RFID通信技术精讲.pptx
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1、目 录4.RFID技术的应用案例技术的应用案例3.RFID技术的发展现状和前景技术的发展现状和前景2.RFID的通信技术的通信技术1.RFID技术简介技术简介1.1 RFID与物联网什么是物联网?英文名称“The Internet of things”,简单而言,是物物相连的互联网。有两层意思:第一,物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网基础上的延伸和扩展的网络;第二,其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间,进行信息交换和通信。定义:通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通讯,以实现智能化识别
2、、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网中非常重要的技术是RFID电子标签技术。1.1 RFID与物联网在物联网中,物品(商品)能够彼此进行“交流”,而无需人的干预。实质:利用射频自动识别(RFID)技术,通过计算机互联网实现物品(商品)的自动识别和信息的互联与共享。在“物联网”的构想中,RFID标签中存储着规范而具有互用性的信息,通过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统,实现物品(商品)的识别,进而通过开放性的计算机网络实现信息交换和共享,实现对物品的“透明”管理。1.2 什么是RFID技术?RFID(Radio Frequency Identification),射频识别技术,又
3、可称电子标签,无线射频识别,感应式电子晶片,近接卡、感应卡、非接触卡、电子条码等。RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术,它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,识别工作无须人工干预,可工作于各种恶劣环境。可识别高速运动物体并可同时识别多个标签,操作快捷方便。短距离射频产品不怕油渍、灰尘污染等恶劣的环境,可在这样的环境中替代条码,例如用在工厂的流水线上跟踪物体。长距射频产品多用于交通上,识别距离可达几十米,如自动收费或识别车辆身份等。1.3 RFID的发展历程19411950:雷达的改进和应用催生了RFID技术,1948年哈里.斯托克曼发表的“利用反射功率的通讯”奠定了RFID技术
4、的理论基础;19511960:早期RFID技术的探索阶段,主要处于实验室实验研究;19611970:技术的理论得到了发展,开始了一些应用尝试;19711980:技术与产品研发处于一个大发展时期,各种RFID技术测试得到加速,出现了一些最早的RFID应用;19811990:RFID技术及产品进入商业应用阶段,各种规模应用开始出现;19912000:标准化问题日趋得到重视,产品得到广泛采用,逐渐成为人们生活中的一部分;2001今:RFID产品种类更加丰富,电子标签成本不断降低,规模应用行业扩大。RFID技术的理论得到丰富和完善。1.4 RFID技术的特点射频识别技术具有体积小、信息量大、寿命长、可
5、读写、保密性好、抗恶劣环境、不受方向和位置影响、识读速度快、识读距离远、可识别高速运动物体、可重复使用等特点,支持快速读写、非可视识别、多目标识别、定位及长期跟踪管理。RFID技术与网络定位和通信技术相结合,可实现全球范围内物资的实时管理跟踪与信息共享。RFID是一种突破性的技术:可以识别单个的非常具体的物体,而不是像条形码那样只能识别一类物体;其采用无线电射频,可以透过外部材料读取数据,而条形码必须靠激光来读取信息;可以同时对多个物体进行识读,而条形码只能一个一个地读。此外,储存的信息量也非常大。1.4 RFID技术的特点类别信息载体信息量读写性读取方式保密性智能化抗干扰寿命成本条码条码纸、
6、塑料薄膜、金属表面小只读CCD或光束扫描差无差较短最低磁卡磁卡磁性物质一般读/写电磁转换一般无较差短低ICIC卡卡EEPROM大读/写电擦除、写入好有好长较高RFIDRFID卡卡EEPROM大读/写无线通信好有很好最长较低1.5 RFID的通信机制RFID构成?:Tag 电子标签Reader 读写器Antenna 天线通信原理:在射频识别系统中,射频标签与读写器间,通过两者间的天线架起空间电磁波传输的通道,通过电感耦合或电磁耦合的方式,实现能量和数据信息的传输。1.5 RFID的通信机制标签标签进入进入磁场磁场后后接收读接收读写器发写器发出的射出的射频信号频信号Passive Tag,无源标签
7、或,无源标签或被动标签被动标签:凭借从感应电流凭借从感应电流获得的能量发送出存储在芯获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息片中的产品信息Active Tag,有源标签或,有源标签或主动标签主动标签:由标签主动发送由标签主动发送某一频率的信号某一频率的信号读读写写器读取器读取信息并解码信息并解码后,送至中后,送至中央信息系统央信息系统进行有关数进行有关数据处理。据处理。目 录4.RFID技术的应用案例技术的应用案例3.RFID技术的发展现状和前景技术的发展现状和前景2.RFID的通信技术的通信技术1.RFID技术简介技术简介Review:OSI参考模型?OSI模型 IEEE802传输层网络层物理
8、层数据链路层表示层应用层会话层LLCMAC2.1 物理层的相关技术物理层处于系统的最底层,是整个系统的基础。主要功能:为数据终端设备提供传送数据的通路,数据通路可以是一个物理媒体,也可以是多个物理媒体连接而成。其完成一次数据传输,包括激活物理设备,传送数据,终止物理连接。物理层要形成适合数据传输需要的实体,为数据传送服务,一是要保证数据能在其上正确通过,二是要提供足够的带宽,以减少信道上的拥塞。传输数据的方式能满足点到点,点到多点,串行或并行,半双工或全双工,同步或异步传输的需要,完成物理层的一些管理工作。2.2 MAC层RFID系统的基本工作流程?:读写器通过发射天线发送一定频率的射频信号,
9、当电子标签进入发射天线工作区域时产生感应电流,标签获得能量被激活;标签将自身携带的数据编码等信息通过标签内置天线发送出去;读写器接收天线接收到从标签发送来的载波信号,读写器对接收到的信号进行解调和解码,然后送到后台主系统进行相关处理。如果只有一个射频标签位于阅读器的可读范围内,将不需要其他的命令形式就可以直接进行识读。但是,通常阅读器的激活范围内会有多个射频标签同时发送数据,将会相互干扰形成所谓的数据冲突,使得通信失败,浪费有限的带宽,降低信道的利用率,增加射频标签的接入延时。射频识别系统通常用通信方式方式一:从阅读器到应答器的数据传输,发送的数据流同时被所有的应答器接收。这如同数百个无线电广
10、播接收机同时接收一个发送信息相类似,而信息是由一个无线电广播发射机发射的,也被称为“无线电广播”;方式二:在阅读器的作用范围有多个应答器的数据同时传输给阅读器,这种通信方式称为多路存取。RFID的MAC协议RFID系统的主要目的是读取射频标签所含有的信息。在多路访问控制信道上,确定下一个使用者的协议属于数据链路层的一个子层,称为MAC(介质访问控制)子层。MAC层主要负责控制与连接物理层的物理介质。在发送数据时,MAC协议可以事先判断是否可以发送数据,如果可以发送将给数据加上一些控制信息,最终将数据以及控制信息以规定的格式发送到物理层;在接收数据的时候,MAC协议首先判断输入的信息是否发生传输
11、错误,如果没有错误,则去掉控制信息发送至逻辑链路控制(LLC)子层。其核心是相互竞争的用户间如何分配同意信道资源。为了尽量避免信道冲突的发生,RFID系统中需要在MAC层设计防冲突算法。通信冲突解决基本方法在通信技术中,通信冲突问题是长久以来存在的问题,但同时也已研究了许多相应的解决方法。这些方法大致可分为如下四种:空分多址(SDMA)、频分多址(FDMA)、码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)。防冲突算法的设计和选取与实际应用系统密切相关,需要具体问题具体分析。防冲突基本方法(1)空分多路法(SDMA):在分离的空间范围内重新使用确定的资源(通路容量)的技术。(2)时分多路法(TDMA
12、):把整个可供使用的通路容量按时间分配给多个用户的技术。(3)频分多路法(FDMA):把若干个使用不同载波频率的传输通路同时提供给通信用户使用的技术。(4)码分多路法(CDMA):允许所有使用者同时使用全部频带(1.2288Mhz),且把其他使用者发出讯号视为杂讯,完全不必考虑到讯号碰撞问题。基于时间片的多址接入(TDMA)该技术把整个可供使用的信道容量按时间分配给多个用户,它在数字移动无线电系统的范围内得到广泛的推广。该方法又分为标签控制和识读器控制两种方法标签控制法的工作是非同步的,因为这种方法中识读器没有参与数据的传输控制,这种控制法很慢而且不灵活。因此大多数RFID系统采用由识读器作为
13、主控制器的控制方式。通过设计合理的算法,在识读器的作用范围内,从所有应答器中选择其中一个应答器,然后进行相互通信,这里所有的标签同时由阅读器进行控制和检测,控制灵活,接入效率较高。考虑到标签的功耗,低存储性能,低价格,尽量少的计算能力等,TDMA是目前RFID系统使用最多的一种防冲突方法。2.3 基于时间片的多址接入算法纯ALOHA纯Aloha协议又称为Aloha技术、Aloha网,是世界上最早的无线电计算机通信网,是20世纪70年代初研制成功的一种使用无线广播技术的分组交换计算机网络。纯ALOHA的信道不设置间隙,也没有网络同步信号。各个站点在需要发送的时候即向信道发送信息,当发生冲突时,各
14、站点随机延迟一个时间段后重发已经发生冲突的数据,如再次发生冲突,则再延迟一个更大的时间后重发,如此反复,直至发送成功。纯ALOHA方法首先阅读器发出读指令,处于射频区的多个应答器收到指令后,立即在随后的几个时隙中随机选择个将信息上传给阅读器,并且应答器会在一个周期的循环时隙内完成数据的上传。加大时隙数量可以降低终端发生冲突的概率,但是信道多数时间将处于空闲的状态,意味着防冲突识别的速度变慢;反之,减小时隙数量,会导致RF终端的冲突明显增加。只适用于简单的系统 (如只读RF系统)。时隙ALOHA算法(SA)1972年,Roberts发表了一种能将纯ALOHA系统的容量加倍的方法,是对纯ALOHA
15、的机一部改善。将时间分为离散的间隔,每个间隔对应一个分组,这种方法要求有接入需求的节点遵守同意的时隙边界,每一个需要发送的数据都要等到下一个时隙的开始时刻才开始发送,这样只有在同一时隙内到达的分组才会发生冲突,与纯ALOHA相比冲突明显减少。时隙ALOHA算法(SA)1、时间域被分为离散的时间间隔,即时隙;2、标签发送信息的起始点不能任意,只能在一个时隙的起始点;3、标签传送的信息要么不冲突,要么完全冲突;4、标签信息的发送需要阅读器对其进行同步;5、与纯算法相比,冲突的区间缩小了一半,信道利用率提高了一倍。避免冲突纯ALOHA与时隙ALOHA的吞吐率比较吞吐率是一种关于数据通信系统的数据传输
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