RFID(Radio Frequency IdentifICation)技(ji)(ji)術(shu)是利用射頻通信實現的(de)(de)一種非接觸式自(zi)動識別技(ji)(ji)術(shu)。擁有廣闊的(de)(de)發展前景和巨大的(de)(de)市場(chang)潛力(li)。本文介紹(shao)了(le)RFID技(ji)(ji)術(shu)的(de)(de)原理、特點，深入分析(xi)了(le)信號(hao)傳輸(shu)時所采取的(de)(de)反方向散射的(de)(de)調制方式，影(ying)響(xiang)傳輸(shu)距(ju)離的(de)(de)因素，最后介紹(shao)了(le)在(zai)遠(yuan)程RFID自(zi)動識別系統(tong)(tong)中的(de)(de)讀寫沖(chong)突(tu)和防沖(chong)突(tu)算法，更(geng)好的(de)(de)解決了(le)遠(yuan)程RFID系統(tong)(tong)存(cun)在(zai)的(de)(de)沖(chong)突(tu)問題。
應(ying)用案(an)例：RFID讀(du)寫(xie)器應(ying)用于環(huan)衛車輛(liang)管(guan)理
RFID是一種(zhong)非(fei)接觸的(de)(de)自動(dong)識(shi)別技術(shu)(shu)。隨著(zhu)無線網(wang)絡(luo)技術(shu)(shu)的(de)(de)不斷發展，使得(de)RFID技術(shu)(shu)在(zai)國內外得(de)到(dao)了(le)(le)(le)廣泛的(de)(de)應用(yong)。現在(zai)IBM公司(si)提出的(de)(de)智慧地球和中國的(de)(de)物(wu)(wu)聯網(wang)技術(shu)(shu)的(de)(de)發展，又極大促(cu)(cu)進了(le)(le)(le)RFID功能(neng)。因此，RFID技術(shu)(shu)架起了(le)(le)(le)數(shu)字(zi)世(shi)界(jie)和物(wu)(wu)理世(shi)界(jie)之間(jian)的(de)(de)橋(qiao)梁，為物(wu)(wu)聯網(wang)的(de)(de)發展奠定(ding)了(le)(le)(le)基礎。RFID雖然得(de)到(dao)了(le)(le)(le)巨大的(de)(de)發展，但對于遠(yuan)程(cheng)的(de)(de)RFID還是存在(zai)著(zhu)傳輸距離、防碰撞算法等(deng)一些問(wen)題(ti)。本文通(tong)過對RFID的(de)(de)相關(guan)概(gai)念和技術(shu)(shu)進行(xing)分析，使人們更加全(quan)面的(de)(de)了(le)(le)(le)解RFID，促(cu)(cu)使RFID技術(shu)(shu)有(you)更好的(de)(de)發展和應用(yong)。
相關(guan)解(jie)決(jue)方(fang)案：RFID智能車輛稱(cheng)重(zhong)管理
遠(yuan)程RFID原理
1 ）遠程RFID的組成
在探討遠程RFID的(de)原理(li)之前(qian)，我(wo)們必須先(xian)要(yao)研究(jiu)一下(xia)RFID的(de)組(zu)成(cheng)。RFID的(de)系統(tong)包(bao)括(kuo)以下(xia)3個(ge)部(bu)分(fen)：電子標簽(TAG)、讀寫(xie)器(qi)(qi)(Reader)和(he)計算(suan)機及其應(ying)用軟件。電子標簽主(zhu)要(yao)由(you)內置天(tian)線和(he)電路芯片組(zu)成(cheng)的(de)，功能(neng)(neng)是(shi)(shi)(shi)與射頻(pin)(pin)天(tian)線之間完成(cheng)通信(xin)(xin);讀寫(xie)器(qi)(qi)主(zhu)要(yao)由(you)天(tian)線、控(kong)制單元、射頻(pin)(pin)收發(fa)前(qian)段(duan)和(he)通信(xin)(xin)接(jie)口這四(si)個(ge)部(bu)分(fen)組(zu)成(cheng)的(de)，主(zhu)要(yao)功能(neng)(neng)是(shi)(shi)(shi)讀取或寫(xie)入電子標簽的(de)信(xin)(xin)息(xi);計算(suan)機和(he)應(ying)用軟件的(de)功能(neng)(neng)則是(shi)(shi)(shi)通過讀寫(xie)器(qi)(qi)的(de)通信(xin)(xin)接(jie)口而連(lian)接(jie)外(wai)部(bu)計的(de)算(suan)機，或者是(shi)(shi)(shi)連(lian)接(jie)上(shang)位(wei)機主(zhu)系統(tong)，從而實現數據的(de)交換。
應用(yong)案例：RFID讀(du)寫(xie)器(qi)應用(yong)于停車(che)場(chang)管理(li)
2 ）遠程RFID的工作原(yuan)理
讀(du)寫器(qi)(Reader)與電子標簽(qian)(TAG)組成了應(ying)(ying)答(da)器(qi)(Transponder)，其工作原理是。Reader發射一(yi)特定(ding)頻(pin)率的無(wu)線電波能量給Transponder用(yong)以(yi)驅動(dong)Transponder電路將(jiang)內(nei)部的數(shu)據(ju)送(song)(song)出，此時Reader便依序(xu)接收解讀(du)數(shu)據(ju)，送(song)(song)給應(ying)(ying)用(yong)程序(xu)做相應(ying)(ying)的處理。
2 遠程RFID系統(tong)的(de)特點
目前(qian)無源遠(yuan)(yuan)(yuan)距離遠(yuan)(yuan)(yuan)程RFID系(xi)統有兩種工作頻段(duan)UHF和(he)2.45 GHz。無源超(chao)高頻系(xi)統的(de)讀寫距離可(ke)以(yi)(yi)長達十米以(yi)(yi)上，比(bi)2.45 GHz系(xi)統要遠(yuan)(yuan)(yuan)很多(duo)，因(yin)此(ci)已經成為(wei)了遠(yuan)(yuan)(yuan)程識別系(xi)統的(de)主(zhu)流(liu)部(bu)分。其(qi)優點(dian)主(zhu)要有以(yi)(yi)下幾點(dian)：
1)實(shi)時性：可以(yi)實(shi)時響應，自(zi)動讀出ID號，得(de)到其信息;
2)防(fang)偽(wei)性：形成的(de)微波標示是不(bu)可(ke)偽(wei)造、更改和不(bu)可(ke)復制(zhi)的(de);
3)聯網性：通(tong)過計算機的(de)網絡對物流進行監控;
4)準(zhun)確性：讀出信(xin)息的準(zhun)確率非常(chang)高，可以高達(da)99.99%;
5)低成(cheng)本：使用時(shi)，只需要數元;
6)可(ke)靠性：適應惡劣環境條件(jian)，如：多塵、潮濕等;
7)壽命長：使用時(shi)不需要電池(chi)，只需無源卡，并(bing)且終(zhong)身(shen)免維修;
由于遠(yuan)程(cheng)(cheng)RFID系統采用(yong)的(de)是無(wu)(wu)線傳輸模式，無(wu)(wu)線環境又極其復雜，因(yin)此(ci)有(you)很多(duo)因(yin)素都(dou)會影響遠(yuan)程(cheng)(cheng)RFID系統讀寫(xie)距離，主要有(you)如下幾方(fang)面：
1)影響射(she)頻(pin)卡讀寫(xie)(xie)距離(li)的(de)因素是讀寫(xie)(xie)器(qi)的(de)RF輸出功率、反(fan)射(she)的(de)能(neng)量和射(she)頻(pin)卡的(de)功耗、讀寫(xie)(xie)器(qi)的(de)接收(shou)的(de)能(neng)量和接收(shou)靈敏(min)度;
2)影(ying)響上述(shu)指標的(de)是射(she)頻卡(ka)天(tian)線的(de)有效接(jie)收和反射(she)截面積(ji)，讀寫器的(de)接(jie)收天(tian)線有效面積(ji);
3)在視場范圍同(tong)樣的(de)條件下，當頻率(lv)升高時，無源RFID系統的(de)作用距離就會減小(xiao)。
遠(yuan)程RFID關(guan)鍵性技術
遠程RFID系統采用的一(yi)(yi)(yi)種(zhong)無線(xian)傳(chuan)輸方(fang)(fang)(fang)式，在傳(chuan)遞信息時是通(tong)過電(dian)磁波來發(fa)送和(he)(he)接收的。電(dian)磁波以天(tian)線(xian)為(wei)圓心，向周圍空(kong)間發(fa)射(she)。發(fa)射(she)過程中當電(dian)磁波遇到不同目標(biao)(biao)(biao)時，電(dian)磁波能量(liang)的一(yi)(yi)(yi)部(bu)分被目標(biao)(biao)(biao)吸(xi)收，而另(ling)一(yi)(yi)(yi)部(bu)分會(hui)向各個方(fang)(fang)(fang)向，以不同的強(qiang)度散射(she)開。反(fan)射(she)能量(liang)的一(yi)(yi)(yi)部(bu)分最終返回發(fa)射(she)天(tian)線(xian)。采用反(fan)向散射(she)調(diao)制(zhi)的能量(liang)傳(chuan)輸方(fang)(fang)(fang)式主要標(biao)(biao)(biao)簽到閱讀器的能量(liang)傳(chuan)輸和(he)(he)存在于閱讀器到標(biao)(biao)(biao)簽的能量(liang)傳(chuan)輸這(zhe)兩個方(fang)(fang)(fang)向上(shang)。
1)閱讀器到標簽(qian)的能量傳輸
PTX為讀(du)(du)寫器(qi)的發(fa)射(she)功(gong)率，GTX為發(fa)射(she)天(tian)線的增(zeng)(zeng)益，R是標簽到(dao)讀(du)(du)寫器(qi)天(tian)線之間的距離，EIRP為天(tian)線的有效(xiao)輻射(she)功(gong)率，是指讀(du)(du)寫器(qi)發(fa)射(she)功(gong)率和天(tian)線增(zeng)(zeng)益的乘積。
當電子標簽與(yu)發(fa)射(she)天線兩部(bu)分的(de)狀態最佳，同時極化方(fang)向(xiang)匹配時，電子標簽吸收的(de)最大功率就(jiu)會與(yu)閱讀器(qi)發(fa)射(she)信(xin)號的(de)功率的(de)密度S成正比。
應用(yong)案例：RFID開放式通道HD2280應用(yong)于(yu)會議簽到管(guan)理
無源(yuan)RFID系統(tong)的電(dian)(dian)子(zi)標簽(qian)是通過電(dian)(dian)磁場供電(dian)(dian)，因此標簽(qian)有很(hen)大的功耗(hao)，當讀寫的距(ju)(ju)離越短(duan)時，其(qi)性能(neng)就會(hui)越差。電(dian)(dian)子(zi)標簽(qian)的工作(zuo)(zuo)電(dian)(dian)壓決(jue)定了RFID電(dian)(dian)子(zi)標簽(qian)能(neng)否(fou)正常的工作(zuo)(zuo)，同時也決(jue)定了無源(yuan)RFID系統(tong)的識(shi)(shi)別距(ju)(ju)離。但(dan)(dan)隨著集成電(dian)(dian)路工藝的不斷發展，射頻電(dian)(dian)子(zi)標簽(qian)芯片的功耗(hao)也在來斷的降低。目前(qian)，比較典型(xing)的低功耗(hao)電(dian)(dian)子(zi)標簽(qian)，其(qi)標簽(qian)本身的功耗(hao)可(ke)以(yi)低至數(shu)十微瓦(wa)到(dao)數(shu)微瓦(wa)，這(zhe)種(zhong)標簽(qian)的工作(zuo)(zuo)電(dian)(dian)壓為1.2 V左右。這(zhe)種(zhong)無線電(dian)(dian)發射功率受到(dao)限制，但(dan)(dan)無源(yuan)電(dian)(dian)子(zi)標簽(qian)的識(shi)(shi)別距(ju)(ju)離可(ke)以(yi)過到(dao)10 m以(yi)上。
2)電(dian)子標簽到閱讀器的能量傳(chuan)輸(shu)
電(dian)(dian)子標簽(qian)返回的(de)(de)(de)(de)能量取決于(yu)它的(de)(de)(de)(de)雷(lei)達散射(she)截面面積，并和其(qi)成正比，它是(shi)(shi)(shi)目標反射(she)電(dian)(dian)磁(ci)(ci)(ci)波(bo)能力的(de)(de)(de)(de)測度。散射(she)面積是(shi)(shi)(shi)主(zhu)要(yao)取決于(yu)兩個參數，其(qi)一(yi)是(shi)(shi)(shi)本身(shen)的(de)(de)(de)(de)物體特性(xing)如目標的(de)(de)(de)(de)大小(xiao)、材(cai)料、表面結構和材(cai)料，其(qi)二是(shi)(shi)(shi)反射(she)電(dian)(dian)磁(ci)(ci)(ci)波(bo)的(de)(de)(de)(de)特性(xing)，比如電(dian)(dian)磁(ci)(ci)(ci)波(bo)的(de)(de)(de)(de)極化方向和波(bo)長等。電(dian)(dian)子標簽(qian)在空間的(de)(de)(de)(de)某個位置接收(shou)到閱讀器發射(she)的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)磁(ci)(ci)(ci)波(bo)后，將其(qi)中的(de)(de)(de)(de)一(yi)部分(fen)吸收(shou)用于(yu)提供自身(shen)工作的(de)(de)(de)(de)能量，而另(ling)外一(yi)部分(fen)被(bei)反射(she)回去，電(dian)(dian)子標簽(qian)反射(she)電(dian)(dian)磁(ci)(ci)(ci)波(bo)的(de)(de)(de)(de)能量
根據以(yi)上計算可知，天線(xian)方向圖和增(zeng)益(yi)G的(de)(de)(de)(de)要求(qiu)與(yu)系統的(de)(de)(de)(de)頻(pin)(pin)率選(xuan)擇無關(guan)，而讀寫器天線(xian)的(de)(de)(de)(de)“視場”大小的(de)(de)(de)(de)要求(qiu)，取決(jue)于目(mu)標(biao)的(de)(de)(de)(de)速(su)度和運(yun)動范圍，與(yu)系統的(de)(de)(de)(de)頻(pin)(pin)率選(xuan)擇無關(guan)。對(dui)接收機(ji)和標(biao)簽的(de)(de)(de)(de)靈敏度的(de)(de)(de)(de)要求(qiu)和頻(pin)(pin)率也是無關(guan)，所以(yi)當頻(pin)(pin)率增(zeng)高(gao)，作用距離(li)就(jiu)會變(bian)小。如果保持(chi)同樣的(de)(de)(de)(de)作用距離(li)，那(nei)么UHF系統的(de)(de)(de)(de)基站發(fa)射功率P比2.45 GHZ系統低(di)7倍，5.8 GHz系統需(xu)要高(gao)40倍。
遠程RFID系統(tong)的沖突問題(ti)
遠距離無源RFID系統具有(you)(you)作用(yong)(yong)距離遠且視場范圍(wei)大的(de)特(te)點，但(dan)同(tong)(tong)時也容(rong)易出現一(yi)個多機(ji)或多卡的(de)現象，從而導致(zhi)系統讀寫多標(biao)簽出現沖(chong)突。所以有(you)(you)必要(yao)采取一(yi)些好(hao)的(de)防(fang)沖(chong)突地(di)區的(de)技術。多卡沖(chong)突仲裁(cai)就(jiu)(jiu)是在同(tong)(tong)一(yi)時間只能有(you)(you)一(yi)個卡響應，這(zhe)就(jiu)(jiu)需要(yao)用(yong)(yong)讀寫器(qi)命(ming)令進行控(kong)制。仲裁(cai)的(de)方法(fa)主要(yao)有(you)(you)兩種：Binary和Aloha。
1 ）Binary多卡沖突仲裁
Binary多卡沖突(tu)仲裁，主(zhu)要是通過(guo)采(cai)用狀態機的方(fang)式來實現多卡讀(du)寫仲裁機制，其(qi)中主(zhu)要有(you)4種狀態。
其中的(de)狀態解(jie)釋如下(xia)：
Power-OFF狀(zhuang)態(tai)：指的是識(shi)別卡處于關機狀(zhuang)態(tai)，即(ji)讀寫器此時不能被激活識(shi)別卡;
Ready狀態(tai)：當識別(bie)卡第(di)一(yi)次(ci)被讀寫器激活時(shi)，識別(bie)卡就會處于Ready狀態(tai);
ID狀(zhuang)態：如果識(shi)別(bie)(bie)卡試圖(tu)傳送識(shi)別(bie)(bie)信息給讀寫器時，識(shi)別(bie)(bie)卡就會處于ID狀(zhuang)態;
Data_Exchange狀態：如果(guo)讀寫器識(shi)別(bie)并被(bei)選(xuan)中識(shi)別(bie)卡(ka)時，識(shi)別(bie)卡(ka)就會處于Data_Exchange狀態。
為了支持仲裁沖突，識(shi)別卡上(shang)有(you)兩(liang)個硬件電路：8bit計(ji)數器Counter和(he)1bit隨即數發(fa)生器(只有(you)兩(liang)個可能的值：0和(he)1)。當(dang)所有(you)的或(huo)一部分(fen)讀寫器射頻電磁場上(shang)的識(shi)別卡參與(yu)沖突仲裁時，讀寫器上(shang)的Group_Unselect和(he)Group_Select命令(ling)就會(hui)運行沖突仲裁算法。
RFID超高頻遠距離車輛稱重管理讀寫器UR5206是一款高性能的UHF超高頻電子標簽一體機，廣泛應用于停車場管理、礦車稱重管理、車輛識別系統、自動分揀線識別、物流、門禁系統、防偽系統及生產過程控制等多種無線射頻識別（RFID）系統。
2）Aloha算法
ALOHA協(xie)議是一種防碰撞的(de)沖突仲(zhong)裁算(suan)法(fa)(fa)。如果在隨機的(de)時(shi)間間隔中有多(duo)個(ge)標簽(qian)(qian)發送數據(ju)(ju)包(bao)，并且這個(ge)數據(ju)(ju)包(bao)發生了碰撞，那么標簽(qian)(qian)就會(hui)等待一個(ge)隨機的(de)時(shi)間，然后再次發送數據(ju)(ju)。這種算(suan)法(fa)(fa)吞(tun)吐(tu)率低，適用于只讀標簽(qian)(qian)的(de)應用場景。于是就出現了時(shi)隙Aloha算(suan)法(fa)(fa)。
時(shi)(shi)隙(xi)(xi)Aloha算法(fa)改善(shan)了Aloha算法(fa)的(de)(de)吞(tun)吐率。它(ta)采(cai)用讀寫器(qi)控制的(de)(de)隨機TDMA方(fang)法(fa)。這種方(fang)法(fa)是將(jiang)信道(dao)分為很多(duo)個(ge)時(shi)(shi)隙(xi)(xi)，并且讓每一個(ge)時(shi)(shi)隙(xi)(xi)就剛好能傳送一個(ge)分組。而時(shi)(shi)隙(xi)(xi)的(de)(de)長度能過(guo)系統(tong)的(de)(de)時(shi)(shi)鐘進行控制，每個(ge)控制單(dan)元要(yao)與此時(shi)(shi)鐘同步(bu)。在(zai)RFID系統(tong)中，標簽(qian)只能在(zai)其規(gui)定的(de)(de)同步(bu)時(shi)(shi)隙(xi)(xi)內(nei)傳輸數(shu)據包。與Aloha算法(fa)相(xiang)比，提高了吞(tun)吐率，為了善(shan)在(zai)多(duo)標簽(qian)環境下的(de)(de)性(xing)能，隨后又提出了動態時(shi)(shi)隙(xi)(xi)Aloha算法(fa)。
動態時(shi)(shi)隙(xi)(xi)(xi)Aloha算法(fa)，是一種可(ke)以(yi)動態調整(zheng)時(shi)(shi)隙(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)量的(de)(de)算法(fa)。如果讀(du)寫器(qi)在(zai)等待(dai)的(de)(de)狀態中(zhong)(zhong)的(de)(de)循環時(shi)(shi)隙(xi)(xi)(xi)段中(zhong)(zhong)發送了(le)請求(qiu)命令，就會有1～2個(ge)時(shi)(shi)隙(xi)(xi)(xi)給可(ke)能存在(zai)的(de)(de)標(biao)(biao)簽使(shi)用。當但多個(ge)標(biao)(biao)簽在(zai)兩個(ge)時(shi)(shi)隙(xi)(xi)(xi)內(nei)發生了(le)碰撞，那(nei)么就要通過請求(qiu)命令增加時(shi)(shi)隙(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)量，以(yi)供標(biao)(biao)簽使(shi)用，直到發現(xian)一個(ge)唯一的(de)(de)標(biao)(biao)簽為止。對于Aloha算法(fa)、時(shi)(shi)隙(xi)(xi)(xi)Aloha算法(fa)還(huan)是動態時(shi)(shi)隙(xi)(xi)(xi)Aloha算法(fa)，其(qi)標(biao)(biao)簽發送數(shu)(shu)據(ju)都是隨機的(de)(de)，因此不能保證整(zheng)個(ge)系統(tong)的(de)(de)可(ke)靠性，且信道(dao)的(de)(de)利(li)用率較低。
RFID超高(gao)頻(pin)(pin)遠(yuan)距離四通(tong)道讀寫器(qi)UR6258是基于IMPINJ R2000芯片深度開發的(de)一款高(gao)性(xing)能(neng)的(de)UHF超高(gao)頻(pin)(pin)電子標(biao)簽(qian)讀寫器(qi)，廣泛應用于倉儲進出、圖書(shu)管理、稱重管理、物流(liu)分揀(jian)、智能(neng)交通(tong)、施工人(ren)員簽(qian)到管理、防偽系(xi)統及生產過程(cheng)控(kong)制等多(duo)種無線射頻(pin)(pin)識別(bie)（RFID）系(xi)統。
RFID超高頻遠(yuan)距離施工人員簽到管理讀寫器UR6258
RFID超(chao)高(gao)頻(pin)遠距離(li)圓極化(hua)天(tian)線UA2626是(shi)一款高(gao)性能的UHF超(chao)高(gao)頻(pin)天(tian)線。可廣(guang)泛(fan)應用于倉儲(chu)進出庫管(guan)理(li)、RFID工具(ju)管(guan)理(li)、物流(liu)分揀、智能書(shu)架、智能文件柜(ju)、漂流(liu)書(shu)柜(ju)、檔案管(guan)理(li)、證照管(guan)理(li)車輛管(guan)理(li)、智能稱(cheng)重共享書(shu)柜(ju)、微型(xing)圖書(shu)館、分布式(shi)圖書(shu)館、施工人(ren)員簽到管(guan)理(li)、門禁(jin)考(kao)勤、防偽系統(tong)及生(sheng)產過(guo)程控制等多種無(wu)線射頻(pin)識(shi)別（RFID）系統(tong)。
RFID超(chao)高頻遠距離(li)施工人員(yuan)簽(qian)到管理天(tian)線(xian)UA2626
關于Binary多卡(ka)沖突仲裁方法(fa)和Aloha算法(fa)都有其(qi)優缺點。而Binary信(xin)(xin)道(dao)利用(yong)(yong)率(lv)可高達43%，識別率(lv)較(jiao)高，也不存(cun)在(zai)錯誤判決問(wen)題，但其(qi)因時延長，而安全性較(jiao)差。Aloha算法(fa)實現簡單，但其(qi)信(xin)(xin)道(dao)利用(yong)(yong)率(lv)最大為36%，出存(cun)在(zai)一些錯誤判斷問(wen)題，所(suo)以不適(shi)合(he)(he)應用(yong)(yong)于大量標簽的(de)場合(he)(he)。在(zai)設計系統(tong)時要根據系統(tong)的(de)應用(yong)(yong)場合(he)(he)選擇合(he)(he)適(shi)的(de)防(fang)碰撞(zhuang)算法(fa)。
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