RFID原理及应用期末复习_2017-6

RFID原理及应用复习

一、判断

1．RFID是Radio Frequency Identification 的缩写，即无线射频识别。（）

2．物联网的感知层主要包括：二维码标签、读写器、RFID标签、摄像头、GPS传感器、M-M终端。（）3．13.56MHZ,125kHz,433MHz都是RFID系统典型的工作频率（）

4．在物联网节点之间做通信的时候，通信频率越高，意味着传输距离越远。(错)

9．RFID拥有耐环境性，穿透性，形状容易小型化和多样化等特性（）

二、不定项选择题

1、（B）是电子标签的一个重要组成部分，它主要负责存储标签内部信息，还负责对标签接收到的信号以及发送出去的信号做一些必要的处理。

A、天线

B、电子标签芯片

C、射频接口

D、读写模块

2、绝大多数射频识别系统的耦合方式是（B）。

A、电感耦合式

B、电磁反向散射耦合式

C、负载耦合式

D、反向散射调制式

3、在射频识别系统中，最常用的防碰撞算法是（C）。

A、空分多址法

B、频分多址法

C、时分多址法

D、码分多址法。

4、读写器中负责将读写器中的电流信号转换成射频载波信号并发送给电子标签，或者接收标签发送过来的射频载波信号并将其转化为电流信号的设备是（A）。

A、射频模块

B、天线

C、读写模块

D、控制模块

5、任意一个由二进制位串组成的代码都可以和一个系数仅为‘0’和‘1’取值的多项式一一对应。则二进制代码10111对应的多项式为（A）。

A、x4+x2+x+1

B、x6+x4+x2+x+1

C、x5+x3+x2+x+1

D、x5+x3+x+1

6、电子标签正常工作所需要的能量全部是由阅读器供给的，这一类电子标签称为（B）。

A、有源标签

B、无源标签

C、半有源标签

D、半无源标签

7、在天线周围的场区中有一类场区，在该区域里辐射场的角度分布与距天线口径的距离远近是不相关的。这一类场区称为（A）。

A、辐射远场区

B、辐射近场区

C、非辐射场区

D、无功近场区

8、RFID系统面临的攻击手段主要有主动攻击和被动攻击两种。下列哪一项属于被动攻击：（C）。

A、获得RFID标签的实体，通过物理手段进行目标标签的重构。

B、用软件利用微处理器的通用接口，寻求安全协议加密算法及其实现弱点，从而删除或篡改标签内容。

C、采用窃听技术，分析微处理器正常工作过程中产生的各种电磁特征，获得RFID标签和阅读器之间的通信数据。

D、通过干扰广播或其他手段，产生异常的应用环境，使合法处理器产生故障，拒绝服务器攻击等。

9、通信双方都拥有一个相同的保密的密钥来进行加密、解密，即使二者不同，也能够由其中一个很容易的推导出另外一个。该类密码体制称为（B）。

A、非对称密码体制

B、对称密码体制

C、RSA算法

D、私人密码体制

10、射频识别系统中的哪一个器件的工作频率决定了整个射频识别系统的工作频率，功率大小决定了整个射频识别系统的工作距离：（A）。

A、电子标签

B、上位机

C、读写器

D、计算机通信网络

1. 物联网的基本架构不包括（BCD）。

A、感知层

B、传输层

C、数据层

D、会话层

2. 利用RFID 、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息，指的是（B）。

A、可靠传递

B、全面感知

C、智能处理

D、互联网

3．RFID卡（C）可分为：主动式标签（TTF）和被动式标签（RTF）。

A、按供电方式分

B、按工作频率分

C、按通信方式分

D、按标签芯片分

4．（C）是负责对物联网收集到的信息进行处理、管理、决策的后台计算处理平台。

A、感知层

B、网络层

C、云计算平台

D、物理层

5．利用云计算、数据挖掘以及模糊识别等人工智能技术，对海量的数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化的控制，指的（C）。

A、可靠传递

B、全面感知

C、智能处理

D、互联网

6．RFID标签的分类按标签芯片分（ABD）。

A、只读（R/O）标签

B、CPU标签

C、被动式标签（RTF）

D、读写（R/W）标签

7 . RFID属于物联网的哪个层（A）

A感知层B网络层C业务层D应用层

7．在我们现实生活中,下列公共服务有哪一项还没有用到物联网( C )。

A、公交卡

B、安全门禁

C、手机通信

D、水电费缴费卡

10．数据采集和感知用于采集物理世界中发生的物理事件和数据，主要是（ABCD）。

A、传感器

C、二维码

D、多媒体信息采集

10 . RFID属于物联网的哪个层

A感知层B网络层C业务层D应用层

15．下列哪项不是传感器的组成元件（D ）。

A、敏感元件

B、转换元件

C、变换电路

D、电阻电路

三、简答题

1.简述与条形码相比RFID技术具有的优点

5.简述电感耦合方式下阅读器向应答器提供能量的过程。

1.什么是EPC,EPC编码有何特点，简述EPC的好处

（1）EPC的全称是Electronic Product Code，中文称为产品电子代码。EPC的载体是RFID电子标签，并借助互联网来实现信息的传递。EPC旨在为每一件单品建立全球的、开放的标识标准，实现全球范围内对单件产品的跟踪与追溯，从而有效提高供应链管理水平、降低物流成本。EPC是一个完整的、复杂的、综合的系统。

（2）编码容量大、兼容性强、应用广泛、具有合理性、国际性

（3）EPC电子标签技术，可以实现数字化库房管理；并配合使用EPC编码，使得库存货品真正实现网络化管理。

2. 全球产品电子代码编码体系如图3-1所示，请完成图中数字（1）-（5）所标明的部件。

2.PML Server

3.本地数据库

4.阅读器

5.电子标签

3.调制技术的优略往往影响到RFID系统功能的稳定，如图3-2所示，请指出分别属于哪种调制方式，ASK,FSK,还是PSK,简要说说这三种调制方式的特点。

ASK:即按载波的幅度受到数字数据的调制而取不同的值，例如对应二进制0，载波振幅为0；对应二进制1，载波振幅为1。调幅技术实现起来简单，但容易受增益变化的影响，是一种低效的调制技术。

FSK:即按数字数据的值（0或1）调制载波的频率。例如对应二进制0的载波频率为F1，而对应二进制1的载波频率为F2。该技术抗干扰性能好，但占用带宽较大。在电话线路上，使用FSK可以实现全双工操作，通常可达到1200bps 的速率。

PSK:即按数字数据的值调制载波相位。例如用180相移表示1，用0相移表示0。这种调制技术抗干扰性能最好，且相位的变化也可以作为定时信息来同步发送机和接收机的时钟，并对传输速率起到加倍的作用。

4．RFID系统主要由哪几部分组成？RFID工作原理是什么。

（1）电子标签、读写器、RFID中间件、应用系统

（2）标签进入磁场后，如果接收到阅读器发出的特殊射频信号，就能凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（即Passive Tag，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（即Active Tag，有源标签或主动标签），阅读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。

6.编码是RFID系统的重要组成部分，通常RFID系统的编码有四中方式，分别为单极性归零编码，单极性不归零

编码，双极性不归零编码，曼彻斯特编码。如图4-1所示，请标明对应的编码方式，并说明每一种编码方式的特点。

C单极性归零码（RZ）即是以高电平和零电平分别表示二进制码1 和0，而且在发送码1 时高电平在整个码元期间T 只持续一段时间τ，其余时间返回零电平．在单极性归零码中，τ/T 称为占空比．单极性归零码的主要优点是可以直接提取同步信号，因此单极性归零码常常用作其他码型提取同步信号时的过渡码型．也就是说其他适合信道传输但不能直接提取同步信号的码型，可先变换为单极性归零码，然后再提取同步信号．

A极性不归零码,无电压(也就是元电流)用来表示"0",而恒定的正电压用来表示"1"。每一个码元时间的中间点是采样时间,判决门限为半幅度电平(即0.5)。也就是说接收信号的值在0.5与1.0之间,就判为"1"码,如果在O与0.5之间就判为"0"码。每秒钟发送的二进制码元数称为"码速"。

B双极性不归零码,"1"码和"0"码都有电流,但是"1"码是正电流,"0"码是负电流,正和负的幅度相等,故称为双极性码。此时的判决门限为零电平,接收端使用零判决器或正负判决器,接收信号的值若在零电平以上为正,判为"1"码;若在零电平以下为负,判为"0"码。

D曼彻斯特编码，常用于局域网传输。曼彻斯特编码将时钟和数据包含在数据流中，在传输代码信息的同时，也将时钟信号一起传输到对方，每位编码中有一跳变，不存在直流分量，因此具有自同步能力和良好的防错性能。

但每一个码都被调成两个电平，所以波特率只有调制速率的1/2。

一、填空题

2、RFID系统通常由（标签）、（读写器）、（中间件）和（应用软件）四部分组成。

3、在RFID系统中，读写器与电子标签之间能量与数据的传递都是利用耦合元件实现的，RFID系统中的耦合方式有两种：（电感耦合式）、（电磁反向散射耦合式）。

10、电子标签的技术参数主要有（传输速率）、（读写速度）、（工作频率）、（能量需求）（列出四种即可）。

11、在偶校验法中，无论信息位多少，监督位只有1位，它使码组中“1”的数目为（偶数）。

12、常用的奇偶检验法为：（奇偶校验）、（和校验）、（循环冗余校验）。

13、电感耦合式系统的工作模型类似于变压器模型。其中变压器的初级和次级线圈分别是：（阅读天线线圈）、（电子标签天线线圈）。

14、电子标签按照天线的类型不同可以划分为：（线圈型）、（微带贴片型）、（偶极子型）。

15、随着RFID技术的进一步推广，一些问题也相应出现，这些问题制约着它的发展，其中最为显著的是数据安全问题。数据安全主要解决（数据保密）和（认证）的问题。

16、常见的密码算法体制有：（对称密码体系）和（非对称密码体系）两种。

17、超高频RFID系统的识别距离一般为（15米）

18、目前国际上与RFID相关的通信标准主要有：（ISO）、（EPC）。

19、高频RFID系统典型的工作频率是（13.56MHz）。

1、自动识别技术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接近活动，自动地获取被识别物品的相关信息，常见的自动识别技术有、、、（至少列出四种）。

2、RFID的英文缩写是。

4、在RFID系统工作的信道中存在有三种事件模型：①以能量提供为基础的事件模型、②以时序方式提供数据交换的事件模型、③以数据交换为目的的事件模型。

6、读写器和电子标签通过各自的天线构建了二者之间的非接触信息传输通道。根据观测点与天线之间的距离由近及远可以将天线周围的场划分为三个区域：感应近场区,辐射近场区,辐射远场区。

7、上一题中第二个场区与第三个场区的分界距离R为λ/π。（已知天线直径为D，天线波长为λ。）

8、在RFID系统中，读写器与电子标签之间能量与数据的传递都是利用耦合元件实现的，RFID系统中的耦合方式有两种：、。

10、按照射频识别系统的基本工作方式来划分，可以将射频识别系统分为全双工、半双工、时序系统。

12、按照读写器和电子标签之间的作用距离可以将射频识别系统划分为三类：

、、。

13、典型的读写器终端一般由、、三部分构成。

14、控制系统和应用软件之间的数据交换主要通过读写器的接口来完成。一般读写器的I/O接口形式主要有：、、、。

15、随着RFID技术的不断发展，越来越多的应用对RFID系统的读写器也提出了更高的要求，未来的读写器也将朝着、、、、、、、（至少列出5种）的方向发展。

16、从功能上来说，电子标签一般由天线、调制器、编码发生器、时钟、存储电路组成。

17、读写器之所以非常重要，这是由它的功能所决定的，它的主要功能有、、、、、、（至少列出4种）。

18、根据电子标签工作时所需的能量来源，可以将电子标签分为、两种。

20、电子标签的技术参数主要有、、、、、（列出四种即可）。

21、未来的电子标签将有以下的发展趋势：、、、、、、标签存储量更大。

25、在发送端需要在信息码元序列中增加一些差错控制码元，它们称为。

30、常用的检验法为、、。

31、RFID系统中的数据传输也分为两种方式：阅读器向电子标签的数据传输，称为下行链路传输；电子标签向阅读

器的数据传输，称为上行链路传输。

32电感耦合式系统的工作模型类似于变压器模型。其中变压器的初级和次级线圈分别是

和。

34、随着RFID技术的进一步推广，一些问题也相应出现，这些问题制约着它的发展，其中最为显著的是数据安全问题。数据安全主要解决和的问题。

35、常见的密码算法体制有对称密钥算法和非对称密钥算法两种。

36、根据是否破坏智能卡芯片的物理封装，可以将智能卡的攻击技术分为两类。

38、为了防止碰撞的发生，射频识别系统中需要设计相应的防碰撞技术，在通信中这种技术也称为多址技术，多址技术主要分为以下四种：、、、。

1.RFID系统按照工作频率分类，可以分为、、、四类。

2.高频RFID系统典型的工作频率是。

3.目前国际上与RFID相关的通信标准主要有：、。

8. 电子标签含有物品唯一标识体系的编码，其中是全球产品代码的一个分支，它包含著一系列的数据和信息，如产地、日期代码和其他关键的供应信息。

9．超高频RFID系统的识别距离一般为。

10．超高频RFID系统数据传输速率高，可达10mW~4W。

二、选择题

1、是电子标签的一个重要组成部分，它主要负责存储标签内部信息，还负责对标签接收到的信号以及发送出去的信号做一些必要的处理。

A、天线

B、电子标签芯片

C、射频接口

D、读写模块

2、绝大多数射频识别系统的耦合方式是。

A、电感耦合式

B、电磁反向散射耦合式

C、负载耦合式

D、反向散射调制式

3、在RFID系统中，电子标签的天线必须满足一些性能要求。下列几项要求中哪一项不需要满足。

A、体积要足够小

B、要具有鲁棒性

C、价格不应过高

D、阻抗要足够大

4、读写器中负责将读写器中的电流信号转换成射频载波信号并发送给电子标签，或者接收标签发送过来的射频载波信号并将其转化为电流信号的设备是。

A、射频模块

B、天线

C、读写模块

D、控制模块

9、电子标签正常工作所需要的能量全部是由阅读器供给的，这一类电子标签称为。

A、有源标签

B、无源标签

C、半有源标签

D、半无源标签

10、在天线周围的场区中有一类场区，在该区域里辐射场的角度分布与距天线口径的距离远近是不相关的。这一类场区称为。

A、辐射远场区

B、辐射近场区

C、非辐射场区

D、无功近场区

15、RFID系统面临的攻击手段主要有主动攻击和被动攻击两种。下列哪一项属于被动攻击：。

A、获得RFID标签的实体，通过物理手段进行目标标签的重构。

B、用软件利用微处理器的通用接口，寻求安全协议加密算法及其实现弱点，从而删除或篡改标签内容。

C、采用窃听技术，分析微处理器正常工作过程中产生的各种电磁特征，获得RFID标签和阅读器之间的通信数据。

D、通过干扰广播或其他手段，产生异常的应用环境，使合法处理器产生故障，拒绝服务器攻击等。

16、通信双方都拥有一个相同的保密的密钥来进行加密、解密，即使二者不同，也能够由其中一个很容易的推导出另外一个。该类密码体制称为。

A、非对称密码体制

B、对称密码体制

C、RSA算法

D、私人密码体制

20、射频识别系统中的哪一个器件的工作频率决定了整个射频识别系统的工作频率，功率大小决定了整个射频识别系统的工作距离：。

A、电子标签

B、上位机

C、读写器

D、计算机通信网络

2、下列哪一项是超高频RFID系统的工作频率范围？AC

A、<150KHz

B、433.92MHz 和860～960MHz

C、13.56MHz

D、2.45～5.8GHz

3、ISO18000-3、ISO14443和ISO15693这三项通信协议针对的是哪一类RFID系统？

A、低频系统

B、高频系统

C、超高频系统

D、微波系统

4、未来RFID的发展趋势是。

A低频RFID B、高频RFID C、超高频RFID D、微波RFID

7、下列哪一个载波频段的RFID系统拥有最高的带宽和通信速率、最长的识别距离和最小的天线尺寸？

A、<150KHz

B、433.92MHz 和860～960MHz

C、13.56MHz

D、2.45～5.8GHz

9、工作在13.56MHz频段的RFID系统其识别距离一般为。

A、<1cm

B、<10cm

C、<75cm

D、10m

1、简述无源RFID系统的工作过程。

RFID无源系统是指RFID电子标签不带电池的又RFID读写器和RFID无源电子标签组成的识别系统。一套完整 RFID 系统由读写器(Reader)与电子标签(Transponder)两部份组成 ,其工作原理为由读写器(Reader)发射一特定频率之无线电波能量给电子标签(Transponder),用以驱动电子标签(Transponder)电路将内部之ID Code(即全球唯一编号和数据)送出，此时读写器(Reader)便接收此ID Code。

2、简述对称加密算法和非对称加密算法的区别。

对称加密的加密和解密密钥都是一样的。而非对称加密的加密和解密密钥是不一样的。它们的算法也是不同的

3、简述与条形码相比RFID技术具有的优点

（1）可识别单个非常具体的物体。

（2）采用无线电射频，可以隔箱扫描

（3）可以同时对多个物体进行读识，可以整箱扫描。

（4）存储信息量大可以重复擦写。

（5）易于构成网络应用环境。

4、简述RFID系统中高层的作用。

（1）对于独立应用，阅读器可以可以完成应用需求。

（2）对于多阅读器构成网络架构的信息系统，高层是必不可少的。

（3）针对FRID的具体应用，需要在高层将多阅读器获取的数据有效地整合起来，提供查询、历史档案等相关管理和服务。

（4）更进一步，通过对数据的加工、分析和挖掘，为正确决策提供依据。

5、简述电感耦合方式下阅读器向应答器提供能量的过程。

当时变磁场通过阅读器线圈时，在线圈上会产生感应电压，并在线圈中产生电流，当应答器进入阅读器产生的交变磁场时，应答器的电感线圈上就会产生感应电压，从而获得阅读器提供能量。

6、简述RFID系统在进行无线传输时为什么必须经过编码和调制。

如果直接发送编码后的无线信号，由于空间中同频的无线信号有很多，会造成同频干扰。所以一般都是将有用信号调制在某一频率的上发送，接收端解调得到有用信号。

7、简述微波RFID与高频、低频RFID技术的差异。

（1）工作在微波频段的应答器应具有较远的读、写距离距离。

（2）在微波频段，阅读器和应答器的耦合多采用反向散射方式而不是电感耦合方式。

（3）在微波频段，应答器的天线较小。

（4）在微波频段，阅读器必须有较快的、有效的处理碰撞能力。

（5）应答器出存储有哦识别数据外，还可能会集成有传感器。

8、简述射频识别系统的工作流程。

（1）识读器经过发射天线向外发射无线电载波信号。

（2）当射频标签进入发射天线的工作区时，射频标签被激活将自身信息经天线发射出去。

（3）系统的接收天线接收到射频标签发出的载波信号，经天线的调节器传给识读器。识读器对接到的信号进行解调解码，送后台计算机控制器。

（4）计算机控制器根据逻辑运算判断射频标签的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构的动作。

（5）执行机构按计算机的指令动作。

（6）通过计算机通信网络将各个监控点连接起来，构成总控信息平台。根据不同的项目可以设计不同的软件来实现不同的功能。

9、在建立射频识别系统时，要注意解决哪些问题？

（1）避免冲突：避免两个识读器之间的冲突，避免多个标签之间的信号与识读器产生冲突。

（2）识读距离：识读器读取信息的距离取决于识读器的能量和使用频率，高频率的标签有更大的读取距离，但需要识读器输出的电磁波能量也更大。

（3）安全要求：对一个计划中的射频识别应用所提出的安全要求，即加密和身份认证，应该做出非常精确的评估，以便从一开始就排除掉在应用阶段可能会出现的各种危险的攻击。

1.请画出RFID读写器的组成框图，并分别描述各部分功能

天线：

?发射和接收射频载波信号

?将读写器中的电流信号转换成射频载波信号并发送给电子标签，或者接收标签发送过来的射频载波信号并将其转化为电流信号；

?无源标签能量供给

射频接口模块

?包括发射器、射频接收器、时钟发生器和电压调节器等。该模块是读写器的射频前端，负责射频信号的发射及接收。

?调制电路负责将需要发送给电子标签的信号加以调制，然后再发送；

?解调电路负责将解调标签送过来的信号并进行放大；

二、物联网Internet of things

分为标识、感知、处理和信息传送四个环节，对应的关键技术为RFID、传感器、智能芯片和无线传输网络。

中国——感知中国

美国“智能电网”和“智慧地球”

欧洲“物联网行动计划”

日韩“U-Japan”和“U-Korea”战略

新加坡“智慧国2015”发展蓝图

第二章RFID系统概论

一、RFID——Radio Frequency Identification

RFID利用射频信号通过空间耦合实现无接触信息传递达到识别目标的技术。系统通常读写器、电子标签及应用软件组成。可用于物流，电子票证，动物或资产追踪管理，供应冷链，高速公路智能收费等领域。

二、工作原理：读写器控制射频模块发出射频信号，电子标签主动发送（有源标签）或者凭借感应电流所获得的能量（无源标签）发送出芯片中的存储信息，接收标签的应答，读写器对标签的传递过来的信息进行解码，并传输到主机进行数据处理。

1）在低频段(100MHz以下)基于电感耦合（近距）

2）在高频段(400MHz以上)基于电磁反向散射耦合（雷达，远距）

三、按工作频段分类：

第三章RFID的工作原理

一、RFID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;

二、RFID的三种工作模型

1）以能量供给为基础的工作模型

无源电子标签：当标签进入阅读器的工作范围内以后，标签收到阅读器发送的信号，产生感应电

流从而激活内部的电路，内部整流电路将射频能量转化为电能，将该能量存储在标

签内部的大电容里，进而为其正常工作提供了所需的能量。

半有源电子标签：阅读器发送的射频信号只用来激活标签。

有源电子标签：只要标签处于阅读器的工作范围以内，就可以主动向阅读器发送信号。

2）以时序方式完成数据传输的工作模型

阅读器先发言模式（RTF, Reader Talk First）

如果阅读器不主动激活电子标签的话，电子标签不会向阅读器发送信号，通常用于无源标签。

电子标签先发言模式（TTF, Tag Talk First）

就算阅读器不激活标签，标签也会主动向阅读器发送信号

3）以数据传输为目的的工作模型

上行链路传输

电子标签向阅读器的数据传输。

下行链路传输

阅读器向电子标签的数据传输。

离线写入：无论是哪一类电子标签都有离线写入这种情况。所有电子标签在出厂之前都

要由生产厂家将标签的ID号（EPC）固化写入，该ID号是标签的身份标识，

是唯一的，一旦写入以后将永远不能修改。

在线写入：拓展高级功能，可写标签，结构复杂，成本高。

三、RFID防碰撞理论

1）碰撞的种类

阅读器碰撞：多个阅读器同时与一个标签通信，致使标签无法区分阅读器的信号。

电子标签碰撞：多个标签同时响应阅读器的命令而发送信息，使阅读器无法识别标签。

2）传统解决方案

1）空分多址（SDMA）

2）频分多址（FDMA）

3）码分多址（CDMA）

4）时分多址（TDMA）

应用最广泛，又可以分为基于概率的ALOHA算法（饿死）和确定的二进制算法两种。

3）ALOHA反碰撞算法

1、纯ALOHA算法

?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。

在纯ALOHA算法中，假设电子标签在t时刻向阅读器发送数据，与阅读器的通信时间为To，则碰撞时间为2T0。G为数据包交换量，S为吞吐率。

2、Slotted ALOHA算法：

?为提高RFID系统的吞吐率，可以把时间划分为多段等长的时隙，时隙的长度由系统时钟确定，并且规定电子标签只能在每个时隙的开始时才能向阅读器发送数据帧，这就是Slotted ALOHA算法；

?根据上述规定可得，数据帧要么成功发送，要么完全碰撞，避免了纯ALOHA算法中部分碰撞的发生，使碰撞周期变为To；

?它是纯ALOHA算法的简单改进，也属于时分多址法，它的缺点是需要同步时钟的控制；

3、Frame Slotted ALOHA算法（FSA）：

?ALOHA 的另一种改进算法是帧时隙 ALOHA 算法（FSA）。

?它是在Slotted ALOHA 算法的基础上把 N 个相同的时隙组成一帧，且在整个电子标签识别过程中，帧的大小是固定的，帧中的每个时隙足够一个电子标签与阅读器进行完通信，该算法也称为固定帧时隙 ALOHA 算法。

?该算法比较适用于传输信息量较大的场合，和Slotted ALOHA 算法一样，帧时隙 ALOHA 算法同样需要一个同步开销。

步骤

?首先由阅读器把帧长度 N 发送给电子标签，电子标签则产生[1，N]之间的随机数，接下来各电子标签选择相应的时隙，与阅读器进行通信；

?如果当前时隙与电子标签随机产生的数相同，电子标签则响应阅读器的命令，若不同，标签则继续等待。

?假如当前时隙内仅有一个电子标签响应，阅读器就读取该标签发送的数据，读取完了以后就使该标签处于“无声”状态。

?如果当前时隙内有多个标签响应，则该时隙内的数据就出现了碰撞，此时阅读器会通知该时隙内的标签，让它们在下一轮帧循环中重新产生随机数参与通信。

?逐帧循环，直到识别出所有电子标签为止。

4、Dynamic FSA 算法：

?该算法根据上一读写周期中统计的成功识别的时隙数、发生碰撞的时隙数、空闲时隙数信息来调整下一读写周期的帧长度。具体调整方法有两种。

?第一种：根据统计信息，当碰撞时隙数达到规定的上限时，读写器增大下一帧的长度；当碰撞时隙数少于规定的下限时，读写器减少下一帧时隙数。使用该方法当标签规模不大时，读写器使用

较短的帧长度就能快速识别标签，而当标签数量很多时，读写器不得不增加帧长度以减少碰撞次数。

? 第二种：读写器以 2 或 4 个时隙数为一帧开始，如果没有一个标签能够成功识别，读

写器增加帧长度开始下一轮读写周期。重复上述过程直到至少有一个标签被成功识别。当有一个标签成功识别后，读写器立刻停止当前的读写周期，然后读写器再以开始时最小的帧长度开始下一轮读写识别。

? 该算法通过动态调整帧长度，相比帧时隙算法在标签规模不大时能够取得较理想的吞吐

率。可是一旦标签个数很大时，增大帧长度就不是很好的解决方法，因为帧长度不能无限制的增大。

? 采用ALOHA 系列算法，假设阅读器射频工作范围内存在 n 个标签，理论上阅读器至少

需要 n 个时隙的时间才能成功识别完，最坏的情况下，阅读器经过多次搜索也未能识别出某个标签，导致出现“饿死现象”。

? 而Binary-Tree 系列算法并不会采取退避原则，而是直接进行解决。当多标签同时发送

信息而碰撞时，读写器利用碰撞位将碰撞的标签分为两个或更多子集，对每个子集分别识别。如果存在碰撞则继续再划分，直到标签被完全识别为止。这样则有效地避免了标签的“饿死现象”。

四、RFID 相关电磁场理论

读写器和电子标签通过各自的天线构建了二者之间的非接触信息传输通道。根据观测点与天线之间的距离由近及远可以将天线周围的场划分为三个区域：

非辐射场区：场强与距离天线的远近有关，电磁能量只在场源附近来回流动，随着与天线的距离不断增大，

场强不断减小。

分界：R=λ/2π

辐射近场区：菲涅尔区，电磁能量会脱离天线的束缚进入到外空间。该区域里辐射场的角度分布与距天线

口径的距离远近有关。

分界：R=2D 2

/λ（已知天线直径为D ，天线波长为λ）

辐射远场区：夫郎荷费区，该区域里辐射场的角度分布与距天线口径的距离远近是不相关的。

五、RFID 的能量传递

读写器到电子标签的能量传递

距离读写器R 处的电子标签的功率密度S 为：

电子标签所能接收到的最大功率P tag ：

2

22444Tx Tx tag

tag tag Tx Tx P G P G G P G R R ?λλ??

=??=??? ?πππ??

2

4Tx Tx

P G S R ?=

π2

4tag e tag P A S G S λ=?=

??π

P Tx 读写器的发射功率，G Tx 读写器发射天线的增益，G tag 电子标签接收天线的增益，R 电子标签与读写器间距 电子标签到读写器的能量传递

P back 电子标签反射出去的功率，σ雷达散射截面，S back 功率密度，P Rx 读写器接收到的功率

第四章RFID 读写器

一、读写器的功能

①实现与电子标签的通讯：最常见的就是对标签进行读数，这项功能需要有一个可靠的软件算法确保安全性、可靠性等。除了进行读数以外，有时还需要对标签进行写入，这样就可以对标签批量生产，由用户按照自己需要对标签进行写入；

②给标签供能:在标签是被动式或者半被动式的情况下，需要读写器提供能量来激活射频场周围的电子标签；阅读器射频场所能达到的范围主要由天线的大小以及阅读器的输出功率决定的。天线的大小主要是根据应用要求来考虑的，而输出功率在不同国家和地区，都有不同的规定。

③实现与计算机网络的通讯 ④实现多标签识别 ⑤实现移动目标识别 ⑥实现错误信息提示 ⑦有源标签的电池信息 三、 读写器的组成

2

4Tx Tx

back P G P S R ?=σ?=σ?

π()

2

2244Tx Tx Rx back w Rx

P G P S A G R

σ??λ=?=??ππ()

2

2

244back Tx Tx

back P P G S R R

σ??=

=ππ

天线：

?发射和接收射频载波信号

?将读写器中的电流信号转换成射频载波信号并发送给电子标签，或者接收标签发送过来的射频载波信号并将其转化为电流信号；

?无源标签能量供给

射频接口模块

?包括发射器、射频接收器、时钟发生器和电压调节器等。该模块是读写器的射频前端，负责射频信号的发射及接收。

?调制电路负责将需要发送给电子标签的信号加以调制，然后再发送；

?解调电路负责将解调标签送过来的信号并进行放大；

?时钟发生器负责产生系统的正常工作时钟。

逻辑控制模块

?读写器的逻辑控制模块是整个读写器工作的控制中心、智能单元，是读写器的“大脑”，读写器在工作时由逻辑控制模块发出指令，射频接口模块按照不同的指令做出不同的操作。

?包括微控制器、存储单元和应用接口驱动电路等。

?微控制器可以完成信号的编解码、数据的加解密以及执行防碰撞算法；

?存储单元负责存储一些程序和数据；

?应用接口负责与上位机进行输入或输出的通信。

三、读写器的IO接口

①RS-232串行接口：计算机普遍适用的标准串行接口，能够进行双向的数据信息传递。它的优势在于

通用、标准，缺点是传输距离不会达到很远，传输速度也不会很快。

②RS-485串行接口：也是一类标准串行通信接口，数据传递运用差分模式，抵抗干扰能力较强，传输

距离比RS-232传输距离较远，传输速度与RS-232差不多。

③以太网接口：阅读器可以通过该接口直接进入网络。

④USB接口：也是一类标准串行通信接口，传输距离较短，传输速度较高。

四、读写器的发展趋势

成本，多功能、多制式兼容、多频段兼容、小型化、多数据接口、便携式、多智能天线端口、嵌入式和模块化。

第五章RFID电子标签

一、RFID电子标签的构成

①天线：主要的功能是接收阅读器传送过来的电磁信号或者将阅读器所需要的数据传回给阅读器，也就是负责发射

和接收电磁波。它是电子标签与读写器之间联系的重要一环；

天线的要求

①体积要足够小，因为天线还要嵌入到体积很小的电子标签中

②要具有全向性，或者覆盖半球的方向性

③要能够为电子标签当中的芯片供给能量，并保证芯片获得的信号最大化

④要保证不管标签的位置在哪里，天线都能够正常的与阅读器进行通信

⑤要具有鲁棒性。

⑥考虑到电子标签的价格，天线的价格也不应过高。

天线的分类

（1）线圈型

（2）微带贴片天线

（3）偶极子天线

②射频接口：

电压调节单元：主要用来把从读写器接收过来的射频信号转化为直流电源（DC），并且经由其内部的储能装

置（大电容）将能量储存起来，再通过稳压电路，以确保稳定的电源供应；

调制解调单元：由控制单元传出的数据需要经过调制单元的调制以后，才能加载到天线上，成为天线可以传送的射频信号，再回传给阅读器；解调单元负责将经过调制的信号加以解调，将载波去除，以获得最初的调制信号③芯片：

存储单元：主要用于存储系统运行时产生的数据或者识别数据等。

逻辑控制单元：负责对读写器传送来的信号进行译码，并且按照读写器的要求回传数据给读写器

二、电子标签的技术参数

①能量需求

②传输速率

③读写速度

④工作频率

⑤容量

⑥封装形式

三、电子标签的发展趋势

①工作距离更远：

②无线可读写性能更加完善

③更加适合高速移动物体识别

④快速多标签读写功能更加完善

⑤自我保护功能更加完善

⑥标签附属功能更多。

⑦体积更小

⑧成本更低

第六章射频数据的完整性

一、射频数据的完整性基本概念

完整性：指信息未经授权不能进行改变的特性。即信息在存储或传输过程中保持不被偶然或蓄意地删除、修改、伪造、乱序、重放、插入等破坏和丢失的特性。

影响信息完整性的主要因素有：

设备故障、误码（传输、处理和存储过程中产生的误码，定时的稳定度和精度降低造成的误码，

各种干扰源造成的误码）、人为攻击、计算机病毒等。

保证信息完整性：

①协议：通过各种安全协议可以有效地检测出被复制的信息、被删除的字段、失效的字段和被修改的字段。

②纠错编码方法：由此完成检错和纠错功能。最简单和常用的纠错编码方法是奇偶校验法。

③密码校验和方法：它是抗篡改和传输失败的重要手段。

④数字签名：保障信息的真实性。

⑤公证：请求网络管理或中介机构证明信息的真实性。

二、RFID系统的数据传输出错

当接收读写器发出的命令以及数据信息发生传输错误时，如果被电子标签接收到，可能会导致以下结果：

① 电子标签错误的响应读写器的命令； ② 电子标签的工作状态发生混乱； ③ 电子标签错误的进入休眠状态。

当电子标签发出的数据发生传输错误时，如果被读写器接收到，可能导致以下结果： ① 不能识别正常工作的电子标签，误判电子标签的工作状态； ② 将一个电子标签判别为另一个电子标签，造成识别错误。

三、差错控制方式

四、差错控制编码

定义：

差错控制时所使用的编码，常称为纠错编码。根据码的用途，可分为检错码和纠错码。检错码以检错为目的，不一定能纠错；而纠错码以纠错为目的，一定能检错。

监督码元：在发送端需要在信息码元序列中增加一些差错控制码元，它们称为监督码元。 评价标准 ?

多余度：就是指增加的监督码元多少。例如，若编码序列中平均每两个信息码元就添加一个监督码元，则这种编码的多余度为1/3。 ? 编码效率(简称码率) ：设编码序列中信息码元数量为k ，总码元数量为n ，则比值k/n 就是码率。 ?

冗余度：监督码元数(n-k) 和信息码元数 k 之比。

五、汉明码

? 汉明码又叫线性分组码，它是一种能够自动检测并纠正一重错的线性纠错码。

?

汉明码一般可用(n , k)表示。其中，k 是每组二进制信息码元的数目，n 是编码码组的码元总位数，又称为码组长度，简称码长。n-k=r 为每个码组中的监督码元数目。 ?

简单地说，汉明码是对每段k 位长的信息组以一定的规则增加r 个监督元，组成长为n

的码字。在二进制

前向纠错

FE C

检错重发AR Q

混合纠错HEC

RFID原理和应用课程复习提纲

RFID原理和应用课程复习提纲 第一章 1、什么是RFID? 无线射频识别作为一种通信技术，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。常用的有低频（125k~134.2K）、高频（13.56Mhz）、超高频，微波等技术。 2、RFID技术特点 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 3、RFID系统的组成：RFID系统主要由阅读器、电子标签、RFID 中间件和应用系统软件4部分构成。 4、阅读器的构成以及各部分的功能组成：射频接口、逻辑控制单元和天线 天线：天线是一种能将接受到的电磁波转换为电流信号，或将电流信号转换为电磁波发射出去的装置。 射频接口模块：1产生高频发射能量，激活电子标签并为其提供能量2对发射信号进行调制，将数据传输给电子标签 3接受并调制来自电子标签的射频信号 逻辑控制模块：1与应用系统软件进行通信，并执行从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 5、电子标签分类、组成及各组成部分功能 根据工作原理的不同，电子标签分为利用物理效应进行工作的数据载体和以电子电路为理论基础的数据载体 6、RFID中间件的主要功能 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 7、RFID系统能量耦合方式和数据传输原理 根据射频识别系统作用距离的远近情况，标签天线与读写器天线之间的耦合可以分为密耦合系统、遥耦合系统和远距离系统三类。数据传输原理P10 8、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; 9、RFID系统的性能指标

RFID原理及应用复习(附答案)

RFID原理及应用复习 一、判断 1．RFID是Radio Frequency Identification 的缩写，即无线射频识别。（yes） 2．物联网的感知层主要包括：二维码标签、读写器、 RFD标签、摄像头、GPS传感器、 M-M终端。（no） 3．,125kHz,433MHz都是RFID系统典型的工作频率（yes）4．在物联网节点之间做通信的时候，通信频率越高，意味着传输距离越远。( no ) 5．物联网标准体系可以根据物联网技术体系的框架进行划分，即分为感知延伸层标准、网络层标准、应用层标准和共性支撑标准。（yes） 6．在物联网中，系统可以自动的、实时的对物体进行识别、追踪和监控，但不可以触发相应的事件。( no ) 7．物联网共性支撑技术是不属于网络某个特定的层面，而是与网络的每层都有关系，主要包括：网络架构、标识解析、网络管理、安全、QoS等。（yes） 8．物联网中间件平台：用于支撑泛在应用的其他平台，例如封装

和抽象网络和业务能力，向应用提供统一开放的接口等。（yes）9．RFID拥有耐环境性，穿透性，形状容易小型化和多样化等特性（yes） 10．物联网信息开放平台：将各种信息和数据进行统一汇聚、整合、分类和交换，并在安全范围内开放给各种应用服务。（yes） 二、不定项选择题 1. 物联网的基本架构不包括（CD）。 A、感知层 B、传输层 C、数据层 D、会话层 2．物联网节点之间的无线通信，一般不会受到下列因素的影响。( D ) A、节点能量 B、障碍物 C、天气 D、时间 3．下列哪项不是物联网的组成系统（B）。 A、 EPC编码体系 B、EPC解码体系 C、射频识别技术 D、EPC 信息网络系统 4. 利用RFID 、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息，指的是（B）。

RFID原理及应用6个实验

实验1实训与实践 1.5.1实训目的及要求 RFID已涉及人们日常生活的各个方面，并被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输管理等众多领域，如火车的交通监控系统、高速公路自动收费系统、物品管理、流水线生产自动化、门禁系统、金融交易、仓储管理、畜牧管理、车辆防盗等。 1.实训目的 观察日常生活中的RFID 技术，思考和了解其系统构成与类型。 2.实训要求 观察日常生活中的RFID技术应用，并记录他们的使用具体情况，撰写观察实践分析报告。 1.5.2实训任务

实验2 实训项目 2.3.1实训目的及要求 1.实训目的 通过实训，掌握RFID读写器的接口类型及主要参数，能准确的进行RFID读写器与控制器或计算机进行互连，掌握RFID天线的基础知识，在安装部署RFID天线时能使RFID标签的读取率最高。 2.实训要求 能正确进行RFID读写器与控制器或计算机连接，能正确进行RFID天线连接与配置，提交实训报告。 2.3.4实训任务表 上网查询列举同功能设备相关参数公司名称及报价，完成下表。

实验3 实训与实践 3.8.1实训目的及要求 1.实训目的：通过实训，比较日常生活中应用的RFID技术，掌握RFID的标准。 2.实训要求：比较日常生活中应用的技术，如校园一卡通、公交卡、门禁卡、酒类仿伪卡、物流货品卡等。 3.所需仪器设备：高频RFID读写器4套，超高频RFID读写器4套，有源标签10张，无源标签10张，抗金属标签10张。 3.8.2实训任务 实训任务如表3-7所示。 填写表3-8的实训任务分析报告表。 表3-8 实训任务分析报告表

实验4 无源RFID读写实验（写标签实验） 实验目的 掌握读卡器与网关的连接，熟悉无源标签（也称无源卡片、无源卡）的写操作。 实验设备 感知教学/开发平台SensorRF107H2.0平台内的HF读卡器1 台，ISO1443A标签1个，网关主板1块，电源1个，连接线1个。 关键介绍 注意HF读卡器与网关主板连接，HF读卡器跳线设置。 实验过程 1）通过连接线把网关主板左上角RFID 接口与HF读卡器连接起来，并为网关主板接上电源。2）短接HF读卡器J3。 3）打开网关主板电源开关，进入实验菜单选择界面，选择RFID。 4）进入实验界面。 5）选择实验操作。 6）把ISO1443A标准标签放至HF 读卡器上。 7）通过网关主板键盘输入相应32 位ID，如12345678901234567890123456789012： 8)按下键盘“OK”键，如果写入标签失败，显示如下图所示，此时注意检查，标签与读卡 器距离，读卡器设置是否正确。如果成功把ID 写入标签，则显示。 实验结论

RFID原理与应用 许毅陈建军 知识点总结

《RFID原理与应用》-许毅陈建军-知识点总结 RFID原理和应用课程复习提纲第一章1、什么是RFID?无线射频识别作为一种通信技术，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。 常用的有低频（125k~134.2K）、高频（13.56Mhz）、超高频，微波等技术。 2、RFID技术特点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 3、RFID系统的组成RFID系统主要由阅读器、电子标签、RFID中间件和应用系统软件4部分构成。 4、阅读器的构成以及各部分的功能组成：射频接口、逻辑控制单元和天线天线：天线是一种能将接受到的电磁波转换为电流信号，或将电流信号转换为电磁波发射出去的装置。 射频接口模块：1产生高频发射能量，激活电子标签并为其提供能量2对发射信号进行调制，将数据传输给电子标签3接受并调制来自电子标签的射频信号逻辑控制模块：1与应用系统软件进行通信，并执行从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5、电子标签分类、组成及各组成部分功能根

电子标签分为利用物理效应进行工作的数据据工作原理的不同，载体和以电子电路为理论基础的数据载体6、RFID中间件的主要功能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7、RFID系统能量耦合方式和数据传输原理根据射频识别系统作用距离的远近情况，标签天线与读写器天线之间的耦合可以分为密耦合系统、遥耦合系统和远距离系统三类。 数据传输原理P108、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;9、RFID系统的性能指标1射频标签的存储容量2工作方式3数据传输速度4读写距离5多个标签识别能力6射频标签与天线间的射频载波频率7RFID系统的连通性8数据载体9状态模式10能量供应10、RFID系统的频率划分和作用距离射频识别系统读写器发送的频率基本上划归4个范围：低频（30~300KHZ）、高频（3~30MHZ）、超高频（300MHZ）和微波（2.5GHZ以上）。 根据作用距离，射频识别系统的附加分类：密耦合（0~1cm）、遥耦合（0~1m）和远距离系统（1~10m）。 11、RFID技术现状和面临的主要问题问题：1.标签成本问题

RFID系统工作原理及其结构

RFID系统工作原理及其结构 一套完整的RFID系统, 是由阅读器(Reader)与电子标签(TAG)也就是所谓的应答器(Transponder)及应用软件系统三个部份所组成, 其工作原理是Reader 发射一特定频率的无线电波能量给Transponder, 用以驱动 Transponder电路将内部的数据送出，此时Reader 便依序接收解读数据, 送给应用程序做相应的处理。 图系统的基本组成 以RFID 卡片阅读器及电子标签之间的通讯及能量感应方式来看大致上可以分成, 感应偶合(Inductive Coupling) 及后向散射偶合(Backscatter Coupling)两种, 一般低频的RFID大都采用第一种式, 而较高频大多采用第二种方式。 图卡片阅读器及电子标签之间的通讯及能量感应方式 阅读器根据使用的结构和技术不同可以是读或读/写装置，是RFID系统信息控制和处理中心。阅读器通常由耦合模块、收发模块、控制模块和接口单元组成。阅读器和应答器之间一般采用半双工通信方式进行信息交换，同时阅读器通过耦合给无源应答器提供能量和时序。在实际应用中，可进一步通过Ethernet或WLAN等实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。应答器是RFID系统的信息载体，目前应答器大多是由耦合原件（线圈、微带天线等）和微芯片组成无源单元。 应答器通常包含： a.天线:用来接收由阅读器送过来的信号,并把所要求的数据送回给阅读器。 /DC电路:把由卡片阅读器送过来的射频讯号转换成DC电源,并经大电容储存能量,再经稳压电路以提供稳定的电源。 c.解调电路:把载波去除以取出真正的调制信号。 d.逻辑控制电路:译码阅读器所送过来的信号, 并依其要求回送数据给阅读器。 e.内存:做为系统运作及存放识别数据的位置。 f.调制电路: 逻辑控制电路所送出的数据经调制电路后加载到天线送给阅读器。 图3.标签结构 阅读器通常包含： a.天线:用来发送无线信号给Tag,并把由Tag响应回来的数据接收回来. b.系统频率产生器:产生系统的工作频率. c.相位锁位回路(PLL):产生射频所需的载波信号 d.调制电路:把要送给Tag的信号加载到载波并送给射频电路送出. e.微处理器:产生要送给Tag信号给调制电路,同时译码Tag回送的信号, 并把所得的数据回传给应用程序,若是加密的系统还必需做加解密操作. f.存储器:存储用户程序和数据 g.解调电路: 解调tag送过来的微弱信号,再送给微处理器处理. h.外设接口:用来和计算机联机 图4.阅读器系统方块图