O)加低位作為新 Request 命令參數(shù)，應(yīng)答器響應(yīng)，從低位開(kāi)始比較，若對(duì)應(yīng)位等于該參數(shù)，則返回剩余位給讀寫(xiě)器，如果只有 _個(gè)應(yīng)答器響應(yīng)，讀寫(xiě)器檢 測(cè)到無(wú)碰撞發(fā)生，則將上一次發(fā)出的Request 命令參數(shù)與應(yīng)答器返回的剩余位組合起來(lái)，作為新的 Sleep 命令參，該參數(shù)也即是剛剛做出響應(yīng)的這個(gè)應(yīng)答器的序列號(hào)。注：Request( )初始值設(shè)為 Request(1l111111)，約定當(dāng)參數(shù)值為全 1時(shí)，應(yīng)答器返回完整序列號(hào)。 (2)減少應(yīng)答器分組的詢問(wèn)次數(shù)。假設(shè)有 n個(gè)應(yīng)答器，從讀寫(xiě)器到應(yīng)答器的傳輸時(shí)間為 tl，反之為 t2．總時(shí)間為 t，則傳輸?shù)目倳r(shí)間 t 可以用式 來(lái)表示【 22】： 數(shù) 學(xué)歸納法證明如下： 假設(shè)只有一個(gè)應(yīng)答器，則讀寫(xiě)器發(fā)送命令，應(yīng)答器響應(yīng)，無(wú)碰撞，識(shí)別出應(yīng)答器。根據(jù)前面的分析可知，做為一種確定性的算法，基本二進(jìn)制樹(shù)一輪循環(huán)總能識(shí)別出一個(gè)應(yīng)答器，所以在 n個(gè)應(yīng)答器的前提下，經(jīng)過(guò) n次循環(huán)可以識(shí)別出 N 個(gè)應(yīng)答器，所以整個(gè)過(guò)程中的循環(huán)次數(shù)為 n． 搜索次數(shù) 定義為算法執(zhí)行命令的次數(shù)。 (11)啟動(dòng)第四輪循環(huán)，讀寫(xiě)器發(fā)送 Request(1l111111)命令，除 Tl， T3， T2外所有應(yīng)答器響應(yīng)該命令，將自身序列號(hào)與該 SN(11l1l111)比較，均小于該值，則所有應(yīng)答器均返回自身序列號(hào)給讀寫(xiě)器，因?yàn)橹挥袘?yīng)答器 T4 返回?cái)?shù)據(jù)，所以在讀寫(xiě)器接收端不發(fā)生碰撞，讀寫(xiě)器檢測(cè)到返回?cái)?shù)據(jù)為 11101101，讀寫(xiě)器做如下處理：將該數(shù)值作為下一次 Sleep 命令攜帶的參數(shù)值，即 Sleep(1l1 01101)。 (7)讀寫(xiě)器發(fā)送 Sleep(1l010101)命令，所有應(yīng)答器響應(yīng)該命令，將自身序列號(hào)與該 SN(110l 0101)比較，其中 T3(11010101)的序列 號(hào)等于該值，則 T3 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。 (3)讀寫(xiě)器發(fā)送 Request(11100101)命令，所有應(yīng)答器響應(yīng)該命令，將自身序列號(hào)與該 SN(111 00l01)比較，其中 Tl(10100l01)的序列號(hào)小于該值，則 Tl返回自身序列號(hào)給讀寫(xiě)器，在讀寫(xiě)器接收端不發(fā)生碰撞，讀寫(xiě)器檢測(cè)到返回?cái)?shù)據(jù)為 10100101，讀寫(xiě)器做如下處理：將該數(shù)值作為下一次 Sleep 命令攜帶的參數(shù)值，即 Sleep(10100101)。 2． 3． 2 實(shí)例演示 根據(jù)上述分析，下面給出一個(gè)基本二進(jìn)制樹(shù)搜索算法的實(shí)例演示，如圖 2． 4 所示。 (4) 循環(huán)這個(gè)過(guò)程，就可以選出一個(gè)最小序列號(hào)的應(yīng)答器，與該應(yīng)答器進(jìn)行正常通信后，發(fā)出命令使該應(yīng)答器進(jìn)入休眠狀態(tài)，即除非重新上電，否則不再響應(yīng)讀寫(xiě)器請(qǐng)求命令。 (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(xiě)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 。事實(shí)上，分類所得的這些算法中也有互相重合的，如動(dòng)態(tài)二進(jìn)制樹(shù)算法既可以采用前進(jìn)思路，也可以采用退避思路。 (1)命令參數(shù)是 1bit 數(shù)據(jù)，還是多 bit 數(shù)據(jù)。一般來(lái)說(shuō)， 在二進(jìn)制樹(shù)防碰撞算法中，系統(tǒng)都能夠滿足馬爾可夫鏈的兩個(gè)遍歷性分布條件，即作為一種確定型的算法，二進(jìn)制樹(shù)防碰撞算法是穩(wěn)定的。 n≥ 2，由于應(yīng)答器序列號(hào)的唯一性，將有碰撞發(fā)生，在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)發(fā)生碰撞的概率 p 是一個(gè)隨機(jī)事件，在 n 個(gè)應(yīng)答器信息包中 i個(gè)發(fā)生碰撞的概率為： 給出 i個(gè)碰撞，則 CRI的長(zhǎng)度為： 其中 1是 n個(gè)信息包最初的一個(gè)時(shí)隙， 是 i個(gè)碰撞的順利傳輸?shù)臅r(shí)隙， 13 是 ni個(gè)無(wú)碰撞傳輸?shù)臅r(shí)隙。 圖 2． 1 應(yīng)答器序列號(hào)數(shù)據(jù)格式 讀寫(xiě)器與應(yīng)答器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，往往要傳輸序列號(hào)的部分或者全部位，此時(shí)的傳輸順序定義為：先發(fā)送低位，再發(fā)送高位。 2． 2 RFID 二進(jìn)制樹(shù)防碰撞算法概述 2． 2． 1 基本概念 在 RFID 防碰撞算法中，二進(jìn)制樹(shù)算法是目前應(yīng)用最廣泛的一種 ，之所以稱為“二進(jìn)制樹(shù)”，是因?yàn)樵谒惴▓?zhí)行過(guò)程中，讀寫(xiě)器要多次發(fā)送命令給應(yīng)答器，每次命令都把應(yīng)答器分成兩組，多次分組后最終得到唯一的一個(gè)應(yīng)答器，在這個(gè)分組過(guò)程中，將 對(duì)應(yīng)的命令參數(shù)以節(jié)點(diǎn)的形式存儲(chǔ)起來(lái)，就可以得到一個(gè)數(shù)據(jù)的分叉樹(shù)，而所有的這些數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)又是以二進(jìn)制的形式出現(xiàn)的，所以稱為“二進(jìn)制樹(shù)”。 在上述前提下，有兩種類型的通信方式，一種是讀寫(xiě)器發(fā)送的數(shù)據(jù)同時(shí)被多個(gè)應(yīng)答器接收，稱為“無(wú)線廣播”，另一種是多個(gè)應(yīng)答器的數(shù)據(jù)同時(shí)傳送給讀寫(xiě)器，稱為“多路存取”，兩者都是無(wú)線電技術(shù)中長(zhǎng)期面臨的難題，同時(shí)也發(fā)展出一系列相應(yīng)的解決思路，一般來(lái)說(shuō)分為四種，即空分多路 (SDMA)，碼分多路 (CDMA),頻分多路 (FDMA)，時(shí)分多路 (TDMA)，從 RFID 系統(tǒng)的通信形式、功耗、 系統(tǒng)復(fù)雜性以及成本多方面綜合考慮，時(shí)分多路法是最有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的，它也是目前RFID 防碰撞算法應(yīng)用中最廣泛的一類，時(shí)分多路 法的基本思想是把整個(gè)可供使用的通路容量按時(shí)間分配給多個(gè)用戶，從而達(dá)到在不同時(shí)隙將各個(gè)應(yīng)答器一 一識(shí)別出來(lái)的目的【 11】 。二進(jìn)制樹(shù)防碰撞算法在多個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中均有規(guī)定，基于 IS014443 標(biāo) 準(zhǔn)的 TYPEA 是其中的一個(gè)典型例子，本章首先介紹了涉及到二進(jìn)制樹(shù)防碰撞算法的幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，其次詳細(xì)研究了 ISOl4443 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)二進(jìn)制樹(shù)防碰撞算法的規(guī)定，最后提出了在此基礎(chǔ)上的改進(jìn)算法，這也是本章的重點(diǎn)。系統(tǒng)的介紹了 RFID 技術(shù)，描述了典型 RFID 系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)組成，提出了 RFID 系統(tǒng)的分類思想，講述了 RFID 系統(tǒng)的工作原理，以及其應(yīng)用范圍，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了 RFID 技術(shù)的現(xiàn)狀和所面臨的主要問(wèn)題，由此體現(xiàn)了研究 RFID 關(guān)鍵技術(shù)防碰撞算法的意義，明確了本文的主要研究?jī)?nèi)容。解決碰撞的過(guò)程相應(yīng)的被稱為防碰撞，如前所述，該防碰撞過(guò)程主要從軟件的角度來(lái)予以解決，稱為防碰撞算法 【 8】 。 1． 4 課題提出的背景及其意義 早期的 RFID 技術(shù)很少涉及到防碰撞問(wèn)題，而在近年來(lái)，隨著 RFID 技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，使得防碰撞問(wèn)題日 益成為制約 RFID 發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，原因有兩個(gè)，首先，早期的 RFID 一般是近距離感應(yīng)耦合式系統(tǒng)，其操作頻率 功率普遍較低，讀取的速度慢，范圍小，所以也較少有發(fā)生碰撞的可能，而目前 RFID應(yīng)用中多目標(biāo)識(shí)別成為了主流方向，這就要求實(shí)現(xiàn)在多個(gè)物品中正確的識(shí)別出單個(gè)目標(biāo)；其次，早期的 RFID 應(yīng)用沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)范，各個(gè)廠家的 RFID 產(chǎn)品也僅是 10 應(yīng)用在單個(gè)的系統(tǒng)當(dāng)中，不存在碰撞的可能，而近年來(lái) RFID 應(yīng)用迅速發(fā)展，各個(gè)不同 RFID 制造商的產(chǎn)品之間的不兼容，也帶來(lái)了碰撞問(wèn)題。因此，如何保證迅速快捷，又安全可靠的同時(shí)識(shí)別多個(gè)目標(biāo)，就成為了 RFID 技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵性技術(shù)。而要建立一個(gè)全球互聯(lián)的 RFID 產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn) RFID技術(shù)的飛躍發(fā)展，就必須解決標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的難題，近年來(lái)，隨著 RFID 技術(shù)的應(yīng) 用越發(fā)廣泛，有識(shí)之士都意識(shí)到并著手解決這個(gè)問(wèn)題，目前主要有兩種思路，一是生產(chǎn)出適應(yīng)于不同標(biāo)準(zhǔn)，多制式兼容的 RFID 產(chǎn)品，二是制定一個(gè)統(tǒng)一的 RFID碩十學(xué)位論 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。目前在日本和歐洲已經(jīng)有了類似的應(yīng)用。 (2)身份識(shí)別 利用 RFID 技術(shù)，將應(yīng)答器嵌入到身份證，護(hù)照等各種證件當(dāng)中 ，甚至植入動(dòng)物皮毛，用來(lái)跟蹤和識(shí)別目標(biāo)。在數(shù)據(jù)的雙向傳輸過(guò)程中，是通過(guò)電磁場(chǎng)的相互感應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該過(guò)程也可以用變壓器的模型來(lái)予以參考。 根據(jù)應(yīng)答器供電方式， RFID 系統(tǒng)可以分為三個(gè)方面： (1)無(wú)源系統(tǒng)：由讀寫(xiě)器負(fù)責(zé)給應(yīng)答器供電。 (3)遠(yuǎn)距離系統(tǒng)：典型的作用范圍為 l～ 10m。微軟公司近年來(lái)也介入了 RFID 技術(shù)領(lǐng)域，所瞄準(zhǔn)的就是 RFID 系統(tǒng)后端應(yīng)用的相關(guān)軟件和服務(wù)。 CODE 等。通常來(lái)說(shuō)，應(yīng)答器由耦合元件和微電子芯片組成，主要電氣性能為工作頻率，讀寫(xiě)能力，數(shù)據(jù)傳輸率，信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量，防碰撞能力，信息安全性能等，應(yīng)答器的分類也是以這些性能為依據(jù)的，例 如根據(jù)存儲(chǔ)器可將應(yīng)答器分為 EEPROM， FROM(鐵電存儲(chǔ)器 )， SRAM(靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器 )，根據(jù)信息注入方式可分為集成電路固化，現(xiàn)場(chǎng) 線改寫(xiě)，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線改寫(xiě)，根據(jù)電源供給方式分為無(wú)源，半無(wú)源，有源。 RFID 被譽(yù)為二十一世紀(jì)的十大戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一，可以預(yù)想，未來(lái) RFID 技術(shù)的發(fā)展空間是無(wú)限廣闊的。在傳統(tǒng)思路中，一般是通過(guò)單片機(jī)來(lái)進(jìn)行算法處理，隨著 RFID 技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)的一個(gè)重要方向是現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列 FPGA，做為一種現(xiàn)場(chǎng)可編程的專用集成電路， FPGA 擁有高速度，可編程等多個(gè)適應(yīng)于算法處理的優(yōu)點(diǎn)，從而為 RFID 防碰撞算法問(wèn)題開(kāi)辟了新的有效途徑根據(jù)上述分析，全文針對(duì) RFID系統(tǒng)二進(jìn)制樹(shù)防碰撞算法 ，進(jìn)行了理論與實(shí)踐方面的探討，主要分為三個(gè)方面，首先是二進(jìn)制樹(shù)算法的理論研究，將現(xiàn)有的二進(jìn)制樹(shù)算法進(jìn)行了歸納，匯總為基本算法，動(dòng)態(tài)算法，退避式算法三類，闡述了各個(gè)算法的思路，對(duì)其進(jìn)行了性能評(píng)價(jià)；其次，在現(xiàn)有的三類防碰撞算法的基礎(chǔ)上，提出了一種新的改進(jìn)型二進(jìn)制樹(shù)算法，該算法識(shí)別速度快，執(zhí)行效率高，極大的改進(jìn)了識(shí)別效果。 1 南 陽(yáng) 理 工 學(xué) 院 本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 學(xué)院（系）： 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 通信工程 學(xué) 生： 指導(dǎo)教師： 完成日期 2021 年 4 月