第八章-RFID防碰撞技术PPT
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RFID应用及原理第八章射频数据的安全性课件
第7章 射频数据的安全性
7.3、射频识别系统的加密机制射频识别系统中的加密数据传输主要采取对称密码体制中的序列密码体制即流密码体制。流密码是将明文划分为字符（如单个字母），或其编码的基本单元（如0、1数字），字符分别与密钥流作用进行加密，解密时以同步产生的同样的密钥流实现。流密码技术的理想实现方法是所谓的“一次插入法”，其核心问题是密钥流生成器的设计。保持收发两端密钥流的精确同步是实现可靠解密的关键技术。
第7章 射频数据的安全性
7.1、射频识别系统的安全分析RFID信息系统可能受到的威胁有两类：一类是物理环境如电磁干扰、断电、设备故障等威胁；一类是人员威胁，主要由以下几种：管理者攻击、用户攻击、前管理者的攻击、前用户攻击、外部人员攻击。对于第一类威胁，可以通过系统远离电磁干扰源，加不间断电源，及时维修故障设备等方法来解决。而人员对系统的攻击主要有伪造攻击、假冒攻击、复制攻击和重放攻击。
第7章 射频数据的安全性
7.3、射频识别系统的加密机制密钥管理初级密钥用来保护数据，即对数据进行加密和解密；二级密钥是用于加密保护初级密钥的密钥；主密钥则用于保护二级密钥。这种方法对系统的所有秘密的保护转化为对主密钥的保护。主密钥永远不可能脱离和以明码文的形式出现在存储设备之外。
第7章 射频数据的安全性
第7章 射频数据的安全性
7.3、射频识别系统的加密机制密钥管理（1）应答器中的密钥为了阻止对应答器的未经认可的访问，采用了各种方法。最简单的方法是口令的匹配检查，应答器将收到的口令与存储的基准口令相比较，如果一致，就允许访问数据存储器。 （2）分级密钥 密钥A仅可读取存储区中的数据，而密钥B对数据区可以读写。如果阅读器A只有密钥A，则在认证后它仅可读取应答器中的数据，但不能写入。而阅读器B如果具有密钥B，则认证后可以对存储区进行读写。
7.3、射频识别系统的加密机制射频识别系统中的加密数据传输主要采取对称密码体制中的序列密码体制即流密码体制。流密码是将明文划分为字符（如单个字母），或其编码的基本单元（如0、1数字），字符分别与密钥流作用进行加密，解密时以同步产生的同样的密钥流实现。流密码技术的理想实现方法是所谓的“一次插入法”，其核心问题是密钥流生成器的设计。保持收发两端密钥流的精确同步是实现可靠解密的关键技术。
第7章 射频数据的安全性
7.1、射频识别系统的安全分析RFID信息系统可能受到的威胁有两类：一类是物理环境如电磁干扰、断电、设备故障等威胁；一类是人员威胁，主要由以下几种：管理者攻击、用户攻击、前管理者的攻击、前用户攻击、外部人员攻击。对于第一类威胁，可以通过系统远离电磁干扰源，加不间断电源，及时维修故障设备等方法来解决。而人员对系统的攻击主要有伪造攻击、假冒攻击、复制攻击和重放攻击。
第7章 射频数据的安全性
7.3、射频识别系统的加密机制密钥管理初级密钥用来保护数据，即对数据进行加密和解密；二级密钥是用于加密保护初级密钥的密钥；主密钥则用于保护二级密钥。这种方法对系统的所有秘密的保护转化为对主密钥的保护。主密钥永远不可能脱离和以明码文的形式出现在存储设备之外。
第7章 射频数据的安全性
第7章 射频数据的安全性
7.3、射频识别系统的加密机制密钥管理（1）应答器中的密钥为了阻止对应答器的未经认可的访问，采用了各种方法。最简单的方法是口令的匹配检查，应答器将收到的口令与存储的基准口令相比较，如果一致，就允许访问数据存储器。 （2）分级密钥 密钥A仅可读取存储区中的数据，而密钥B对数据区可以读写。如果阅读器A只有密钥A，则在认证后它仅可读取应答器中的数据，但不能写入。而阅读器B如果具有密钥B，则认证后可以对存储区进行读写。
RFID系统的关键技术之防碰撞机制分析与实现5(详细分析：碰撞)共6张PPT
出错误码字，可以按位识别出碰撞。这样可以根据碰撞的位置，按一定法则重新搜索射频 卡。
射频卡1
1
0 11 0ຫໍສະໝຸດ 01 01 0射频卡2
??
?? ??
10
读写器译码
号大的数，至读写器对比射频卡响应的序列号的相同位数上的数完全一致时，说 明无碰撞。
选出序列号最小的数后，对该标签进行数据交换，然后使该卡进入“无声”状 态。
四、防碰撞机制的实现
在二进制搜索算法的实现中，起决定作用的是读写器所使用的信号编码必须 能够确定碰撞的准确比特位置。曼彻斯特码(Mancherster)可在多卡同时响应时，译
四、防碰撞机制的实现
二进制搜索算法的工作流程是：
射频卡进入读写器的工作范围，读写器发出一个最大序列号让所有射频卡响应；同一时刻开始 传输它们的序列号到读写器的接收模块。
读写器对比射频卡响应的序列号的相同位数上的数。
即有的序列号该位为 0，而有的序列号该位 为1
N
出现不一致 的现象
Y
把有不一致位的数从最高位到低位依次置O再输出系列号，即依次排除序列
射频卡1
1
0 11 0ຫໍສະໝຸດ 01 01 0射频卡2
??
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10
读写器译码
号大的数，至读写器对比射频卡响应的序列号的相同位数上的数完全一致时，说 明无碰撞。
选出序列号最小的数后，对该标签进行数据交换，然后使该卡进入“无声”状 态。
四、防碰撞机制的实现
在二进制搜索算法的实现中，起决定作用的是读写器所使用的信号编码必须 能够确定碰撞的准确比特位置。曼彻斯特码(Mancherster)可在多卡同时响应时，译
四、防碰撞机制的实现
二进制搜索算法的工作流程是：
射频卡进入读写器的工作范围，读写器发出一个最大序列号让所有射频卡响应；同一时刻开始 传输它们的序列号到读写器的接收模块。
读写器对比射频卡响应的序列号的相同位数上的数。
即有的序列号该位为 0，而有的序列号该位 为1
N
出现不一致 的现象
Y
把有不一致位的数从最高位到低位依次置O再输出系列号，即依次排除序列
RFID技术(共47张PPT)
案例：沃尔玛
❖ 通过采用RFID，沃尔玛每年可以节省83.5亿 美元，其中大部分是因为不需要人工查看进 货的条码而节省的劳动力成本。RFID有助于 解决零售业两个最大的难题：商品断货和损 耗（因盗窃和供应链被搅乱而损失的产品） ，而现在单是盗窃一项，沃尔玛一年的损失 就差不多有20亿美元，如果一家合法企业的 营业额能达到这个数字，就可以在美国1000 家最大企业的排行榜中名列第694位。研究机 构估计，这种RFID技术能够帮助把失窃和存 货水平降低25%。
③ 监视器，在出口形成一定区域的监视空间。
四、RFID的种类
2．便携式数据采集系统 便携式数据采集系统是使用带有RFID阅读器的手持式数据采集器采 集RFID标签上的数据。
❖这种系统具有比较大的灵活性，适用于不宜安装固定式 RFID系统的应用环境。
❖手持式阅读器(数据输入终端)可以在读取数据的同时，通 过无线电波数据传输方式实时地向主计算机系统传输数 据，也可以暂时将数据存储在阅读器中，成批地向主计 算机系统传输数据。
射频识别（RFID）的应用实例
❖ 2006年，德国举行了世界杯足球赛，其所有入场 门票皆采用RFID技术的带芯片纸质门票，以遏止 黄牛票的买卖行为以及伪造门票，使得真正持有 票的人才可以入场。
❖ RFID 门票除了付款、进入比赛会场外，还可用于 如停车、寄放物品、搭乘大众运输系统、购买饮 料及各种其它商品等额外的加值服务。
2．射频标签
（2）射频标签的分类
按标签中存储器数据存储能力的不同，可分为：
标识标签与便携式数据文件。
❖标识标签中存储的只是标识号码，用于对特定的标识项 目，如人、物、地点进行标识，关于被标识项目的详细 的特定信息，只能在与系统相连接的数据库中进行查找 。
RFID技术原理简介及应用PPT
04
RFID技术优缺点分析
优点总结
无需接触识别
多目标识别
RFID技术通过无线电波进行通信，无需物 理接触即可实现识别，提高了识别的便捷 性和效率。
RFID系统可以同时识别多个标签，实现批 量处理，提高了工作效率。
高识别速度
高安全性
RFID标签的识别速度非常快，可以在短时 间内完成大量标签的读取和识别。
并获取相关数据。
读写器与电子标签
02
读写器发射无线电波，电子标签接收并反射回读写器，完成数
据传输和识别过程。
能量供应
03
电子标签通过读写器发射的无线电波获取能量，以驱动其内部
电路工作。
读写器与电子标签间通信过程
01
02
03
读写器发起通信
读写器首先发射一定频率 的无线电波，以激活电子 标签。
电子标签响应
THANKS
感谢观看
ห้องสมุดไป่ตู้rfid技术原理简介及应用
• RFID技术概述 • RFID技术原理详解 • RFID技术应用领域探讨 • RFID技术优缺点分析 • 未来发展趋势预测与挑战应对
01
RFID技术概述
RFID定义与发展历程
定义
RFID（Radio Frequency Identification）即射频识别技术，是一种非接触式 的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。
和个人隐私不受侵犯。
抗干扰与可靠性提升
研究抗干扰技术和信号处理技术，提 高RFID系统在复杂环境中的可靠性和
稳定性。
标准化与互操作性
推动RFID技术标准化进程，提高不同 厂商和系统之间的互操作性，降低应 用成本。
RFID技术及其应用PPT课件
9
读写器
固定式
手持式
10
身边的RFID技术
传输速度： 106 KBPS 工作频率： 13.56MHz 存储容量： User area:2kbytes [Flash memory] 可擦写性能： 100，000次（times）
核心技术国产：大唐微电子技术有限公司自主研发的非接触式逻辑加密芯片
11
RFID应用：商品防伪
16
个人观点供参考，欢迎讨论！
2
传统识别—条形码
条形码
将宽度不等的多个黑条和空 白，按照一定的编码规则排列， 用以表达一组信息的图形标识符。 条形码可以标出物品的生产国、 制造厂家、商品名称、生产日期、 图书分类号、邮件起止地点、类 别、日期等许多信息。
3
传统防盗—磁条
原理
正如永磁铁在静磁场中受到磁力作用，磁条在交变电磁场中 可发生振动；电磁场频率与磁条机械振动频率一致时，可产 生共振。外磁场突然停止，磁条振荡继续，频率不变而强度 逐渐减弱。磁条的振动在周围产生交变电磁场，可在检测门 的线圈上产生交变电流。
RFID技术及其应用
1
什么是RFID？
RFID（Radio Frequency Identification）射频识别。 别称：电子标签，无线射频识别，感应式电子晶片，感应卡、
非接触卡、电子条码。 原理：
标签进入磁场后，接收解读器发 出的射频信号，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，接收器转送至中央 信息系统进行有关数据处理。
8
电子标签的类型
主动式
➢内部电池为微型芯片电路和发射机提供电能。在一个 足球场大的范围内，主动式电子标签都可以够接收和 传输信号。 ➢应用场合：如集装箱货物扫描
读写器
固定式
手持式
10
身边的RFID技术
传输速度： 106 KBPS 工作频率： 13.56MHz 存储容量： User area:2kbytes [Flash memory] 可擦写性能： 100，000次（times）
核心技术国产：大唐微电子技术有限公司自主研发的非接触式逻辑加密芯片
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RFID应用：商品防伪
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个人观点供参考，欢迎讨论！
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传统识别—条形码
条形码
将宽度不等的多个黑条和空 白，按照一定的编码规则排列， 用以表达一组信息的图形标识符。 条形码可以标出物品的生产国、 制造厂家、商品名称、生产日期、 图书分类号、邮件起止地点、类 别、日期等许多信息。
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传统防盗—磁条
原理
正如永磁铁在静磁场中受到磁力作用，磁条在交变电磁场中 可发生振动；电磁场频率与磁条机械振动频率一致时，可产 生共振。外磁场突然停止，磁条振荡继续，频率不变而强度 逐渐减弱。磁条的振动在周围产生交变电磁场，可在检测门 的线圈上产生交变电流。
RFID技术及其应用
1
什么是RFID？
RFID（Radio Frequency Identification）射频识别。 别称：电子标签，无线射频识别，感应式电子晶片，感应卡、
非接触卡、电子条码。 原理：
标签进入磁场后，接收解读器发 出的射频信号，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，接收器转送至中央 信息系统进行有关数据处理。
8
电子标签的类型
主动式
➢内部电池为微型芯片电路和发射机提供电能。在一个 足球场大的范围内，主动式电子标签都可以够接收和 传输信号。 ➢应用场合：如集装箱货物扫描
RFID技术简介ppt课件
36
低频标签的优势：具有省电、廉价的特点； 工作频率不受无线电频率管制约束；可以穿透 水、有机组织、木材等；非常适合近距离、低 速度的、数据量要求较少的识别应用。
低频标签的劣势有：存储数据量少，只能适 合低速、近距离识别应用；与高频标签相比， 天线匝数更多，成本更高一些。
37
（2）高频（HF）标签 高频标签工作频率范围3—30MHZ，典
RFID标签 电磁波 可固定可变动 无需接触 不需要 0.4x0.4mm 各种尺寸与形式 不影响资料读取 可抗化学侵蚀 0~100米 0~100米
芯片卡 电 可变 接触 对准插槽 1x1cm 方形 有一定影响 可抗化学侵蚀 很近（接触式） 很近（接触式）
条形码 光 固定 重做 必须 lx3cm 直接印制 资料读取 不抗损毁 最多12米 不可重新编写
28
射频识别标签一般由天线、调制器、编码 发生器、时钟及存储器构成。
天线
电源
调制器
控制器（CPU）
编码发生器
时钟
存储器
29
wristband Glass tag
eSeal
Pcb card
Blocker tag
Key tag tag + temp. sensor
Metal tag
30
以电源方式分类：主动式（Active）、被动式（Passive）； 以操作方式分类：可读、可读写、内置处理器和传感器； RFID按使用频率分类：低频（LF）、高频（HF）、超高
频（GHF）和微波（Microwave）； 目前市场聚焦在被动式超高频，主要是因为美国国防部
（DOD）和沃尔玛（Wal-mart）要求供应商需在线板和纸 箱使用RFID标签，以提升物流能见度。因为不需要电源 即可进行信息操作，所以较蓝牙和zigbee技术应用更广泛， 更受业界重视。同样RFID内含唯一识别码（UID）和信息 存储特性，在价格降低后将取代大部分条码的应用场合。
低频标签的优势：具有省电、廉价的特点； 工作频率不受无线电频率管制约束；可以穿透 水、有机组织、木材等；非常适合近距离、低 速度的、数据量要求较少的识别应用。
低频标签的劣势有：存储数据量少，只能适 合低速、近距离识别应用；与高频标签相比， 天线匝数更多，成本更高一些。
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（2）高频（HF）标签 高频标签工作频率范围3—30MHZ，典
RFID标签 电磁波 可固定可变动 无需接触 不需要 0.4x0.4mm 各种尺寸与形式 不影响资料读取 可抗化学侵蚀 0~100米 0~100米
芯片卡 电 可变 接触 对准插槽 1x1cm 方形 有一定影响 可抗化学侵蚀 很近（接触式） 很近（接触式）
条形码 光 固定 重做 必须 lx3cm 直接印制 资料读取 不抗损毁 最多12米 不可重新编写
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射频识别标签一般由天线、调制器、编码 发生器、时钟及存储器构成。
天线
电源
调制器
控制器（CPU）
编码发生器
时钟
存储器
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wristband Glass tag
eSeal
Pcb card
Blocker tag
Key tag tag + temp. sensor
Metal tag
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以电源方式分类：主动式（Active）、被动式（Passive）； 以操作方式分类：可读、可读写、内置处理器和传感器； RFID按使用频率分类：低频（LF）、高频（HF）、超高
频（GHF）和微波（Microwave）； 目前市场聚焦在被动式超高频，主要是因为美国国防部
（DOD）和沃尔玛（Wal-mart）要求供应商需在线板和纸 箱使用RFID标签，以提升物流能见度。因为不需要电源 即可进行信息操作，所以较蓝牙和zigbee技术应用更广泛， 更受业界重视。同样RFID内含唯一识别码（UID）和信息 存储特性，在价格降低后将取代大部分条码的应用场合。
RFID防碰撞
多址技术在射频识别系统工作时，通常会有一个以上的射频标签同时处在阅读器的作用范围内，这样如果有两个或两个以上的标签同时发送数据，就会导致通信上的冲突。
为了防止这些冲突的产生，射频识别系统中需要设计相应的防碰撞技术。
在通信中我们称这种技术为多址技术。
多址通信(Multiple Access Communication)是指在各个竞争用户中，共享通信信道容量的通信方式。
多址通信相当于ISO 参考模型中的数据链路层的一部分，有时直接称作媒质寻址控制(MAC)，常见的多址媒质有卫星通信信道、地面无线电信道、电缆和光缆等。
多数寻址使用的多址媒质是广播信道。
在广播信道中，信号由一个能被许多接收机接收的发射机产生。
每种多址媒质具有不同的特性，其特性影响多址协议的设计。
通常根据多址通信的性能参数来评价一个系统。
多址通信系统的主要性能参数是:平均通过量、平均分组时延和稳定性。
对于一个好的多址协议设计而言，系统的平均通过量和平均分组时延越小越好，并且在较长时间内，平均通过量和延迟性基本保持不变。
解决这些问题的方法有四种:空分多址法(SDMA-Space Division Multiple Access)、频分多址法(FDMA-Frequency Division Multiple Acess),时分多址法(TDMA-Time Division Multiple Access)和码分多址法(CDMA-Code Division Multiple Access)。
1. 空分多址法是在分离的空间范围内重新使用确定的资源(通信容量)的技术。
实现方法有两种:一种方法是使单个阅读器之间的相互作用距离明显减少，把大量的阅读器和天线的覆盖面积并排地安置在一个阵列之中，当标签经过这个阵列时与之最近的阅读器可以与之进行通信;另一种方法是在阅读器上利用一个电子控制定向天线，该天线的方向图直接对准某个标签(自适应的SDMA ，所有不同的标签可以根据它在阅读器作用范围内的角度位置区分开来)。
RFID技术PPT演示课件
• 在这个网络中，物品(商品)能够彼此进行“交流”，
而无需人的干预。其实质是利用射频自动识别(RFID) 技术，通过计算机互联网实现物品(商品)的自动识别和 信息的互联与共享。而RFID正是能够让物品“开口说话” 的一种技术。在“物联网”的构想中，RFID标签中存储着 规范而具有互用性的信息，通过无线数据通信网络把它 们自动采集到中央信息系统，实现物品(商品)的识别， 进而通过开放性的计算机网络实现信息交换和共享， 实现对物品的“透明”管理。
据处理。
8
2.RFID技术的工作原理及分类
2.1射频识别的工作原理
电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间(无接 触)耦合、在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递、数据的 交换。
发生在阅读器和电子标签之间的射频信号的耦合类型有两种。
(1)电感耦合。变压器模型，通过空间高频交变磁场实现耦合， 依据的是电磁感应定律。电感耦合方式一般适合于中、低频工作的 近距离射频识别系统。
低频(LF 125KHz到 135KHz)
高频(HF 13．56 MHz)
超高频(UHF 860MHz 到960MHz之间)
电磁 波
感应 耦合
12
2.RFID技术的工作原理及分类
2.3射频识别的工作频率
lRFID技术首先在低频得到广泛的应用和推广。
该频率主要是通过电感耦合的方式进行工作，
低频段：RFID读写器的线圈通过的交流电会在附近区域
10
2.RFID技术的工作原理及分类
2.2RFID标签的分类
目前市场上已有多种电子标签可供选择，按照标签内是否有 内置电池可主要分为以下三大类：
1
2
3
被动式（无源）：
标签内不含内置电池， 所需能量由读写器通 过空中接口进行供给。 由于其价格低廉，体 积小巧，应用最为广 泛，如智能卡，存货 管理等。缺点是读取 距离较短。
而无需人的干预。其实质是利用射频自动识别(RFID) 技术，通过计算机互联网实现物品(商品)的自动识别和 信息的互联与共享。而RFID正是能够让物品“开口说话” 的一种技术。在“物联网”的构想中，RFID标签中存储着 规范而具有互用性的信息，通过无线数据通信网络把它 们自动采集到中央信息系统，实现物品(商品)的识别， 进而通过开放性的计算机网络实现信息交换和共享， 实现对物品的“透明”管理。
据处理。
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2.RFID技术的工作原理及分类
2.1射频识别的工作原理
电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间(无接 触)耦合、在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递、数据的 交换。
发生在阅读器和电子标签之间的射频信号的耦合类型有两种。
(1)电感耦合。变压器模型，通过空间高频交变磁场实现耦合， 依据的是电磁感应定律。电感耦合方式一般适合于中、低频工作的 近距离射频识别系统。
低频(LF 125KHz到 135KHz)
高频(HF 13．56 MHz)
超高频(UHF 860MHz 到960MHz之间)
电磁 波
感应 耦合
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2.RFID技术的工作原理及分类
2.3射频识别的工作频率
lRFID技术首先在低频得到广泛的应用和推广。
该频率主要是通过电感耦合的方式进行工作，
低频段：RFID读写器的线圈通过的交流电会在附近区域
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2.RFID技术的工作原理及分类
2.2RFID标签的分类
目前市场上已有多种电子标签可供选择，按照标签内是否有 内置电池可主要分为以下三大类：
1
2
3
被动式（无源）：
标签内不含内置电池， 所需能量由读写器通 过空中接口进行供给。 由于其价格低廉，体 积小巧，应用最为广 泛，如智能卡，存货 管理等。缺点是读取 距离较短。
RFID系统的关键技术之防碰撞机制分析与实现7(详细分析：读写器)共6张PPT
写器Rj的识读区域之间存在交集，就将顶点
ri和rj用一个无向线段连接起来。据此 建立图7-17中的读写器冲突问题的平面 图G=(R，E)如图7-18所示。
读写器冲突的平面图
五、读写器防碰撞机制的实现
❖ Hopfieid神经网络模型
n×4阶矩阵
n×n阶对称矩阵
五、读写器防碰撞机制的实现
读写器防冲突问题混沌神经网络模型
当模拟温度衰减至趋近于‘0’时，混沌状态消失，此后算法获得 一个较好的初值，并按照Hopfield神经网络算法继续进行搜索并逐渐
收敛于有效解。
五、读写器防碰撞机制的实现
❖仿真流程
采用MATLAB对基于退火策略的混沌神经网络读写器时隙分配算法进行 仿真。仿真流程如下： 步骤1：设置A，B，C，，0，￡，k，a，z(0)， ，／Z (0) 等参数的值，如表1。 实验中， (0)取[0，1]区间
五、读写器防碰撞机制的实现
❖ 平面图着色与读写器防冲突
图7-18 读写器冲突问题的平面图,RFID 读写器冲突问题类似于一个简单的平面 图G=(R，E)。顶点集合R是RFID读写 器集合，即R={r1，r2，…，rn)。边集 合E描述了RFID系统中读写器之间的冲 突关系。也就是说写器冲突问题，必须使网络中存在冲突关系 的读写器工作在不同的时隙。根据这样的约束要求，读写器防冲突 神经网络的能量函数如下：
当神经网络的能量函数E的值等于‘0’时，当前的输出矩阵v的值就是读写器 防冲突神经网络的可行解。
五、读写器防碰撞机制的实现
读写器防冲突问题混沌神经网络模型
二维Hopfield神经网络能量函数的一般表达形式： 比较式(3)和式(4)，可以得到：
的随机数。
步骤2：根据式(10)和(11)计算 (t)。 步骤3：根据式(3)计算能量函数 。 步骤4：根据式(12)计算／Z (t+1)。 步骤5：判断能量函数 是否满足稳定条件。如果满足进行步骤6，否则进 行步骤2。能量函数的稳定判据为：1) 的值在连续l0次迭代中的变化量小 于0．01；2)如果E≤10～，则停止迭代；3)如果算法在1000次迭代中无法收敛到 有效解，则停止仿真。 步骤6：输出仿真结果，即输出V and E。
ri和rj用一个无向线段连接起来。据此 建立图7-17中的读写器冲突问题的平面 图G=(R，E)如图7-18所示。
读写器冲突的平面图
五、读写器防碰撞机制的实现
❖ Hopfieid神经网络模型
n×4阶矩阵
n×n阶对称矩阵
五、读写器防碰撞机制的实现
读写器防冲突问题混沌神经网络模型
当模拟温度衰减至趋近于‘0’时，混沌状态消失，此后算法获得 一个较好的初值，并按照Hopfield神经网络算法继续进行搜索并逐渐
收敛于有效解。
五、读写器防碰撞机制的实现
❖仿真流程
采用MATLAB对基于退火策略的混沌神经网络读写器时隙分配算法进行 仿真。仿真流程如下： 步骤1：设置A，B，C，，0，￡，k，a，z(0)， ，／Z (0) 等参数的值，如表1。 实验中， (0)取[0，1]区间
五、读写器防碰撞机制的实现
❖ 平面图着色与读写器防冲突
图7-18 读写器冲突问题的平面图,RFID 读写器冲突问题类似于一个简单的平面 图G=(R，E)。顶点集合R是RFID读写 器集合，即R={r1，r2，…，rn)。边集 合E描述了RFID系统中读写器之间的冲 突关系。也就是说写器冲突问题，必须使网络中存在冲突关系 的读写器工作在不同的时隙。根据这样的约束要求，读写器防冲突 神经网络的能量函数如下：
当神经网络的能量函数E的值等于‘0’时，当前的输出矩阵v的值就是读写器 防冲突神经网络的可行解。
五、读写器防碰撞机制的实现
读写器防冲突问题混沌神经网络模型
二维Hopfield神经网络能量函数的一般表达形式： 比较式(3)和式(4)，可以得到：
的随机数。
步骤2：根据式(10)和(11)计算 (t)。 步骤3：根据式(3)计算能量函数 。 步骤4：根据式(12)计算／Z (t+1)。 步骤5：判断能量函数 是否满足稳定条件。如果满足进行步骤6，否则进 行步骤2。能量函数的稳定判据为：1) 的值在连续l0次迭代中的变化量小 于0．01；2)如果E≤10～，则停止迭代；3)如果算法在1000次迭代中无法收敛到 有效解，则停止仿真。 步骤6：输出仿真结果，即输出V and E。
RFID技术简介ppt课件
RFID通信時序－RTF與TTF系統
時序指的是閱讀器與標籤的工作次序。也就是 說閱讀器主動喚醒標籤〔Reader Talk First）， 還是標籤自報家門〔Tag Talk First）。無源標 籤一般是閱讀器先講。多標籤同時識讀可採用 閱讀器先講，也可標籤先講。
RFID通信時序－RTF與TTF系統
標籤的供電形式－有源、無源與半有源系統
半有源系統的標籤帶有電池，但電池只對標籤 內部供電，標籤不主動發射信號，只有被閱讀 器啟動時，才透過電磁感應或電磁反向散射方 式發送訊號。
標籤的資料傳輸方式－主動式、被動式、 半主動 式
無源系統為被動式、有源系統為主動式、半有源系統為半 主動式。
主動式系統用自身的射頻能量，發送資料給閱讀器，調制 方式為調幅、調頻或調相
有源系統的標籤，使用標籤內部電池供電，不 需閱讀器提供能量來啟動，可主動發射信號。
識別距離較長，可達幾十公尺甚至是上百公尺， 但壽命有限且成本較高。 由於標籤附有電池，體積較大，無法製成 薄片。
標籤的供電形式－有源、無源與半有源系統
無源射頻標籤不含電池，利用閱讀器的電磁場 提供能量。
重量輕、體積小、壽命非常長、成本低 廉，是目前最流行的標籤。 一般識別距離較近，一般為幾公尺到幾 十公尺需要較大的閱讀器發射功率。
標籤的工作頻率－低頻、高頻、超高頻、微 波系統
低頻〔125～135kHz〕技術一直用於近距離的 門禁管理。由於其信噪比〔Signal Noise Ratio〕較低，其識讀距離受到很大的限制。 另外由於可用帶寬很窄，傳輸速率很低，低頻 性能防衝撞很差，多標籤識讀時也比較慢，性 能易受其他電磁環境影響。
被動式系統，使用電磁感應耦合，或電磁反向散射調制發 射資料，利用閱讀器的載波來調制自己的信號。
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4）时分多路法
时分多路法（TDMA）是把整个可供使用的通路容量按时间分配 给多个用户的技术。
时分多路复用是按传输信号的时间进行分割的，它使不同的信 号在不同的时间内传输，将整个传输时间分为许多时间间隔，每个 时间片被一路信号占用。
TDMA就是通过在时间上交叉发送每一路信号的一部分来实现一 条电路传输多路信号的。电路上每一短暂时刻只有一路信号存在。 因为数字信号是有限个离散值，所以时分多路复用技术广泛应用于 包括计算机网络在内的数字通信系统。
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8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞
RFID系统中的碰撞
RFID系统经常会出现多个读写器以及多个标签的应用场合，从而 导致标签之间或读写器之间的相互干扰，这种干扰称为碰撞，也称 为冲突。
RFID系统存在两类碰撞问题： （1）一类称为多标签碰撞问题，即多个标签与同一个读写器同 时通信时产生的碰撞； （2）另一类称为多读写器碰撞问题，即相邻的读写器在其信号 交叠区域内产生干扰，导致读写器的阅读范围减小，甚至无法读取 标签。
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8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞
RFID系统中防碰撞算法分类
电子标签的低功耗、低存储能力和有限的计算能力等限制，导 致许多成熟的防碰撞算法（如空分多路法）不能直接在RFID系统中 应用。这些限制可以归纳为：
（1）无源标签没有内置电源，标签的能量来自于读写器，因此算 法在执行的过程中，标签功耗要求尽量低；
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8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞
1.多读写器碰撞
当相邻的读写器作用范围有重叠时，多个读写器同时读取同一 个标签时可能会引起多读写器与标签之间的干扰。如图标签同时收 到3个读写器的信号，标签无法正确解析读写器发来的查询信号。
读写器自身有能量供应，能进行较高复杂度的计算，所以读写 器能检测到碰撞产生，并通过与其他读写器之间的交流互通来解决 读写器的碰撞问题，如读写器调度算法和功率控制算法。
定性 算法，实现简单，广泛用于解决标签的碰撞问题。
频分多路法的缺点是导致读写器和标签成本要求较高。因此在 RFID应用中，频分多路法很少使用。
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8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞
3）码分多路法
码分多路法（CDMA）是基于扩频通信技术发展起来的。 扩频技术包含扩频与多址两个基本概念。扩频目的是扩展信息 带宽，即把需发送的具有一定信号带宽的信息数据，用一个带宽远 大于其信号带宽的伪随机码进行调制，使原来的信息数据的带宽被 扩展，最后通过载波调制发送出去。解扩是指在接收端采用一致的 伪随机码，与接收到的宽带信号作相关处理，把宽带信号转换成原 来的信息。多址是给每个用户分配一个地址码，码型互不重叠。 码分多路法具有抗干扰性好，保密安全性高，信道利用率高等 优点。但是该技术也存在诸多缺点，如频带利用率低、信道容量 小，伪随机码的产生和选择较难，接收时地址码捕获时间长等，所 以该方法很难应用于实际的RFID系统中。
第八章 RFID防碰撞技术
快速、准确、有效的防碰撞问题解决方案对 RFID技术的发展有着至关重要的作用。标签防 碰撞算法就是要解决在读写器的有效通信范围内， 多个标签如何同时与读写器进行通信的问题。在 高频（HF）频段，标签的防碰撞算法一般采用 ALOHA。在超高频（UHF）频段，主要采用二 进制树型搜索算法。本章将重点介绍这两类算法 及其扩展算法。
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8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞
2.多标签碰撞
多标签碰撞是指读写器同时收到多个标签信号而导致无法正确 读取标签信息的问题。如图读写器发出识别命令后，在标签应答过 程中可能会两个或者多个标签同一时刻应答，或一个标签还没有完 成应答时其他标签就做出应答。它会使得标签之间的信号互相干 扰，从而造成标签无法被正常读取。本章后续讨论的防碰撞都是针 对多标签防碰撞。
1.无线通信中的防碰撞方法
解决防碰撞的方法主要包括空分多路（SDMA）、频分多路法 （FDMA）、码分多路法（CDMA）和时分多路法（TDMA）。
1）空分多路法
空分多路法（SDMA）是在分离的空间范围内实现多个目标识别。 一种实现方法是将读写器和天线之间的作用距离按空间区域进行 划分，把读写器和天线安置在一个天线阵列中。当标签进入这个 天线阵列的覆盖范围后，与其距离最近的读写器对该标签进行识 别。由于每个天线的覆盖范围较小，相邻的读写器识别范围内的 标签同样可以进行识别而不受相邻读写器的干扰，如果多个标签 根据在天线阵列中的空间位置的不同，可以同时被识别。 另一种实现方法是读写器利用相控阵天线，让天线的方向性图对 准单独的标签，标签根据其在读写器作用范围内的角度位置不同 而区别开来。 空分多路法的缺点是天线系统复杂，会大幅度提高成本。
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8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞
2）频分多路法
频分多路法（FDMA）是把若干个使用不同载波频率的调制信号 在同时供通信用户使用的信道上进行传输的技术。通常情况下， RFID系统的前向链路（从读写器到标签）频率是固定的，用于能量 的供应和数据的传输。对于反向链路，不同标签采用不同频率的载 波进行数据调制，信号之间不会产生干扰，读写器对接收到的不同 频率的信号进行分离，从而实现对不同标签的识别。
（2）RFID系统的通信带宽有限，因此防碰撞算法应尽量减少读写 器和标签之间传输信息的比特数目；
（3）标签不具备检测冲突的功能而且标签间不能相互通信，因此 冲突判决需要读写器来实现；
（4）标签的存储和计算能力有限，这就要求防碰撞协议尽可能简 单，标签端的设计不能太复杂。
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8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞
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8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞
2.RFID中防碰撞算法分类
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8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞
标签防碰撞算法
RFID系统的标签防碰撞算法大多采用时分多路法，该方法可分 为非确定性算法和确定性算法。
非确定性算法也称标签控制法，在该方法中，读写器没有对数 据传输进行控制，标签的工作是非同步的，标签获得处理的时间不 确定，因此标签存在“饥饿”问题。ALOHA算法是一种典型的非确
时分多路法（TDMA）是把整个可供使用的通路容量按时间分配 给多个用户的技术。
时分多路复用是按传输信号的时间进行分割的，它使不同的信 号在不同的时间内传输，将整个传输时间分为许多时间间隔，每个 时间片被一路信号占用。
TDMA就是通过在时间上交叉发送每一路信号的一部分来实现一 条电路传输多路信号的。电路上每一短暂时刻只有一路信号存在。 因为数字信号是有限个离散值，所以时分多路复用技术广泛应用于 包括计算机网络在内的数字通信系统。
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8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞
RFID系统中的碰撞
RFID系统经常会出现多个读写器以及多个标签的应用场合，从而 导致标签之间或读写器之间的相互干扰，这种干扰称为碰撞，也称 为冲突。
RFID系统存在两类碰撞问题： （1）一类称为多标签碰撞问题，即多个标签与同一个读写器同 时通信时产生的碰撞； （2）另一类称为多读写器碰撞问题，即相邻的读写器在其信号 交叠区域内产生干扰，导致读写器的阅读范围减小，甚至无法读取 标签。
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8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞
RFID系统中防碰撞算法分类
电子标签的低功耗、低存储能力和有限的计算能力等限制，导 致许多成熟的防碰撞算法（如空分多路法）不能直接在RFID系统中 应用。这些限制可以归纳为：
（1）无源标签没有内置电源，标签的能量来自于读写器，因此算 法在执行的过程中，标签功耗要求尽量低；
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8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞
1.多读写器碰撞
当相邻的读写器作用范围有重叠时，多个读写器同时读取同一 个标签时可能会引起多读写器与标签之间的干扰。如图标签同时收 到3个读写器的信号，标签无法正确解析读写器发来的查询信号。
读写器自身有能量供应，能进行较高复杂度的计算，所以读写 器能检测到碰撞产生，并通过与其他读写器之间的交流互通来解决 读写器的碰撞问题，如读写器调度算法和功率控制算法。
定性 算法，实现简单，广泛用于解决标签的碰撞问题。
频分多路法的缺点是导致读写器和标签成本要求较高。因此在 RFID应用中，频分多路法很少使用。
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8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞
3）码分多路法
码分多路法（CDMA）是基于扩频通信技术发展起来的。 扩频技术包含扩频与多址两个基本概念。扩频目的是扩展信息 带宽，即把需发送的具有一定信号带宽的信息数据，用一个带宽远 大于其信号带宽的伪随机码进行调制，使原来的信息数据的带宽被 扩展，最后通过载波调制发送出去。解扩是指在接收端采用一致的 伪随机码，与接收到的宽带信号作相关处理，把宽带信号转换成原 来的信息。多址是给每个用户分配一个地址码，码型互不重叠。 码分多路法具有抗干扰性好，保密安全性高，信道利用率高等 优点。但是该技术也存在诸多缺点，如频带利用率低、信道容量 小，伪随机码的产生和选择较难，接收时地址码捕获时间长等，所 以该方法很难应用于实际的RFID系统中。
第八章 RFID防碰撞技术
快速、准确、有效的防碰撞问题解决方案对 RFID技术的发展有着至关重要的作用。标签防 碰撞算法就是要解决在读写器的有效通信范围内， 多个标签如何同时与读写器进行通信的问题。在 高频（HF）频段，标签的防碰撞算法一般采用 ALOHA。在超高频（UHF）频段，主要采用二 进制树型搜索算法。本章将重点介绍这两类算法 及其扩展算法。
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8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞
2.多标签碰撞
多标签碰撞是指读写器同时收到多个标签信号而导致无法正确 读取标签信息的问题。如图读写器发出识别命令后，在标签应答过 程中可能会两个或者多个标签同一时刻应答，或一个标签还没有完 成应答时其他标签就做出应答。它会使得标签之间的信号互相干 扰，从而造成标签无法被正常读取。本章后续讨论的防碰撞都是针 对多标签防碰撞。
1.无线通信中的防碰撞方法
解决防碰撞的方法主要包括空分多路（SDMA）、频分多路法 （FDMA）、码分多路法（CDMA）和时分多路法（TDMA）。
1）空分多路法
空分多路法（SDMA）是在分离的空间范围内实现多个目标识别。 一种实现方法是将读写器和天线之间的作用距离按空间区域进行 划分，把读写器和天线安置在一个天线阵列中。当标签进入这个 天线阵列的覆盖范围后，与其距离最近的读写器对该标签进行识 别。由于每个天线的覆盖范围较小，相邻的读写器识别范围内的 标签同样可以进行识别而不受相邻读写器的干扰，如果多个标签 根据在天线阵列中的空间位置的不同，可以同时被识别。 另一种实现方法是读写器利用相控阵天线，让天线的方向性图对 准单独的标签，标签根据其在读写器作用范围内的角度位置不同 而区别开来。 空分多路法的缺点是天线系统复杂，会大幅度提高成本。
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8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞
2）频分多路法
频分多路法（FDMA）是把若干个使用不同载波频率的调制信号 在同时供通信用户使用的信道上进行传输的技术。通常情况下， RFID系统的前向链路（从读写器到标签）频率是固定的，用于能量 的供应和数据的传输。对于反向链路，不同标签采用不同频率的载 波进行数据调制，信号之间不会产生干扰，读写器对接收到的不同 频率的信号进行分离，从而实现对不同标签的识别。
（2）RFID系统的通信带宽有限，因此防碰撞算法应尽量减少读写 器和标签之间传输信息的比特数目；
（3）标签不具备检测冲突的功能而且标签间不能相互通信，因此 冲突判决需要读写器来实现；
（4）标签的存储和计算能力有限，这就要求防碰撞协议尽可能简 单，标签端的设计不能太复杂。
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8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞
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8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞
2.RFID中防碰撞算法分类
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8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞
标签防碰撞算法
RFID系统的标签防碰撞算法大多采用时分多路法，该方法可分 为非确定性算法和确定性算法。
非确定性算法也称标签控制法，在该方法中，读写器没有对数 据传输进行控制，标签的工作是非同步的，标签获得处理的时间不 确定，因此标签存在“饥饿”问题。ALOHA算法是一种典型的非确