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1、第5讲 数据校验和防碰撞算法1学习幻灯在RFID系统中，数据传输的完整性存在两个方面的问题：1、外界的各种干扰可能使数据传输产生错误；2、多个应答器同时占用信道使发送数据产生碰撞。运用数据检验数据检验（差错检测）和防碰撞防碰撞算法算法可分别解决这两个问题。数据传输的完整性存在哪些问题？2学习幻灯数 据 校 验3学习幻灯l差错的分类l随机错误：由信道中的随机噪声干扰引起。在出现这种错误时，前后位之间的错误彼此无关。 l突发错误：由突发干扰引起，当前面出现错误时，后面往往也会出现错误，它们之间有相关性。 l混合错误 突发错误长度b=5 4学习幻灯差错的控制方式差错的控制方式前向纠错接收端通过纠错解
2、码自动纠正传输中出现的差错，所以该方法不需要重传。这种方法需要采用具有很强纠错能力的编码技术 。检错重发中，在发送端加入少量的监督码元，在接收端根据编码规则对收到的信号进行检查，当发现有错码是，即向发送端发出询问信号，要求重发。发送端收到询问信号后，立即重发，直到信息正确接收为止。混合纠错是ARQ和FEC的结合，设计思想是对出现的错误尽量纠正，纠正不了则需要通过重发来消除差错。5学习幻灯l检纠错码 l信息码元与监督码元 信息码元 k 监督码元r 6学习幻灯l检纠错码的分类 7学习幻灯（1）奇偶校验l奇偶校验码是一种奇偶校验码是一种最简单而有效最简单而有效的数据校验方法。的数据校验方法。l实现方
3、法实现方法: : 在每个被传送码的左边或右边加上在每个被传送码的左边或右边加上1 1位奇偶校验位位奇偶校验位0 0或或1, 1, 若采用奇校验位若采用奇校验位, , 只需把每个编码中只需把每个编码中1 1的个数凑成奇数的个数凑成奇数; ; 若采用偶校验位若采用偶校验位, , 只要把每个编码中只要把每个编码中1 1的个数凑成偶数。的个数凑成偶数。l检验原理检验原理: : 这种编码能发现这种编码能发现1 1个或奇数个错个或奇数个错, , 但因码距较小但因码距较小, , 不能实现错误定位。不能实现错误定位。l对奇偶校验码的评价对奇偶校验码的评价: :它能发现一位或奇数个位出错，但无错它能发现一位或奇
4、数个位出错，但无错误定位和纠错能力。尽管奇偶校验码的检错能力较低，但对出误定位和纠错能力。尽管奇偶校验码的检错能力较低，但对出错概率统计错概率统计, , 其中其中70708080是是1 1位错误位错误, , 另因奇偶校验码实现另因奇偶校验码实现简单简单, , 故它还是一种应用最广泛的校验方法。故它还是一种应用最广泛的校验方法。l实际应用中实际应用中, , 多采用奇校验多采用奇校验, , 因奇校验中不存在全因奇校验中不存在全“0 0”代码代码, , 在某些场合下更便于判别。在某些场合下更便于判别。 0000100010001000011101000010110110101110100001001
5、1101011011011001110101110011111RFID系统中的差错校验8学习幻灯奇偶校验的校验方程l设设7 7位信息码组为位信息码组为C C7 7C C6 6C C5 5C C4 4C C3 3C C2 2C C1 1, , 校验码为校验码为C C0 0 , ,则对偶校验则对偶校验, , 当满足当满足lC C7 7CC6 6CC5 5CC4 4CC3 3CC2 2CC1 1CC0 00 0 （1 1） 时时, , 为合法码为合法码; ; 对奇校验对奇校验, , 当满足当满足lC C7 7CC6 6CC5 5CC4 4CC3 3CC2 2CC1 1CC0 0 1 1 （2 2）
6、时时, , 为合法码。这里的为合法码。这里的表示模表示模2 2相加。相加。l对于偶校验对于偶校验, , 合法码字应满足合法码字应满足 n n C Ci iCC0 00 0 （3 3） i-1 i-1l对于奇校验对于奇校验, , 合法码字应满足合法码字应满足 n n C Ci iCC0 01 1 （4 4） i-1 i-1注意注意: :公式公式(1)(2)(1)(2)为奇偶校验位为奇偶校验位的生成方程的生成方程; ;公式公式(3)(4)(3)(4)为校验方程。为校验方程。9学习幻灯（2）循环冗余校验码(Cyclic Redundancy Check ,CRC) lCRCCRC码是一种检错、纠错能
7、力很强的数据校验码码是一种检错、纠错能力很强的数据校验码, , 主要用于网络、主要用于网络、同步通信及磁表面存储器等应用场合。同步通信及磁表面存储器等应用场合。1 1循环冗余校验码的编码方法循环冗余校验码的编码方法l循环冗余校验码由两部分组成循环冗余校验码由两部分组成, , 左边为信息位左边为信息位, , 右边为校验位。若右边为校验位。若信息位为信息位为N N位位, , 校验位为校验位为K K位位, , 则该校验码被称为则该校验码被称为(N(NK, N)K, N)码。码。l编码步骤编码步骤如下：如下：(1)(1)将待编码的将待编码的N N位有效信息位表示为一个位有效信息位表示为一个n n1 1
8、阶的多项式阶的多项式M(X)M(X)。(2)(2)将将M(X)M(X)左移左移K K位位, , 得到得到M(X).XM(X).Xk k（K K由预选的由预选的K K1 1位的生成多项式位的生成多项式G(X)G(X)决定）。决定）。(3)(3)用一个预选好的用一个预选好的K K1 1位的位的G(X)G(X)对对M(X).XM(X).Xk k作模作模2 2除法。除法。(4)(4)把左移把左移K K位后的的有效信息位与余数作位后的的有效信息位与余数作模模2 2加法加法, , 形成长度为形成长度为N NK K的的CRCCRC码。码。 M(X).X M(X).Xk kR(X) R(X) Q(X).G(X
9、) Q(X).G(X) 信息位校验位N位K位循环冗余校验码的格式M(X)X Xk k G(X)Q(X)R(X)G(X)10学习幻灯举例例例: :选择生成多项式为选择生成多项式为G(X)G(X)X X4 4X X1(10011),1(10011),请把请把8 8位有效信息位有效信息1111011111110111编码成编码成CRCCRC码。码。 解：解：步骤步骤1 1：M(X) M(X) X X7 7X X6 6+ X+ X5 5X X4 4 + X+ X2 2X X1 1 +1 +1 11110111 11110111 步骤步骤2 2: M(X). X: M(X). X4 4 11110111
10、 1111011100000000 ( ( 即左移即左移4 4位）位） 步骤步骤3 3：模：模2 2除，除，M(X)M(X)X X4 4G(X)G(X) 11110111 1111011100000000 10011100111110010111100101111111111001110011，即，即R(X)R(X)11111111步骤步骤4 4：模：模2 2加，得到循环冗余码为加，得到循环冗余码为M(X)M(X)X X4 4R(X) R(X) 111101111111011100000000 11111111 11110111 1111011111111111 11学习幻灯纠错原理 由于由于
11、M(X).XM(X).Xk kQ(X). G(X)Q(X). G(X)R(X)R(X)，根据模，根据模2 2加的规则加的规则M(X). XM(X). Xk k R(X)R(X)Q(X).G(X)Q(X).G(X)R(X)R(X)R(X)R(X)Q(X).G(X)Q(X).G(X)上式表明上式表明, , 合法的合法的CRCCRC码应当能被生成多项式整除。码应当能被生成多项式整除。若若CRCCRC码不能码不能被生成多项式整除，说明出现了信息的传送差错。被生成多项式整除，说明出现了信息的传送差错。 12学习幻灯4672616E7A4672616E7AE580E5800发送数据接收数据CRCCRC校验
12、13学习幻灯生成多项式的选择l生成多项式被用来生成生成多项式被用来生成CRCCRC码码, , 但并非任何一个但并非任何一个K K1 1位的多项式都位的多项式都能作为生成多项式用能作为生成多项式用, , 它它应满足下列要求：应满足下列要求：（1 1）任何一位出错都应使余数不为）任何一位出错都应使余数不为0 0。（2 2）不同位出错应使余数不同。）不同位出错应使余数不同。（3 3）对余数继续作模）对余数继续作模2 2除法，应使余数循环。除法，应使余数循环。l生成多项式的选择主要靠经验，但已有生成多项式的选择主要靠经验，但已有3 3种多项式种多项式成为标准而被广成为标准而被广泛运用泛运用, , 它们
13、都具有极高的检错率它们都具有极高的检错率, , 分别是分别是: :lCRC-12CRC-12X X1212X X1111X X3 3X X2 2X X1 1lCRC-16CRC-16X X1616X X1515X X2 21 1lCRC-CCITTCRC-CCITTX X1616X X1212X X5 51 1lCRC-32CRC-32= X= X3232X X2626X X23+ 23+ X X2222X X1616X X1212+ + X X1111X X1010X X8+ 8+ X X7 7X X5 5X X4 4 +X+X2 2X X1 1注：在RFID标准ISO/IEC14443中，
14、采用的是CRC-CCITT的生成多项式；但应注意的是，该标准中的TYPE A计算时循环移寄存器的初始值为6363H；TYPE B循环位移寄存器的初始值为FFFFH。14学习幻灯 多项式除法，可用除法电路来实现。除法电路的主体由一组移位寄存器和模2加法器(异或单元)组成。以CRC-ITU为例，它由16级移位寄存器和3个加法器组成，见下图(编码/解码共用)。编码、解码前将各寄存器初始化为1，信息位随着时钟移入。当信息位全部输入后，从寄存器组输出CRC结果。补充1：15学习幻灯补充2：16位CRC适用于校验4000字节长的数据块的完整性，超过此长度，性能下降。RFID中传输的数据块都比4000字节短
15、，故也可用12位或8位的CRC。16学习幻灯防 碰 撞17学习幻灯不需拆箱即可同时读取多笔资料橘色参考书一本蓝色字典一本灰色小说一本18学习幻灯一、产生碰撞的原因 在在RFID系统应用中，因为多个读写器或多个标系统应用中，因为多个读写器或多个标签，造成的读写器之间或标签之间的相互干扰，签，造成的读写器之间或标签之间的相互干扰，统称为统称为碰撞碰撞。1 1什么是碰撞什么是碰撞什么是碰撞什么是碰撞1、标签碰撞、标签碰撞2、读写器碰撞、读写器碰撞2 2碰撞的类型碰撞的类型碰撞的类型碰撞的类型19学习幻灯电子标签1电子标签2电子标签4电子标签3电子标签520学习幻灯电子标签1电子标签2电子标签4电子标
16、签3电子标签521学习幻灯R1RrRrReader2Reader1读写器读写器- -读写器频率干扰读写器频率干扰 R1R1为为Reader1Reader1的干的干扰范围扰范围 RrRr为为Reader1Reader1和和Reader2Reader2的读取范围的读取范围 从标签从标签T T反射到读写器反射到读写器Reader2Reader2的信号很容易的信号很容易被从被从Reader1Reader1发出的信发出的信号干扰。号干扰。Tag读写器碰撞22学习幻灯Tag3Tag2Tag1Reader1Reader2多读写器一标签干扰多读写器一标签干扰 标签标签1 1接收到的信息为两个读写器发射信号接收
17、到的信息为两个读写器发射信号的矢量和的矢量和, ,是一个未知信号。是一个未知信号。23学习幻灯24学习幻灯 如何解决碰撞如何解决碰撞的问题呢？的问题呢？25学习幻灯无线通信技术中，通信碰撞的四种解决防碰撞方法：无线通信技术中，通信碰撞的四种解决防碰撞方法：无线通信技术中，通信碰撞的四种解决防碰撞方法：无线通信技术中，通信碰撞的四种解决防碰撞方法：空分多址空分多址空分多址空分多址(SDMA)(SDMA)(SDMA)(SDMA)频分多址频分多址频分多址频分多址(FDMA)(FDMA)(FDMA)(FDMA)码分多址码分多址码分多址码分多址(CDMA)(CDMA)(CDMA)(CDMA)时分多址时分
18、多址时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)(TDMA)(TDMA)二二、防碰撞机制的实现防碰撞机制的实现26学习幻灯1 1、空分多址、空分多址SDMASDMA法法空间分割多重存取空间分割多重存取Reader 分离的空间范围分离的空间范围内重新使用确定的内重新使用确定的资源（通信容量）资源（通信容量）1、自适应、自适应SDMA，电子控，电子控制定向天线，天线的方向制定向天线，天线的方向直接对准某个标签直接对准某个标签2 2、减少单个读写、减少单个读写器的作用范围器的作用范围27学习幻灯读读写写器器Tag1Tag3Tag5Tag4Tag2阅读器广播命令阅读器广播命令阅读器读写区域阅读器读写区域f
19、1f2f3f4f52、频分多址、频分多址FDMA法法RFID系统把不同载波频率的传输通道分别提供给电子标签用户28学习幻灯 不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同或时隙不同来区分，而是或时隙不同来区分，而是或时隙不同来区分，而是或时隙不同来区分，而是用各自不同的编码序列来用各自不同的编码序列来用各自不同的编码序列来用各自不同的编码序列来区分区分区分区分，或者说，靠信号的不同波形来区分。如果从，或者说，靠信号的不同波形来区分。如果从，或者说，靠信号的不同波形来区分。如果从，或
20、者说，靠信号的不同波形来区分。如果从频域或时域来观察，多个频域或时域来观察，多个频域或时域来观察，多个频域或时域来观察，多个CDMACDMACDMACDMA信号是互相重叠的。信号是互相重叠的。信号是互相重叠的。信号是互相重叠的。CDMACDMACDMACDMA是利用不同的码序列分割成不同信道的多址技是利用不同的码序列分割成不同信道的多址技是利用不同的码序列分割成不同信道的多址技是利用不同的码序列分割成不同信道的多址技术术术术 。 CDMA CDMA CDMA CDMA的频带利用率低，信道容量较小，地址码的频带利用率低，信道容量较小，地址码的频带利用率低，信道容量较小，地址码的频带利用率低，信道
21、容量较小，地址码选择较难、接收时地址码捕获时间较长，其通信频选择较难、接收时地址码捕获时间较长，其通信频选择较难、接收时地址码捕获时间较长，其通信频选择较难、接收时地址码捕获时间较长，其通信频带和技术复杂性在带和技术复杂性在带和技术复杂性在带和技术复杂性在RFIDRFIDRFIDRFID系统中难以应用。系统中难以应用。系统中难以应用。系统中难以应用。3、码分多址码分多址(CDMA) 29学习幻灯4、时间分割、时间分割TDMAa b c abcReaderaabbcc TDMA TDMA是把整个可供使用的信是把整个可供使用的信道容量按时间分配给多个同户道容量按时间分配给多个同户的技术。的技术。3
22、0学习幻灯标签控制（驱动法） 以电子标签为主控器，读写器对数据传输没有控制。该方法 控制很慢不灵活。阅读器控制（询问驱动法） 所有标签同时由阅读器进行控制和检测，通过一定算法，在所有标签中选择其中一个标签，然后进行相互通信（如鉴别、读出或写入数据）。为了选择另一个标签，应该解除原来的通信关系，因为在某一时间内只能建立起唯一的通信关系某一时间内只能建立起唯一的通信关系，即单个标签占用信道通信，可以按时间顺序快速地操作众多标签。所以阅读器控制的方法也称作定时双工传输法定时双工传输法。31学习幻灯三三、防碰撞算法防碰撞算法时分多路（TDMA）ALOHA算法二进制树型搜索算法32学习幻灯1 1、ALO
23、HAALOHA防碰撞算法防碰撞算法l Aloha Aloha协议或称协议或称AlohaAloha技术、技术、AlohaAloha网，是世界上最早的无线电网，是世界上最早的无线电计算机通信网。计算机通信网。AlohaAloha网络可以使分散在各岛的多个用户通过无网络可以使分散在各岛的多个用户通过无线电信道来使用中心计算机，从而实现一点到多点的数据通信。线电信道来使用中心计算机，从而实现一点到多点的数据通信。第一个使用无线电广播来代替点到点连接线路作为通信设施的计第一个使用无线电广播来代替点到点连接线路作为通信设施的计算机系统是夏威夷大学的算机系统是夏威夷大学的ALOHAALOHA系统。系统。l
24、该系统所采用的技术是地面无线电广播技术，采用的协议就该系统所采用的技术是地面无线电广播技术，采用的协议就是有名的是有名的ALOHAALOHA协议，叫做纯协议，叫做纯ALOHA(Pure ALOHA)ALOHA(Pure ALOHA)。以后，在此基。以后，在此基础上，又有了许多改进过的础上，又有了许多改进过的ALOHAALOHA协议被用于卫星广播网和其它协议被用于卫星广播网和其它广播网络。广播网络。 l 各种各种ALOHAALOHA算法：算法：纯纯ALOHAALOHA算法、时隙算法、时隙ALOHAALOHA算法、帧时隙算法、帧时隙ALOHAALOHA算法、动态帧时隙算法、动态帧时隙ALOHAAL
25、OHA算法算法。33学习幻灯 ALOHA算法的模型图34学习幻灯l纯纯ALOHAALOHA算法算法 思想：只要用户有数据要发送，就尽管让他们发送思想：只要用户有数据要发送，就尽管让他们发送 纯纯ALOHAALOHA算法的标签读取过程：算法的标签读取过程： （1 1）各个标签随机的在某时间点上发送信息。）各个标签随机的在某时间点上发送信息。 （2 2）阅读器检测收到的信息，判断是成功接收或者碰撞。）阅读器检测收到的信息，判断是成功接收或者碰撞。 （3 3）若判断发生碰撞，则标签随机等待一段时间再重新发送信息。）若判断发生碰撞，则标签随机等待一段时间再重新发送信息。 纯纯ALOHAALOHA存在的
26、问题：存在的问题： （1 1）错误判决。即对同一个标签，如果连续多次发生碰撞，则将导致阅）错误判决。即对同一个标签，如果连续多次发生碰撞，则将导致阅读器出现错误判断，认为标签不在阅读器作用范围内。读器出现错误判断，认为标签不在阅读器作用范围内。 （2 2）数据帧的发送过程中发生碰撞的概率很大。过多的碰撞导致吞吐）数据帧的发送过程中发生碰撞的概率很大。过多的碰撞导致吞吐量下降系统性能降低。量下降系统性能降低。 解决方向：解决方向： 减小碰撞发生次数减小碰撞发生次数缩短重发延时缩短重发延时 存在的问题？35学习幻灯吞吐率S-代表有效传输的实际总数据率，即在观察时间T0内标签成功通信的平均次数输入负
27、载G-发送的总数据率，即观察时间T0内标签的平均到达次数S=G*Pe 其中Pe是到达的标签能成功完成通信的概率性能分析由概率论知识：Pe=e-2G所以：纯ALOHA算法的吞吐率为：S=G*e-2G36学习幻灯 当输入负载当输入负载G=0.5G=0.5时，系统的吞吐率达到最大值时，系统的吞吐率达到最大值0.1840.184。由。由于纯于纯ALOHAALOHA算法中存在碰撞概率较大，在实际中，该算法仅算法中存在碰撞概率较大，在实际中，该算法仅适于只读型的标签，即阅读器只负责接收标签发射的信号，适于只读型的标签，即阅读器只负责接收标签发射的信号，标签只负责向阅读器发射信号的情况。标签只负责向阅读器发
28、射信号的情况。37学习幻灯l时隙时隙ALOHAALOHA算法算法 在在ALOHAALOHA算法的基础上把时间分成多个离散时隙算法的基础上把时间分成多个离散时隙(slot)(slot)，并且每个，并且每个时隙长度要大于标签回复的数据长度，标签只能在每个时隙内发送数时隙长度要大于标签回复的数据长度，标签只能在每个时隙内发送数据。每个时隙存在：据。每个时隙存在： a a 空闲时隙：此时隙内没有标签发送空闲时隙：此时隙内没有标签发送 b b 成功识别时隙：仅一个标签发送且被正确识别成功识别时隙：仅一个标签发送且被正确识别 c c 碰撞时隙：多个标签发送，产生碰撞碰撞时隙：多个标签发送，产生碰撞 38学
29、习幻灯时隙时隙ALOHAALOHA算法的吞吐率为：算法的吞吐率为：S=G*eS=G*e-G-G当输入负载当输入负载G=1G=1时，系统的吞吐量达到最大值时，系统的吞吐量达到最大值0.3680.368，避免了纯，避免了纯ALOHAALOHA算法中的部分碰撞，提高了信道的利用率。算法中的部分碰撞，提高了信道的利用率。需要一个同步时钟以使阅读器阅读区域内的所有标签的时隙同需要一个同步时钟以使阅读器阅读区域内的所有标签的时隙同步。步。时隙ALOHA算法示意图39学习幻灯Frame Slotted Aloha(FSA) 将N个时隙组成一帧，一帧中包含的时隙数固定，标签随机选择N个时隙中的一个与阅读器通信
30、，一旦碰撞则等待下一帧，重新选择时隙重发信息。优点：简化了时隙Aloha的随机退避机制。缺点：当标签数远大于N时，出现“饿死现象”； 当标签数远小于N时，较多时隙空闲，产生浪费。 固定帧时隙Aloha运用于RFID系统示意图l 帧时隙帧时隙ALOHAALOHA算法算法40学习幻灯l动态帧时隙动态帧时隙ALOHAALOHA算法（算法（DFSADFSA） 41学习幻灯动态帧时隙Aloha运用于RFID系统示意图n当系统待识别标签数较多时，动态增加帧长，可以降低时隙碰撞率，提高系统性能；n当系统待识别标签数较少时，动态减少帧长，可以降低空闲时隙比率，提高时隙利用率，提高系统性能；42学习幻灯2 2、
31、二进制树型搜索算法、二进制树型搜索算法 冲突节点冲突节点非冲突节点非冲突节点011011100101树分叉算法树分叉算法基本思想是：基本思想是：将处于碰撞的标将处于碰撞的标签分成左右两个子集签分成左右两个子集0 0和和1 1，先，先查询子集查询子集0 0，若没有碰撞，则，若没有碰撞，则正确识别标签，若仍有碰撞则正确识别标签，若仍有碰撞则分裂，把分裂，把1 1子集分成子集分成0000和和0101两两个子集，直到识别子集个子集，直到识别子集1 1中所中所有标签。有标签。43学习幻灯1 10 01 11 10 00 00 00 01 11 11 10 0?射频卡射频卡1射频卡射频卡2读写器译码读写器
32、译码 在二进制搜索算法的实现中，起决定作用的是读写器所使用在二进制搜索算法的实现中，起决定作用的是读写器所使用的信号编码的信号编码必须能够确定碰撞的准确比特位置必须能够确定碰撞的准确比特位置。曼彻斯特码曼彻斯特码(Mancherster)(Mancherster)可在多卡同时响应时，译出错误码字，可以按位可在多卡同时响应时，译出错误码字，可以按位识别出碰撞识别出碰撞。这样可以根据碰撞的位置，按一定法则重新搜索射。这样可以根据碰撞的位置，按一定法则重新搜索射频卡。频卡。44学习幻灯范例范例A:10100111B:10110101C:10101111D:10111101R:11111111R:11
33、111111送送REQUEST（11111111）命令，要求区）命令，要求区域内所有标签应答，根据曼彻斯特编码，域内所有标签应答，根据曼彻斯特编码，解码数据为解码数据为101?1?1,发生碰撞，算法做发生碰撞，算法做下如下，下如下，将碰撞的最高置将碰撞的最高置0，其它碰撞位置，其它碰撞位置1。得下次的。得下次的REQUEST(10101111)?R R表示阅表示阅读器读器45学习幻灯Improved Anti-collision Algorithm搜寻过程搜寻过程第一次搜寻第一次搜寻第二次搜寻第二次搜寻第三次搜寻第三次搜寻第四次搜寻第四次搜寻第五次搜寻第五次搜寻发送序号发送序号接收序号接收序号
34、TagATagATagTagB BTagTagC CTagTagD D1010011110110101101011111011110111111111101?1?11010111110100111101011111010?1111010011110100111识别识别TagATagA10110101101011111011110111111111101?1?11010111110101111识别识别TagBTagB46学习幻灯Improved Anti-collision AlgorithmImproved Anti-collision Algorithm搜寻过程搜寻过程第六次搜寻第六次搜寻第
35、七次搜第七次搜寻寻第八次搜第八次搜寻寻第九次搜第九次搜寻寻第十次搜第十次搜寻寻发送序号发送序号接收序号接收序号TagATagATagTagB BTagTagC C TagTagD D1011010110111101111111111011?10110110101101101011011110110111101识别识别TagCTagC识别识别TagDTagD47学习幻灯 射频卡进入读写器的工作范围，读写器发出一个最大序列号让所有射射频卡进入读写器的工作范围，读写器发出一个最大序列号让所有射频卡响应；同一时刻开始传输它们的序列号到读写器的接收模块。频卡响应；同一时刻开始传输它们的序列号到读写器的接
36、收模块。 读写器对比射频卡响应的序列号的相同位数上的数。读写器对比射频卡响应的序列号的相同位数上的数。出现不一致出现不一致的现象的现象即有的序列号该位即有的序列号该位为为0 0，而有的序列，而有的序列号该位为号该位为1 1 把有不一致位的数从最高位到低位依次置把有不一致位的数从最高位到低位依次置O O再输出系列号，再输出系列号，即依次排除序列号大的数，至读写器对比射频卡响应的序列号即依次排除序列号大的数，至读写器对比射频卡响应的序列号的相同位数上的数完全一致时，说明无碰撞。的相同位数上的数完全一致时，说明无碰撞。选出序列号最小的数后，对该标签进行数据交换，然后使该选出序列号最小的数后，对该标签
37、进行数据交换，然后使该卡进入卡进入“无声无声”状态。状态。YN二进制搜索算法的工作流程是：二进制搜索算法的工作流程是：48学习幻灯49学习幻灯TYPE A （位检测防碰撞协议）l帧有3种类型：短帧、标准帧和面向比特的防碰撞帧。 四、 ISO/IEC 14443标准中的防碰撞协议 短帧短帧标准帧标准帧50学习幻灯面向比特防碰撞帧面向比特防碰撞帧加校验位不加校验位不加校验位51学习幻灯l命令集命令集 lREQA/WUPAREQA/WUPA命令命令PCD给PICC发送查询信息。这两个命令为短帧。REQA编码为26H（高半字节取3位），WUPA编码为52H （高半字节取3位）， lATQAATQA应答
38、应答 PCD发出REQA命令后，处于休闲状态的PICC都应同步地以ATQA应答PCD，PCD检查是否有碰撞备用经营者编码UID大小00：UID级长为101：UID级长为210：UID级长为3比特帧防碰撞方式，仅有1位设置成152学习幻灯UID结构定义注：UID可以是一个固定的唯一序列号，也可以使由PICC动态产生的随机数。CT：级联标志，编码为88H53学习幻灯l命令集命令集 lANTICOLLISIONANTICOLLISION和和SELECTSELECT命令命令 组成域SELNVBUID CLnBCC说明1字节1字节04字节1字节54学习幻灯l命令集命令集 lANTICOLLISIONAN
39、TICOLLISION和和SELECTSELECT命令命令 组成域SELNVBUID CLnBCC说明1字节1字节04字节1字节PCD发送的字节数命令的非完整字节最后一位的位数55学习幻灯l命令集命令集 lANTICOLLISIONANTICOLLISION和和SELECTSELECT命令命令 组成域SELNVBUID CLnBCC说明1字节1字节04字节1字节BCC：是UID CLn的校验位，是UID CLn的4个字节的异或。56学习幻灯l命令集命令集 lANTICOLLISIONANTICOLLISION和和SELECTSELECT命令命令 组成域SELNVBUID CLnBCC说明1字节
40、1字节04字节1字节若NVB=70H，即指示其后有40个有效位，则应添加CRC-A（2字节），此时为SELECT命令。若NVB指示其后少于40个有效位，则为ANTICOLLISION命令。57学习幻灯l命令集命令集 lSAKSAK应答应答 PCD发送SELECT命令后，与40位UID匹配的PICC以SAK作为应答。UID不完整，还有未被确认部分UID完整，PICC遵守ISO-14443-4标准的传输协议58学习幻灯l命令集命令集 lHALTHALT命令命令59学习幻灯lPICC的状态lPower-off（断电）状态 没有足够的载波能量，PICC没有工作，也不能发送反射波。 lIdle（休闲）状
41、态 PICC已经上电，能够解调信号，并能够识别有效的REQA和WAKE-UP命令。 lReady（就绪）状态 实现位帧的防碰撞算法或其它可行的防碰撞算法。 lActive（激活）状态 PCD通过防碰撞已经选出了单一的卡。lHalt（停止）状态 60学习幻灯l防碰撞流程 61学习幻灯练习：P126 4.662学习幻灯lTYPE B的防碰撞协议（时隙ALOHA算法）lREQB/WUPB命令 前缀APf=05H应用簇标识符，代表由PCD指定的应用类型（见表4.8）=0为REQB命令=1为WUPB命令当AFI匹配且N=1时，PICC应答REQB/WUPB命令当AFI匹配但N1时，PICC要选择随机时间
42、片（在1N之间），若N=1立即应答；若N1等待SLOT-MARKER命令来匹配时间片。63学习幻灯lTYPE B的防碰撞协议lSLOT-MARKER命令 若多个PICC在同一时间进行应答发生碰撞时，PCD应发出时间片SLOT-MARKER命令 。PCD给出命令为第nnnn个时间片，当PICC产生的随机时间片等于nnnn时才应答。64学习幻灯lTYPE B的防碰撞协议lATQB应答 用于防碰撞期间区分PICC，它由PICC动态产生的数或各种固定的数，仅在Idle状态改变其值协议信息：比特率、最大帧长、协议类型等AFI（1个字节）CRC-B（2个字节）应用数量（1个字节）：指示在PICC中有关应用
43、的出现情况。PICC对REQB/WUPB命令和SLOT-MARKER命令的应答都是ATQB65学习幻灯lTYPE B的防碰撞协议lATTRIB命令 PICC在ATQB应答中PUPI值PCD接收到正确的ATQB应答后发出ATTRIB命令。PICC发送副载波之前的最小延迟时间、PICC向PCD通信时是否需要SOF（帧开始）或EOF（帧结束）、最大帧长度、比特率等信息注：通过ATTRIB命令，PCD可以实现对某个PICC的选择，使其进入active状态。高层信息，长度可为0字节，选用时用于传送高层信息。66学习幻灯lTYPE B的防碰撞协议l对ATTRIB命令的应答 对高层命令的响应，长度可为0字节
44、最大缓冲器容量索引。PICC通过该编码告知PCD，PICC能够接收的链接链的最大值。返回CID值，若PICC不支持CID，则其编码为000067学习幻灯lTYPE B的防碰撞协议lHLTB命令及应答 HLTB命令用于将PICC置于Halt状态，此时PICC除了接受WUPB命令外，其它命令对它没有影响。68学习幻灯TYPE B型PICC状态转换图69学习幻灯TYPE B防碰撞过程示例 70学习幻灯习题：习题：1、RFID中差错检测主要采用中差错检测主要采用 和和 。2、RFID系统中有两种类型的通信碰撞存在，一种是系统中有两种类型的通信碰撞存在，一种是 ，另一种是，另一种是 。 3、为了防止碰撞
45、的发生，射频识别系统中需要设计相应的防碰撞技术，在通信中、为了防止碰撞的发生，射频识别系统中需要设计相应的防碰撞技术，在通信中这种技术也称为多址技术，多址技术主要分为以下四种：这种技术也称为多址技术，多址技术主要分为以下四种： ， ， ， 。 4、TDMA算法又可以分为算法又可以分为 和和 两种。两种。上述两种上述两种TDMA算法中，会出现算法中，会出现“饿死饿死”现象的算法是现象的算法是 。 5、基于概率的、基于概率的ALOHA算法又可以分为：算法又可以分为： 、 、 、 等等 。6、ISO/IEC 14443 TYPE A中中PICC有五种状态有五种状态 ： 、 、 、 、 。7、ISO/
46、IEC 14443 TYPE A中防碰撞协议采用中防碰撞协议采用 ，TYPE B中采中采用防碰撞协议采用用防碰撞协议采用 。8、 ISO/IEC 14443 TYPE A的帧有的帧有3中类型中类型 、 、 。其中。其中 仅用于防碰撞循环。仅用于防碰撞循环。奇偶校验码奇偶校验码CRC码码阅读器碰撞阅读器碰撞电子标签碰撞电子标签碰撞空分多址空分多址频分多址频分多址码分多址码分多址时分多址时分多址ALOHA算法算法二进制树型搜索算法二进制树型搜索算法ALOHA算法算法纯纯ALOHA算法算法 时隙时隙ALOHA算法算法帧时隙帧时隙ALOHA算法算法固定帧时隙固定帧时隙ALOHA算法算法断电状态断电状态
47、休闲状态休闲状态就绪状态就绪状态激活状态激活状态停止状态停止状态二进制树型搜索二进制树型搜索时隙时隙ALOHA算法算法短帧短帧标准帧标准帧面向比特的防碰撞帧面向比特的防碰撞帧面向比特的防碰撞帧面向比特的防碰撞帧71学习幻灯作业：1、什么是数据的完整性？在RFID系统中，影响数据完整性的两个主要因素是什么？2、什么是碰撞？什么是防碰撞？RFID系统中常用的防碰撞的算法有哪些？3、简述纯ALOHA算法和时隙ALOHA算法的基本原理和它们之间的区别。4、为了实现二进制搜索算法，常采用Manchester编码。为什么？5、二进制搜索算法的特点6、ISO 14443 TYPE A协议中应答器有哪几个状态？请解释这几个状态并画出状态转换关系，以及转换时的命令。72学习幻灯73学习幻灯下一讲预告下一讲预告下一讲预告下一讲预告1 1、RFIDRFID的安全漏洞在哪的安全漏洞在哪, ,有哪些攻击方式？有哪些攻击方式？ 2、RFIDRFID有哪些安全解决方案有哪些安全解决方案 ？问题探究问题探究74学习幻灯
