RFID技术与应用 复习用

第一章 RFID技术概述

自动识别技术简介：自动识别技术（automatic identification and data capture）就是应用一定的识别装置，通过被识别物品和识别装置之间的通信，自动地获取被识别物品的相关信息，并提供给后台的计算机处理系统来完成相关后续处理的一种技术。

自动识别技术的分类：
1、条码识别技术
2、磁卡识别技术
3、IC卡识别技术
4、光学字符识别技术（OCR）
5、射频识别技术

“射频”的英文为“radio frequency”，即无线电频率。 RFID技术是应用电磁感应、无线电波或微波进行非接触的方式地双向通信，以达到识别身份目的并交换数据的自动识别技术。

在RFID系统中，基本的读写系统由阅读器和电子标签构成。识别的信息存放在电子数据载体中，电子数据载体称为应答器（电子标签），应答器中存放的识别信息由阅读器读写。
一套完整的RFID系统是由阅读器与电子标签也就是所谓的应答器及应用软件系统三个部分所组成。

RFID结构：系统层、读写器、应答器（RFID标签）、读写器与应用系统的接口。

射频识别技术的性能特征：
1、快速扫描
2、体积小型化、形状多样化
3、抗污染能力和耐久性
4、可重复使用
5、穿透性和无屏障阅读
6、数据的记忆容量大
7、安全性

无线电系统中射频的划分
（1）低频段：低于300kHz的为低频范围，包括极低频、超低频、特低频、甚低频和低频五个频段。
（2）高频段：300kHz~300MHz为高频范围，包括中频、高频和甚高频三个频段。
（3）射频微波段：频率高于300MHz的范围为微博范围，包括特高频、超高频和极高频三个频段。

第二章 RFID系统的组成和原理

标签采用三种方式进行数据存储，电可擦可编程只读存储器（EEPROM）、铁电随机存取存储器（FRAM）、静态随机存取存储器（SRAM）。前两者掉电保持，后者掉电不保持。

标签的分类（四种方式）
（1）电子标签的分类方法按照标签是否内置电源或者按照电子标签发送信号时机，可以分为三种类型：被动式标签、主动式标签和半主动式标签。
（2）电子标签的分类方法按照数据读写类型分为只读式RFID标签和读写式RFID标签。
只读式标签：只能读出不能写入。
读写式标签：可以被读写器读出也可以被读写器写入。
（3）电子标签的分类方法按照RFID标签的工作频率进行分类可以分为低频、中高频、超高频与微波四类。
RFID工作频率的选取会直接影响芯片设计、天线设计、工作模式、作用距离、读写器安装要求。
不同频率下读写RFID标签的特点：
1、低频RFID标签：低频标签典型的工作频率为125kHz~134.2kHz，一般为无源标签，通过电感耦合方式从读写器获得能量，读写距离一般小于1米。
2、中高频RFID标签：中高频标签的常见的工作频率为13.56MHz，电感耦合获得能量，读写距离小于1米。
3、超高频和微波RFID标签：超高频与微波频段RFID标签通常简称为“微波标签”，典型的超高频工作频率为860MHz_{928MHz，微波段工作频率为2.45GHz}5.8GHZ。
（4）电子标签的分类方法可以按照封装类型样式进行分类，可以分为贴纸式标签、塑料标签、玻璃标签、抗金属标签。

RFID标签的优点（简答）
1、体积小且形状多样
2、耐环境性
3、可重复使用
4、穿透性强
5、数据安全性较高

中间件
中间件（middleware）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。
中间件的功能有：（选择）
1、标签数据的读写；
2、数据的过滤和聚集；
3、RFID数据的分发；
4、数据安全。

RFID的耦合方式（电感耦合（一般都是）、反向散射）
电感耦合方式一般适合于高、低频率工作的 近距离 RFID系统；电磁反向散射耦合方式一般适合于超高频、微波工作频率的 远距离 RFID系统。
（1）电感耦合RFID系统
电感耦合方式普遍应用于低频和高频电子标签，适合于读取距离较短的场合，一般在1m以内。电感耦合系统又可以分为密耦合系统（NFC）、遥耦合系统（IC卡、ID卡）及远距离耦合系统（ETC）。
密耦合系统具有很小的作用距离，典型值为0~1cm。
遥耦合系统的典型作用距离可以达到1m。遥耦合系统又可细分为近耦合系统（典型作用距离为15cm）与疏耦合系统（典型作用距离为1m）两类。 遥耦合系统的典型工作频率为13.56MHz，也有一些其他频率，如6.75MHz、27.125MHz等。在ISO/IEC标准中，14443标准和15693分别针对近耦合系统和疏耦合系统。遥耦合系统目前仍然是低成本射频识别系统的主流。

阅读器天线电路如下图所示，从图中有电流流过天线线圈时，有电磁场产生，进行能量的传递；在电子标签内部也有同样的天线电路，通过感应生产电场，给标签内部供电。RFID阅读器的射频前端常采用串联谐振电路，谐振时可获得最大的回路电流（磁场最强）。

RFID中间件的主要功能
1、数据实时采集
2、数据处理
3、数据共享
4、安全服务

第三章 RFID的数据通信与安全

曼彻斯特编码（分相编码）
下降沿表示1
上升沿表示0

米勒编码
米勒编码在半个比特周期内的任意边沿表示二进制码“1”，而经过下一个比特周期中不变的电平表示二进制码“0”。

电子标签和读写器之间的通信侵入：
1、非法读写器接获数据。
2、第三方堵塞数据传输。
3、伪造标签发送数据。

差错的控制方法
最常用的差错控制方法是差错控制编码。数据信息位在向信道发送之前，先按照某种关系附加上一定的冗余位，构成一个码字后再发送，这个过程称为差错控制编码过程。接收端收到该码字后，检查信息位和附加冗余位之间的关系，以检查传输过程中是否有差错发生，这个过程称为检验过程。
差错控制编码可分为检错码和纠错码。
（1）检错码——能自动发现差错的编码。
（2）纠错码——不仅能发现差错而且能自动纠正差错的编码。
差错控制方法分两类，一类是自动请求重发ARQ，另一类是前向纠错FEC。

奇偶校验码
奇偶校验码是一种增加二进制传输系统最小距离的简单和广泛采用的方法，是一种通过增加冗余位使得码字中“1”的个数恒为奇数或偶数的编码方法，它是一种检错码。
1、垂直奇偶校验法
2、水平奇偶校验
CRC校验（数据位n位+校验位k位）
P41-8 已知信息位串为1111 0111，生成多项式G(X)的系数序列为1 0011，利用CRC校验码求编码后的数据帧。
G(X)=x^4+x+1
信息位串为：x^7+x6+x^5+x4+x^2+x+1=M(X)
M(X)·x^4=x11+x^10+x9+x^8+x6+x^5+x4
左移四位

得余数1111 数据帧为 1111 0111 1111

第四章 RFID的标准与协议

RFID的标准体系（了解）
EPC global与日本UID标准体系的主要区别
第一个区别是编码标准不同，EPC global使用EPC编码，代码为96位。日本UID使用uCode编码，代码为128位。
ISO14443和ISO15693的异同（都是高频）
ISO15693标准的灵敏度是ISO14443的10倍，这应该是主要区别之一。15693的距离更远一些，但是14443更成熟，加密性更好，用在保密性更好的地方，而15693是开放的。

NFC和RFID的区别（重点）
1、工作频率
NFC的工作频率为13.56MHz，而RFID的工作频率有低频，高频（13.56MHz）及超高频。
2、工作距离
NFC的工作距离理论上为0_{20cm，但是在产品的实现上，由于采用了特殊功率抑制技术，使其工作距离只有0}10cm，从而更好地保证业务的安全性。由于RFID具有不同的频率，所以通信距离范围较大。
3、工作模式
NFC同时支持读写模式和卡模式，而RFID的读写器和非接触卡是独立的两个实体，不能切换。
4、点对点通信
NFC支持P2P模式，RFID不支持。
5、应用领域
RFID更多用于生产、物流跟踪和资产管理上，而NFC则工作在门禁、公交卡、手机支付等。
6、标准协议
NFC的底层通信协议兼容高频RFID的底层通信标准，即兼容ISO14443/ISO15693标准。RFID现在用得比较广泛的是14443协议，即13.56MHz标准。

ISO/IEC 14443-2
ISO/IEC 14443第二部分主要规定了ISO/IEC 14443 的射频能量和信号接口。
其中，信号接口也称为空中接口，协议规定了两种信号接口：TYPE A和TYPE B。
（1）TYPE A 型
PCD向PICC通信：载波频率为13.56MHz，数据传送速率为106kb/s，采用修正米勒码的100%ASK调制。
PICC向PCD通信：以负载调制方式实现，用数据曼彻斯特码的副载波调制（ASK）信号进行负载调制。副载波频率为载波频率的16分频，即847kHz。
（2）TYPE B 型
PCD向PICC通信：数据传输速率为106kb/s，用数据的NRZ码对载波进行ASK调制，调制幅度为10%（8%-14%）。逻辑1时，载波高幅度无调制；逻辑0时，载波低幅度。
PICC向PCD通信：数据传输速率为106kb/s，用数据的NRZ码对副载波（847kHz）进行BPSK（二进制相移键控）调制，然后再用副载波调制信号进行负载调制实现通信。
ISO/IEC 14443-3
帧结构：14443-3的TYPE A 的帧有三种类型：短帧、标准帧和面向比特的防碰撞帧。
ISO/IEC 18000-6标准
ISO/IEC 18000-6标准定义了工作频率在860-930MHz的阅读器和应答器之间的物理接口、协议、命令和防碰撞机制。
ISO/IEC 18000-6标准的存储结构：
从逻辑上来说，一个电子标签分为四个存储体，每个存储体可以由一个或一个以上的存储器组成。
命令集
在对电子标签的操作中，有三组命令集用于完成相关的操作。这三组命令集是选择、盘存及访问，分别由一个或多个命令组成。
1、选择（select）
2、盘存（inventory）
3、操作（access）

第五章RFID阅读器开发技术基础

第六章低频RFID阅读器设计

低频ID卡工作频率125KHz，数据存储容量共64位，采用EEPROM。
EM4100存储器组织及数据编码
EM4100存储器内部64bit数据共分为五部分，其含义如下：
（1）同步头：由9个1组成，用于识别数据开始传送。（相当于帧头）
（2）版本信息和客户ID：共由D00-D13中的8bit组成，分别记录版本信息和客户ID号。
（3）数据位：共32bit，由D20-D93组成，用于存储ID卡号。
（4）校验位：P为每一行数据的偶（奇）校验位。PC为每一列数据的偶（奇）校验位。
（5）停止位：S0为停止位。
行列校验码：行列校验码又称作水平垂直一致校验码或二维奇偶校验码，有时还被称为矩阵码。它不仅对水平（行）方向的码元，而且还对垂直（列）方向的码元实施奇偶校验。

第七章高频阅读器的设计

最后一次实验的代码
阅读器的结构框图MC52

Mifare卡的特点：容量为8K位EEPROM，分为16个扇区，每个扇区4块，每块16个字节，以块为单位；每张卡有唯一的32位序列号。
Mifare卡存储器组织
数据块：
1、读写块：16个字节均可读写，作数据用。
2、数值块：仅4个字节可用，作数值用。（冗余存储）
数值块的结构：
（1）数值：有符号4字节数值。数值的最低字节存储在最低地址字节。负值以标准的2的补码形式存储。数值存储三次，两次不取反，一次取反。
（2）地址（adr）：1字节地址，保存四次，两次取反两次不取反。只能通过write命令更改。
Mifare卡读写流程