RFID的复习博客

嵌入式考完了，，，，，，不说了，没啥好留恋的，该RFID了。你（这篇博客）是否公开看我心情了。仅以此篇敬我人生最后一门课业考试以及第三篇练笔博客。
哈哈哈哈哈哈哈，最后一门了，加油。

RFID期末复习随笔

第一章射频识别技术概述

1.1射频识别技术演变

1.1.1 简介

       无线射频识别(Radio Frequency Idenyification,RFID是一种通信技术（或者说使自动识别技术），可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。
       它使用射频电子标签来实现数据的存储和远程数据检索，并且通过射频电子标签和读写器之间的无线通信完成对象的自动识别，从而进行远程识别、监控和跟踪各种对象。
       RFID在实践中被证明胜过其他识别系统（条形码、光学字符识别系统、智能卡和生物识别系统（声音、指纹、视网膜扫描等））。

• 主要优点：
  • RFID不需要视线交流
  • 不受恶劣环境影响
  • 具有允许同时识别多个标签功能
  • 低成本、低功耗

       RFID可以轻松的将日常用品变成可跟踪，可追溯、可监控、可触发、可请求或可响应的移动网络节点。

1.1.2 主要部件

包括三部分组件：射频电子标签、射频读写器和主机（中间件、应用系统）。
有些说法忽略主机的概念，直接说有四个组成部分：射频电子标签、射频读写器、中间件和应用系统。这里我们以书为准。

• 射频电子标签：
  嵌入一个天线 ，用来接收阅读器送来的信号（接收质询），并把要求的数据送回给阅读器（响应质询）。
  （为了我偷懒，之后我一律把这个写成Tag）

• 射频读写器：
  带有一个或者多个天线，通过各种接口与一台主机连接。
  组成及作用：

  • 射频接口
    • 1 产生调频发射能量，激活标签并为其提供能量；
    • 2 对发射信号调制，将数据传输给标签；
    • 3 润滑解调来自电子标签的信号
  • 逻辑控制单元
    • 1 与应用系统软件进行通信，并执行来自应用系统软件发送来的指令；
    • 2 控制阅读器与电子标签的通信过程；
    • 3 信号的编码与解码；
    • 4 对阅读器和标签之间传输的数据进行加密和解密；
    • 5 执行防碰撞算法；
    • 6 对阅读器和标签的身份进行验证。
  • 天线
    • 能将接收到的电磁波转换为电流信号，或将电流信号转换成电磁波发射出去的装置。
      (为了上面的理由，以后都写成Reader)

• 主机:
  包括如下两部分：

  • 中间件：
    中间件是一种独立的系统软件或服务程序，分布式应用软件借助这种软件在不同的技术之间共享资源，其位于客户机、服务器的操作系统之上，管理计算机资源和网络通信。其扮演着电子标签和应用程序之间的中介角色，从应用程序端使用中间件提供的一组通用的应该程序接口API，能连到RFID阅读器，读取电子标签数据。
    主要包括四大功能：
    • 1、阅读器协调控制；
    • 2、数据过滤与处理；
    • 3、数据路由与集成
    • 4、进程管理。

1.2 RFID频段

RFID共使用四个频段

低频(LF)	高频（HF）	特高频（UHF）	微波（MW）
125~134kHz	13.56MHz	868~928MHz	2.4GHz

1.2.1 低频（Low Frequency，LF）

低频频段覆盖了125~134kHz的射频频谱

• 优点：

  • 有良好的穿透性能，可穿透人体或墙壁等各种障碍物（波长长）
  • 在各种导电材料中变现良好，对信号衰减小

• 应用:
  因此，低频频段适用于人物，动物跟踪以及汽车行业

  • 访问控制
  • 动物身份表示
  • 自动化

• 劣势

  • 频率越低，天线越大
  • 读写范围有限（tag采用电感耦合与reader通信）
  • 低阅读速度、 数据传输慢
  • 低内存、大天线、产品代价高

1.2.2 高频（High Frequency，HF）

工作在13.56MHz频率的被动高频射频识别系统用于在中等速率（接近Kbps数量级）和短读写范围（<1m）内使用。

• 优点
  • 在水和金属环境中没低频好，但是比其他更高的频段好多了
  • 更大的内存（较低频）
  • 更快的读写速度
  • 同时检测多个标签
  • 更小更便宜的天线
  • 类似于低频标签，tag也采用电感耦合与reader通信
• 应用：
  • 智能卡（表中放在特高频中，书中放在这里）
  • 短距离物品跟踪
  • 小范围存储管理

1.2.3 特高频（Ultra High Frequency，UHF）

波段（868–928MHz）tag-reader之间采用反向散射技术通信，提供一条可靠的通信同路

• 优点：
  • 更大的读写范围（3~10m）
  • 更快的读取速速
  • 更多的标签以及更小的天线
• 劣势：
  • 通用性不强（受环境影响）
  • 在不同的地方没有同意的标准
  • 工作在未经授权的ISM(工业、科学、医疗)频段内，易受干扰
• 应用：
  • 供应链管理

1.2.4 微波（MicroWave，MW）

2.4GHz~5.8GHz

• 优点：
  • 高传输速率（kbps）
  • 长距离（>30m）
  • 波长范围广
• 劣势：
  • 易受临近信号干扰（所以要求直线视距传输）
  • 信号传播问题（不能穿透很多材料，易受屏蔽，信号丢失）
  • 频段昂贵
• 应用
  • 高速公路收费
  • 运输量控制
  • 仓库控制

表—各频段RFID系统性能总结与特性比较

表1.1 各频段RFID系统性能总结

频段	优点	劣势	应用
低频(125~134kHz）	*良好的穿透性能 *信号衰减小	读写范围有限 低阅读速度、 低数据传输 低内存、 大天线、 产品代价高	人物，动物跟踪以及汽车行业 门禁控制 动物身份表示 自动化
高频（13.56MHz）	健壮性好 内存大 消耗低		小范围存储管理 智能卡（表中放在特高频中，书中放在这里） 短距离物品跟踪
特高频（868~928MHz）	读取距离远	通用性不强（易受干扰） 国际没有统一的标准	供应链管理
微波（2.4GHz~5.8GHz）	频率范围大 波长范围广	易受临近信号影响 信号传播问题	仓库控制 运输量控制

表 1.2 特性比较

性能	高频	特高频	微波
识别距离	几cm<1m	3~10m	>30m
多标签识别能力	较差	最好	较好
存储容量	8~16Kbit	512Kbit	可自定义
安全性	最高	高	高
标签是否需要维护	否	否	是
全向识别	否	否	是

• 作业题：
  NFC与RFID技术的异同点：
  NFC技术即近场通讯技术，是一项正在快速增长并越来越被市场所接受的无线，短距离通信技术。
  NFC技术是一个脱胎于RFID技术的绿色版，精装版或者正如某些技术大牛口中的破解版。

  围	RFID	NFC
  作频率	很多	13.56MHz
  作距离	很多	0~10cm
  作模式	不能切换	能切换读写和卡模式
  对点模式	不支持P2P	支持P2P
  用领域	生产、物流、跟踪、资产管理	门禁、公交卡、手机支付

  NFC的底层通讯协议兼容高频RFID的底层通信标准，即兼容ISO14443/ISO15693标准。NFC技术还定义了比较完整的上层协议，如LLCP，NDEF和RTD等。
  综上，尽管NFC和RFID技术有区别，但是NFC技术，尤其是底层的通信技术是完全兼容高频RFID技术的。因此在高频RFID的应用领域中，同样可以使用NFC技术。

第二章 射频识别技术的标准

2.2 ISO/IEC射频识别标准体系

射频识别标准分为4个方面：

• 数据标准
  解决了应用程序、tag、空中接口多样性的要求
  提供了一套通用的通信机制

  • 编码标准：ISO/IEC15963
    规定了Tag唯一的编码标准
  • 数据协议：
    • ISO/IEC15961
      读写器与应用程序之间的接口
    • ISO/IEC15962
      规定了数据的编码、压缩、逻辑内存的映射格式

• 空中接口标准 ：

  • ISO/IEC18000系列
    • ISO/IEC18000-1
      给出了参考结构和标准化的参数定义
      这样每一个频段对应的标准就不要对相同的内容进行重复规定
    • ISO/IEC18000-2 适用于中频125-134kHz。
      它规定了Reader和Tag之间的物理接口
      也规定了协议和指令以及或Tag通信的防碰撞方法
    • ISO/IEC18000-3 使用高频段 13.56MHz。
      它规定了Reader和Tag之间的物理接口、协议、命令以及防碰撞方法
    • ISO/IEC18000-4 适用于微波段2.45GHz
      它规定了Reader和Tag之间的物理接口、协议、命令以及防碰撞方法
      包括两种模式：
      第一种模式是无源Tag，RTF
      第二种模式是有源Tag，TTF
    • ISO/IEC18000-6适用于特高频段 860~960MHz。
      它规定了Reader和Tag之间的物理接口、协议、命令以及防碰撞方法
      它包含Type A、Type B、Type C、、三种无源Tag的接口协议
    • ISO/IEC18000-6适用于超高频段 433.92MHz，属于有源电子标签
      有源射频电子标签识别范围大，可用于大型固定资产的跟踪

• 测试标准

  • 一致性测试标准：ISO/IEC18046
  • 性能测试标准：ISO/IEC18047

• 实时定位：

  • 应用接口与空中接口通信标准：ISO/IEC24730

他们之间的关系如下图所示：

2.5 表2.5及2.6

P49

表 3.1 各频段RFID协议及分类

表 3.1 各频段RFID应用场合

第三章 射频电子标签

3.2.1 射频电子标签的分类

表 3.1 射频电子标签分类小结

3.2.2 Tag内部结构

通常由三个部分组成:
标签芯片、标签天线（或线圈）、底层
tag电路由天线等构成。详情看图

• 1.能量获取
  天线电路用于获取射频能量，由电源电路整流稳压后为标签电路提供直流工作电压。
  对于可读/写标签，如果存储器是EEPROM，电源电路需要产生写入数据时所需要的直流高电压。
• 2.时钟
  天线电路获取的载波信号频率经分频后，分频信号可作为标签的控制器、存储器、编/解码器等电路工作时所需的时钟信号。
• 3.数据的输入输出
  从读写器送来的命令，通过解调、解码电路送至控制器，控制器实现命令所规定的操作；从读写器送来的数据，经解调、解码后在控制器的管理下写入存储器。
  电子标签送至读写器的数据，在控制器的管理下从存储器输出，经编码器、负载调制电路输出。
• 4 存储器
  电子标签芯片的一个重要部分是存储器。
  半导体存储器可以分为RAM和ROM。
  RAM 存储单元中所存储的内容按需要可以随时读出和随时写入。
  ROM 中所存的内容是预先给定的，在工作过程中只能将其中所存的内容按地址单元读出，而不能写入新的内容。
• 5.控制器
  控制器是电子标签芯片有序工作的指挥器。
  标签的控制器电路比较简单。对于读/写和具有密码功能的标签，必须有内部逻辑控制对存储器的读/写操作和对读/写授权请求的处理，这项工作通常由一台状态机来完成。然而，状态机缺乏灵活性，需要变化时要更改芯片上的电路，在经济和完成时间上都存在问题。
  如果标签上带有微处理器（MCU）或数字信号处理器（DSP），成为智能标签，则对于更改应会更为灵活方便，而且还增加了很多运算和处理能力。
  随着MCU和DSP功耗的不断降低，智能标签在身份识别、金融等领域的应用将会不断扩大。

3.2.3 Tag 状态转换

RFID的Tag有四种状态：
断电状态（Power off）、就绪状态（Ready）、静默状态（Quiet）和选择状态（Select）。
在RFID系统中Tag在一定条件下完成四种状态的转换。转换及其条件如下图所示，断电、就绪和默认状态时强制性的，选择状态的支持是可选的。

图3.13 Tag的状态转换

• 断电状态：
  处于断电状态的电子标签不能被激活。
  当tag没有收到来自reader的signal时，没有足够的能量使它复位进入就绪状态，tag就会处于断电状态
  当tag进入reader的有效现场后，从signal中提取电能进入就绪状态
  当离开有效现场之后，在电能耗尽之后自动进入断电状态
• 就绪状态：
  当tag进入reader的有效现场后，从signal中提取电能进入就绪状态
  当收到选择标志位置1的命令时，进入选择状态
  接收到静默命令时，进入静默状态
• 静默状态：
  响应其他任何地址标志置1的请求，除了巡查标志置1请求，但是保持静默状态
• 选择状态：
  可以响应选择标志置1的请求、非地址模式的请求、使用地址模式并且唯一序列号（UID）相符的请求
  接收到复位至就绪状态或者选择其他不同的UID时，进入就绪状态

Tag状态转换图描述了在同一时刻只有一个射频电子标签处于选择状态
当Tag不能处理一个射频读写器请求时它仍将处于当前状态

3.3 射频读写器

3.3.1 reader功能

3.3.2 分类

根据天线与模块分离与否，可分为：

• 分离式reader（如固定式reader）
  固定式reader是将射频控制器和高频接口封装在一个固定的外壳中构建成。
• 集中式reader（如便携式reader）
  便携式reader一般由射频读写器模块、天线和掌上电脑集成，采用可充电电池供电。其操作系统可以WinCE或其他嵌入式系统。
  此外还有OEM reader

3.3.3 硬件组成

由以下组成：

• 收发机：
  含有发射机和接收机两个部分，通常由收发模块组成。
  发射机在读写器的读写区域内发送电磁波功率信号
  接收机负责接收标签返回读写器的数据信号，并传送给微处理器
  收发模块同天线模块相连接。有的读写器收发模块可以同时连接4个天线。

• 微处理器：
  实现读写器和电子标签之间通信协议的部件；同时完成接收数据信号的译码和数据纠错功能。另外，微处理器还有低级数据滤波和逻辑处理功能。

• 存储器：
  用于存储读写器的配置参数和阅读标签的列表。因此，如果读写器与控制器/软件系统之间的通信中断，所有阅读标签数据会丢失。存储容量的大小受实际应用情况限制。

• 外部传感器/执行器/报警器的输入/输出接口。
  为了降低能耗，读写器不能始终处于开启状态。因此，读写器需要一个能够在工作周期内开启和关闭读写器的控制机制。
  输入/输出端口提供了这种机制，使读写器依靠外部事件开启和关闭读写器工作。

• 通信接口：
  通信接口为读写器和外部实体提供通信指令，通过控制器传输数据和接收指令并作出响应。
  一般通信接口可以根据通信要求分为串行通信接口和网络接口。

  • 串行通信接口：同计算机通过串行端口RS-232或RS-485连接。串行通信被推荐为RFID最小系统的首选方式。
    • 缺点：通信受电缆长度限制、通信数据速率较低、更新维护成本较高。
  • 网络通信接口：通过有线或无线方式连接网络读写器和主机，读写器就像一台网络设备。
    • 优点:同主机的连接不受电缆线限制，维护更新容易。
    • 缺点:网络连接可靠性不如串行接口，一旦网络通信链路失败，就无法读取标签数据。
  • 随物联网技术应用推广网络通信接口将作为一个标准逐渐成为主流。
  • 网络读写器可以根据应用自动发现读取目标，嵌入式服务器允许读写器接收命令，并通过标准浏览器显示读取结果。

• 控制器
  是读写器芯片有序工作的指挥中心，主要功能：

  • 执行从与应用系统软件进行通信；
  • 执行从应用系统软件发来的动作指令；
  • 控制与标签的通信过程；
  • 基带信号的编码与解码；
  • 执行防碰撞算法；
  • 对读写器和标签之间传送的数据进行加密和解密；
  • 进行读写器与电子标签之间的身份认证；
  • 对键盘、显示设备等其他外部设备的控制。其中，最重要的是对读写器芯片的控制操作。

• 读写器天线
  是一种以电磁波形式把前端射频信号功率接收或辐射出去的设备，是电路与空间的界面器件，用来实现导行波与自由空间波能量的转化。

  • 在RFID系统中，天线分为电子标签天线和读写器天线两大类，分别承担接收能量和发射能量的作用。

• 通信设施。
  通信设施为不同的RFID系统管理提供安全通信连接，是RFID系统的重要组成部分。

  • 通信设施包括有线或无线网络和读写器或控制器与计算机连接的串行通信接口。

3.34 软件组成

一般包括以下三类：

• 控制软件
• 导入软件
• 解码器（软件）

3.4 射频识别系统的信道事件模型

• 以能量提供为基础的事件模型
  射频读写器向射频电子标签提供工作能。对于无源射频电子标签来说,当射频电子标签离开射频读写器的工作范围以后,射频电子标签由于没有能量激活而处于休眠状态。当射频电子标签进入射频读写器的工作范围以后,射频读写器发出的能量激活了射频电子标签,射频电子标签通过整流的方法将接收到的能量转化为电能存储在射频电子标签内的电容器里,从而射频电子标签提供工作能量。对于有源射频电子标签来说,有源射频电子标签始终处于激活状态,和射频读写器发出的电磁波相互作用,具有较远的识别距离
• 以时序方式实现数据交换的事件模型
  时序是指射频读写器和射频电子标签之间的工作次序。通常有两种时序:一种是射频读写器先发言(Reader Talk FirstTag Talk First,TTF)。RTF方式下射频电子标签只有接收到射频读写器发送的特殊命令时才向射频读写器发送射频电子标签中存储的数据。在一般状态下射频电子标签处于静默或休眠状态,当射频电子标签进入射频读写器的作用范围时,检测到一定特征的射频信号,便从休眠状态转到接收状态,接收射频读写器发出的命令后进行相应的处理,并将处理结果返回射频读写器TTF方式下射频电子标签在进入射频读写器的能量场后即主动向射频读写器发送自身序列号。与RTF方式相比,TTF方式的射频电子标签具有识别速度快等特点,适用于需要高速应用的场合。另外,TTF方式在噪声环境中更稳健,在处理射频电子标签数量动态变化的场合也更为实用,因此,TTF方式更适于工业环境的跟踪和追踪应用。
• 以数据交换为目的的事件模型
  射频读写器和射频电子标签之间的数据通信是为应用服务。射频读写器和应用系统之间通常有多种接口,接口具有以下功能:应用系统根据需要,向射频读写器发出射频读写器配置命令;射频读写器向应用系统返回所有可能的射频读写器的当前配置状态;应用系统向射频读写器发送各种命令;射频读写器向应用系统返回所有可能命令的执行结果射频读写器和射频电子标签之间的数据通信为两者之间的双向通信,包括射频读写器向射频电子标签的数据通信,以及射频电子标签向射频读写器的数据通信。①在射频读写器向射频电子标签的数据通信中,工作方式包括以下两种:射频读写器离线写入数据;射频读写器在线写入数据。②在射频电子标签向射频读写器的数据通信中,工作方式包括以下两种:一是射频电子标签被激活以后,向射频读写器发送射频电子标签内存储的数据;二是射频电子标签被激活以后,根据射频读写器的指令,进入数据发送状态或休眠状态

RFID系统的工作原理

• 阅读器通过天线向周围空间发送一定频率的射频信号;

• 标签一旦进入阅读器天线的作用区域将产生感应电流，获得能量被激活;

• 激活标签将自身信息编码后经天线发送出去;

• 阅读器接收该信息，经过解码后必要时送至后台网络;后台网络中主机鉴定标签身份的合法性，只对合法标签进行相关处理，通过向前端发送指令信号控制阅读器对标签的读写操作;

第四章

4.1 电磁波传播规律

• 射频通信基础：
  射频通信基础是到达和离开射频电子标签的电磁传播的传播规律，电磁波传播遵循电磁理论相关定律及麦克斯韦方程组.
• 麦克斯韦方程组基础：
  是在库仑定律、高斯定理、毕奥-萨伐尔定律和法拉第电磁感应定律以及全电流定律（即麦克斯韦修改后的安培环路定理）等实验定律的基础上建立起来的。
• 通过提取上述实验定律中带普遍性的因素，并根据电荷守恒定律引入位移电流，导出麦克斯韦方程组。
  
  
• 在物理上，麦克斯韦方程组表达了电磁场的运动方程，在电动力学中占有重要的地位。
• 电磁理论相关定律方程可由场的源和涡进行解释，即由场的散度和旋度来描述。
• 矢量场的散度和旋都分别描述了产生矢量场的两种源：
  发出或吸收通量线的散度源和产生漩涡场的漩涡源。
• 在任何无界物理场空间内，散度和旋度不可能同时都处处为零，但是，散度或旋度处处为零的场是客观存在的。通常：
  • 散度处处为零的矢量场称为无散场
  • 旋度处处为零的矢量场称为无旋场。
• 高斯定律描述电场是由电荷生成
  计算穿过某给定闭曲面的电场线数量，即其电通量，可以得知包含在这封闭曲面内的总电荷，穿过任意封闭曲面的电通量与这封闭曲面内的电荷之间的关系。
• 高斯磁定律表明磁力线是无头无尾的闭合曲线。通过任意闭合曲面的磁通量等于零，或者说磁场是一个螺旋矢量场。
• 法拉第感应定律描述时变磁场产生（感应出）电场。
  电场的旋度等于随时间变化的磁感应强度的变化率，说明时变磁场产生电场，电磁感应是许多发电机的运作原理。
• 麦克斯韦-安培定律阐明了时变场中磁场由传导电流和位移电流产生。
• 磁场可以用两种方法产生：
  • 一种是电流（原本的安培定律）
  • 另一种是时变磁场（麦克斯韦修正项）
• 在电磁学里，麦克斯韦修正项意味着时变电场可以生成磁场
• 麦克斯韦奠定了宏观电磁理论的基础，射频识别电磁耦合的相关定理均遵循电磁理论，在简化的电磁理论里称作集总电路理论。

4.2 电磁波波谱

• 概述：
  电磁波频谱可以通过能量、频率或波长表示。
  但由于无线电波能量都很低，通常采用频率和波长来描述。因此，波的特性由频率、波长和速度描述。
• 射频识别系统波谱
  射频识别系统采用的电磁波局限在电磁波频谱中无线电波部分，特别是100kHz～5.8GHz之间。射频识别系统所用的频率:
  • <=135kHz（LF）
  • 13.56MHz（HF）
  • 433MHz（UHF）、869MHz(UHF)、915MHz（UHF）、
  • 2.45GHz和5.8GHz（SHF）。
• MW(*)
  微波的频率范围为300MHz～300GHz，射频识别应用的特高频和超高频频段内的频率都在此范围内。微波在遇到建筑物或其他障碍时，将出现明显的衰减和反射。射频识别系统容易受到传输过程中的媒介和路径的影响。

4.3天线场

4.3.1. 天线场

天线是一种变换器，其作用:

• 将发射机产生的波导场转换为空间辐射场，在电波传播过程中完成“波导”或“传输线”到“空间”的转换
• 接收目标反射的空间回波，将回波能量转换成导波场，完成电磁波从“空间”再到“波导”或“传输线”的环节，并馈送到接收机。

天线的前一个作用一个称为发射，后一个作用称为接收
一般天线都具有可逆性，即同一副天线既可用作发射天线，也可用作接收天线。

• 发射端:
  发射机产生的已调制的高频振荡电流（能量）经馈电设备输入发射天线，发射天线将高频电流或导波（能量）转变为无线电波—自由电磁波（能量）向周围空间辐射。
• 接收端:
  无线电波（能量）通过接收天线转变成高频电流或导波（能量）经馈电设备传送到接收机。
• 分类
  观测点距离天线距离的不同，天线周围的场呈现出不同性质
  根据观测点距天线的距离,天线场分为：
  无功进场、辐射近场和辐射远场
• 无功进场
  通常界限取为距天线口径表面?∕2?处
  • 特点：
    从物理概念上讲，无功近场区是一个储能场
    在其附近其他金属物体将会以类似电容、电感耦合的方式影响储能场，因而可将这些金属物看作组合天线的一部分。
    在该区域中束缚于天线的电磁场未曾做功，只是进行相互转换，
• 辐射近场
  又称菲涅尔区。辐射近场区的电磁场已经脱离了天线的束缚，并作为电磁波进入空间，是无线电波离开天线后在可视距离范围内传播的区域。
  • 特点：
    辐射场占优势，并且辐射场的角度分布（即方向图）与离开天线的距离有关，
• 辐射远场区
  又称为夫朗荷费区。辐射近场区的外边就是辐射远场区，在该区域中，辐射场的角分布与距离无关。
  • 特点：
    场的相对角分布与离开天线距离无关，场的大小与离开天线距离成反比

4.3.2 近场与远场

• 射频识别系统中，通过无线电波进行能量辐射以及射频读写器和射频电子标签之间的通信，

• 对于天线而言，满足天线的最大尺寸小于波长时，天线周围只存在无功近场区与辐射远场区，没有辐射近场区。*
  天线的近场和远场的界限取决于传输的频率和天线的尺寸

• 经常边界
  

• 远场区边界近似公式为：
  （当天线电气尺寸相比波长较大时）
  
  

• 例1：HF的工作频率为433MHz，计算其近场和远场界限

• 解：

  • ?=0.693m
  • ?_近场=R₁=?/2?=0.11m
  • ?_远场>?_近场=0.11m

• 例2：UHF频段工作频率为915 MHz的高频天线，直径为0.1m，计算其近场和远场的边界。

• 解：915MHz电磁波波长：
  ?=?/?=(?×??^? ?/?)/??????≈?.????
  近场区边界：?_近场=?/??=(?.????)/??≈?.????=?.???
  远场区边界：?_远场=(??^?)/?=(?×?.?^?)/(?.???)≈?.????=?.???

• 近场和远场边界大约是5cm, UHF的频谱工作范围几乎是远场的

• 微波频段，近场和远场边界λ/2?小于5cm

• 在超高频及微波频段，射频读写器天线是以远场结构设计，目的是保证其尽可能地工作在高效状态。

• 助记：

  • 近场边界在10cm以上的，远场边界和进场边界近似
  • 在10cm以下的，用公式计算远场边界。
  • 因此，低频、高频的频率都在433MHz以下，近场边界都在10cm以外，其工作的有效范围也在10cm以内
  • 相反，UHF以及之上的频率进场边界都在10cm以内，现实运用中，他们的识别方式都是远距离识别。远场的边界是6.1cm往后，因此，选择工作范围在远场，目的是保证其尽可能地工作在高效状态。
    

• HF天线:工作频率13.56 MHz,近场区3.5m，远场区>3.5m,工作于近场方式。

• UHF天线:工作频率915MHz，近场区5.2cm，远场区6.1cm，工作于远场方式。

• 微波天线：工作频率2.45GHz，近场区1.9cm，远场区16.4cm,远场方式.

4.4 电磁耦合

• 传输介质:
  数据传输系统里发送器和接收器之间的物理通路

• why
  射频识别系统中通过电磁耦合的方式进行能量传输以及数据传输。
  Tag通过耦合的方式从Reader中获取能量以及返回自己的ID号。

• 天线的作用：
  用来接收射频读写器发送的的电量，紧接着回传被动式射频电子标签里的ID信息。
  发送器和接收器之间的物理通路

• 芯片的作用：
  从天线接收到的信号获取到工作所需的电量，激活芯片中的电路，并将编码后的ID信息加载到回传信号里。

• 分类：

  • 基于近场效应的电感耦合
    也称磁耦合
    • 近场效应：
      线圈通交流电，周围产生一个突变磁场
    • 数据交换方式：
      负载调制
    • 工作范围
      低频、高频、支持1m以内的工作范围，至少90%的应用属于这种类型
    • 场强衰落
      电感耦合系统中磁场强度按照1/r³的规律衰减
  • 基于远场效应的反向散射耦合
    也称电耦合
    • 远场效应
      电路通过天线/线圈向外传播电磁波
    • 数据交换方式：
      反向散射调制
    • 工作范围
      更远的工作范围

4.4.1 电感耦合(磁耦合)

• 范围：适用频率LF（125~135kHz）、HF(13.56MHz)

• 条件：Reader与Tag之间的识别距离d远小于? ，一般在1m以下

• 获取能量原理：（法拉第的电磁感应原理）
  与变压器同样的原理，由法拉第定律，读写器的交变磁场(初级线圈)生成标签天线的电压 (次级线圈)。
  

  • Reader通过线圈传输大量的交流电流，产生交变磁场
  • 交流电压将会在Tag中出现并穿过Tag
  • 交流电压经整流链接到电容上，电荷储存并累计增加，为Tag芯片提供电能。

• 数据传输原理（负载调制）：
  通信基于调制数字数据，通过改变磁场强度获得调制数字数据，为数字数据的传输提供幅度调制。

  • 任何从Tag线圈获得的电流均会产生自己的小磁场（小电流），这些小磁场会抵抗Tag的磁场
  • Reader线圈能检测到这种抵制带来的电流有小的增加，该电流正比于应用于射频电子标签线圈的负载（负载调制）。
           类似于电力变压器原理。
  • 因此，如果Tag将负载施加到其自身的天线线圈，并随时间改变负载，则可创建一个TagID的编码信号；
    • 改变应答器天线上的负载电阻的接通和断开
    • 引起读写器中阻抗Z_?改变
    • 使射频读写器天线上的电压发生变化
    • 实现近距离应答器对天线电压的振幅调制。
  • Reader通过检测天线线圈电流的变化来获取这个信号。

• 电路
  

• 电感耦合的时序方式:
  时序过程：从射频读写器到应答器的数据传输和能量传输与从应答器到射频读写器的数据传输在时间上是交叉进行。
  在时序系统情况下：

  • 从射频读写器到应答器的能量传输总是在限定的时间间隔内进行
  • 从应答器到射频读写器的数据传输是在能量供应间隙时进行的。
    读写器向应答器的能量传输和数据传输占用一个连续时隙。在此期间，
    应答器获得能量而不传送数据
    在两次能量供应的间隙时间，应答器完成向射频读写器传输数据。

• 注意点:

  • 电感耦合时序方式仅适合在135kHz以下频率范围内工作。
  • 在射频读写器线圈和应答器线圈之间存在变压器耦合作用，通过射频读写器交变场的作用，在应答器线圈中感应的电压被分流，可作为供电电压使用。
  • 为了高效传输能量，必须使应答器的谐振频率与射频读写器的频率严格一致，并且还必须保证应答器线圈具有高的品质因数。所以，应答器中含有一个片上微调电容，用于补偿谐振频率的容差。

• 时序系统的周期阶段

  • 充电阶段：
    应答器储能电容储能
    应答器应能存储起在向射频读写器传输数据时间内需要消耗的能量。
    应答器可用能量由充电器的电容量和充电时间决定。
    需要有一个容量较大的电容，给实际实用带来了一定的不便。
    应答器芯片处于低功耗省电模式，使接收能量几乎完全用于电容器充电

  • 充电结束：
    “脉冲串结束检测器”检测应答器线圈的电压曲线，并识别读写器断开时刻；芯片振荡器被激活。

  • 读出阶段：
    振荡器与电子标签线圈一起构成振荡回路。电子标签线圈产生的弱交变磁场能被读写器接收。

  • 放电阶段：
    当所有数据发送完后，激活放电模式，使充电电容完全放电，保证下个充电周期可靠的电源复位。

• 时序系统完整的读周期：
  充电阶段和读出阶段

4.4.2反向散射耦合（电耦合）

• 范围：适用UHF以及微波阶段

• 通信距离：更长的通信距离

• 基本原理：
  Tag被Reader强大的电场充电

  • 当电磁波遇到空间目标时，其能量
    一部分被目标吸收（能量传输）
    另一部分以不同的强度被散射到各个方向。（数据编码）
  • 散射能量中：一小部分反射回了发射天线，并被天线接收（即发射天线也是接收天线），对接收信号进行放大和处理，即可获取目标的有关信息。

• 数据传输原理:
  基于远场耦合Tag捕获来自附着在Reader的偶极子天线传播的电磁波。
  射频电子标签中一个较小的偶极子天线接收这种以交流电位差形式出现在偶极元件上的能量。
  这个信号可以被整流和在储能电容中累积能量，用于给电子标签充电

• 数据传输原理（失谐原理）
  原理：

  • 如果精确设计天线尺寸，
    天线能工作于特定频率，而且可以吸收大部分的接收到的该频率的能量。
  • 如果在此频率中存在阻抗不匹配：
    一些能量以微小的波的形式从Tag天线反射回射频读写器，在Reader中可用敏感的射频接收机检测到返回的波。

  方式：

  • 随时间通过改变天线的阻抗，射频电子标签能以编码标签ID的模式反射回或多或少的输入信号。
  • 为达到此目的，在实际中可简单地通过在天线偶极子上放置一个晶体管，通过控制晶体管的开和关来使天线失谐。

• 注意点：
  在UHF后SHF频率范围内，有关电磁兼容的国际标准对射频读写器所能发射的最大功率有严格的限制
  因此，在有些应用中，应答器采用完全无源方式会有一定困难。
  为解决应答器的供电问题，可在应答器中安装附加电池。

4.5 射频前端

4.5.1 Reader天线回路（串联谐振回路）

• 概念
  同物理中的共振概念，当线圈回路发生谐振时，回路中的电流最大。

• 特点

  • 谐振时，回路电抗X=0，阻抗Z=R为最小值，且为纯阻
  • 谐振时，回路电流最大
  • 电感与电容两端电压的模值相等，且等于外加电压的Q倍
  • 电路简单，成本低

• 串联谐振回路电路组成

• 谐振条件
  
  此时，回路电流最大，回路发生谐振

• 串联谐振的角频率和谐振频率分别为：
  角频率：
  
  谐振频率：
  

• 谐振回路的特性阻抗?
  

• Q品质因素
  
  通常，回路Q值可达数十到近百，谐振时电感线圈和电容器两端电压可比信号源大数十到百倍，在选择电路器件时，必须考虑耐压问题。

• 例题：
  

• 谐振曲线
  通常回路Q值越高，谐振曲线越尖，回路的选择性越好

• 通频带
  通频带带宽（别记）
  Q值越高，通频带越窄，选择性越好
  
• Q品质因数
  
  

4.5.2 Tag天线电路 （并联谐振回路）

• 区别：
  串联谐振回路适用于恒压源，即信号源内阻很小的情况。
  如果信号源的内阻大，应采用并联谐振回路。

• 无源射频电子标签的天线电路多采用并联谐振回路：

• 特点：
  并联谐振称为电流谐振谐振时，电感和电容支路中电流最大，及谐振回路两端可获得最大电压，这对无源射频电子标签的能量获取是必须的。

• 组成
  电感线圈、电容器和外加信号源并联构成振荡回路。
  

• 谐振条件
  
  
  - 谐振特性

  • 并联谐振回路谐振时的谐振电阻R_p为纯阻性
  • 电感和电容中电流的幅值为外加电流源的Q_P倍数

  

4.5.3 Reader 与Tag之间的电感耦合

• 原理
  • 法拉第定理：一个时变磁场通过一个闭合导体回路时，在其上会产生感应电压，并在回路中产生电流。
  • 当射频电子标签进入射频读写器产生的交变磁场时，射频电子标签的电感线圈上就会产生感应电压
  • 当距离足够近，射频电子标签天线电路所截获的能量可以供射频电子标签芯片正常工作时，读写器和标签才能进入信息交互阶段。
  射频读写器和射频电子标签之间的电感耦合示意图

• 在电感耦合的射频识别系统中，Reader天线电路的电感常采用短圆柱形线圈结构。

- 图4-30（a） ：
- 沿中心点距离r
- 磁通密度BZ
- 线圈数量N1
- 线圈半径a
- 电流i1。
- 一旦电流流经线圈，线圈中心中轴线的磁场强度将发生变化

1、离线圈中心距离为r处P点的磁感应强度：

• 公式：
  

  • 沿中心点距离r
  • 磁通密度BZ
  • 线圈数量N1
  • 线圈半径a
  • 电流i1。
    

• 可知：从线圈中心到一定距离磁场强度几乎不变，而后急剧下降。

• 当r>>a时，因为从线圈中心到p点的距离r大于线圈的半径a，r主要决定了磁感应强度的大小。磁感应强度的衰减和距离r的三次方成反比。

• 这是一种快速递减函数，也是近场耦合的主要原因之一。
  

• 3种天线磁场强度随距离曲线

• 每种天线

  • 线圈匝数和电流保持相同
  • 天线半径取3种不同的值

• 对于实际中的场，典型的读取射频电子标签信息的距离通常只能用于长达1米的范围。

• 4、最佳天线直径
  线圈电流不变时：在一定距离r处，当线圈半径a=（2r）^1/2时可获得最大场强
  虽然增加线圈半径 会在较远距离 处获得最大场强，但由式(4-39)知，随着距离 的增大，场强值相对变小，以致影响应答器能量供给。

3、Tag谐振回路断电压的计算

4、 射频电子标签直流电源电压的产生即射频电子标签的供电

• 有源射频电子标签有自己的电池，用于给数据载体供电。
  • 电压?_²’通常只用于产生“唤醒”信号。只要电压?_²’超过某个阈值，这个信号就被激活，并使数据载体进入工作模式。
  • 当与射频读写器完成信息交换之后，或电压?_²’低于某个最小值时，射频电子标签重新返回到节电的“睡眠”或“备用”模式。
• 无源射频电子标签，其供电电压必须从耦合电压?_²处获得
  

5、负载调制

• 射频电子标签向射频读写器的信息传输采用负载调制技术

• 负载调制，通过使射频电子标签振荡回路的电路参数按照数据流的节拍变化，射频电子标签的阻抗的大小和相位都受到影响（调制）。通过在射频读写器中对数据进行处理，可以恢复从射频电子标签发送的数据（解调）。

• 在射频电子标签振荡回路的所有电路参数中，只有两个参数被数据载体改变：负载电阻?_?和并联电容?_2。在电感耦合方式的射频识别系统中，负载调制相应地分为电阻负载调制和电容负载调制两种方法。

• 电阻负载调制数据信息传递的原理分析

• 区别
  对于小于135kHz范围的射频电子标签，负载调制器通常直接由基带中编码的串行数据流控制。如曼切斯特编码的串行位序列控制。把射频读写器天线线圈上的调幅电压整流，可以再现射频电子标签的调制信号。
  对于6.78MHz或13.56MHz的较高频率系统，射频电子标签的负载调制由调制的副载波信号控制。通常使用847kHz（ISO/IEC 14443 -2）、423kHz（ISO/IEC 15639）或212kHz作为副载波频率。

4.6 反向散射耦合方式的射频前端

4.6.1 电磁波（此段看着玩）

5、自由空间电磁波的传播规律

• 对于无线传输，发送和接收是通过天线完成的。

  • 发送天线向介质辐射出电磁能量，接收天线从周围介质中检出电磁波。

• 在无线传输中，发送天线产生的信号带宽比介质特性更为重要。

• 天线产生信号的关键属性是方向性。

  • 在较低频率上的信号是全向性的，能量向四面八方辐射。
  • 在高频上的信号才有可能聚焦成为方向性的波束。高频天线的设计是射频识别的关键技术之一。

• 无线电信号的传播方式：包括自由空间传播、地面波传播、电离层传播和对流层传播。

6、传输损耗与失真

• 衰减
  在任何传输介质，信号强度会因传输损耗而衰减，这种衰减会随距离的增加而变大。

  • 对于有线类介质，衰减具有对数函数性;
  • 对于无线类介质，衰减和距离、空气成分及电波频率有关。

  对于信号强度的衰减，在一些通信系统中可以通过放大器或中继器解决。然而在射频识别中，射频电子标签和射频读写器之间是直接进行通信的，信号衰减限制了射频读写器的最大作用距离。

• 延迟变形
  延迟变形。信号通过传输介质时除受到损耗外，还会产生失真。由于信号中不同频率成分在传输介质中传播速度不同而使信号变形的现象称为延迟变形。

• 干扰和多径

  • 多径传播：
    无线信道中由于无线电波从空中任何不连续点反射和绕射，在收、发间产生不同的传输路径。
  • 干扰：
    是两个或更多的电磁波叠加而成的波形，可以是来自单一源的不同路径或来自不同信号源，达到天线的无线电波除了直射波之外，还有来自各种物体的反射波和散射波。
  • 多径效应：
    来自不同传播路径的电磁波在接收天线处相互叠加，从而使得接收天线所接收到的场强矢量、振幅和相位等参数随着时间急剧变化，信号变得很不稳定，即多径效应。

  无线电波和传播中遇到的各种物体和媒质相互作用，导致了波的反射、绕射、散射、折射。

  • 直射：自由空间传播。
  • 折射：折射是指无线电波从一个折射系数的媒质到另一个折射系数的媒质，在方向和速度上都有变化的现象。
    对于RFID系统，折射的作用不是很明显。
  • 反射：当在电磁波传播的路径上有一个体积远大于电磁波波长的物体时，电磁波不能绕过该物体，在不同介质交界处会产生反射。
    • 在理想介质表面，一部分能量进入新介质中继续传播，一部分能量则反射回原介质中。
    • 如果电磁波传输到理想反射体的表面，则所有能量都将被反射回来;
    • 如果材料是一个导体例如金属，几乎所有无线电能量在金属表面被反射;
    • 当无线电波到达绝缘体时，一些能量被反射，大部分能量直接通过绝缘体。穿过绝缘体的能量依赖于材料的厚度和衰减系数。
  • 绕射：在发射机与接收机之间有边缘光滑且不规则的阻挡物体时，该物体的尺寸与电磁波波长接近，电磁波可以从该物体边缘绕射过去。
    电磁波的绕射能力与电波的波长有关，波长越大，绕射能力越强。
  • 散射：当电磁波传播路径上存在小于波长的物体，并且单位体积内这种障碍物体数目非常巨大时，发生散射，入射信号被散射成几路微弱信号。
    散射发生在粗糙表面、小物体或其他不规则物体处，如电灯等。
    反射能量由于散射被分散开来。

• 小尺度多径传播对RFID系统的影响
  衰落:电平随时间的随机起伏。分类:

  • 吸收型衰落:
    由于传输媒质参数的变化，使得信号在媒质中的衰减发生相应的变化。这些原因引起的电平变化较慢，称为慢衰减。
  • 干涉型衰落:
    由随机多径干涉现象引起的。在传输路径存在若干条传播路径，因此到达接收点的各个路径的时延会随机变化，致使合成信号的幅度和相位均发生随机变化。这种起伏周期短，信号电平变化快，形成快衰落。
  • 小尺度衰落：
    是指无线信号在经过短时间或短距离传播后其幅度快速衰落，以至于大尺度路径损耗的影响可以忽略不计。
    • 是由于同一传输信号沿两个或多个路径传播，以微小时间差到达接收机的信号相互干涉引起。
    • 接收机天线将其合成一个幅度和相位都急剧变化的信号，其程度取决于多径波强度、相对传播时间，以及传播信号带宽。

• 可见,射频识别系统中信道对信号的影响可归纳为3类：

  • 自由空间路径损失R^-n ，也称传输损耗，描述的是大尺度区间内接收信号强度随发射到接收的距离而变化的特性;
  • 阴影衰落S（r），又称大尺度衰落或者慢衰落或者长期衰落，它描述中等尺度区间内信号电平中值的慢变化特性，按对数正态分布，它是由于传输环境中建筑物和其他障碍物对电波的阻塞或遮蔽而引起的衰落;
  • 多径衰落R（r）又称为短期衰落，是由于多径效应产生的，它描述小尺度区间内接收信号强度的瞬时值的快速变化特性。

4.6.2 射频识别的物体的几何特性*

• 例题：4-15 由弗林斯传输方程分析射频读写器传送给射频电子标签的能量与哪些因素有关？
  解：书本P128页
  传输能量的量纲由弗林斯传输方程决定:
  
  （下面了解即可，有助于记忆：)
  
  

6、天线的有效面积和反射横截面

有效面积：天线可获得的最大接收功率P_e与入射波的辐射功率密度S成正比。
比例系数是面积的量纲，因此被称为有效面积?_?，可表示为：

可以形象地把?_?当成与传播方向垂直的一块面积。
功率?_?以给定辐射功率密度通过该面积，通过有效面积的功率被接收，并传给与射频电子标签终端阻抗?_?相连的有效电阻?_?，如图4-72。

• 并非射频电子标签天线感应的所有功率都传输给了射频电子标签负载。
  反射横截面或称为雷达散射截面（RCS）σ=?_? 与返射功率?_?：
  
  P_s：反射功率
  A_s和σ：反射横截面积
  S_back：反射功率密度

例题：求天线有效面积与有效面积

4-16 在天线以匹配功率方式工作时，天线有效面积和反射横截面面积的值为多少？两者值的大小的物理意义是什么？
解：
A_e=U₀²/4S·R_r
如果天线以匹配功率工作
R_v=0，R_T=R_r，X_L=-X_A
σ=A_s=A_e

例题：求匹配状态下吸收功率反射功率

G天线增益：
表示各向同性发射机相比，在相同的发射功率条件下，其辐射功率密度的强弱
4-17设915MHz工作频率射频系统，读写器天线的发射功率为4w、天线增益为1，射频电子标签的天线增益为4，距离读写器5米，如果工作在天线匹配状态，试求：
（1）射频读写器辐射功率即等效有效功率。
（2）由读写器辐射到电子标签的功率是多少？被电子标签吸收和反射的功率分别是多少？
（3）读写器天线接收到的由电子标签反向散射的功率是多少？

• 已知：
  f=915MHz
  P₁：读写器天线发射功率
  G₁：读写器天线增益=1
  G₂：标签的天线增益=4
  r=5

• (1)

  • 射频读写器辐射功率为:
    

• (2)、

  • 首先利用频率f求波长?
  • 再求辐射功率密度
    
  • 在匹配状态下:
    收到的全部功率，一半传给了终端电阻?_?，而另一半则由天线向空间反射回去。
    • 体现为有效面积A_e=A_s反射面积
      
    • 体现为P_s=P_e
      
      这里的G为G₁
    • 标签天线处总的感应功率?_?
      

• (3) 读写器接收功率即反射回射频读写器的功率P_?为
  `

• 解题过程
  

第五章 RFID系统的编码、调制和解调

5.1.信号

• 信号分类
  信号分为模拟信号和数字信号，RFID系统常采用数字信号，主要特点：

  • 信号完整性。数字信号易校验，并容易防碰撞，可使信号保持完整性。
  • 信号安全性。数字信号加密处理比模拟信号容易，可用简单数字逻辑运算进行加解密处理。
  • 便于存储、处理和变换。与计算机所用信号均采用二进制代码，便于与计算机联网，也便于用计算机对数字信号进行存储、处理和交换。
  • 设备便于集成化、微型化。数字通信设备中大部分电路是数字电路，可用大规模和超大规模集成电路实现，设备体积小、功耗低。
  • 便于构成物联网。采用数字传输方式，可以实现传输和交换的综合，实现业务数字化，更容易与互联网结合构成物联网。

• 信号工作方式

  • 时序系统:从应答器到读写器的信息传输是在应答器能量供应间歇进行，读写器和应答器不同时发送信息，可改善信号受干扰状况，提高系统的工作距离。工作过程:

    • 读写器发射射频能量：能量传送到应答器给应答器电容器充电。
    • 读写器停止发射能量：应答器利用电容器储能向读写器发送信号。

    能量与信号传输交叉进行，读出周期由充电阶段和读出阶段构成。

  • 全双工系统：应答器与读写器之间可在同一时刻相互传送信息。

  • 半双工系统：应答器与读写器之间可以双向传送信息，但在同一时刻只能向一个方向传送信息。

5.2 信道

5.2.1 简述波特率和比特率的区别和联系。

• 信道传输速率（比特率）
  信道传输速率就是数据在传输介质（信道）上的传输率，数据传输率表示单位时间内可传输二进制位制比特数，为每秒钟通过信道传输的信息量，单位为bit/s（比特/秒），又称比特率

• 码元传输速率（波特率）

  • 码元：
    在信息传输通道中，携带数据信息的信号单元叫做码元。
  • 码元传输速率：
    每秒钟通过信道传输的码元数目称为码元传输速率

• 关系：
  比特率=波特率xlog₂M
  式中，log₂M为一个码元携带信息量的位数。

  • 两相调制(单个调制状态对应1个二进制位)的比特率等于波特率；
  • 四相调制(单个调制状态对应2个二进制位)比特率为波特率两倍；
  • 八相调制(单个调制状态对应3个二进制位)比特率为波特率三倍。

• 例：如果在数字传输过程中，0V、2V、4V和6V分别表示00、01、10和11，每个码元有四种状态00、01、10和11，每个码元代表两个二进制数字。

  • 此时的每秒码元数是每秒二进制代码数的一半，
  • 四相调制波特率等于比特率一半。

5.2.2 信道容量

• 信道容量是在给定条件、给定通信路径或信道上的数据传输速率，是信道能无错误传送的最大信息率。信道容量反映了信道所能传输的最大信息流。
• 信道容量和传输带宽成正比关系。
  

5.2.3 编码方式

RFID常用的编码方式有反向不归零（NRZ）编码、曼切斯特（Manchester）码、单极型归零（Unipolar RZ）编码、差动双相（DBP）编码、米勒（Miller）编码和差动编码等。

• 反向不归零编码
  • 编码规则：高电平表示二进制“1”，低电平表示二进制“0”。
  • 特点：波形在码元之间无空隙间隔，在全部码元时间内传送码脉冲。这种编码仅适合近距离传输信息，
  • 原因：
    • 有直流，一般信道难于传输零频附近的频率分量。
    • 接收端判决门限与信号功率有关，不方便使用。
    • 不能直接提取位同步信号，因为不含有位同步信号频率成分。
    • 要求传输线有一根接地。
• 双极型矩形脉冲
  • 编码规则：
    用脉冲电平的正和负表示“0”码和“1”码。
  • 特点：
    由于“1”码和“0”码出现的概率相等，波形无直流分量，可以传输较远的距离。
• 单极性归零码
  • 编码规则：
    在第一个半比特周期中的高电平表示二进制“1”，而持续整个比特周期内的低电平信号表示二进制“0”。
  • 特点：
    脉冲出现持续时间小于码元宽度，即代表数码的脉冲小于码元的间隔内电平回到零值。其特点是码元间隔明显，有利于码元定时信号的提取，但码元的能量较小。单极性归零编码可用来提取位同步信号。
• 曼切斯特码（又称分相编码）****
  • 编码规则：
    在半个比特周期时从高到底负跳变表示二进制“1”，而从低到高正跳变表示二进制“0”，位中间的跳变既可以作为时钟，又可以作为数据。
  • 特点：
    • 自同步编码：
      由于跳变都发生在每个码元中间，接收端可以方便地利用它作为位同步时钟，因此这种编码称为自同步编码。
    • 防碰撞编码：
      在采用负载调制或反相散射调制时，通常用于从电子标签到读写器的数据传输，有利于发现数据传输的错误。
      因为在比特长度内，“没有变化”的状态是不允许的。
      当多个标签同时发送数据位有不同值时，则接收的上升边和下降边互相抵消，导致在整个比特长度内是不间断的副载波信号，出于该状态不允许，读写器利用该错误可判定碰撞发生具体位置。
    • 一种归零码。
• 米勒编码*****
  • 编码规则：
    • 在半比特周期内的任意边沿表示二进制“1”，
    • 而经过下一个比特周期中不变的电平表示二进制“0”；
    • 如果连续的两个0，则下一个零起始跳变，中间不跳变
    • 一连串的比特周期开始时产生电平交变。
  • 特点：对接收器来说，位节拍比较容易重建。

• 例：
  画出1 0011 0111的曼切斯特码波形。若曼切斯特码的数据传输率为106kbps，则它的波特率是多少？
  解：
  曼切斯特码：在半个比特周期时从高到底的负跳变表示二进制“1”，半个比特周期时从低到高的正跳变表示二进制“0”
  M：10；01；故M=4； ，
  从而波特率：106kbps/2=53kBaud(53kBd)。
  注：波特率可以被理解为单位时间内传输符号的个数（传符号率），通过不同的调制方法可以在一个符号上负载多个比特信息。而比特率是单位时间内传输送或处理的比特的数量。

5.4.2 正弦波调制

• 二进制振幅键控（ASK）
  
  

• 二进制振幅键控信号的基带信号是随机的单极性矩形脉冲序列，功率谱密度的特性如下：
  ①二进制振幅键控信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成，连续谱取决于经线性变换后的双边带谱，而离散谱由载波分量确定。
  ②二进制振幅键控信号的带宽是基带信号带宽的2倍，若只计功率谱密度的主瓣（第一个谱零点的位置），传输的带宽是码元速率的2倍。

• 频移键控（FSK）
  

  • 二进制频移键控的特点
    • 从时间函数的角度来看，可以将二进制频移键控信号看作是?_1和?_2两种不同载频振幅键控信号的组合，因此二进制频移键控信号的频谱，可以由两种振幅键控的频谱叠加得到。
    • 二进制频移键控在数字通信中应用较广，国际电信联盟ITU建议，在数据率低于1200bit/s时采用该体制，这种方式适合于哀落信道的场合。

• 相移键控（PSK）
  

  • 二进制相移键控的特点
    • PSK系统具有较高的频带利用率，PSK方式在误码率（Bit Error Rate，BER）、信号平均功率等方面都比ASK的性能更好。
    • 二进制PSK系统在实际中很少直接使用，实际应用常采用差分相移键控DPSK、相位抖动调制等方式。

• 数字调幅、调频和调相的比较

  • FSK是用不同频率的载波来传递数字信息。对二进制频率键控是用两个不同的载波代替数字信号中两种电平。
  • PSK是用数字脉冲信号控制载波的相位，而载波的幅度和频率不变。
  • PSK性能优于ASK和FSK，具有较高的频带利用率，PSK方式在误码率、信号平均功率等方面都具有比ASK更好的性能。
    • 但是，PSK的解调只能采用比较复杂的相干解调技术，而不能采用简单的包络检波方法。

5.4.3 副载波调制

副载波调制是指首先把信号调制在载波1上，用载波再进行一次调制，去调制另外一个频率更高的载波2。

• RFID副载波调制原理

  • 由于射频读写器天线与应答器天线之间的耦合很弱，射频读写器天线上有用信号的电压波动在数量级上要比射频读写器的输出电压小。
  • 实际上，对于13.56MHz系统，当天线电压约为100V时，只能得到大约10mV的有用信号（信噪比为80dB）。

  因为检测这种很小的电压变化在电路上花费巨大，所以可利用天线电压幅度调制所产生的调制边带。
  

• 采用副载波进行负载调制，在射频读写器天线处生成两个调制边带，如下图。

• 在工作频率?_??????±副载波频率?_?上产生两条谱线，它们以副载波频率为距离对称地分布在工作频率?_??????两侧，信息随着基带编码的数据流对副载波的调制，被传输到两条副载波谱线的边带中；在基带中进行负载调制时，数据流的边带将直接围绕工作频率的载波信号。

• 如果应答器的附加负载电阻以很高的时钟频率接通和断开，那么在射频读写器发送频率的两侧距离为±?_?上产生两条谱线，在满足?_???????时，它们很容易被检测到。
  
  ?_?=212kHz

2、13.56MHz RFID副载波调制

• 在13.56MHz的射频识别系统中，应答器将需要传送的信息首先组成相应的帧，然后将帧的基带编码调制到副载波频率上，最后再进行载波调制，实现向射频读写器的信息传输。
• ISO/IEC 14443 TYPE A中的副载波调制
  射频电子标签向射频读写器通信采用的编码是曼切斯特码，数据传输速率为106kbps，副载波频率?_?=??????。
• 在TYPE A中应答器向射频读写器传输信息时，仅需要将所传送的帧结构的NRZ码转换为曼切斯特码，将副载波调制信号与曼切斯特码相乘，即可以实现副载波调制，如下图
  
• ISO/IEC 14443 标准中TYPE B规定：位编码采用NRZ码编码，副载波调制采用二进制相移键控BPSK方式，逻辑状态的转换用副载波相移180o来表示，?_0表示逻辑1，?₀+180^?表示逻辑0，副载波频率?_?=847???, 数据传输速率为106kbps。
• 下图所示为副载波调制后再进行负载调制的波形，载波的包络是NRZ码对副载波进行调制后的副载波调制信号的波形。
  
• 采用副载波调制信号的好处：
  • 应答器是无源的，其能量靠射频读写器的载波提供，采用副载波调制信号进行负载调制时，调制管每次导通时间较短，对应答器电源影响较小；
  • 调制管的总导通时间减少，总功率损耗下降；
  • 有用信息的频率分布在副载波附近而不是在载波附近，便于射频读写器对传送数据信息的提取，但射频耦合回路应有较宽的频带。

5.5 RFID中的后向散射耦合调制技术

5.5.1 反向散射调制原理

反向散射技术或雷达散射截面调制技术（RCS或者σ）可以在射频读写器与射频电子标签之间建立一个通信，其基本原理是基于电磁波反射，主要利用射频电子标签天线和射频电子标签输入电路之间接口的反射系数Г的变化 。

Г在振幅和相位上都可以发生变化: 两种调制类型：ASK和PSK
在处理二进制数据时，复系数Г限制了ASK和PSK的可能类型

• ASK调制方式

  • 如果天线阻抗与负载阻抗相匹配，则接口处将不会有反射发生，图（a）。

  • 如果负载被短路或者被断开，将在分界面上发生全反射，且反射功率?_?’ 将经过天线进行再次辐射（图b）。
    

  • 通过使负载在上述两种状态间切换，接收功率?₂′ 被调制为ASK方式。

  • 对于天线而言，则为雷达散射界面调制或者有效孔径调制方式。

  • 要实现ASK，将反射功率以某个给定速度在两个或多个值之间进行切换。

  • 在被动射频电子标签情况下并考虑到传输数据量，采用二进制振幅键控。

• PSK
  • 后一种调制是基于调制反射系数。通过改变反射系数的相位，可以得到PSK调制方式，此时改变的是反射系数的虚数部分。
  • 所获得调制效果的质量，很大程度上取决于在调制过程中对阻抗的控制。
    
  • PSK反向散射调制依赖于天线入射波和反射波之间的相对相位变化。
  • 射频电子标签在输入阻抗的两个值之间切换，以确保在两个调制状态中的反射功率波的最大的调制角度，这里可以考虑二进制相移键控(BPSK)。

第六章

数据完整性

• 例题：
  什么数据的完整性？
  在射频识别系统中，影响数据完整性的两个主要因素是什么？
• 解答：
  数据的完整性：
  是指信息未经授权不能改变的特性，即数据在传输和存储的过程中不被偶然或蓄意的删除、修改、伪造、重放等破坏和丢失的特性。
  两个主要因素：各种干扰和数据碰撞

差错控制技术

6.1.1 差错的分类和衡量

• 差错的分类
  • 随机错误：由信道中随机噪声干扰引起
  • 突发错误：由信道中突发干扰引起
  • 混合错误：显而易见，两者都有
• 衡量差错的指标：
  误码率：（Bit Error Ratio，BER）
  为在一定时间内收到的数字信号中发生差错的比特数与同一时间内所收到的总比特数之比，也称为误比特率。
  
  

6.1.2 差错控制编码

• 差错控制分为两类：
  • 差错控制编码：
    是指在数据信息（信息码元）中附加冗余编码即增加监督码元，在监督码元与信息码元之间建立确定的关联关系，这个过程称为差错控制编码过程。
  • 差错控制解码：
    是指接收端检查信息码元和监督码元之间的关联关系来实现错误的检测与纠正，这个过程称为差错控制解码过程
    
    
• 差错控制编码分为两类：
  • 检测码：只能发现差错
  • 纠错码：不仅发现还能纠错
    
    
• 差错控制方式基本可分为三类：

  • 反馈纠错
    （自动重传请求，Automatic Repeat-request，ARQ）
    在ARQ方式中，所谓发现差错是指在若干接收码元中知道有一个或—些是错的，但不一定知道错误的准确位置。这种方法是检错重发，只能发现错误，是一种检错码方式。

  • 前向纠错
    （Forward Error Correction ,FEC）
    发信端采用某种在解码时能纠正一定程度传输差错的编码方法，使接收端在收到的码中不仅能发现错码，还能够纠正错码。

  • 混合纠错
    （Hybrid Error Correction, HEC）
    混合纠错是前向纠错和反馈纠错两种方式的混合。
    在接收端对出现的错误尽量纠正，差错较严重、超出自行纠错能力时通过重发纠错。

RFID系统一般使用反馈或前向纠错差错控制方式。

6.1.3 差错控制办法

编码分类

• 按照信息码元与监督码元之间数学检验关系，误码控制编码分类：

  • 线性码：
    如果信息码元与监督码元之间呈线性关系，即满足一组线性方程式，就称为线性码。

    • 奇偶校验码、循环码和汉明码都是线性码。

  • 非线性码
    如果信息码元与监督码元之间呈非线性关系，就称为非线性码。

• 按照信息码元与监督码元之间的约束方式，误码控制编码可以分为分组码与卷积码。

  • 分组码
    每组的监督码元只有自己组的信息码元有关，与其他无关
  • 卷积码
    每组的监督码元不但与本组的信息码元有关，而且与前面码组的信息码元之间也有约束关系。

• 线性分组码
  分组码属于线性码。监督码元仅与所在码组中的信息码元有关，且通过预定的线性关系联系起来，这种线性分组码可记为（n,k）码。

1、奇偶检验码 ：###

• 奇偶检验码也称为奇偶监督码，奇偶检验码分为奇数检验码和偶数检验码，是一种最简单的线性分组检错编码方式。

• 奇偶检验码首先把信源编码后的信息数据流分为等长的码组，在每一信息码组之后加入一位监督码元作为奇偶检验位;

• 使得总码长中码重为奇数（奇检验码）或者偶数（偶检验码）:

  • 奇检验时，若字节的数据位中1的个数为奇数，则奇检验位的值为0，反之为1；
  • 偶检验时，若字节的数据位中1的个数为偶数，则偶检验位的值为0，反之为1。

• 【例6.2】 求1011 0101的奇偶检验码
  若以奇校验方式传送，编码为：1011 0101 0；
  若以偶校验方式传送，编码为：1011 0101 1；

  • 奇偶检验码的汉明距离为2？，只能检测单比特差错，检测错误能力低。
  • 奇数检验码和偶数检验码具有完全相同的工作原理和检测能力。

• 汉明距离：
  汉明距离是一个概念，它表示两个（相同长度）字对应位不同的数量，我们以d（x,y）表示两个字x,y之间的汉明距离。对两个字符串进行异或运算，并统计结果为1的个数，那么这个数就是汉明距离。

2、循环冗余码：

循环冗余码（Cyclic Redundancy Check, CRC）由分组线性码的分支而来，主要应用于二元码组，利用除法及余数的原理来做错误检测。

• 例：6-5计算信息位串101 1001的奇校验编码、偶校验编码、CRC码（采用的生成多项式为 G(x)=x⁴+x³+1）
  解：
  奇校验编码：10110011
  偶校验编码：10110010
  CRC:
  信息多项式：M(x)=x⁶+x⁴+x³+1 ---- 对应101 1001
  监督多项式：G(x)=x⁴+x³+1-----------对应1 1001
  余数多项式：R(x)=x^rM(x)/G(x)
  r=5-1=4-------5为多项式G（x）的位数
  
• CRC码的一大优点是识别错误的可靠性，即使在有多重错误时，也只需要少量操作就可以识别出来。
• CRC码具有较强的检错能力，且硬件实现简单，在RFID中获得了广泛的应用。

6.2 防碰撞技术

6.2.1 数据传输中的防碰撞问题

• 在RFID系统工作时，可能会有一个以上的Tag同时处在Reader的作用范围内。如果有两个或两个以上的射频电子标签同时发送数据，就会出现通信冲突，产生数据相互的干扰，即碰撞。
• 此外，有时可能出现多个射频电子标签处在多个读写器的工作范围内，它们之间的数据通信也会引起数据干扰。
• 为了防止冲突的产生，射频识别系统中设置一定的相关命令解决冲突问题，这些命令被称为防碰撞命令或算法。

1、数据传输的工作方式:(通信方式)

• 无线广播式:
  即在一个读写器的阅读范围内存在多个射频电子标签，读写器发出的数据流同时被多个射频电子标签接收。
  

• 多路存取方式：
  读写器作用范围有多个射频电子标签同时传输数据给读写器。
  射频识别系统中常遇到是“多路存取”通信方式
  

• 多个读写器同时给多个射频电子标签发送数据。

3、多路存取防碰撞方法

• 通路容量：由通信通路最大数据率及供给它使用的时间片确定。
  • 分配给每个射频电子标签的通路容量必须满足：当多个射频电子标签同时把数据传输给一个单独读写器时不能出现互相干扰(碰撞)
• 防碰撞法：
  可靠地防止射频电子标签的数据包在射频读写器接收时相互碰撞而不能读出，在射频识别系统中，能使多路存取无故障地进行的技术方法称为防碰撞法。
• RFID系统常用的防碰撞法有以下四种：
  • 频分多路法(Frequency Division Multiple Access, FDMA)
    • FDMA把若干个使用不同载波频率的传输通路同时供给通信用户使用。
      • 对于负载调制射频识别系统或反向散射系统，为从射频电子标签向读写器传输数据，可以使用不同的、独立的副载波频率。
    • FDMA的缺点是读写器非常昂贵
      • 在每个接收通路上都必须与单独的接收器供使用。
        
  • 空分多路法(Space Division Multiple Access, SDMA)
    • RFID系统利用天线空间分离技术分别读取射频电子标签数据。
      • 一种方法是把大量的射频读写器和天线放置在一起形成阵列覆盖一个区域，以便射频读写器的信道容量可在相邻区域内重新使用。
      • 另一方法是在射频读写器上利用一个电子控制定向天线，天线的方向图直接对准某个射频电子标签，即自适应的SDMA，如图6-5所示，不同的射频电子标签可根据其在射频读写器作用范围内的角度位置相互区别开来。可以利用相控阵天线作为电子控制定向天线。
    • 缺点是天线比较复杂，不易于实现，并且造价较高。
      
  • 时分多路法(Time Division Multiple Access, TDMA)

    • RFID系统的防冲突法一般采用时分多路法。

    • TDMA是把整个可供使用通路容量按时间分配给多个用户的技术。

    • 对射频识别系统来说,TDMA构成了防冲突方法最大量的一族。

    • 又可分为射频电子标签控制(射频电子标签驱动) 和读写器控制(询问驱动)。

      • Tag控制法
        以Tag为主控制器。
        • 非同步：因为Reader数据传输没有控制
          • RReader
          • 发出指令后，由射频电子标签自动排队，使射频电子标签在不同的时间段发回数据
          • 读写器被动地接收数据，若有两张以上的射频电子标签同时反应，读写器认为该数据无效，会重发指令，直到识别出所有射频电子标签。
        • 按照Tag成功地完成数据传输后是否通过读写器的信号而断开，又可以区分为“开关断开”和“非开关断开法”法。
        • 缺点：Tag控制法很慢而且也不灵活,
        • 优点：结构简单。
      • Reader控制法(询问驱动法)
        以Reader为主动控制器。
        • 同步控制：所有射频电子标签同时由读写器进行控制和检查。
        • 建立通信：在读写器作用范围内首先选择电子标签组中一个射频电子标签，然后再选择一个射频电子标签和读写器之间进行通信（例如认证、读出或写入数据）。
        • 解除通信：为了选择另外一个射频电子标签，应该解除原来的通信关系，保证在同一个时间里只建立一个通信关系，并且可以快速地按时间顺序来操作射频电子标签。
        • 所以射频读写器询问驱动法也称作定时双工传输法。
        • 射频读写器控制法分为:
          • “轮询”：
            所有射频电子标签序列号依次被读写器询问，直至某个相同序列号的射频电子标签响应。
            • 所有序列号依次被阅读这个过程依赖于射频电子标签的数目，只适用于作用区域仅有几个已知射频电子标签的场合。
          • “二进制搜索算法”：
            读写器发出一个请求命令，有意识地将电子标签序列号传输时的数据碰撞引导到读写器上。
            • 起决定作用的是射频电子标签所使用的信道编码必须能够确定碰撞发生的准确的比特位置。

    • 码分多路法(Code Division Multiple Access, CDMA)

4. 标签防碰撞算法分类

• 标签防碰撞协议分为两大类：
  • 基于ALOHA协议
    基于ALOHA协议减少标签碰撞的出现概率，因为每个射频电子标签试图在随机选择的时间传递ID。然而，基于ALOHA协议不能完全防止碰撞。比较严重的问题是一个特定的射频电子标签很长时间可能不被识别，导致所谓的“标签饥饿问题”。
  • 基于树的协议（树形协议）。
    在基于树的协议如二进制树协议和查询树协议中，标签识别概念上形成一颗树。基于树的协议将一组射频电子标签分为两个子集，并尝试识别子集。通过分割，直到每组只有一个射频电子标签，射频读写器可以识别其读取范围内的所有射频电子标签。
• 一个无源射频电子标签的好的标签碰撞仲裁协议应该有以下特点：
  • Reader应该识别出自己读取范围内所有Tag。
  • Reader必须能及时识别Tag。
  • Tag能在消耗少量的能量时被识别。

6.2.3 ALOHA防碰撞算法

1、纯ALOHA算法

ALOHA是一种为交互计算机传输而设计的时分多路法多路存取方式。
ALOHA系统所采用的多址方式实质上是一种无规则的时分多址，或者称为随机多址。
ALOHA法在多路存取方法中是最简单的，
只要有一个数据包提供使用，这个数据包就被立即发送给射频读写器。
ALOHA法是射频电子标签控制的，它只适用于只读射频电子标签。

• 通常，这类射频电子标签只有一些数据传输给射频读写器，并且是在一个周期循环中将这些数据发送给射频读写器。

• 数据传输时间只是循环周期的一小部分，所以在传输之间产生相当大的间隙；同时，各个射频电子标签的循环周期的差别可以忽略不计，各个射频电子标签的重复时间之间的差别是微不足道的。

• 所以存在着一定的概率，两个射频电子标签可以在不同的时间段传输数据，使数据包不相互碰撞。

• 步骤具体如下：

  • 主要采用标签先发言（Tag-Talk-First）的方式，即电子标签一旦进入阅读器的工作范围获得能量后，便向阅读器主动发送自身的序列号。

  • 在某个电子标签向阅读器发送数据的过程中，如果有其它电子标签也同时向该阅读器发送数据，此时阅读器接收到的信号就会产生重叠，导致阅读器无法正确识别和读取数据。

  • 阅读器通过检测并判断接收到的信号是否发生碰撞，一旦发生碰撞，阅读器则向标签发送指令使电子标签停止数据的传送，电子标签接到阅读器的指令后，便随机的延迟一段时间再重新发送数据。

    • 将时间分为离散的小段，每一段称为时隙，每个时隙都足够让一个标签发送完信息；N个时隙合为一帧（N是一个默认值）；
    • 发射端随机选择一帧中的一个时隙向接收端发送信息，一旦发生碰撞，就在下一帧中随机选择一个时隙从新发送。
      

• 对于无差错（无碰撞）数据包传输期间吞吐率S等于1，而在有其他的情况下吞吐率S等于0，这是因为数据要么没有发送出去，要么由于碰撞不能无错误地读出传输数据。

• 传输信道的平均吞吐率S可由交换的数据包量G得出：
  
  

• ALOHA算法是在ALOHA思想的基础上，根据射频识别系统的特点不断改进形成的算法体系。

  • 其本质是分离射频电子标签的应答时间，使射频电子标签在不同的时隙发送应答。
  • 一旦发生碰撞，一般采用退避原则，等待下一循环周期再发送应答。

2、 时隙ALOHA法

• 时隙ALoHA (Slotted-ALOHA)法是一种时分随机多址方式，可以提高ALOHA法的吞吐率。
  • 将信道分成许多等长的时隙(Slot)，每个时隙正好传送一个分组即时间τ。时隙的长度由系统时钟决定，各控制单元必须与此时钟同步。
  • 在所有标签和读写器在时间上已取得同步的基础上，规定标签仅能在每个时隙开始时才能发送数据。
  • 对于RFID系统，电子标签只在规定的同步时隙内才能传输数据包，对所有的电个标签都必须同步由读写器控制。
• 使用时隙ALOHA法时，数据包的传送总是在同步的时隙内力开始，所以与简单的ALOHA法相比，可能出现碰撞的时间只有—半。
• 假设数据包大小一样，传输时间?相同，并且两个射频电子标签在时间间隔T≤2?内要把数据包传输给射频读写器，使用简单ALOHA法总会出现碰撞。
• 使用时隙ALOHA法时数据包的传送总是在同步的时隙内开始，所以发生碰撞的时间区间缩短到T≤?。
• 和纯ALOHA算法一样，发生碰撞后，各射频电子标签经过随机时延后分散重发。
• 时隙ALOHA法的吞吐率为：
  
  对式求导，可以得出G=1时，最大吞吐率?=?∕（?≈??.?%），是纯ALOHA算法的2倍。
  
• 时隙ALHOA系统的不足：
  • 需要时钟同步
  • 时隙ALHOA系统的吞吐率在交换数据包量G大约为1时达到最大值。
  • 如果有许多射频电子标签处于射频读写器的作用范围内，再加上另外到达的射频电子标签，那么吞叶率很快接近于0。
  • 在最不利的情况下，经过多次搜索也可能没有发现序列号，因为没有唯一的射频电子标签能单独处于一个时隙之中而发送成功。
  • 因此，需要准备足够大量的时隙。但是这样的做法降低了防碰撞算法的性能。因为，所有时隙段的持续时间与可能存在的射频电子标签数目有关，也许只有唯一的一个射频电子标签处于射频读写器的作用范围内。

3、动态时隙ALOHA法

动态时隙ALOHA法使用可变数量的时隙，以弥补时隙ALOHA法的不足。

• 基本原理：用请求命令传送可供射频电子标签（瞬时的）使用的时隙数，
  • 射频读写器在等待状态中的循环时隙段内发送请求命令，使在射频读写器作用范围内的所有射频电子标签同步，并促使射频电子标签在下一个时隙里将它的序列号传输给射频读写器；
  • 然后有1-2个时隙给可能存在的射频电子标签使用。
    如果有较多的射频电子标签在两个时隙内发生了碰撞，就用下一个请求命令增加可供使用的时隙的数量(如1、2、4、8、…)，直到能够发现一个唯一的射频电子标签为止。
  • 为了提高性能，也经常使用很大数量的时隙(例如：16、32、48、…)。
• 只要射频读写器识别出了一个序列号就立即发送一个中断命令，“封锁”接在中断命令后面的时隙中其他射频电子标签地址的传输。
• 动态时隙ALOHA法是根据碰撞问题本身的这一数学特性的防碰撞方法，它既没有检测机制也没有恢复机制，只是通过某种数据编码检测冲突的存在，动态地调整各射频读写器的报警时间，从而达到将数据帧接收错误率降低到所要求的范围，并同时对射频电子标签的数据吞吐率没有什么损失。

ALOHA法、时隙ALOHA法和动态时隙ALOHA法的所有射频电子标签都是通过随机发送数据的原理，相对来说不能够保证整个系统的可靠性，信道的利用率也比较低。

6.2.4 二进制树搜索算法

• 射频读写器发出一个读命令，将射频电子标签序列号传输时的数据碰撞引导到射频读写器，即由射频读写器判断是否有碰撞发生。
• 在二进制算法的实现中，起决定作用的是射频读写器所使用的信号编码必须能够确定碰撞发生的准确位置
• 实现算法的必要前提是能够辨认出在射频读写器中数据碰撞位的准确位置。为此，必须有合适的位编码法。
• 对NRZ编码和曼彻斯特编码的碰撞状况做一比较（见图6-12）。
  • 选择ASK调制副载波的负载调制电感耦合系统作为射频电子标签系统。
  • 基带编码中的“1”电平使副载波接通，“0”电平使副载波断开。
    
  • NRZ编码不能确定读入的某位究竟是若干个射频电子标签发送的数据相互重叠的结果，还是某个射频电子标签单独发送的信号
  • 曼彻斯特编码能够按位识别出碰撞。因此可以选用其检测

1、防碰撞原理

• “二进制树搜索”算法是由在一个射频读写器和多个射频电子标签之间规定的相互作用（命令和应答）顺序（规则）构成。算法规定，
  • 射频电子标签之间要严格同步，以便准确地监测碰撞位的发生
  • 并且要求能辨认出读写器中数据碰撞的比特位的准确位置，一般采用曼切斯特编码。
• 同步要求:标签之间要严格同步,以便准确地监测碰撞位的发生,并且要求能辨认出读卡器中数据碰撞的比特位的准确位置,一般采用Manchester编码。
• 优缺点：识别率比较高,没有错误判决的问题。然而时延比较长,泄漏信息较多,安全性比较差。
• 主要算法： 普通二进制搜索算法、动态二进制搜索算法、后退式索引算法和跳跃式动态树形反碰撞算法等。这些算法都是阅读器控制的防碰撞算法,并且是基于位碰撞检测的,原理大致相同。

2、普通二进制

【例6-6】 ：搜索步骤：

• S1:阅读器发送请求命令,命令包含序列号为1111111l,要求作用范围内所有小于该序列号的标签进行应答。
• S2:由于11111111是最大的序列号,所有标签回发自己的序列号,阅读器接收到冲突的信息,经过解码,得到XXXXXXxx,将碰撞最高位置0,低于该位置的重新发送请求命令,序列号为01111111。.
• S3:只有标签C的序列号小于请求命令中的序列号,回发序列号00010001,其它标签不作响应。阅读器接收到后,未发现碰撞,发送选择命令,命令中包含标签C的序列号,开始与标签C交换数据。当交换结束后,发送取消选择命令,令标签C进入QUIET状态。
• S4:阅读器重新发送请求命令,序列号为11111111,要求所有标签响应。开始下 一轮识别。

缺点：


基本二进制搜索方法的不足：标签的序列号总是一次次完整地进行传输。但在实际应用中, 序列号往往会很长。

3、动态二进制树

• 射频读写器的REQUEST命令中只发送要搜索的序列号中已知部分（N~X）作为搜索条件；
• 所有（N~X）位中序列号与搜索条件相符的射频电子标签传输其余(X-1)位作为应答。
• 请求命令包含碰撞位的具体位置。
  
  
  

5. 防碰撞算法小结

• 在ALOHA算法中
  • 纯ALOHA算法是应答器控制驱动方法
  • 时隙ALOHA算法 是Reader控制驱动方法。时隙ALOHA算法较纯ALOHA算法吞吐率高，
    但时隙ALOHA算法需要时间同步，这种同步是由射频读写器提供。
  • ISO/IEC 14443标准TYPE B防碰撞算法采用动态时隙ALOHA算法。
• 二进制搜索算法由Reader控制
  • 在基于序列号的普通二进制搜索方法中需要应答器提供唯一表示符（UID），同时射频读写器的信号编码应能准确确定碰撞的比特位置。
    • ISO/IEC 14443 标准TYPE A的防碰撞算法采用基于序列号的二进制搜索算法。

6.4 防碰撞检测

不同的碰撞算法，对碰撞检测的要求有所不同。

• 对于时隙ALOHA算法，可以不必追究时在哪一位发生了碰撞，只要判别在该时隙发生了碰撞。
• 对于二进制搜索算法，如要实现ISO/IEC 14443 TYPE A的防碰撞协议，则必须辨别碰撞发生的位。

判断是否产生了数据信息的碰撞可以采用以下3种方法：

• 检测接收到的电信号参数（如信号电压幅度、脉冲宽度等）是否发生了非正常变化，但对于无线射频识别环境，门限值较难设置；
• 通过差错检测方法检查有无错码，虽然应用奇偶校验、CRC码检测到的传输错误不一定是数据碰撞引起的，但是这种情况也被认为出现了碰撞；
• 利用某些编码的性能检查是否产生数据碰撞，如曼切斯特码，若以2倍数据的时钟频率的NRZ码表示曼切斯特码，则出现11码就说明产生了碰撞，并且可以知道发生在哪一位。

第七章 RFID系统中的安全性

我不行了，我开始糊了！

• 射频识别系统由前端部分和后端部分组成：
  • 前端的射频电子标签是主要的组件，
  • 后端部分包括射频读写器和后端服务器，
  • 边界是读写器。
• 安全性：
  • 通常后端部分被认为是安全的：射频读写器和后台服务器之间的通信信道是安全的；
  • 而射频电子标签与射频读写器之间的通信信道通常认为是不安全的，主要是因为该通道是基于空中接口的。

以下主要讨论射频读写器和射频电子标签之间的空中接口受到的攻击，以及标签受到的攻击，而不包括后台系统所受到的攻击，如数据库受到的攻击。

1、例题：简述射频识别中攻击行为的动机

解：提示：书P236
执行攻击的动机有很多，可分为以下四种方式：

• 秘密监听：
  攻击者试图通过未授权方式接入系统，从而获得通信双方的数据和信息。
  • 欺诈攻击：
    攻击者试图向射频识别系统添加不正确信息
    欺骗主动参与方，如射频识别系统执行者，
    或欺骗被动参与方，如射频识别系统用户。
• 拒绝服务：
  这种攻击主要影响射频识别系统有效性。
• 隐私攻击：
  攻击者截取射频识别系统用户的隐私信息，对个人隐私产生威胁。

2、例题：射频识别系统的主要安全威胁。

• 通常，攻击可以直接作用于:

  • 射频电子标签
  • 射频读写器
  • 射频电子标签和射频读写器之间的射频接口。

• 对射频电子标签的攻击

  • 对射频电子标签的永久性破坏
  • 射频电子标签的屏蔽/调谐
  • 射频电子标签的欺诈和克隆
    可以通过认证和对发送数据加密方式有效阻止克隆射频电子标签。

• 对射频接口的攻击
  射频接口攻击不仅无需通过物理接入来攻击读写器或射频电子标签，而且可以通过一定的距离来进行攻击。目前，已知有以下攻击方式：

  • 射频读写器和射频电子标签之间的通信拦截（窃听）；
  • 通过阻塞来进行射频读写器和射频电子标签之间的通信拦截；
  • 扩展阅读范围从而略读（skim）远端射频电子标签而不被探测到；
  • 通过DOS攻击来阻塞射频读写器；
    通过人为的发送大量的系统命令，使系统超负荷工作，直至系统崩溃，当数据量超过服务器的处理能力导致信号淹没时，则会发生拒绝服务攻击又称淹没攻击。
  • 通过中继攻击来躲避远端射频电子标签。

3、简述中继攻击

• 中继攻击需要利用两个不同的电波通信设备
  • 第一个设备（“幽灵” ,代理）靠近射频读写器，与射频读写器进行通信，可接收来自合法射频读写器的信号并可以进行负载调制，从而伪装成射频电子标签;
  • 第二个设备（“寄生器”）由传输设备组成，可为射频电子标签提供能量，并将标签的负载调制进行解调，以伪装为射频读写器。
• 中继攻击首先迷惑射频读写器，这时在离射频读写器很远处但又在有效读写范围内似乎有一个“射频电子标签”（“幽灵”），攻击者利用伪装的标签实施攻击行动（例如入场检查系统、账目支付等），而无需真正的标签在物理意义上位于射频读写器附近。
  
• 最简单方法是伪装射频电子标签（“幽灵”）将从射频读写器中得到的数据解调，通过电波通信将数据流传输到伪装射频读写器(“寄生虫”)；
• 由射频电子标签发送的问询数据在伪装射频读写器（“寄生虫”）中解调，并同样通过电波通信传给伪装射频电子标签，后者接着将负载解调信息传输给射频读写器（见图7-8(b)）。此时射频读写器认为射频电子标签确实处于问询范围内，将执行完整的交易过程。
  

4、射频电子标签中的加密基元包括哪些？各起什么作用。

• 哈希函数
  哈希函数: 将任意长度的输入x映射为定长为n的输出y。
  哈希函数在密码应用中的主要作用是提供数据完整性和消息验证。因此，需满足单边质询条件:
  从输出y并不能计算出输入x的值
  同时对输入x而言，不存在两个不同的输入值x，x1（x≠x1）满足H(x)=H(x1)。

• 随机数生成器
  随机数在很多操作中需要,如秘钥生成器或质询—响应协议。
  随机数的根本目的是产生一个0、1位元序列，不能根据现有比特预测下一比特。
  建立真正的随机数生成器十分困难，所以计算机常被用于伪随机数生成器生成一个近似随机分布的连续位元序列。
  采用不同种子，伪随机数生成器生成的伪随机序列也不同。
  随机数生成器质量是评价整个密码系统安全性的重要标准。

• 加密算法
  绝大多数的对称加密算法可以用于RFID标签的数据加密，如标准(DES)和与高级加密标准(AES)。

  • DES使用56比特秘钥，而AES作为继承者支持128比特、192比特和256比特的秘钥。
  • 为应用于认证协议提出了最小秘钥长度为128比特的AES，该加密标准充分考虑到标签芯片面积在日益缩小。

  大多认为非对称加密在射频电子标签中得到迅速应用不现实，但非对称加密在RFID标签中得到应用的可能性存在。如椭圆曲线密码可用于能量受限的RFID标签加密。

5、简述哈希锁方案认证协议。

• 哈希锁方案
  • 标签只存储一个低耗的哈希函数h，一个唯一的标识ID和密钥k的哈希值metaID=h(k)。
  • 后台服务器存储每个标签的密钥k和metaID。

过程如下：

该方案最基本的不足是metaID是不变的，攻击者可以通过窃听它、识别每个标签，并追踪该标签从而确定标签持有者的位置隐私。

6、简述哈希链加密方案

哈希链方案中每个Tag嵌入了两个哈希函数G和H
在每次质询时，对Tag的标识进行修改，该标识只能被授权的参与者识别
哈希链技术通过使用G和H两个哈希函数刷新Tag的标识符，如图：

其中，H哈希函数是用来更新自己的标识符Si的，G哈希函数是为了加密发送自己的标识符的
在第i次应答中标签发生如下操作：

• 将标识符S_i经过G哈希加密变成应答a_i发送给读写器，a_i=G（S_i）
• 然后将S_i经过H哈希加密更新成新的标识符S_i+1=H（S_i）作为下一次的标识符

第八章 非接触式智能卡ISO/IEC标准

8.1 ISO/IEC 14443—近耦合智能卡：

8.1/2 1443与15693区别

• ISO14443
  ISO14443A/B:超短距离智慧卡标准。
  这标准订出读取距离7-15厘米的短距离非接触智慧卡的功能及运作标准，使用的频率为13.56MHz。
  ISO14443定义了TYPE A, TYPE B两种类型协议，通信速率为106kbit/s，
  它们的不同主要在于载波的调制深度及位的编码方式。

  • TYPE A采用开关键控(On-Off keying)的Manchester编码，
  • TYPE B采用NRZ-L的BPSK编码。TYPE B与TYPE A相比，具有传输能量不中断、速率更高、抗干扰能力强的优点。

  RFID的核心是防冲突技术，这也是和接触式IC卡的主要区别。
  ISO14443-3规定了TYPEA和TYPE B的防冲突机制。
  二者防冲突机制的原理不同：
  防碰撞算法：
  Type A:位检测碰撞协议；
  Type B:时隙ALOHA法。
  目前的第二代电子身份证采用的标准是IS014443 TYPE B协议。

• ISO15693
  ISO15693 (ISO SC17lWG8):短距离智慧卡标准，
  这标准订出读取距离可高达一米非接触智慧卡，使用的频率为13.56MHz，
  设计简单让生产读取器的成本比IS014443低，大都用来做进出控制、出勤考核等，
  现在很多企业使用的门禁卡大都使用这一类的标准。
  ISO15693采用轮寻机制、分时查询的方式完成防冲突机制。
  防冲突机制使得同时处于读写区内的多个标签的正确操作成为可能，既方便了操作，也提高了操作的速度。

8.2 高频ISO/IEC 15693—疏耦合智能卡

• 名词解释：
  • VCD读写器
  • VICC非接触疏耦合智能卡
• VCD与VICC之间的初始对话：
  • VCD的射频工作场激活VICC；
  • VICC静待来自VCD的命令；
  • VCD传输命令；
  • VICC传输响应。

8.2.2 数据编码模式 *

一个脉冲9.44µs

• “256取1” 数据编码模式
  是一种脉冲位置调制(Pulse Position Modulation，PPM)，
  通过控制明确规定在0~255范围内的脉冲位置来表示传输的数据值。
  10%ASK调制优先在长距离中使用
  为了充分利用许可的磁场强度为VICC提供能量

  • 它能够在一个节拍中同时传输8位（1字节）。
    （比如传送1111 1001）
  • 1字节的整个传输时间为4.833ms，与512个9.44µs的时间段相符。
    256x2
    因为脉冲只能在奇数时间点产生（从0开始计数）
    所以每个脉冲前面都有一个偶数段
  • 一个单字节的值可以由一个调制脉冲的位置表示，调制脉冲只能在奇数时间点产生（从零开始计数）。
  • 在256∕?_? (约18.88μs)的连续时间内256取1的调制脉冲间隙位置决定了字节的值，传输数据值可以根据脉冲位置求出：
    
    根据1字节的传输时间（4.833 ms）得出数据传输速率为1.65 kbp。
    baud=1/4.833m?=0.207kBUAD
    比特率=buadxlog₂M=1.65kbps
    M=256
    图示为由VCD发送给VICC的数据‘F5’=(11110101)b=(245)，调制间隙出现在每个值持续时间段的后半部，宽度为9.44µs。
    

• “4取1” 数据编码模式
  脉冲位置调制方式，脉冲的时间位置决定它代表的数值。

  • 在一个节拍中可以同时传输2位，要传输的值在0~3范围内；
    （两位二进制位00，可以表示4个状态00、01、10、11

  • 4个连续的位对构成1个字节，首先传送最低的位对，
    （一个位对两位，4X2=8位，一个字节8位

  • 1字节的总传输时间为75.52??，对应于8个9.44??的时间段。
    9.44x8=75.52??

  • 调制脉冲只能在奇数时间段内传输（从零开始计数）。
    偶数时间段无数值

  • 传输的数据值可以根据脉冲位置求出：
    

  • 根据1字节的传输时间75.52??，得出数据传输速率为26.48 kbps。
    baud=1/75.52??=13.24kBUAD
    比特率=buadxlog₂M=26.48kbps
    M=4
    

接下来说一下自己对于256取1和4取1的理解

首先，明确以下概念，这是一种编码模式，是一种调制方式，
调制的目的是为了发送信号，传递数据
这是脉冲位置调制，通过不同的脉冲位置表达不同的信号编码以达到传达信息的目的
256取1的意思是通过256种不同的脉冲构成编码传递信息，它可以传递相当于8个二进制位传达的信息

• 比如F5（1111 0101） 这个数据，
• 他是我们需要传递的信息，但是我们不能直接发送F5，在计算机中可以通过无线或有线的方式发送1111 0101这个字符串
• 但是，在RFID的Reader与Tag之间进行通信的时候，却不是以这种方式进行信息传递，而是通过如下图这样的不同的脉冲位置构成的信号来传递这个信息F5
  
  图解析：
  • 4.833ms的长度代表一个字节的传输时间，对应的这条黑色的缺口长条就是传递的信息F5
  • 18.8??长度的块就是F5数据对应的块，在F5处有脉冲波形的就代表F5这个信息
  • 前半段是脉冲间隙之前的偶数时间段
  • 调制脉冲只能在奇数时间段传播，所以一奇一偶构成一组，
  • 共256个脉冲位置（在奇数时间段出现），所以对应256个偶数时间段，256组，共256x2=512，
  • 9.44??为一个脉冲的长度
  • 所以总时长则为512x9.44??=4.83ms
  • 256取1的意思就是从这256不同的脉冲位置（从0-FE）中取1个代表一个信息(0-FE)，或者说一串二进制数(0000 0000 --1111 1110)
  • 比如图中的F5（1111 0101）
  • 或者再举一个例子0（0000 0000）FE（1111 1110）

同样的，4取1就是从4个不同的脉冲位置中取1个脉冲位置出来代表00 01 10 11的信息

同上面的分析方法。

第九章 中间件

9.1.1 中间件概念

• 中间件：是一种独立的系统软件或服务程序，分布式应用系统借助这种软件，可以实现在不同的应用系统之间共享资源。
• 是射频Tag与应用程序之间的中介角色，用户程序使用中间件提供的一组通用的API就能访问到射频读写器，从而读取Tag的数据。
• 中间件=平台+通信
• 中间件是位于平台（硬件和操作系统）和应用之间的通用服务，这些服务具有标准的程序接口和协议

9.1.1中间件的关键特性（看看就行）

中间件具有如下关键特性：

• 屏蔽软硬件平台的异构型，运行于多种硬件和OS平台。
• 支持分布计算，使得所构造的分布式系统具有可伸缩性。
• 提供跨网络、硬件和OS平台的透明性应用或服务的交互，为最终用户的一致性提供一定程度的分布式透明性。
• 为改善应用系统的服务质量，提高系统的可用性、可靠性、可维护性增强系统的性能和用户友好，满足大量应用的需求。
• 支持标准的协议。
• 支持标准的接口。

9.1.3 中间件的分类*

根据中间件在系统中的作用和采用的技术，中间件大致分：

• 数据访问中间件、（Data Access Middleware，DAM)
  • 数据库是核心单元，，中间件仅完成通信功能
  • 优点：方式灵活的特点，
  • 缺点：
    不适合大量数据通信的场合
    网络故障不能正常工作
  • 应用最广泛，技术最成熟
• 远程过程调用中间件、（Remote Procedure Call Protocol，RPC)
  • 通过网络从远程计算机程序上请求服务
  • c/s形式
  • 特点：灵活性、跨平台性能
  • 缺点：不适合大型应用
• 面向消息中间件、（Message Oriented Middleware， MOM)
  • 利用高效可靠的消息传递机制经行与平台无关的数据交流
  • 优点：
    提供C/S之间的同步异步连接
    任何时刻可以传输、转发、存储消息
  • 缺点：不支持程序控制的传递
• 面向对象中间件、（Object Oriented Middleware，OOM)
  • 对象技术和分布式技术发展的产物
  • 提供一种通信机制，透明地在异构的分布式计算环境中传递对象请求
• 事件处理中间件。（Transaction Processing Middleware，TPM)
  • 在分布、异构环境下保证交易完整性和数据完整性的一种平台
  • 向用户提供一系列的服务，如应用管理、管理控制、程序间的消息传递等。

根据射频识别中间件是否独立，射频识别中间件可以：

• 独立的通用中间件：
  具有独立性，不依赖于其他软件系统，各模块都是由组件构成，根据不同的需要进行软件组合，灵活性高。
• 非独立的中间件：
  将RFID技术纳入到现有的中间件产品的软件系统中，RFID作为可选子项。例如，IBM将RFID纳入WebSphere架构、SPA在NetWeaver中增加RFID功能。

9.1.4 特性

射频识别中间件的特征
（1）独立于架构：独立并介于射频读写器与后端应用程序之间。
（2）支持多种编码标准：支持各种编码标准，并具有进行数据整合与集成的能力。
（3）数据流处理：具有数据收集、过滤、整合与传递等特性。
（4）过程流：采用程序逻辑及存储再传送功能，来提供顺序的消息流。
（5）实时处理：应能在规定时间内对大量RFID数据进行实时处理。
（6）海量数据处理：RFID设备的大规模部署会产生空前的海量数据。
（7）过滤和清洗：从读写器获取大量的突发数据流或者连续的标签数据时，除去重复数据，过滤垃圾数据，或者对数据进行校验，并提供可能的警告信息。
（8）挖掘语义信息：RFID数据通常携带有与上下文状态和背景知识相关的信息，而这些信息通常是隐含的，且与上层应用逻辑之间存在密切关系。
（9）状态监控：可监控射频读写器的状态，并自动向应用系统汇报。
（10）安全功能：通过安全模块可完成网络防火墙功能，保证数据安全性和完整性。

9.1.5 功能

• 管理读写设备
  管理不同的读写设备共同工作

• 处理采集数据
  数据过滤、分组、计算处理

• 生成事件报告
  生成并发送事件数据

• 提供标准接口 --------------------------------------助记：接口，往上是设备端，往下是系统端
  读写器与应用系统之间的通信

• 提供访问安全控制
  身份认证，确认访问权限

• 提供集中统一管理界面
  提供图形界面 ，以便用户管理中间件的各系统

• 满足负载均衡
  根据每个负载经行流量分配

9.3.1 射频识别中间件组件

射频识别中间件通常由四个主要的层次组成，读写器接口、数据处理和存储、应用接口、中间件管理，如图

• 读写器接口
  读写器接口处于射频识别中间件的最底层，处理与RFID硬件的接口。包括了系统支持的所有设备的设备驱动，并管理所有的硬件相关的参数。
• 数据处理单元和存储层
  数据处理单元和存储层负责处理和存储来自读写器的原始数据。本层处理逻辑有数据过滤、聚合和转换。本层还处理与特定的应用程序关联的数据级事件。
• 应用程序接口
  应用程序接口提供带API的应用程序来访问、通信和配置射频识别中间件。
• 中间件管理层
  中间件管理层帮助管理射频识别中间件的配置，并提供以下功能：添加、配置和修改连接射频读写器；修改应用程序级参数，如过滤器，和复制删除定时窗口；添加和移除射频识别中间件支持的服务。

9.3.3 中间件标准

中间件技术主要有COM标准、CORBA 标准和J2EE 标准等三个主要标准。

• COM 标准
  COM标准的特点: COM既是规范，也是实现。COM是Microsoft提出的一种组件规范，多个组件对象可以连接起来形成应用程序，它以COM库（OLE32.D11和OLEAut.dll)的形式提供了访问COM对象核心功能的标准接口及一组API函数，这些API函数用于实现创建和管理COM对象的功能。
• CORBA标准
  CORBA标准的构成：CORBA标准主要分为对象请求代理、公共对象服务、公共设施3个层次。
  CORBA标准的特性：CORBA是编写分布式对象的一个统一标准；CORBA中的客户通过ORB进行网络通信；CORBA中的IDL 定义客户端和调用对象之间的接口。
• J2EE 标准
  J2EE的目的是提供与平台无关的、可移植的、支持并发访问和安全的、完全基于Java的服务器端中间件的标准。

9.4.1 数据一致性控制保证机制

RFID数据库的事务在读取数据时，通常要求数据能够直接反映现实世界的当前状态，即数据不能过老，要求系统应提供时间一致性控制机制，以满足实时性要求。
通常的做法由根据事务自身的截止期和数据有效期来确定事务的优先级。
并根据优先级高低进行并发控制，主要方法有基于锁的并发控制协议和乐观控制协议。

• 基于锁的并发控制协议
  • 基于优先级两端锁协议（2PL-HP）。
    2PL-HP就是在传统的2PL的基础上，用高优先级优先的冲突解决机制来保证高优先级事务不被低优先级事务所阻塞。在高优先级机制中，所有解决数据冲突的方法倾向于高优先级事务。
    • 该算法能够避免思索，而且解决了优先级倒置问题。
    • 但存在一个严重的缺点，就是可能导致重启，这将会严重影响系统的性能。
  • 优先级继承协议(2PL-PI)：
    基本的优先级继承协议的思想是当优先级倒置发生时，持有锁的低优先级事务将以在等待锁的事务中的最高优先级执行，直到它释放锁。
    • 虽然该策略解决了死锁和优先级倒置的问题，但是，优先级继承策略也阻止了中等优先级事务抢占锁，从而可能引起这些事务错失截止期。
    • 数据冲突很高时，优先级继承实际上导致系统中大部分或所有的事务以同一优先级执行，反而导致实时数据库系统的性能下降。
  • 优先级顶协议(2PL-PC)：
    优先级继承协议的一个改进协议是优先级顶协议。2PL-PC的目标是保证不会出现死锁和级联阻塞。该协议为每个关键段分配一个优先权项，记录可能进入该关键段的任务的最高优先级。任务的优先权项为所有当前已被其它任务锁住的关键段的最大优先级。
    • 该协议阻止死锁形成并且严格限制了优先级倒置产生的事务阻塞时间。然而这种机制需要每一事务存取的数据对象的优先级知识。
• 乐观的并发控制协议
  在乐观并发控制协议中，事务不受阻碍地执行，直到到达其提交点，并且在该点验证是否发生不一致，这样事务的执行包括读、验证、写三个阶段。
  • OCC-BC协议：
    是基于OCC的一个重要扩展协议，它要求所有与正在验证的事务、发生冲突的事务全部重启，从而保证正在验证事务的提交。OCC-BC是一个优先级无关的协议。
  • OPT-SACRIFICE协议：
    采用优先级牺牲策略来消解冲突的乐观并发控制协议。当事务到达验证阶段，如果一个或多个冲突事务比验证事务的优先级高，验证事务夭折； 否则，它将提交，并且将所有与之冲突的活跃事务重启
  • OPT-WAIT：
    主要采用了优先级等待机制。当事务到达验证阶段，如果其优先级不比与之冲突的所有事务的优先级高，那么必将等待优先级比它高的事务完成。这样，高优先级事务满足截止期的机会大大提高了。OPT-WAIT机制保持了实时冲突处理最初的目标，但是也存在浪费的牺牲问题。
  • WAIT-50协议：
    一种优先级相关的协议， WAIT-50协议在冲突事务集里面有半数或更多事务比验证事务优先级高的情况下让验证事务等待，否则让验证事务提交，冲突事务重启。WAIT-50协议使具有较高优先级的事务首先满足截止期并且没有无效重启，可以看着OPT-WAIT和OCC-BC两个协议的折中。

完，不弄了、累了