【正文】 空包裹的管理和應(yīng)用 4． 集裝箱的管理和應(yīng)用 FGSJJLKSJGKLJG JLS JGKJ KJ SKJ KJSKLGJKSJLKSJKL KSGK JKLGJSLSK JSGKL JLSGJSLJ GJGKL JLSJ KL JGKL JGKL JKL 5． 鐵路包裹的管理和應(yīng)用 6． 后勤管理系統(tǒng)的應(yīng)用 符合的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)： a) ISO/IEC 180006 定義了超高頻的物理層和通訊協(xié)議；空氣接口定義了 Type A和 Type B 兩部分；支持可讀和可寫(xiě)操作。例如： Class 0, Class 1, UHF Gen2。 在將來(lái)，超高頻的產(chǎn)品會(huì)得到大量的應(yīng)用。 有源 RFID 技術(shù)（ 、 ） 有源 RFID 具備低發(fā)射功率、通信距離長(zhǎng)、傳輸數(shù)據(jù)量大 ,可靠性高和兼容性好等特點(diǎn) ,與無(wú)源 RFID 相比 ,在技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)非常明顯 ， 被廣泛地應(yīng)用到公路收費(fèi)、港口貨運(yùn)管理等應(yīng)用中。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的進(jìn)步以及生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，射頻識(shí)別產(chǎn)品的成本將不斷的降低，其應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。讀寫(xiě)器是 RFID 系統(tǒng)中最重要的基礎(chǔ)設(shè)施，一方面， RFID 標(biāo)簽返回的微弱電磁信號(hào)通過(guò)天線進(jìn)入讀寫(xiě)器的射頻模塊中轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)過(guò)讀寫(xiě)器的數(shù)字信號(hào)處理單元對(duì)其進(jìn)行必要的加工整形，最后從中解調(diào)出返回的信息，完成對(duì) RFID 標(biāo)簽的識(shí)別或讀 /寫(xiě)操作；另一方面，上層中間件及應(yīng)用軟件與讀寫(xiě)器進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)操作指令的執(zhí)行和數(shù)據(jù)匯總上傳。未來(lái)的讀寫(xiě)器呈現(xiàn)出智能化、小型化和集成化趨勢(shì)，還將具備更加強(qiáng)大的前端控制功能，例如直接與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的其它設(shè)備進(jìn)行交互甚至是作為控制器進(jìn)行在線調(diào)度。 天線 天線（ antenna）是 RFID 標(biāo)簽和讀寫(xiě)器之間實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)空間傳播和建立無(wú)線通訊連接的設(shè)備。目前的天線產(chǎn)品多采用收發(fā)分離技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)射和接收功能的集成。高性能的天線不僅要 求具有良好的阻抗匹配特性，還需要根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的特點(diǎn)對(duì)方向特性、極化特性和頻率特性等進(jìn)行專門(mén)設(shè)計(jì)。被動(dòng)式 RFID 標(biāo)簽由標(biāo)簽芯片和標(biāo)簽天線或線圈組成，利用電感耦合或電磁反向散射耦合原理實(shí)現(xiàn)與讀寫(xiě)器之間的通訊。當(dāng) RFID 標(biāo)簽進(jìn)入讀寫(xiě)器的作用區(qū)域，就可以根據(jù)電感耦合原理（近場(chǎng)作用范圍內(nèi)）或電磁反向散射耦合原理（遠(yuǎn)場(chǎng)作用范圍內(nèi)）在標(biāo)簽天線兩端產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)差，并在標(biāo)簽芯片通路中形成微弱電流，如果這個(gè)電流強(qiáng)度超過(guò)一個(gè)閾值，就將激活 RFID 標(biāo)簽芯片電FGSJJLKSJGKLJG JLS JGKJ KJ SKJ KJSKLGJKSJLKSJKL KSGK JKLGJSLSK JSGKL JLSGJSLJ GJGKL JLSJ KL JGKL JGKL JKL 路工作，從而對(duì)標(biāo)簽芯片中的存儲(chǔ)器進(jìn)行讀 /寫(xiě)操作，微控制器還可以進(jìn)一步加入諸如密碼或防碰撞算法等復(fù)雜功能。 RFID 中間件 中間件（ middleware）是一種面向消息的、可以接受應(yīng)用軟件端發(fā)出的請(qǐng)求、對(duì)指定的一個(gè)或者多個(gè)讀寫(xiě)器發(fā)起操作并接收、處理后向應(yīng)用軟件返回結(jié)果數(shù)據(jù)的特殊化軟件。中間件的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)還可以根據(jù)一個(gè)或多個(gè)讀寫(xiě)器的讀寫(xiě)器事件進(jìn)行過(guò)濾、聚合和計(jì)算，抽象出對(duì)應(yīng)用軟件有意義的業(yè)務(wù)邏輯信息構(gòu)成業(yè)務(wù)事件，以滿足來(lái)自多個(gè)客戶端的檢索、 發(fā)布 /訂閱和控制請(qǐng)求。由于應(yīng)用軟件需要根據(jù)不同應(yīng)用領(lǐng)域的不同企業(yè)進(jìn)行專門(mén)制定，因此很難具有通用性。 RFID 系統(tǒng)工作原理 RFID 技術(shù)的基本工作原理并不復(fù)雜：標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號(hào)，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息（ Passive Tag，無(wú)源標(biāo)簽或被動(dòng)標(biāo)簽），或者主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)（ Active Tag，有源標(biāo)簽或主動(dòng)標(biāo)簽）；解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。 以 RFID 卡片閱讀器及電子標(biāo)簽之間的通訊及能量感應(yīng)方式來(lái)看大致上可以分成 , 感應(yīng)偶合 (Inductive Coupling) 及后向散射偶合 (Backscatter Coupling)兩種 , 一般低頻的 RFID 大都采用第一種式 , 而較高頻大多采用第二種方式。閱讀器通常由耦合模塊、 收發(fā)模塊、控制模塊和接口單元組成。 在實(shí)際應(yīng)用中，可進(jìn)一步通過(guò) Ether 或 WLAN 等實(shí)現(xiàn)對(duì)物體識(shí)別信息的采集、處理及遠(yuǎn)程傳送等管理功能。 FGSJJLKSJGKLJG JLS JGKJ KJ SKJ KJSKLGJKSJLKSJKL KSGK JKLGJSLSK JSGKL JLSGJSLJ GJGKL JLSJ KL JGKL JGKL JKL 第四章 RFID 系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)編碼與防沖突技 術(shù) 編碼與校驗(yàn) RFID 系統(tǒng)通信模型 射頻識(shí)別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與通信系統(tǒng)的基本模型相類似，滿足了通信功能 的基本要求。讀寫(xiě)器與電子標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)傳輸需要三個(gè)主要的功能塊，如圖 1 所示。 圖 射頻識(shí)別系統(tǒng)的基本通信結(jié)構(gòu)框圖 在圖中，信號(hào)編碼系統(tǒng)的作用是對(duì)要傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行編碼，以便傳輸信號(hào)能夠盡可能最佳地與信道相匹配，這樣的處理包括了對(duì)信息提供某種程度的保護(hù)，以防止信息受干擾或相碰撞，以及對(duì)某些信號(hào)特性的蓄意改變。射頻識(shí)別系統(tǒng)信道的傳輸介質(zhì)為磁場(chǎng)（電感耦合）和電磁波（微波）。信號(hào)譯碼的作用則是對(duì)從解調(diào)器傳來(lái)的基帶信號(hào)進(jìn)行譯碼，恢復(fù)成原來(lái)的信息，并識(shí)別和糾正傳輸錯(cuò) 誤。射頻識(shí)別系統(tǒng)通常使用下列編碼方法中的一種：反向不歸零（ NRZ）編碼、曼徹斯特（ Manchester）編碼、單極性歸零（ UnipolarHZ）編碼、差動(dòng)雙相（ DBP）編碼、米勒（ Miller）編碼利差動(dòng)編碼。 FGSJJLKSJGKLJG JLS JGKJ KJ SKJ KJSKLGJKSJLKSJKL KSGK JKLGJSLSK JSGKL JLSGJSLJ GJGKL JLSJ KL JGKL JGKL JKL 圖 NRZ 編碼 此碼型不宜傳輸，有以下原因： （ a）有直流，一般信道難于傳輸零頻附近的頻率分量； （ b）收端判決門(mén)限與信號(hào)功率有關(guān)，不方便使用； （ c）不能直接用來(lái)提取位同步信號(hào)，因?yàn)樵?NRZ 中不含位同步信號(hào)頻率成分； (d）要求傳輸線有一根接地。在曼徹斯特編碼 中，某位的值是由該位長(zhǎng)度內(nèi)半個(gè)位周期時(shí)電平的變化（上升／下降）來(lái)表示的，在半個(gè)位周期時(shí)的負(fù)跳變表示二進(jìn)制 “1” ，半個(gè)位周期時(shí)的正跳變表示二進(jìn)制 “0″ ，如圖 所示。這是因?yàn)?在位長(zhǎng)度內(nèi)， “ 沒(méi)有變化 ” 的狀態(tài)是不允許的。 （ 3）單極性歸零（ Unipolar RZ）編碼 單極性歸零編碼在第一個(gè)半個(gè)位周期中的高電平表示二進(jìn)制 “1” ，而持續(xù)整個(gè)位周期內(nèi)的低電平信號(hào)表示二進(jìn)制 “0” ，如圖 所示。 圖 單極性歸零編碼 FGSJJLKSJGKLJG JLS JGKJ KJ SKJ KJSKLGJKSJLKSJKL KSGK JKLGJSLSK JSGKL JLSGJSLJ GJGKL JLSJ KL JGKL JGKL JKL （ 4）差動(dòng)雙相（ DBP）編碼 差動(dòng)雙相編碼在半個(gè)位周期中的任意的邊沿表示二進(jìn)制 “0” ，而沒(méi)有邊沿就是二進(jìn)制 “1” ，如圖 所示。因此，對(duì)接收器來(lái)說(shuō)，位節(jié)拍比較容易重建。位周期開(kāi)始時(shí)產(chǎn)生電平交變，如圖 所示。 圖 米勒編碼 （ 6）差動(dòng)編碼 差動(dòng)編碼中，每個(gè)要傳輸 的二進(jìn)制 “1” 都會(huì)引起信號(hào)電平的變化，而對(duì)于二進(jìn)制“0” ，信號(hào)電平保持不變，如圖 所示。 圖 差動(dòng)編碼 圖 從 NRZ編碼產(chǎn)生差動(dòng)編碼 FGSJJLKSJGKLJG JLS JGKJ KJ SKJ KJSKLGJKSJLKSJKL KSGK JKLGJSLSK JSGKL JLSGJSLJ GJGKL JLSJ KL JGKL JGKL JKL RFID 傳輸 數(shù)據(jù)校驗(yàn) 在 REID 系統(tǒng)中，由于使用的電子標(biāo)簽常常是無(wú)源的，市無(wú)源標(biāo)簽需要在讀寫(xiě)器的通信過(guò)程中獲得自身的能量供應(yīng)。另外，作為保障系統(tǒng)可靠工作的需要，還必須在編碼中提供數(shù)據(jù)一級(jí)的校驗(yàn)保護(hù)，編碼方式應(yīng)該提供這 些 功能，并可以根據(jù)碼型的變化來(lái)判斷是否發(fā)生誤碼或有電子標(biāo)簽沖突發(fā)生。在實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸中，由于信道中干擾的存在，數(shù)據(jù)必然會(huì)在傳輸過(guò)程中發(fā)生錯(cuò)誤，這時(shí)要求信道編碼能夠提供一定程度檢測(cè)錯(cuò)誤的能力。 防沖突技術(shù) RFID 系統(tǒng)的沖撞問(wèn)題 在很多應(yīng)用場(chǎng)合，閱讀器要在很短時(shí)間內(nèi)盡快識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽。因此，需要一種防沖撞技術(shù)減少?zèng)_突達(dá)到快速準(zhǔn)確識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽的目的。 RFID 系統(tǒng)中的沖撞分為標(biāo)簽沖撞和閱讀器沖撞。閱讀器沖撞指多個(gè)閱讀器之間由于工作范圍重疊，導(dǎo)致信息讀取失敗所產(chǎn)生的沖突。對(duì)于閱讀器沖撞問(wèn)題比較容易解決，而標(biāo)簽沖撞問(wèn)題卻成為 RFID 系統(tǒng)發(fā)展的瓶頸。對(duì) RFID沖撞問(wèn)題的解決一般有 4種方式： SDMA（ Space Division Multiple Access），F(xiàn)D－ MA（ Frequency Division Multiple Access）， CDMA（ Code Division Multiple Access），TDMA（ Time Division Multiple Access）。現(xiàn)有防沖撞算法主要包括 ALOHAFGSJJLKSJGKLJG JLS JGKJ KJ SKJ KJSKLGJKSJLKSJKL KSGK JKLGJSLSK JSGKL JLSGJSLJ GJGKL JLSJ KL JGKL JGKL JKL 算法和樹(shù)分叉算法兩種。所以主要發(fā)展樹(shù)分叉算法。 ISO Type B 的防沖突機(jī)制利用隨機(jī) 產(chǎn)生的 0、 1 信號(hào)達(dá)到二進(jìn)制樹(shù)形搜索的目的，本質(zhì)上仍然是基于概率的，不適合大規(guī)模標(biāo)簽讀寫(xiě)。后退式二進(jìn)制樹(shù)形搜索算法：碰撞發(fā)生時(shí)，根據(jù)碰撞的最高位，跳躍式向前搜索；無(wú)碰撞時(shí)，采取后退策略，實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽的有序讀取。 我們將討論 動(dòng)態(tài)調(diào)整二進(jìn)制樹(shù)形搜索算法，保持標(biāo)簽讀取的有序性，并動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)送指令長(zhǎng)度，高效地利用信道。該算法能更快速、有效地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫(xiě)。 （ 2）基于一位沖突直接識(shí)別，當(dāng)只探測(cè)到一位碰撞位時(shí)，可直接識(shí)別出兩個(gè)標(biāo)簽。若無(wú)狀態(tài)跳變，視為非法數(shù)據(jù)，作為錯(cuò)誤被識(shí)別。利用 Manchester 編碼識(shí)別碰撞位示意圖如圖 。 圖 利用 Manchester 編碼識(shí)別碰撞位示意圖 FGSJJLKSJGKLJG JLS JGKJ KJ SKJ KJSKLGJKSJLKSJKL KSGK JKLGJSLSK JSGKL JLSGJSLJ GJGKL JLSJ KL JGKL JGKL JKL ② 防碰撞指令規(guī)則 Request（ ID） — 請(qǐng)求指令。與 Request（ ID）攜帶的 ID 值匹配的標(biāo)簽回送其 ID 值給閱讀器。并規(guī)定發(fā)送指令 Request（ 1）后射頻場(chǎng)內(nèi)所有非 “ 靜默 ” 狀態(tài)下的標(biāo)簽都應(yīng)答。與 Select 攜帶相同 ID 值的標(biāo)簽被激活。對(duì)被 Select 指令激活的標(biāo)簽進(jìn)行讀寫(xiě)操作。對(duì)匹配標(biāo)簽進(jìn)行靜默操作，使其不對(duì)閱讀器的任何指令作出反應(yīng)。 ③ 算法要點(diǎn)和實(shí)現(xiàn) 算法要點(diǎn)： 首先，閱讀器發(fā)送 Request（ 1）命令，要求區(qū) 域內(nèi)所有標(biāo)簽應(yīng)答。當(dāng)無(wú)碰撞或只有 1 位碰撞位時(shí)，直接識(shí)別標(biāo)簽。直到識(shí)別出兩個(gè)標(biāo)簽。 算法實(shí)現(xiàn)： 假設(shè) ID（電子產(chǎn)品代碼）為 8 位，閱讀器作用范圍內(nèi)有 4 個(gè)標(biāo)簽 。詳細(xì)執(zhí)行過(guò)程如下： 第 1 次，閱讀器發(fā)送 Request（ 1）命令； TAG 4 應(yīng)答； 閱讀器根據(jù) Manchester 編碼原理，可解碼得數(shù)據(jù) 110xxxxx， D4 到 D0 位發(fā)生碰撞。算法作以下的處理：將 D4 置 0；高于 D4 位的數(shù)位不變， 即 D7D6D5＝ 110；低于 D4 位的數(shù) 位全部忽略。 第 2 次，閱讀器發(fā)送 Request（ 1100）命令；標(biāo)簽 ID 前 4 位與 1100 匹配的標(biāo)簽應(yīng)答，即 TAG 2 應(yīng)答；同理閱讀器可解碼得 ID 數(shù)據(jù)為： 110010x1。 FGSJJLKSJGKLJG JLS JGKJ KJ SKJ KJSKLGJKSJLKSJKL KSGK JKLGJSLSK JSGKL JLSGJSLJ GJGKL JLSJ KL JGKL JGKL JKL 此時(shí)，可對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行 Select 選擇，和 Read－ Write 讀寫(xiě)操作。算法采用后退策略，從相鄰的上次發(fā)送指令（此 時(shí)為第 1 次指令）獲得下一次 Request 命令為： Request（ 1）。也只有一個(gè)碰撞位，閱讀器可以直接識(shí)別出存在 ID 為 11010100和 11011100。因此時(shí)判斷出執(zhí)行的指令為 Request（ 1）全返回指令，而只有兩個(gè)標(biāo)簽應(yīng)答，所以可知所有的標(biāo)簽都識(shí)別完畢。 表 動(dòng)態(tài)調(diào)整算法發(fā)送過(guò)程表 同樣的 4 個(gè)標(biāo)簽，用后退式二進(jìn)制樹(shù)算法的詳細(xì)執(zhí)行過(guò)程如表 。 表 后退式算法發(fā)送過(guò)程表 從表 和表 對(duì)比可知，識(shí)別同樣的 4 個(gè)標(biāo)簽動(dòng)態(tài)調(diào)整算法只需發(fā)送 3 次查詢指令， 8 位 ID 的平均查詢指令發(fā)送長(zhǎng)度為 2；而用后退式二進(jìn)制樹(shù)形算法為 7 次指令，平均指令發(fā)送長(zhǎng)度為 8。 算法的復(fù)雜度分析 （ 1）時(shí)間復(fù)雜度分析。 當(dāng)射頻場(chǎng)中發(fā)生碰撞的標(biāo)簽數(shù)量 N 較大時(shí)，識(shí)別出 1 位碰撞的幾率較大?？梢?jiàn)，當(dāng)發(fā)生大規(guī)模標(biāo)簽碰撞時(shí)，標(biāo)簽 ID 號(hào)比較連續(xù)，探測(cè)到 1 位碰撞幾率比較大，容易識(shí)別到連續(xù)的 1 位碰撞，此時(shí)識(shí)別過(guò)程中動(dòng)態(tài)調(diào)整算法的時(shí)間復(fù)雜度將比后退式算法以倍數(shù)級(jí)