超高頻RFID空中接口協(xié)議的研究

　　EPC 協(xié)議中， 前向通信使用雙邊帶幅移鍵控( DSB - ASK )、單邊帶幅移鍵控( SSB- ASK )或者反相幅移鍵控( PR - ASK ) 等調(diào)制方式。標(biāo)簽通過(guò)閱讀器的RF電磁場(chǎng)來(lái)獲得工作電源能量。閱讀器通過(guò)發(fā)送一個(gè)未經(jīng)調(diào)制的RF載波并偵聽(tīng)標(biāo)簽的反向散射的回復(fù)來(lái)獲得標(biāo)簽的信息。標(biāo)簽通過(guò)反向散射調(diào)制射頻載波的幅度或者相位來(lái)傳送信息。編碼格式由標(biāo)簽根據(jù)閱讀器命令進(jìn)行選擇， 可以是FM0或者M(jìn) iller調(diào)制副載波。

　　在鏈路時(shí)序方面， EPC 協(xié)議規(guī)定了讀寫(xiě)器發(fā)送不同命令， 讀寫(xiě)器發(fā)送命令與標(biāo)簽響應(yīng)命令之間的時(shí)間間隔最大、最小和典型時(shí)間。

　　數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)方面， EPC 協(xié)議通過(guò)規(guī)定查詢命令前的前導(dǎo)碼， 指定反向數(shù)據(jù)速率， 編碼方式等， 其他命令前使用幀同步碼實(shí)現(xiàn)同步。反向幀同步碼自相關(guān)性能較差， 可以修改反向幀同步碼進(jìn)一步提高其自相關(guān)性。

　　EPC協(xié)議中， 前向通訊采用不等長(zhǎng)的PIE 編碼，簡(jiǎn)化標(biāo)簽端的解碼算法。另外， PIE 編碼還帶有時(shí)鐘信息， 在通信過(guò)程中， 能較好地保持?jǐn)?shù)據(jù)同步， 抵抗各種無(wú)線干擾， 從而提高系統(tǒng)在無(wú)線環(huán)境的可靠性。反向通訊采用FM0或者M(jìn) iller子載波編碼方式。

　　信號(hào)調(diào)制方面， 閱讀器使用DSB - ASK， SSB -ASK， 或者PR - ASK 調(diào)制方式跟標(biāo)簽進(jìn)行通訊， 標(biāo)簽應(yīng)該能夠?qū)θ咳N調(diào)制類型進(jìn)行解調(diào)。

　　ASK調(diào)制受數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制而取不同值， 它采用包絡(luò)檢波方式解調(diào)， 適合電子標(biāo)簽的特點(diǎn)。PSK用需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)值來(lái)調(diào)整載波相位， 這種調(diào)制技術(shù)具有更好的抗干擾性能， 相位的變化可作為定時(shí)信息來(lái)同步發(fā)送機(jī)和接收機(jī)時(shí)鐘。

　　2. 2 MAC 層

　　2. 2. 1 標(biāo)簽訪問(wèn)控制

　　閱讀器通過(guò)選擇， 清點(diǎn)， 訪問(wèn)三個(gè)基本操作來(lái)管理標(biāo)簽群體。閱讀器選擇標(biāo)簽群體以便對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行清點(diǎn)和訪問(wèn)。這個(gè)操作類似于從數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇記錄。閱讀器通過(guò)在四個(gè)會(huì)話中的一個(gè)會(huì)話發(fā)出一個(gè)查詢命令來(lái)啟動(dòng)一輪清點(diǎn)， 可能會(huì)有一個(gè)或者多個(gè)標(biāo)簽響應(yīng)。若單個(gè)標(biāo)簽響應(yīng)， 閱讀器請(qǐng)求該標(biāo)簽的PC， EPC 和CRC- 16。若多個(gè)標(biāo)簽響應(yīng)， 則進(jìn)入防碰撞處理過(guò)程。閱讀器和單個(gè)標(biāo)簽進(jìn)行讀或者寫(xiě)之前， 標(biāo)簽必須被唯一識(shí)別。訪問(wèn)的每一個(gè)操作包括多個(gè)命令。

　　2. 2. 2 防碰撞算法

　　在標(biāo)簽訪問(wèn)控制過(guò)程中， 讀寫(xiě)器在一輪中清點(diǎn)多個(gè)標(biāo)簽響應(yīng)， 需要讀寫(xiě)器進(jìn)行碰撞仲裁。EPC 協(xié)議中采用ALOHA 算法， ISO 18000協(xié)議中采用B inary Tree算法解決防碰撞問(wèn)題。然而， ALOHA 算法清點(diǎn)效率僅有33%， 需要解決標(biāo)簽數(shù)目估計(jì)問(wèn)題， B ianry Tree算法更低， 需要解決標(biāo)簽快速分散問(wèn)題， 因此有論文提出用多叉樹(shù)算法來(lái)快速分散標(biāo)簽， 提高防碰撞效率。

　　2. 2. 3 安全加密

　　在進(jìn)行讀操作時(shí)， 讀卡器向標(biāo)簽發(fā)出讀指令， 隨后標(biāo)簽根據(jù)讀指令傳送出明文數(shù)據(jù)。在進(jìn)行寫(xiě)操作時(shí)，讀卡器向標(biāo)簽請(qǐng)求一個(gè)隨機(jī)數(shù)，標(biāo)簽將這個(gè)隨機(jī)數(shù)以明文的方式傳送給讀卡器， 讀卡器使用這個(gè)隨機(jī)數(shù)與待寫(xiě)入的數(shù)據(jù)進(jìn)行異或運(yùn)算傳輸給標(biāo)簽， 標(biāo)簽將獲得的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)再次異或得到明文后寫(xiě)入存儲(chǔ)器。在進(jìn)行訪問(wèn)指令和殺死指令時(shí)， 讀卡器在發(fā)送密碼前同樣先向標(biāo)簽請(qǐng)求一個(gè)隨機(jī)數(shù)， 并將經(jīng)過(guò)此隨機(jī)數(shù)異或過(guò)的密碼發(fā)送給標(biāo)簽， 以達(dá)到數(shù)據(jù)在讀卡器到標(biāo)簽的前向通道上被掩蓋的目的。

　　EPC協(xié)議中， 密碼在空中無(wú)保護(hù)傳輸， 任何讀卡器都能夠讀取和向芯片寫(xiě)數(shù)據(jù)。雖然EPC 協(xié)議指定使用存取密碼來(lái)保護(hù)芯片中的數(shù)據(jù)， 但是這個(gè)存取密碼在芯片和讀卡器之間在空中被直接無(wú)保護(hù)傳送。這使得密碼變得不安全， 為密碼破解提供了可能性， 不能保證數(shù)據(jù)安全。

　　3 結(jié)束語(yǔ)

　　RFID 應(yīng)用中， 需要解決各層的接口標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題，其中空中接口協(xié)議是基礎(chǔ)。空中接口協(xié)議需解決物理層的鏈路時(shí)序， 幀結(jié)構(gòu)， 編碼方式， 調(diào)制方式等問(wèn)題， MAC 著重解決訪問(wèn)控制協(xié)議， 防碰撞算法和安全加密算法問(wèn)題。