标识技：RFID及其防碰撞技术

标识与定位技术

条形码技术
RFID技术
RFID核心技术
RFID的防碰撞技术
RFID的防碰撞技术
- 读写器防碰撞技术
- - 协调计划算法（调度算法）
  - 功率控制算法

条形码技术

一维条形码

条形码是将宽度不等的多个黑条（或黑块）和空白，按照一定的编码规则排列，用以表达一组信息的图形标识符。
常见的一维条形码是由反射率相差很大的黑条（简称条）和白条（简称空）排成的平行线图案。
条形码可以标出物品的生产国、制造厂家、商品名称、生产日期、以及图书分类号、邮件起止地点、类别、日期等信息。在商品流通、图书管理、邮政管理、银行系统等很多领域得到了广泛的应用。
将条形码转换为有意义的信息，需要经历扫描和译码 两个过程。

优点：识读速度快；制作成本低廉。
缺点：数据容量小：一般只能包含字母和数字；空间利用率低：条形码尺寸相对较大，空间利用率降低；污损后不易识别；安全性低

二维条形码

二维码是在一维码的基础上发展起来的一种编码技术，它将条形码的信息空间从线性的一维扩展到平面的二维，具有信息容量大、成本低、准确率高、编码方式灵活、保密性强等诸多优点。
二维码也有不同的编码方法。根据这些编码原理，可将二维码分为以下三种类型：

类型	典型编码
线性堆叠式	Code 16K、Code49、PDF417等
矩阵式	Aztec、MaxiCode、QR Code、Data Matrix等
邮政码	Postnet、BPO 4-State等

线性堆叠式
在一维条形码的基础上，降低条形码的高度，安排一个纵横比大的窄长条码行，将各行在顶上互相堆积，每行间都用一模块宽的厚黑条相分割。

矩阵式：采用统一的黑白方块组合，能够提供更高的信息密度，存储更多的信息。更高的自动纠错能力。无起止符，有定位符。

邮政码：利用不同长度的条进行编码

优点：信息容量大；编码范围广；纠错能力强；可引入加密机制；易打印，寿命长，成本低；识读方便。

三维条形码

三维码的主要特征在于利用色彩或灰度（或称黑密度）表示不同的数据并进行编码。
三维码具有更大的信息容量、相同的识别便易性和较好的安全性。

自动识别技术

RFID技术

RFID概念与特点

RFID射频识别（Radio Frequency Identification）是一种非接触式的自动识别技术，它利用射频信号通过空间耦合实现非接触信息传递并通过所传递的信息达到识别的目的的技术。识别工作无须人工干预，可工作于各种环境。
射频识别技术具有体积小、信息量大、寿命长、可读写、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。
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质的实时管理跟踪与信息共享。

RFID的系统组成

RFID系统包含射频标签（Tag）、读写器（Reader）和数据管理系统 组成，其中射频标签由天线和芯片组成，每个芯片都含有一个唯一的标识码，一般包含约定的电子数据。
射频标签与读写器之间通过耦合元件实现射频信号的空间（非接触）耦合，在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递和数据的交换。

读写器通过天线把电磁波发射到空中，邻近的标签被电磁波激活；被激活的标签会随即发射出载有标签资料的无线电波，这些微弱的无线电波最后再由读写器接收。读写器与计算机连接，对标签传回的资料进行处理或启动回应该资料的相关程序。

RFID的工作原理

电感耦合：变压器模型，通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定律 。电感耦合方式一般适合中、低频工作的近距离RFID系统，典型工作频率有：125KHz、225KHz和13.56KHz**。识别作用距离小于1m，典型作用距离为10-20cm。**
下行传输（阅读器->电子标签）：阅读器产生变化磁场，电子标签感应生成电动势。
上行传输（电子标签->阅读器）：阅读器产生变化磁场，电子标签反向耦合
电磁耦合：后向散射耦合，以电磁波的形式耦合，类似雷达模型。作用距离远，一般适合高、超高频工作的远距离RFID系统。
下行传输（阅读器->电子标签）：阅读器发射电磁波，电子标签接收电磁波。
上行传输（电子标签->阅读器）：电子标签发射电磁波，阅读器接收电磁波。阅读器发射电磁波，电子标签反射电磁波。
应用：433M、900M、2.4G或更高频率的RFID系统

RFID的分类

根据标签工作的频率不同，RFID系统可分为：低频（LF， 30 300 K H z 30~300KHz 30 300KHz）、高频（HF， 3 30 M K H z 3~30MKHz 3 30MKHz）、超高频（UHF， 300 1000 M H z 300~1000MHz 300 1000MHz）、微波（MW， 2.45 G H z 5.8 G H z 2.45GHz~5.8GHz 2.45GHz 5.8GHz）系统

参数	低频	高频	超高频率	微波
频率	125~134kHz	13.56MHz	433MHz,860~960MHz	2.45GHz,5.8GHz
技术特点	穿透及绕射能力强（能穿透水及绕射金属物质）；速度慢、距离近	性价比适中、适用于大多数环境，抗冲突能力差	速度快、距离远，穿透能力弱(不能穿透水，被金属物质全反射)	一般为有源系统，作用距离远，抗干扰能力差
作用距离	<10cm	1~20cm	3~8m	>10m
应用	门禁、防盗系统、门禁、防盗系统	智能卡、电子票务、图书管理、商品防伪	仓储管理、物流跟踪、航空包襄、自动控制	道路收费

根据标签工作的方式 不同，RFID标签按照能源来源可分为：被动标签（Passive Tag）、主动标签（Active Tag）和半主动标签（Semi-Passive Tag）。
- 被动标签：内部没有电池，标签通过耦合读写器发射的电磁波的能力来工作。重量轻，体积小，成本低，寿命长 ，但识别距离小，且需要比较大的发射功率的读写器。
- 主动标签：内部装有电池，通过电池供电发射信号，识别距离较长 ，但成本较高，体积较大，寿命限于电池。
- 半主动标签：也称电池支持式反向散射调制系统，其电池只起到对标签内部数字电路供电的作用 ，不依靠自身能力主动发送数据，只有被读写器的能量场"激活"时，才通过反向调制方式传送自身的数据。
根据标签的可读性可分为：只读、一次写入多次读与多次读写标签。ROM、RAM、电可擦可编程只读存储器（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory， EEPROM）、铁电随机存取存储器Ferroelectric Random-Access Memory，FRAM、静态随机存取存储器Static Random-Access Memory，SRAM。
根据标签工作的原理 不同，RFID标签按照耦合原理可分为：电感耦合、和反向散射耦合。耦合方式决定RFID系统的频率与通信距离范围。

RFID核心技术

读写器：与标签通信、与后台程序通信、对传输数据编码解码、对传输数据加密解密、实现多标签识读，具有防碰撞功能
RFID天线：主要有线圈型、微带贴片型、偶极子型。
中间件：介于RFID读写器硬件设备与企业后端软件系统之间的软件。主要功能：管理RFID硬件及其配套设备，屏蔽RFID设备的多样性和复杂性；过滤和处理RFID标签数据流，完成与企业后端软件系统的信息交换；作为一个软硬件集成的桥梁，降低系统升级维护的开销。

RFID核心技术组成	功能
RFID标签	可存储信息、内部数据能被读或写、数据信息可编码、不同技术规格适于不同应用场景
读写器	与标签通信、与后台程序通信、对传输数据编码解码、对传输数据加密解密、实现多标签识读，具有防碰撞功能
RFID天线	主要有线圈型、微带贴片型、偶极子型
中间件	管理RFID硬件及其配套设备，屏蔽RFID设备的多样性和复杂性；过滤和处理RFID标签数据流，完成与企业后端软件系统的信息交换；作为一个软硬件集成的桥梁，降低系统升级维护的开销。

RFID标签：可存储信息、内部数据能被读或写、数据信息可编码、不同技术规格适于不同应用场景
RFID阅读器：阅读器是RFID系统的重要组成部分，也是标签与后台系统的接口。不是所有阅读器都能支持不同种类的标签，通常只支持特定频段的标签。

RFID天线分为：线圈型、微带贴片型、偶极子型
RFID中间件：一种介于RFID读写器硬件设备与企业后端软件系统之间的软件
- 主要功能：管理RFID硬件及其配套设备，屏蔽RFID设备的多样性和复杂性；过滤和处理RFID标签数据流，完成与企业后端软件系统的信息交换；作为一个软硬件集成的桥梁，降低系统升级维护的开销。
- RFID中间件技术拓展了基础中间件的核心设施和特性，将企业级中间件技术延伸到了RFID领域，是RFID产业链的关键技术。
- RFID中间件（RFID Middleware）是RFID应用系统的一个重要组成部分，被视为RFID应用的运行中枢。
- RFID中间件是一种面向消息的中间件（MOM），信息以消息的形式，从一个程序传递到另一个或多个程序。
- 介于RFID读写器硬件设备与企业后端软件系统之间的软件。

RFID的防碰撞技术

在RFID射频识别系统数据通信的过程中，数据传输的完整性和正确性 是保证系统识别性能的关键技术。系统数据传输的完整性和正确性的降低主要是由两个方面的原因导致的：一是周围环境的各种干扰，二是多个标签和多个阅读器同时占用信道发送数据而产生的碰撞。
在RFID系统应用中，经常会遇到多阅读器、多标签的情景，这就会造成标签之间或阅读器之间在工作时的相互干扰，这种干扰被称为碰撞或冲突（Collision）。碰撞分为两种，标签碰撞和阅读器碰撞
为了保证RFID系统能够正常工作，这种碰撞应予以避免。避免碰撞的方法或操作过程就被称为防碰撞算法（Anti-Collision Algorithm）。

标签碰撞

多标签碰撞问题：即多个标签与同一个读写器同时通信时产生碰撞。

阅读器碰撞

多阅读器碰撞问题：即相邻的阅读器在其信号交叠区域内产生干扰，导致阅读器的阅读范围减小，甚至无法读取标签。
由阅读器引发的干扰统称为阅读器碰撞。阅读器碰撞一般有三种类型：频率干扰(标签与阅读器之间的干扰)、标签干扰(阅读器与阅读器之间的干扰)、隐藏终端干(阅读器与阅读器之间的干扰)

频率干扰

一个阅读器发射较强的信号与一个射频标签反射回的微弱信号相干扰时，就引起阅读器与阅读器之间的干扰。阅读器R1位于阅读器R2干扰区。从Tag反射回的信号到达R1，很容易被R2反射的信号干扰。即使两个阅读器阅读范围没有重叠，也有可能产生干扰。

标签干扰

从阅读器R1和R2发射的信号可能在标签Tag1处产生干扰。这种情况下，标签Tag1不能解密任何查询信号并且阅读器R1和R2都不能阅读Tag1

隐藏终端干扰

两个阅读器的阅读范围没有重叠。
虽然阅读范围没有重叠，但处于干扰范围内，但在同一时间占用相同频率与Tag1通信，阅读器R2发射的信号对阅读器R1发射的信号在Tag1处产生干扰，从而导致通信质量下降。

RFID的防碰撞技术

空分多址SDMA：多个读写器组成阵列、读写器采用定向天线。缺点：天线系统复杂，大幅提高成本。
频分多址FDMA：标签使用不同频率应答。缺点：导致阅读器和标签成本要求较高，很少使用。
码分多址CDMA：优点：具有抗干扰性好，保密安全性高，信道利用率高；
- 优点：抗干扰、抗信号衰减、信息隐蔽、抗截获
- 缺点：频段利用率低、信道容量小，伪随机码的产生和选择较难，接收时地址码捕获时间长等。
时分多址TDMA：划分时间片分配多用户