RFID(Radio Frequency IdentifICation)技術是利用射頻通信(xin)實(shi)現(xian)的(de)(de)(de)(de)一種非接觸式自動識別技術。擁有(you)廣闊的(de)(de)(de)(de)發展前(qian)景和(he)巨大的(de)(de)(de)(de)市(shi)場潛(qian)力。本文介(jie)紹了(le)RFID技術的(de)(de)(de)(de)原理、特點，深(shen)入(ru)分析了(le)信(xin)號傳(chuan)輸時(shi)所采取的(de)(de)(de)(de)反方(fang)向散射的(de)(de)(de)(de)調制方(fang)式，影響(xiang)傳(chuan)輸距離的(de)(de)(de)(de)因素，最后(hou)介(jie)紹了(le)在(zai)遠程RFID自動識別系(xi)統中的(de)(de)(de)(de)讀(du)寫沖突(tu)和(he)防(fang)沖突(tu)算法(fa)，更(geng)好的(de)(de)(de)(de)解決了(le)遠程RFID系(xi)統存在(zai)的(de)(de)(de)(de)沖突(tu)問題。
應用案例(li)：RFID讀寫器應用于(yu)環衛車輛管(guan)理
RFID是(shi)(shi)一種(zhong)非(fei)接觸的(de)(de)(de)自(zi)動識別技術(shu)。隨著(zhu)無線網絡(luo)技術(shu)的(de)(de)(de)不斷(duan)發展，使得RFID技術(shu)在國(guo)(guo)內外(wai)得到(dao)(dao)了(le)廣泛(fan)的(de)(de)(de)應(ying)用。現在IBM公(gong)司提出的(de)(de)(de)智(zhi)慧地球和(he)中國(guo)(guo)的(de)(de)(de)物(wu)(wu)聯網技術(shu)的(de)(de)(de)發展，又(you)極大(da)促進了(le)RFID功能(neng)。因(yin)此，RFID技術(shu)架(jia)起了(le)數(shu)字(zi)世界和(he)物(wu)(wu)理世界之(zhi)間(jian)的(de)(de)(de)橋梁，為物(wu)(wu)聯網的(de)(de)(de)發展奠定了(le)基礎。RFID雖然(ran)得到(dao)(dao)了(le)巨大(da)的(de)(de)(de)發展，但對(dui)于遠程的(de)(de)(de)RFID還是(shi)(shi)存(cun)在著(zhu)傳輸距離、防碰撞(zhuang)算法等一些問題。本文(wen)通(tong)過對(dui)RFID的(de)(de)(de)相關(guan)概念和(he)技術(shu)進行分析，使人們更加全面的(de)(de)(de)了(le)解RFID，促使RFID技術(shu)有更好(hao)的(de)(de)(de)發展和(he)應(ying)用。
遠程RFID原理
1 ）遠程RFID的(de)組成
在探討遠程RFID的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)原理之前，我們(men)必須先要研究一下RFID的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)組成。RFID的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)系統包括以下3個部分：電(dian)子標簽(qian)(qian)(qian)(TAG)、讀寫(xie)(xie)(xie)器(Reader)和(he)計(ji)(ji)算(suan)機(ji)及其應用軟件。電(dian)子標簽(qian)(qian)(qian)主(zhu)要由(you)內置天線和(he)電(dian)路(lu)芯(xin)片組成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，功(gong)能是(shi)(shi)與射頻天線之間(jian)完成通(tong)信;讀寫(xie)(xie)(xie)器主(zhu)要由(you)天線、控制單元、射頻收發(fa)前段和(he)通(tong)信接口這四個部分組成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，主(zhu)要功(gong)能是(shi)(shi)讀取或(huo)寫(xie)(xie)(xie)入電(dian)子標簽(qian)(qian)(qian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)信息;計(ji)(ji)算(suan)機(ji)和(he)應用軟件的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)功(gong)能則是(shi)(shi)通(tong)過讀寫(xie)(xie)(xie)器的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)通(tong)信接口而連(lian)接外部計(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)算(suan)機(ji)，或(huo)者是(shi)(shi)連(lian)接上位(wei)機(ji)主(zhu)系統，從而實現數據(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)交換。
應(ying)用案例：RFID讀寫器應(ying)用于停車(che)場管(guan)理
2 ）遠程(cheng)RFID的(de)工作原理(li)
讀寫器(qi)(Reader)與電子標簽(TAG)組成(cheng)了應(ying)(ying)答(da)器(qi)(Transponder)，其工作原理(li)是。Reader發(fa)射一特定頻率的無線電波能量給Transponder用以驅動Transponder電路將內部的數據送出，此時Reader便(bian)依序(xu)接收解讀數據，送給應(ying)(ying)用程序(xu)做相應(ying)(ying)的處理(li)。
2 遠(yuan)程RFID系統的特(te)點
目前無(wu)源(yuan)遠(yuan)(yuan)距(ju)離(li)(li)遠(yuan)(yuan)程RFID系(xi)統(tong)有(you)(you)兩種工(gong)作頻段UHF和2.45 GHz。無(wu)源(yuan)超高頻系(xi)統(tong)的(de)讀寫距(ju)離(li)(li)可以長達十米以上，比2.45 GHz系(xi)統(tong)要遠(yuan)(yuan)很多，因此已(yi)經成(cheng)為了遠(yuan)(yuan)程識別系(xi)統(tong)的(de)主(zhu)(zhu)流部分。其優點主(zhu)(zhu)要有(you)(you)以下幾點：
1)實時性：可以實時響應，自動讀出ID號(hao)，得到其信息;
2)防偽(wei)(wei)性：形成的微(wei)波標示(shi)是(shi)不可偽(wei)(wei)造、更改和(he)不可復制的;
3)聯網性：通過(guo)計算機的網絡對物流(liu)進行監(jian)控;
4)準確性：讀出信(xin)息的準確率非(fei)常高(gao)，可以高(gao)達(da)99.99%;
5)低成(cheng)本：使(shi)用時，只(zhi)需要數元;
6)可靠性：適(shi)應惡劣環境條件(jian)，如：多塵(chen)、潮(chao)濕等;
7)壽命長：使用時不(bu)需(xu)要電池，只需(xu)無源卡，并且(qie)終(zhong)身(shen)免維修(xiu);
由于遠程RFID系統(tong)(tong)采(cai)用(yong)的是無線(xian)傳輸模式(shi)，無線(xian)環(huan)境(jing)又(you)極其(qi)復雜(za)，因此有(you)很多因素都會影響遠程RFID系統(tong)(tong)讀寫距離，主要有(you)如下(xia)幾(ji)方面：
1)影響射頻卡讀寫(xie)(xie)距離的(de)因素是(shi)讀寫(xie)(xie)器(qi)的(de)RF輸出功率、反(fan)射的(de)能量和射頻卡的(de)功耗、讀寫(xie)(xie)器(qi)的(de)接收(shou)的(de)能量和接收(shou)靈(ling)敏度(du);
2)影響上述指標的是射(she)頻卡天線(xian)的有效接(jie)收和反射(she)截面積，讀寫(xie)器的接(jie)收天線(xian)有效面積;
3)在視場(chang)范圍同樣的條件下(xia)，當頻率(lv)升(sheng)高(gao)時，無(wu)源RFID系統的作用距離就(jiu)會(hui)減小。
遠程RFID關鍵性技術
遠(yuan)程RFID系統采用的(de)(de)(de)一(yi)種無線傳輸(shu)(shu)方式，在(zai)傳遞信息時是通過電(dian)磁波(bo)(bo)來發送(song)和接收的(de)(de)(de)。電(dian)磁波(bo)(bo)以天線為圓心，向(xiang)周圍空間發射。發射過程中當電(dian)磁波(bo)(bo)遇(yu)到不(bu)同目標時，電(dian)磁波(bo)(bo)能量的(de)(de)(de)一(yi)部(bu)分(fen)被目標吸收，而另一(yi)部(bu)分(fen)會向(xiang)各(ge)個(ge)方向(xiang)，以不(bu)同的(de)(de)(de)強度(du)散(san)射開(kai)。反(fan)射能量的(de)(de)(de)一(yi)部(bu)分(fen)最終(zhong)返回(hui)發射天線。采用反(fan)向(xiang)散(san)射調制的(de)(de)(de)能量傳輸(shu)(shu)方式主(zhu)要(yao)標簽到閱讀(du)器的(de)(de)(de)能量傳輸(shu)(shu)和存在(zai)于閱讀(du)器到標簽的(de)(de)(de)能量傳輸(shu)(shu)這兩個(ge)方向(xiang)上。
1)閱讀器(qi)到標簽的能量(liang)傳輸
PTX為讀寫(xie)器(qi)(qi)的發射功(gong)(gong)率(lv)，GTX為發射天線(xian)的增(zeng)益，R是(shi)標簽(qian)到讀寫(xie)器(qi)(qi)天線(xian)之間的距離，EIRP為天線(xian)的有效輻射功(gong)(gong)率(lv)，是(shi)指讀寫(xie)器(qi)(qi)發射功(gong)(gong)率(lv)和天線(xian)增(zeng)益的乘積。
當電子標簽與發射(she)天線兩部分(fen)的(de)狀態最(zui)佳，同(tong)時極化方向匹配時，電子標簽吸(xi)收(shou)的(de)最(zui)大(da)功率(lv)就會與閱(yue)讀器發射(she)信號(hao)的(de)功率(lv)的(de)密(mi)度S成正比。
應用案例：RFID開放式通(tong)道HD2280應用于會議簽(qian)到(dao)管理
無(wu)(wu)(wu)源(yuan)RFID系統(tong)的(de)(de)電子(zi)標(biao)(biao)簽(qian)(qian)是通過電磁場供電，因此標(biao)(biao)簽(qian)(qian)有很大的(de)(de)功(gong)(gong)耗(hao)，當(dang)讀寫的(de)(de)距(ju)(ju)離(li)越短時(shi)，其性能就會越差。電子(zi)標(biao)(biao)簽(qian)(qian)的(de)(de)工(gong)(gong)(gong)作電壓決定了RFID電子(zi)標(biao)(biao)簽(qian)(qian)能否正(zheng)常(chang)的(de)(de)工(gong)(gong)(gong)作，同時(shi)也(ye)決定了無(wu)(wu)(wu)源(yuan)RFID系統(tong)的(de)(de)識別距(ju)(ju)離(li)。但隨(sui)著(zhu)集成電路工(gong)(gong)(gong)藝的(de)(de)不斷發展(zhan)，射頻電子(zi)標(biao)(biao)簽(qian)(qian)芯片的(de)(de)功(gong)(gong)耗(hao)也(ye)在來斷的(de)(de)降(jiang)低。目前，比(bi)較(jiao)典(dian)型的(de)(de)低功(gong)(gong)耗(hao)電子(zi)標(biao)(biao)簽(qian)(qian)，其標(biao)(biao)簽(qian)(qian)本身的(de)(de)功(gong)(gong)耗(hao)可以(yi)(yi)低至數十微瓦到(dao)數微瓦，這種(zhong)(zhong)標(biao)(biao)簽(qian)(qian)的(de)(de)工(gong)(gong)(gong)作電壓為1.2 V左(zuo)右。這種(zhong)(zhong)無(wu)(wu)(wu)線(xian)電發射功(gong)(gong)率受到(dao)限制，但無(wu)(wu)(wu)源(yuan)電子(zi)標(biao)(biao)簽(qian)(qian)的(de)(de)識別距(ju)(ju)離(li)可以(yi)(yi)過到(dao)10 m以(yi)(yi)上。
2)電子(zi)標(biao)簽(qian)到閱讀器的能量傳輸(shu)
電(dian)(dian)(dian)子(zi)標簽返(fan)回的(de)(de)能(neng)量(liang)取(qu)決于(yu)它的(de)(de)雷達散射(she)(she)截面(mian)面(mian)積，并和(he)其(qi)成正比(bi)，它是(shi)目標反(fan)射(she)(she)電(dian)(dian)(dian)磁波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)能(neng)力的(de)(de)測度。散射(she)(she)面(mian)積是(shi)主要取(qu)決于(yu)兩個參(can)數，其(qi)一(yi)是(shi)本身的(de)(de)物體特性如目標的(de)(de)大(da)小、材料、表(biao)面(mian)結構和(he)材料，其(qi)二是(shi)反(fan)射(she)(she)電(dian)(dian)(dian)磁波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)的(de)(de)特性，比(bi)如電(dian)(dian)(dian)磁波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)的(de)(de)極化方向和(he)波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)長等。電(dian)(dian)(dian)子(zi)標簽在空間的(de)(de)某個位置(zhi)接收(shou)到閱讀(du)器(qi)發射(she)(she)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)磁波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)后，將其(qi)中的(de)(de)一(yi)部分吸收(shou)用于(yu)提(ti)供自身工作的(de)(de)能(neng)量(liang)，而(er)另外一(yi)部分被反(fan)射(she)(she)回去，電(dian)(dian)(dian)子(zi)標簽反(fan)射(she)(she)電(dian)(dian)(dian)磁波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)的(de)(de)能(neng)量(liang)
根據以上計算可知(zhi)，天(tian)(tian)線(xian)方向圖和增(zeng)益G的(de)(de)(de)(de)要求與(yu)系統(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)頻(pin)率(lv)選擇(ze)無(wu)關(guan)，而(er)讀(du)寫器天(tian)(tian)線(xian)的(de)(de)(de)(de)“視(shi)場”大(da)小的(de)(de)(de)(de)要求，取(qu)決(jue)于(yu)目(mu)標的(de)(de)(de)(de)速度和運(yun)動范圍(wei)，與(yu)系統(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)頻(pin)率(lv)選擇(ze)無(wu)關(guan)。對接收機和標簽的(de)(de)(de)(de)靈敏度的(de)(de)(de)(de)要求和頻(pin)率(lv)也是無(wu)關(guan)，所(suo)以當(dang)頻(pin)率(lv)增(zeng)高(gao)，作(zuo)用距離就(jiu)會變小。如(ru)果保持同樣(yang)的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用距離，那么UHF系統(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)基站(zhan)發射功(gong)率(lv)P比2.45 GHZ系統(tong)(tong)低7倍，5.8 GHz系統(tong)(tong)需(xu)要高(gao)40倍。
遠程RFID系統的沖突問題(ti)
遠距(ju)離無源RFID系(xi)統(tong)具有(you)作(zuo)用距(ju)離遠且視場(chang)范圍大的(de)特點，但同(tong)時(shi)也容易出(chu)現(xian)一(yi)個多機(ji)或多卡(ka)的(de)現(xian)象，從(cong)而導致(zhi)系(xi)統(tong)讀寫多標簽出(chu)現(xian)沖突(tu)(tu)。所以有(you)必要(yao)采取一(yi)些好的(de)防沖突(tu)(tu)地區(qu)的(de)技術。多卡(ka)沖突(tu)(tu)仲(zhong)裁就是在同(tong)一(yi)時(shi)間只(zhi)能有(you)一(yi)個卡(ka)響應(ying)，這就需要(yao)用讀寫器命(ming)令進行控制。仲(zhong)裁的(de)方法主要(yao)有(you)兩種：Binary和Aloha。
1 ）Binary多卡沖突仲裁(cai)
Binary多(duo)卡沖突仲(zhong)裁，主要是通(tong)過(guo)采用狀態機的方式來實(shi)現(xian)多(duo)卡讀寫仲(zhong)裁機制，其中主要有(you)4種(zhong)狀態。
其中的狀態(tai)解釋如下：
Power-OFF狀態：指的(de)是識(shi)別卡(ka)處(chu)于關(guan)機狀態，即讀(du)寫(xie)器此時不能被激(ji)活識(shi)別卡(ka);
Ready狀態(tai)：當識別卡(ka)(ka)第一次被讀寫器激活(huo)時，識別卡(ka)(ka)就會處于Ready狀態(tai);
ID狀態：如果識別(bie)卡試圖傳送(song)識別(bie)信息給讀寫器時，識別(bie)卡就會處于ID狀態;
Data_Exchange狀態：如(ru)果讀寫器(qi)識別(bie)并(bing)被選中識別(bie)卡(ka)時，識別(bie)卡(ka)就(jiu)會處于Data_Exchange狀態。
為了支持仲(zhong)裁沖突(tu)，識(shi)別卡上(shang)有兩(liang)個硬(ying)件電(dian)路：8bit計數器Counter和1bit隨即數發生器(只有兩(liang)個可(ke)能的值：0和1)。當所有的或(huo)一部(bu)分讀(du)寫器射(she)頻電(dian)磁(ci)場上(shang)的識(shi)別卡參與沖突(tu)仲(zhong)裁時(shi)，讀(du)寫器上(shang)的Group_Unselect和Group_Select命令就會(hui)運(yun)行沖突(tu)仲(zhong)裁算法。
RFID超高頻遠距離車輛稱重管理讀寫器UR5206是一款高性能的UHF超高頻電子標簽一體機，廣泛應用于停車場管理、礦車稱重管理、車輛識別系統、自動分揀線識別、物流、門禁系統、防偽系統及生產過程控制等多種無線射頻識別（RFID）系統。
2）Aloha算法(fa)
ALOHA協議(yi)是一種防碰撞(zhuang)的(de)沖突(tu)仲裁算(suan)法。如果在隨機的(de)時(shi)間間隔中有多個(ge)標簽發(fa)送數據(ju)包(bao)，并且這(zhe)個(ge)數據(ju)包(bao)發(fa)生(sheng)了碰撞(zhuang)，那么標簽就會(hui)等待一個(ge)隨機的(de)時(shi)間，然后再次發(fa)送數據(ju)。這(zhe)種算(suan)法吞(tun)吐率低，適(shi)用(yong)于只讀標簽的(de)應用(yong)場景。于是就出現(xian)了時(shi)隙Aloha算(suan)法。
時(shi)隙(xi)Aloha算(suan)(suan)法改善(shan)了Aloha算(suan)(suan)法的吞吐率。它采用讀(du)寫(xie)器控制的隨機TDMA方(fang)(fang)法。這種方(fang)(fang)法是將(jiang)信道(dao)分為很(hen)多個時(shi)隙(xi)，并且(qie)讓每(mei)一(yi)個時(shi)隙(xi)就剛(gang)好能(neng)(neng)傳送一(yi)個分組。而時(shi)隙(xi)的長度能(neng)(neng)過系統(tong)的時(shi)鐘(zhong)進行控制，每(mei)個控制單(dan)元要與此時(shi)鐘(zhong)同(tong)步。在RFID系統(tong)中，標簽只能(neng)(neng)在其規定的同(tong)步時(shi)隙(xi)內傳輸數據包(bao)。與Aloha算(suan)(suan)法相(xiang)比，提高了吞吐率，為了善(shan)在多標簽環境下(xia)的性能(neng)(neng)，隨后又提出(chu)了動態時(shi)隙(xi)Aloha算(suan)(suan)法。
動(dong)態時(shi)隙(xi)(xi)(xi)Aloha算(suan)法(fa)，是一(yi)種(zhong)可(ke)以動(dong)態調整時(shi)隙(xi)(xi)(xi)數量的(de)(de)算(suan)法(fa)。如(ru)果(guo)讀寫器在(zai)(zai)等待的(de)(de)狀態中(zhong)(zhong)的(de)(de)循(xun)環時(shi)隙(xi)(xi)(xi)段中(zhong)(zhong)發(fa)送(song)了(le)請求命令，就(jiu)會有(you)1～2個(ge)時(shi)隙(xi)(xi)(xi)給可(ke)能(neng)存(cun)在(zai)(zai)的(de)(de)標(biao)簽使用。當但(dan)多個(ge)標(biao)簽在(zai)(zai)兩個(ge)時(shi)隙(xi)(xi)(xi)內發(fa)生了(le)碰撞(zhuang)，那么就(jiu)要通過請求命令增加時(shi)隙(xi)(xi)(xi)數量，以供標(biao)簽使用，直到發(fa)現一(yi)個(ge)唯一(yi)的(de)(de)標(biao)簽為止。對于Aloha算(suan)法(fa)、時(shi)隙(xi)(xi)(xi)Aloha算(suan)法(fa)還是動(dong)態時(shi)隙(xi)(xi)(xi)Aloha算(suan)法(fa)，其標(biao)簽發(fa)送(song)數據都是隨機的(de)(de)，因(yin)此不能(neng)保(bao)證整個(ge)系(xi)統(tong)的(de)(de)可(ke)靠性，且信道的(de)(de)利(li)用率較低。
RFID超高(gao)頻遠(yuan)距(ju)離四通(tong)道(dao)讀寫(xie)器UR6258是(shi)基于(yu)IMPINJ R2000芯片(pian)深度開發的一款高(gao)性能的UHF超高(gao)頻電(dian)子標簽讀寫(xie)器，廣泛(fan)應用于(yu)倉儲進出、圖(tu)書管(guan)理、稱重管(guan)理、物(wu)流分揀、智能交通(tong)、施工人員(yuan)簽到管(guan)理、防偽系統及(ji)生(sheng)產過(guo)程控(kong)制等多(duo)種無線射頻識別(bie)（RFID）系統。
RFID超(chao)高頻遠距離施(shi)工人(ren)員簽到管理讀寫器(qi)UR6258
RFID超(chao)(chao)高頻遠距離圓極化天(tian)線UA2626是(shi)一款高性能(neng)(neng)的(de)UHF超(chao)(chao)高頻天(tian)線。可(ke)廣(guang)泛應用于倉儲進(jin)出庫(ku)管(guan)(guan)理(li)、RFID工(gong)具管(guan)(guan)理(li)、物流(liu)分揀、智(zhi)(zhi)(zhi)能(neng)(neng)書(shu)架、智(zhi)(zhi)(zhi)能(neng)(neng)文件柜(ju)(ju)、漂流(liu)書(shu)柜(ju)(ju)、檔案管(guan)(guan)理(li)、證照管(guan)(guan)理(li)車輛管(guan)(guan)理(li)、智(zhi)(zhi)(zhi)能(neng)(neng)稱(cheng)重共(gong)享(xiang)書(shu)柜(ju)(ju)、微型圖書(shu)館、分布式(shi)圖書(shu)館、施工(gong)人員簽到管(guan)(guan)理(li)、門禁(jin)考勤、防(fang)偽系統及生產過程控制(zhi)等(deng)多種無(wu)線射(she)頻識別（RFID）系統。
RFID超高頻遠距離施工人員簽(qian)到管理天線UA2626
關于Binary多卡沖突仲裁方法(fa)和Aloha算(suan)法(fa)都有其優缺點。而Binary信道(dao)利(li)用(yong)率可高達43%，識(shi)別(bie)率較高，也不存(cun)在(zai)錯誤(wu)判(pan)決問(wen)題，但其因(yin)時延(yan)長，而安全性(xing)較差。Aloha算(suan)法(fa)實現(xian)簡單(dan)，但其信道(dao)利(li)用(yong)率最大為36%，出存(cun)在(zai)一些錯誤(wu)判(pan)斷問(wen)題，所以不適(shi)(shi)合(he)應(ying)用(yong)于大量標簽的(de)場合(he)。在(zai)設計系統時要根(gen)據系統的(de)應(ying)用(yong)場合(he)選擇合(he)適(shi)(shi)的(de)防碰撞(zhuang)算(suan)法(fa)。
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