CDIO实践教学——调研报告
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RFID协议分析 RFID主要技术
ISO/IEC和EPCglobal是目前国际上影响力较大的RFID标准化组织。
ISO/IEC标准
国际标准化组织ISO/IEC是信息技术领域最重要的标准化组织之一，其制定的RFID空ISO/IEC制定的一些RFID空中接口标准，其中影响最大的主要有ISO/IEC 14443、ISO/IEC 15693和ISO/IEC 18000三个系列标准。
ISO/IEC 14443：2001《识别卡—无触点的集成电路卡—接近式卡》标准采用的载波频率为13.56MHz，定义了TYPE A、TYPE B两种类型协议，通信速率为106 kbps。该标准在国内外的应用已经非常广泛，我国第二代居民身份证中的射频识别技术采用的就是ISO/IEC 14443 TYPE B协议。TYPE B与TYPE A相比，由于调制深度和编码方式的不同，具有传输能量不中断、速率更高、抗干扰能力更强的优点。该系列标准共分为物理特性、空中接口和初始化、防冲突和传输协议、扩展命令集和安全特性四个部分。符合该标准的RFID设备及标签的最大识读距离约为10cm。
ISO/IEC 15693：2001《识别卡—无触点的集成电路卡—邻近式卡》标准采用的载波频率仍为13.56MHz，同样分为物理特性、空中接口和初始化、防冲突和传输协议、扩展命令集和安全特性四个部分。目前该标准已被广泛应用，符合该标准的RFID设备已经非常成熟，最大识读距离可达1m。
ISO/IEC 18000:2004《信息技术－用于单品管理的射频识别技术》系列标准是由ISO/IEC JT SC31自动识别和数据采集分技术委员会负责制定的用于单品管理的空中接口通信协议标准，它涵盖了从125kHz到2.45GHz的通信频率，识读距离由几厘米到几十米。该系列标准分为六个部分，本文只就其中受到最为广泛关注的ISO/IEC 18000-6:2004 《860～960MHz频率下的空中接口通信参数》进行介绍。
EPCglobal标准
在物品编码规则和数据采集后处理方面EPCglobal制定的一系列标准则。EPCglobal旨在改变整个世界，它通过搭建一个可以自动识别任何地方任何事物的开放性全球网络(即EPC系统或物联网)，来为公司提供某些他们梦寐以求的、几乎完美的供应链可见度。在物联网的构想中，RFID标签中储存的EPC代码，可以通过无线数据通信网络自动采集到中央信息系统，以实现对物品的识别，进而通过开发的计算机网络实现信息交换和共享，实现对物品的透明化管理。EPCglobal主要标准如下：
1.EPC标签数据规范：规定了EPC编码结构，包括所有编码方式的转换机制等。 2.空中接口协议：它规范了电子标签与读写器之间命令和数据交互。如前文所述其中的UHF C1G2 已经成为ISO/IEC 18000-6 Type C标准。
3.RP读写器数据协议：提供读写器与主机(主机是指中间件或者应用程序)之间的数据与命令交互接口。
4.LLRP低层读写器协议：它为用户控制和协调读写器的空中接口协议参数提供通用接口规范，它与空中接口协议密切相关。可以配置和监视ISO/IEC 18000-6 Type C中防碰撞算法的时隙帧数、Q参数、发射功率、接收灵敏度、调制速率等，可以控制和监视选择命令、识读过程、会话过程等。
5.RM读写器管理协议：位于读写器与读写器管理之间的交互接口。它规范了访问读写器配置的方式，比如天线数等；它规范了监控读写器运行状态的方式，比如读到的标签数、天线的连接状态等。另外还规范了RFID设备的简单网络管理协议SNMP和管理系统库MIB。读写器管理协议位于管理平面。
6.ALE应用层事件标准：提供一个或多个应用程序向一台或多台读写器发出，对EPC数据请求的方式等。通过该接口，用户可以获取过滤后、整理过的EPC数据。
7.EPCIS捕获接口协议：提供一种传输EPCIS事件的方式，包括EPCIS仓库，网络EPCIS访问程序，以及伙伴EPCIS访问程序。
8.EPCIS询问接口协议：提供EPCIS访问程序从EPCIS仓库或EPCIS捕获应用中得到EPCIS数据的方法等。
9.EPCIS发现接口协议：提供锁定所有可能含有某个EPC相关信息的EPCIS服务的方法。
10.TDT标签数据转换框架：提供了一个可以在EPC编码之间转换的文件，它可以使终端用户的基础设施部件自动地知道新的EPC格式。
11.用户验证接口协议：验证一个EPCglogal用户的身份等，该标准目前正在制定中。
12.物理标记语言PML：它是用来描述物品静态和动态信息，包括物品位置信息、环境信息、组成信息等。PML是基于为人们广为接受的可扩展标识语言(XML)发展而来的。PML的目标是为物理实体的远程监控和环境监控提供一种简单、通用的描述语言。可广泛应用在存货跟踪、自动处理事务、供应链管理、机器控制和物对物通信等方面。
EPCglobal已经得到沃尔玛、微软、飞利浦、IBM等众多企业的支持，具有广阔的应用前景。沃尔玛早在2005年就将基于该标准的RFID技术应用到货品管理中。 沃尔玛更多的上游供应商也逐步开始进行相关测试，应用的规模不断扩大并取得的一定成效。随着RFID技术逐渐完善和成本降低，相信为每个
空中接口协议
空中接口协议包含物理层和媒体接入控制(MAC)层, 物理层包含数据的帧结构定义, 调制/解调, 编码/解码, 链路时序等, MAC 层包含链路时序,交互流程, 防碰撞算法及安全加密算法等。 物理层
EPC 协议中, 前向通信使用双边带幅移键控( DSB - ASK )、单边带幅移键控( SSB- ASK )或者反相幅移键控( PR - ASK ) 等调制方式。标签通过阅读器的RF电磁场来获得工作电源能量。阅读器通过发送一个未经调制的RF载波并侦听标签的反向散射的回复来获得标签的信息。标签通过反向散射调制射频载波的幅度或者相位来传送信息。编码格式由标签根据阅读器命令进行选择, 可以是FM0或者Miller调制副载波。
在链路时序方面, EPC 协议规定了读写器发送不同命令, 读写器发送命令与标签响应命令之间的时间间隔最大、最小和典型时间。数据帧结构方面, EPC 协议通过规定查询命令前的前导码, 指定反向数据速率, 编码方式等, 其他命令前使用帧同步码实现同步。反向帧同步码自相关性能较差, 可以修改反向帧同步码进一步提高其自相关性。
EPC协议中, 前向通讯采用不等长的PIE 编码,简化标签端的解码算法。另外, PIE 编码还带有时钟信息, 在通信过程中, 能较好地保持数据同步, 抵抗各种无线干扰, 从而提高系统在无线环境的可靠性。反向通讯采用FM0或者Miller子载波编码方式。
信号调制方面, 阅读器使用DSB - ASK, SSB -ASK, 或者PR - ASK 调制方式跟标签进行通讯, 标签应该能够对全部三种调制类型进行解调。ASK调制受数字数据的调制而取不同值, 它采用包络检波方式解调, 适合电子标签的特点。PSK用需要传输的数据值来调整载波相位, 这种调制技术具有更好的抗干扰性能, 相位的变化可作为定时信息来同步发送机和接收机时钟。
MAC 层
2. 2. 1 标签访问控制：阅读器通过选择, 清点, 访问三个基本操作来管理标签群体。阅读器选择标签群体以便对标签进行清点和访问。这个操作类似
于从数据库中选择记录。阅读器通过在四个会话中的一个会话发出一个查询命令来启动一轮清点, 可能会有一个或者多个标签响应。若单个标签响应, 阅读器请求该标签的PC, EPC 和CRC- 16。若多个标签响应, 则进入防碰撞处理过程。阅读器和单个标签进行读或者写之前, 标签必须被唯一识别。访问的每一个操作包括多个命令。
2. 2. 2 防碰撞算法：在标签访问控制过程中, 读写器在一轮中清点多个标签响应, 需要读写器进行碰撞仲裁。EPC 协议中采用ALOHA 算法, ISO 18000协议中采用B inary Tree算法解决防碰撞问题。然而, ALOHA 算法清点效率仅有33%, 需要解决标签数目估计问题, B ianry Tree算法更低, 需要解决标签快速分散问题, 因此有论文提出用多叉树算法来快速分散标签, 提高防碰撞效率。
2. 2. 3 安全加密：在进行读操作时, 读卡器向标签发出读指令, 随后标签根据读指令传送出明文数据。在进行写操作时,读卡器向标签请求一个随机数,标签将这个随机数以明文的方式传送给读卡器, 读卡器使用这个随机数与待写入的数据进行异或运算传输给标签, 标签将获得的数据经过再次异或得到明文后写入存储器。在进行访问指令和杀死指令时, 读卡器在发送密码前同样先向标签请求一个随机数, 并将经过此随机数异或过的密码发送给标签, 以达到数据在读卡器到标签的前向通道上被掩盖的目的。
EPC协议中, 密码在空中无保护传输, 任何读卡器都能够读取和向芯片写数据。虽然EPC 协议指定使用存取密码来保护芯片中的数据, 但是这个存取密码在芯片和读卡器之间在空中被直接无保护传送。这使得密码变得不安全, 为密码破解提供了可能性, 不能保证数据安全。
Gen2协议标准
2004年12月16日，非盈利性标准化组织——EPCglobal批准了向
EPCglobal成员和签订了EPCglobal IP协议的单位免收专利费的空中接口新标准——EPC Gen2，这一标准是无线射频识别（RFID）技术、互联网和产品电子代码（EPC）组成的EPCglobal网络的基础。EPC Gen 2的获批对于RFID技术的应用和推广具有非常重要的意义，它为在供应链应用中使用的UHF RFID提供了全球统一的标准，给物流行业带来了革命性的变革，推动了供应链管理和物流管理向智能化方向发展。
UHF第二代空中接口协议，是由全球60多家顶级公司开发的并达成一致用于满足终端用户需求的标准，是在现有4个标签标准的基础上整合并发展而来的。这4 个标准是：英国大不列颠科技集团（BTG）的ISO-180006A标准，美
RFID
