第2章(RFID設(shè)計(jì)技術(shù)基礎(chǔ))

1、2022-6-291 2.1 數(shù)字通信基礎(chǔ) 2.2 信號(hào)的編碼與調(diào)制* 2.3 RFID數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾? 2.4 RFID數(shù)據(jù)安全性第2章 RFID設(shè)計(jì)技術(shù)基礎(chǔ) 2022-6-2922.1 數(shù)字通信基礎(chǔ)數(shù)字通信基礎(chǔ)2.1.1數(shù)字通信模型數(shù)字通信模型數(shù)字通信：將信源信息轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制進(jìn)行傳輸2022-6-293A/D轉(zhuǎn)換為什么？1.方便傳輸2.進(jìn)行糾,檢錯(cuò)2022-6-2942.1.2數(shù)字通信的特點(diǎn)和主要性能指標(biāo)數(shù)字通信的特點(diǎn)和主要性能指標(biāo)1數(shù)字通信的特點(diǎn)在傳輸過程中可實(shí)現(xiàn)無噪聲積累，適合長距離高質(zhì)量傳輸；便于加密處理； 便于設(shè)備的集成和微型化； 占用的信道頻帶寬 。2. 數(shù)字通信的主要性能指標(biāo)

2、數(shù)據(jù)傳輸速率 信道頻帶寬度 誤碼率 2022-6-2952.1.3 RFID通信方式 RFID通信是指讀寫器和標(biāo)簽之間的信息傳輸，傳輸?shù)氖菬o線電信號(hào)，其主要特點(diǎn)是通信距離很短。 對于非接觸IC卡，無線通信載頻較低（13. 56MHz），讀寫器到非接觸IC卡或非接觸IC卡到讀寫器的通信模型可參照圖2-2。 對電子標(biāo)簽，無線通信載頻在UHF頻段（860960MHz），讀寫器到電子標(biāo)簽的通信模型也參照圖2-2，但電子標(biāo)簽到讀寫器的信息傳送方式是對入射波反射的調(diào)制，即利用標(biāo)簽要傳送的數(shù)字信息改變標(biāo)簽天線的反射能量，讀寫器對反射信息進(jìn)行解讀，提取標(biāo)簽傳送的信息。2022-6-2962.2信號(hào)的編碼與調(diào)制

3、信號(hào)的編碼與調(diào)制2022-6-297 信息，數(shù)據(jù)，信號(hào)2022-6-2982.2.1信號(hào)與信道信號(hào)與信道 信號(hào)是消息的載體，在通信系統(tǒng)中消息以信號(hào)的形式從一點(diǎn)傳送到另一點(diǎn)。 信道是信號(hào)的傳輸媒質(zhì)，信道的作用是把攜有信息的信號(hào)從它的輸入端傳遞到輸出端。 在RFID系統(tǒng)中，讀寫器與電子標(biāo)簽之間交換的是信息，由于采用非接觸的通信方式，讀寫器與電子標(biāo)簽之間構(gòu)成一個(gè)無線通信系統(tǒng)，其中讀寫器是通信的一方，電子標(biāo)簽是通信的另一方。2022-6-2991. 信號(hào)信號(hào) 信號(hào)分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，RFID系統(tǒng)主要處理的是數(shù)字信號(hào)。信號(hào)可以從時(shí)域和頻域兩個(gè)角度來分析，在RFID傳輸技術(shù)中，對信號(hào)頻域的研究比對信號(hào)

4、時(shí)域的研究更重要。讀寫器與電子標(biāo)簽之間傳輸?shù)男盘?hào)有其自身的特點(diǎn)，常需要討論信號(hào)工作方式和通信握手等問題。 信號(hào)工作方式 讀寫器與電子標(biāo)簽之間的工作方式可以分為時(shí)序系統(tǒng)、全雙工系統(tǒng)和半雙工系統(tǒng)，下面就讀寫器與電子標(biāo)簽之間的工作方式予以討論。 2022-6-2910 模擬信號(hào) 信號(hào)波形隨時(shí)間連續(xù)變化； 常用連續(xù)電壓值表示。 數(shù)字信號(hào) 瞬時(shí)跳變直方形； 只有有限個(gè)特定的電壓值。2022-6-2911時(shí)域和頻域信號(hào)分析2022-6-29122022-6-2913 在時(shí)序系統(tǒng)中，從電子標(biāo)簽到讀寫器的信息傳輸是在電子標(biāo)簽?zāi)芰抗?yīng)間歇進(jìn)行的，讀寫器與電子標(biāo)簽不同時(shí)發(fā)射，這種方式可以改善信號(hào)受干擾的狀況，提高

5、系統(tǒng)的工作距離。時(shí)序系統(tǒng)的工作過程如下。 2022-6-2914 （1）讀寫器先發(fā)射射頻能量，該能量傳送到電子標(biāo)簽，給電子標(biāo)簽的電容器充電，將能量用電容器存儲(chǔ)起來，這時(shí)電子標(biāo)簽的芯片處于省電模式或備用模式。 （2）讀寫器停止發(fā)射能量，電子標(biāo)簽開始工作，電子標(biāo)簽利用電容器的儲(chǔ)能向讀寫器發(fā)送信號(hào)，這時(shí)讀寫器處于接收電子標(biāo)簽響應(yīng)的狀態(tài)。 （3）能量傳輸與信號(hào)傳輸交叉進(jìn)行，一個(gè)完整的讀出周期由充電階段和讀出階段兩個(gè)階段構(gòu)成。2022-6-29152022-6-2916 通信握手 通信握手是指讀寫器與電子標(biāo)簽雙方在通信開始、結(jié)束和通信過程中的基本溝通，通信握手要解決通信雙方的工作狀態(tài)、數(shù)據(jù)同步和信息確認(rèn)

6、等問題。 （1）優(yōu)先通信。 RFID由通信協(xié)議確定誰優(yōu)先通信，即是讀寫器，還是電子標(biāo)簽。對于無源和半有源系統(tǒng)，都是讀寫器先講；對于有源系統(tǒng)，雙方都有可能先講。 （2）數(shù)據(jù)同步。 讀寫器與電子標(biāo)簽在通信之前，要協(xié)調(diào)雙方的位速率，保持?jǐn)?shù)據(jù)同步。讀寫器與電子標(biāo)簽的通信是空間通信，數(shù)據(jù)傳輸采用串行方式進(jìn)行。 （3）信息確認(rèn)。 信息確認(rèn)是指確認(rèn)讀寫器與電子標(biāo)簽之間信息的準(zhǔn)確性，如果信息不正確，將請求重發(fā)。RFID的通信協(xié)議常采用自動(dòng)連續(xù)重發(fā)，接收方比較數(shù)據(jù)后丟掉錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，保留正確數(shù)據(jù)。 2022-6-29172. 信道信道 信道可以分為兩大類，一類是電磁波在空間傳播的渠道，如短波信道、微波信道等；另一類

7、是電磁波的導(dǎo)引傳播渠道，如電纜信道、波導(dǎo)信道等。RFID的信道是具有各種傳播特性的自由空間，所以RFID采用無線信道。 2022-6-29182022-6-29191）信道帶寬 信號(hào)所擁有的頻率范圍叫做信號(hào)的頻帶寬度，簡稱帶寬。模擬信道的帶寬為21BWff2022-6-29202）信道傳輸速率 信道傳輸速率就是數(shù)據(jù)在傳輸介質(zhì)（信道）上的傳輸速率。數(shù)據(jù)傳輸速率是描述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的重要技術(shù)指標(biāo)之一，數(shù)據(jù)傳輸速率在數(shù)值上等于每秒鐘傳輸數(shù)據(jù)代碼的二進(jìn)制比特?cái)?shù)，數(shù)據(jù)傳輸速率的單位為比特/秒（b/s）。3）波特率與比特率 在信息傳輸通道中，攜帶數(shù)據(jù)信息的信號(hào)單元叫碼元，每秒鐘通過信道傳輸?shù)拇a元數(shù)稱為碼元傳

8、輸速率，簡稱波特率。比特率是數(shù)據(jù)傳輸速率，表示單位時(shí)間內(nèi)可傳輸二進(jìn)制位的位數(shù)。 如果一個(gè)碼元的狀態(tài)數(shù)可以用M個(gè)離散電平個(gè)數(shù)來表示，有如下關(guān)系： 波特率=比特率/每符號(hào)的比特?cái)?shù)2022-6-29214）信道容量 信道容量是信道的一個(gè)參數(shù)，反映了信道所能傳輸?shù)淖畲笮畔⒘?。?）具有理想低通矩形特性的信道。 根據(jù)奈奎斯特準(zhǔn)則，這種信道的最高碼元傳輸速率為 最高碼元傳輸速率=2BW 也即這種信道的最高數(shù)據(jù)傳輸速率為：22BWlogCM2022-6-2922（2）帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道。 香農(nóng)提出并嚴(yán)格證明了在被高斯白噪聲干擾的信道中，最大信息傳送 速率的公式。這種情況的信道容量為：（3）RF

9、ID的信道容量。 帶寬越大，信道容量越大。在物聯(lián)網(wǎng)中RFID主要選用微波頻率，微波 頻率比低頻頻率和高頻頻率有更大的帶寬。 信噪比越大，信道容量越大。RFID無線信道有傳輸衰減和多徑效應(yīng)等 ，應(yīng)盡量減小衰減和失真，提高信噪比。 2BWlog1SCN2022-6-29232022-6-29242022-6-29252.2.2編碼與調(diào)制編碼與調(diào)制 數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號(hào)來傳遞信息的通信系統(tǒng)，其涉及的技術(shù)問題很多，其中主要有信源編碼與解碼、加密與解密、信道編碼與解碼、數(shù)字調(diào)制與解調(diào)以及同步等。 1.編碼與解碼編碼與解碼 編碼是為了達(dá)到某種目的而對信號(hào)進(jìn)行的一種變換。其逆變換稱為解碼或譯碼。根據(jù)編

10、碼的目的不同，編碼理論有信源編碼、信道編碼和保密編碼三個(gè)分支 2022-6-29261）信源編碼與解碼 信源編碼是對信源輸出的信號(hào)進(jìn)行變換，包括連續(xù)信號(hào)的離散化（即將模擬信號(hào)通過采樣和量化變成數(shù)字信號(hào)），以及對數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮以提高信號(hào)傳輸有效性而進(jìn)行的編碼。信源解碼是信源編碼的逆過程。2）信道編碼與解碼 信道編碼是對信源編碼器輸出的信號(hào)進(jìn)行再變換，包括區(qū)分通路、適應(yīng)信道條件和提高通信可靠性而進(jìn)行的編碼，可實(shí)現(xiàn)糾檢錯(cuò)。信道解碼是信道編碼的逆過程。 2022-6-29273）保密編碼與解碼 保密編碼是對信號(hào)進(jìn)行再變換，即為了使信息在傳輸過程中不易被人竊譯而進(jìn)行的編碼。在需要實(shí)現(xiàn)保密通信的場合，為了保

11、證所傳信息的安全，人為將被傳輸?shù)臄?shù)字序列擾亂，即加上密碼，這種處理過程稱為加密。保密解碼是保密編碼的逆過程，保密解碼在接收端利用與發(fā)送端相同的密碼復(fù)制品對收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解密，恢復(fù)原來信息。2022-6-29282.調(diào)制和解調(diào)調(diào)制和解調(diào) 調(diào)制的目的是把傳輸?shù)哪M信號(hào)或數(shù)字信號(hào)，變換成適合信道傳輸?shù)男盘?hào)，意味著要把信源的基帶信號(hào)，轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)相對基帶頻率而言非常高的帶通信號(hào)（僅在一段頻率范圍內(nèi)能夠通過信道）。調(diào)制的過程用于通信系統(tǒng)的發(fā)送端，調(diào)制就是將基帶信號(hào)的頻譜搬移到信道通帶中的過程，經(jīng)過調(diào)制的信號(hào)稱為已調(diào)信號(hào)，已調(diào)信號(hào)的頻譜具有帶通的形式，已調(diào)信號(hào)稱為帶通信號(hào)或頻帶信號(hào)。在接收端需將已調(diào)信號(hào)還原

12、成原始信號(hào)，解調(diào)是將信道中的頻帶信號(hào)恢復(fù)為基帶信號(hào)的過程。 2022-6-2929 數(shù)字調(diào)制的方法通常稱為鍵控法，常用的數(shù)字調(diào)制解調(diào)方式有幅移鍵控 （Amplitude Shift Keying，ASK）、頻移鍵控（Frequency Shift Keying，F(xiàn)SK）和相移鍵控（Phase Shift Key，PSK）等方式。為簡化射頻標(biāo)簽設(shè)計(jì)并降低成本，多數(shù)射頻識(shí)別系統(tǒng)采用ASK調(diào)制方式。 2022-6-29302.2.3 RFID常用的編碼方法常用的編碼方法* 編碼是RFID系統(tǒng)的一項(xiàng)重要工作，二進(jìn)制編碼是用不同形式的代碼來表示二進(jìn)制的1和0。對于傳輸數(shù)字信號(hào)來說，最常用的方法是用不同的

13、電壓電平來表示兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)字，也即數(shù)字信號(hào)由矩形脈沖組成。 RFID常用的編碼方式：反向不歸零碼（NRZ），曼徹斯特編碼（Manchester），單極性歸零編碼（RZ），差分二相編碼（DBP），密勒編碼（Miller），變形密勒編碼和差分編碼。2022-6-29311. 編碼格式編碼格式1）反向不歸零編碼（NRZ） 這是一種簡單的數(shù)字基帶編碼方式，反向不歸零編碼用高電平表示二進(jìn)制的1，用低電平表示二進(jìn)制的0。 2022-6-29322）曼徹斯特編碼 曼徹斯特編碼也稱為分相編碼（Split-Phase Coding）。2022-6-29333）單極性歸零編碼 對于單極性歸零碼，當(dāng)發(fā)1碼時(shí)發(fā)出正電

14、流，但正電流持續(xù)的時(shí)間短于一個(gè)碼元寬度，即發(fā)出一個(gè)窄脈沖；當(dāng)發(fā)0碼時(shí)，仍然完全不發(fā)送電流。2022-6-29344）差動(dòng)雙相編碼 差動(dòng)雙相編碼在半個(gè)位周期中的任意邊沿表示二進(jìn)制0，而沒有邊沿跳變表示二進(jìn)制1。此外，在每個(gè)位周期開始時(shí)，電平都要反相。差動(dòng)雙相編碼對接收器來說位節(jié)拍比較容易重建。 2022-6-29355）密勒編碼 密勒編碼在位周期開始時(shí)產(chǎn)生電平交變，對接收器來說，位節(jié)拍比較容易重建。密勒編碼在半個(gè)位周期內(nèi)的任意邊沿表示二進(jìn)制1，而經(jīng)過下一個(gè)位周期中不變的電平表示二進(jìn)制0。 6）變形密勒編碼 變形密勒編碼相對于密勒編碼來說，將其每個(gè)邊沿都用負(fù)脈沖代替。由于負(fù)脈沖的時(shí)間較短，可以保證

15、數(shù)據(jù)在傳輸過程中，能夠從高頻場中持續(xù)為射頻標(biāo)簽提供能量。變形密勒編碼在電感耦合的射頻識(shí)別系統(tǒng)中，主要用于從讀寫器到射頻標(biāo)簽的數(shù)據(jù)傳輸。 2022-6-29367）差分編碼 對于差分編碼，每個(gè)要傳輸?shù)亩M(jìn)制1都會(huì)引起信號(hào)電平的變化，而對于二進(jìn)制0，信號(hào)電平保持不變。 2022-6-29372. 編碼方式的選擇因素編碼方式的選擇因素 1）編碼方式的選擇要考慮電子標(biāo)簽?zāi)芰康膩碓?，必須保證不能中斷讀寫器對電子標(biāo)簽的能量供應(yīng)； 2）編碼方式的選擇要考慮電子標(biāo)簽檢錯(cuò)的能力，曼徹斯特，差動(dòng)雙向編碼，單極性歸零編碼較強(qiáng)； 3）編碼方式的選擇要考慮電子標(biāo)簽時(shí)鐘的提取，曼徹斯特，密勒，差動(dòng)2022-6-2938

16、2.2.4 RFID常用的調(diào)制方法1. 調(diào)制調(diào)制和解調(diào)和解調(diào) 按照從讀寫器到電子標(biāo)簽的傳輸方向，讀寫器中發(fā)送的信號(hào)首先需要編碼，然后通過調(diào)制器調(diào)制，最后傳送到傳輸通道上去。用數(shù)字基帶信號(hào)控制載波，把數(shù)字基帶信號(hào)變換為數(shù)字已調(diào)信號(hào)的過程稱為數(shù)字調(diào)制，RFID主要采用數(shù)字調(diào)制的方式。2022-6-29392. 載波載波 在信號(hào)傳輸?shù)倪^程中，并不是將信號(hào)直接進(jìn)行傳輸，而是將信號(hào)與一個(gè)固定頻率的波進(jìn)行相互作用，這個(gè)過程稱為加載，這樣一個(gè)固定頻率的波稱為載波。在RFID系統(tǒng)中，正弦載波除了是信息的載體外，在無源電子標(biāo)簽中還具有提供能量的作用，這一點(diǎn)與其他無線通信有所不同。 2022-6-29403. 振

17、幅鍵控振幅鍵控（ASK） 調(diào)幅是指載波的頻率和相位不變，載波的振幅隨調(diào)制信號(hào)的變化而變化。振幅鍵控是利用載波的幅度變化來傳遞數(shù)字信息，在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，載波的幅度只有兩種變化，分別對應(yīng)二進(jìn)制信息的1和0。目前電感耦合RFID系統(tǒng)常采用ASK調(diào)制方式，如ISO/IEC 14443及ISO/IEC l5693標(biāo)準(zhǔn)均采用ASK調(diào)制方式。 1）二進(jìn)制振幅鍵控 coscv ts tt nsns ta g tnT2022-6-29412022-6-2942 鍵控度2022-6-29434. 頻移鍵控頻移鍵控 頻移鍵控（FSK）是利用載波的頻率變化來傳遞數(shù)字信息，是對載波的頻率進(jìn)行鍵控。二進(jìn)制頻移鍵控載波

18、的頻率只有兩種變化狀態(tài)，載波的頻率在和兩個(gè)頻率點(diǎn)變化，分別對應(yīng)二進(jìn)制信息的1和0。1）二進(jìn)制頻移鍵控的定義 二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)可以表示成在兩個(gè)頻率點(diǎn)變化的載波，其表達(dá)式為 12coscosnnAtv tAt發(fā)送1發(fā)送02022-6-29442022-6-2945 5. 相移鍵控相移鍵控 相移鍵控（PSK）是利用載波的相位變化來傳遞數(shù)字信息，是對載波的相位進(jìn)行鍵控。二進(jìn)制相移鍵控載波的初始相位有兩種變化狀態(tài)，通常載波的初始相位在0和兩種狀態(tài)間變化，分別對應(yīng)二進(jìn)制信息的1和0。2022-6-29462022-6-2947 6. 副載波調(diào)制副載波調(diào)制 副載波調(diào)制是指首先把信號(hào)調(diào)制在載波1上，出于某種

19、原因，決定對這個(gè)結(jié)果再進(jìn)行一次調(diào)制，于是用這個(gè)結(jié)果去調(diào)制另外一個(gè)頻率更高的載波2。 在RFID副載波調(diào)制中，首先用基帶編碼的數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)制低頻率的副載波，已調(diào)的副載波信號(hào)用于切換負(fù)載電阻，然后采用振幅鍵控ASK、頻移鍵控FSK或相移鍵控PSK的調(diào)制方法，對副載波進(jìn)行二次調(diào)制。 2022-6-29482022-6-2949采用ASK調(diào)制2022-6-2950 ASK，F(xiàn)SK，PSK比較2022-6-29512.3 RFID數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾? 使用非接觸技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，很容易遇到干擾，使傳輸數(shù)據(jù)發(fā)生意外的改變從而導(dǎo)致傳輸錯(cuò)誤。此類問題通常是由外界的各種干擾和多個(gè)應(yīng)答器同時(shí)占用信道發(fā)送數(shù)據(jù)產(chǎn)生碰撞造成

20、的，針對這兩種情況，常用的處理方法是采用校驗(yàn)和法和多路存取法。2022-6-29522.3.1 校驗(yàn)和法 1. 奇偶校驗(yàn) 奇偶校驗(yàn)是一種簡單的使用廣泛的校驗(yàn)方法。奇偶校驗(yàn)分奇校驗(yàn)和偶校驗(yàn)，收發(fā)兩端必須約定校驗(yàn)方式。 方法：在傳輸?shù)囊粋€(gè)字節(jié)上附加一個(gè)校驗(yàn)位，形成9位數(shù)據(jù)碼傳輸。 判斷：奇校驗(yàn)中，如果9位數(shù)中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，正確；偶校驗(yàn)中，1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，正確。 缺點(diǎn)：只能判斷奇數(shù)個(gè)位出錯(cuò)。2022-6-29532022-6-29542. 縱向冗余校驗(yàn) 縱向冗余校驗(yàn)（LRC）是把傳輸數(shù)據(jù)塊的所有字節(jié)進(jìn)行按位加（或稱異或運(yùn)算），其結(jié)果就是校驗(yàn)字節(jié)。在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，附加傳輸校驗(yàn)字節(jié)。在收端，將數(shù)據(jù)字節(jié)和

21、校驗(yàn)字節(jié)進(jìn)行按位加，如果結(jié)果為0，就認(rèn)為傳輸正確，否則認(rèn)為傳輸錯(cuò)誤?？v向冗余校驗(yàn)也稱作代碼和校驗(yàn)。 缺點(diǎn)：能力有限，如果出現(xiàn)多個(gè)位錯(cuò)位難以識(shí)別。2022-6-29552022-6-29563. 循環(huán)冗余碼校驗(yàn)（CRC） 循環(huán)冗余碼校驗(yàn)是由循環(huán)多項(xiàng)式生成的。假如16位的CRC生成多項(xiàng)式是：其二進(jìn)制序列為10001000000100001（十六進(jìn)制為11021h）。 CRC值= M(X) MOD G(X)M( X)=4D6F746Fh，其CRC-16的值是B994h。 發(fā)送：M(X)+CRC值 接收端： (M(X)+CRC值) MOD G(X)=0 缺點(diǎn)：能識(shí)別錯(cuò)誤但不能校驗(yàn)。16125( )=+

22、1G XXXX2022-6-29572022-6-29582022-6-29592022-6-29602022-6-29612022-6-29622022-6-29632.3.2多路存取法2022-6-29642022-6-2965防碰撞算法（防碰撞算法（Anti-collision Algorithms）。）。2022-6-2966 對于射頻識(shí)別系統(tǒng)中存在的不同通信形式一般有三種。 方式1：“無線廣播”式，信息由無線電廣播發(fā)射機(jī)發(fā)射； 方式2：多路存取通信 2022-6-2967 方式3：多個(gè)讀寫器同時(shí)給多個(gè)應(yīng)答器發(fā)送數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在射頻識(shí)別系統(tǒng)中這種情況很少遇到，常常遇到“多路存取”通信方式。2

23、022-6-2968在無線通信技術(shù)中，通信沖突的問題是長久以來存在的問題，但同時(shí)也研究出許多相應(yīng)的解決方法。基本上有4種不同的方法：空分多路法（Space Division Multiple Access，SDMA）頻分多路法（Frequency Division Multiple Access，F(xiàn)DMA）時(shí)分多路法（Time Division Multiple Access，F(xiàn)DMA）碼分多路法（Code Division Multiple Access，CDMA） 防碰撞算法利用多路存取法，使射頻識(shí)別系統(tǒng)中讀寫器與應(yīng)答器之間數(shù)據(jù)完整地傳輸。2022-6-29692022-6-2970202

24、2-6-29712022-6-29722022-6-29732022-6-29742022-6-29752.3.3防碰撞算法1. ALOHA算法2022-6-29761）純ALOHA算法2022-6-29772022-6-2978 對于RFID系統(tǒng)，當(dāng)吞吐率S等于1，即是在傳輸期間無碰撞的傳輸數(shù)據(jù)包，等于0表示數(shù)據(jù)沒有發(fā)送或由于碰撞不能準(zhǔn)確地讀出傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。傳輸通道的平均吞吐率S為nnniGrT( 2)eGSG平均交換的數(shù)據(jù)包含量平均交換的數(shù)據(jù)包含量G可以表示為可以表示為2022-6-2979 如果對G求導(dǎo)，可以得出在G=0.5時(shí)，得到最大吞吐率為18.4，對較小的交換數(shù)據(jù)包量來說，傳輸通路的

25、大部分時(shí)間沒有被利用。擴(kuò)大交換的數(shù)據(jù)包量時(shí)，應(yīng)答器之間的碰撞立即明顯增加，80以上的通路容量沒有利用。 成功傳輸數(shù)據(jù)包的概率q，可以從平均的交換的數(shù)據(jù)包量G和吞吐率S可以計(jì)算出來，即 2eGSqG2022-6-29802022-6-29812）時(shí)隙ALOHA算法2022-6-29822022-6-29833）動(dòng)態(tài)時(shí)隙ALOHA算法2022-6-29842022-6-29852022-6-29862. 二進(jìn)制搜索算法2022-6-2987 實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制搜索算法的前提是： 讀寫器在解碼時(shí)能夠判斷出現(xiàn)錯(cuò)誤的位（曼徹斯特編碼可以檢測出碰撞位）； 每個(gè)標(biāo)簽有一個(gè)唯一識(shí)別碼UID。 二進(jìn)制搜索算法的基本思路

26、是，多個(gè)標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器工作場后，讀寫器發(fā)送帶限制條件的詢問命令，滿足限制條件的標(biāo)簽回答，如果發(fā)生碰撞，則根據(jù)發(fā)生錯(cuò)誤的位修改限制條件，再一次發(fā)送詢問命令，直到找到一個(gè)正確的回答，并完成對該標(biāo)簽的讀寫操作。對剩余的標(biāo)簽重復(fù)以上操作，直到完成對所有標(biāo)簽的讀寫操作。2022-6-29882022-6-29892022-6-2990 為了實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制搜索算法，引入以下4種命令。（1）REQUEST：發(fā)送一序列號(hào)作為參數(shù)給區(qū)域內(nèi)標(biāo)簽。標(biāo)簽把自己的序列號(hào)與接收的相比較，若小于或者等于，則此標(biāo)簽回送其序列號(hào)給閱讀器。（2）SELECT：用某個(gè)（事先確定的）序列號(hào)作為參數(shù)發(fā)送給標(biāo)簽。具有相同的序列號(hào)的標(biāo)簽將以此

27、作為執(zhí)行其他命令（讀出和寫入）的切入開關(guān)，即選擇了標(biāo)簽。（3）READDATA：選中的標(biāo)簽將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)發(fā)送給閱讀器。 （4）UNSELECT：取消一個(gè)事先選中的標(biāo)簽，標(biāo)簽進(jìn)入無聲狀態(tài)，這樣標(biāo)簽對REQUEST命令不作應(yīng)答2022-6-29912022-6-29922022-6-29932022-6-29942022-6-29952.4 RFID數(shù)據(jù)安全性2022-6-29962.4.1安全攻擊與安全風(fēng)險(xiǎn)1安全攻擊 擾亂合法處理器的工作，影響RFID正常使用。 解決方法:認(rèn)證技術(shù) 2022-6-2997 不影響RFID正常工作，但獲取相關(guān)信息。 解決方法：加密2022-6-2998 2安全風(fēng)險(xiǎn)

28、RFID當(dāng)初的應(yīng)用設(shè)計(jì)是完全開放的，是出現(xiàn)安全隱患的根本原因。安全隱患會(huì)出現(xiàn)在射頻標(biāo)簽、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)等各個(gè)環(huán)節(jié)。 RFID系統(tǒng)中最主要的安全風(fēng)險(xiǎn)是保密性，破解RFID標(biāo)簽。 另一個(gè)安全風(fēng)險(xiǎn)是位置保密或跟蹤，截獲RFID標(biāo)簽。 拒絕服務(wù)和偽造標(biāo)簽是常見的安全風(fēng)險(xiǎn)，復(fù)制RFID標(biāo)簽。 另外，增加供應(yīng)鏈的透明度是RFID的主要優(yōu)勢之一，但這給數(shù)據(jù)安全帶來了新的隱患。2022-6-29992.4.2 RFID系統(tǒng)的安全需求 機(jī)密性：標(biāo)簽需要對閱讀器進(jìn)行認(rèn)證； 完整性：接收信息不被篡改或替換； 可用性：必須設(shè)計(jì)良好的安全認(rèn)證協(xié)議； 真實(shí)性：閱讀器需要對標(biāo)簽進(jìn)行認(rèn)證； 隱私性：信息要經(jīng)過加密。2022-6-

29、291002.4.3 密碼學(xué)基礎(chǔ) 1. 密碼學(xué)的基本概念加密和解密變換的關(guān)系式為=( )Kc Em=( )=( )KKKm DcDEm2022-6-29101 密碼學(xué)的一條基本原則是必須假定破譯者知道通用的加密方法，也就是說， 加密算法E是公開的，因此真正的秘密就在于密鑰。2. 對稱密碼體制 1）概述 對稱密碼體制是一種常規(guī)密鑰密碼體制，也稱為單鑰密碼體制或私鑰密碼體制。在對稱密碼體制中，加密密鑰和解密密鑰相同。 從得到的密文序列的結(jié)構(gòu)來劃分，有序列密碼和分組密碼兩種不同的密碼體制。序列密碼是將明文m看成連續(xù)的比特流（或字符流）m1m2，并且用密鑰序列K=K1K2中的第i個(gè)元素Ki對明文中的m

30、i進(jìn)行加密，因此也稱為流密碼。2022-6-29102 分組密碼是將明文劃分為固定的n比特的數(shù)據(jù)組，然后以組為單位，在密鑰的控制下進(jìn)行一系列的線性或非線性的變化而得到密文。分組密碼的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是不需要同步。對稱密碼體制算法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算開銷小、速度快，是目前用于信息加密的主要算法。2）分組密碼 分組密碼中具有代表性的是數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)（Data Encryption Standard，DES）和高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)（Advanced Encryption Standard，AES）。2022-6-29103（1） DES。 DES由IBM公司于1975年研究成功并發(fā)表，1977年被美國定為聯(lián)邦信息標(biāo)準(zhǔn)。D

31、ES的分組長度為64位，密鑰長度為56位，將64位的明文經(jīng)加密算法變換為64位的密文。 64位的明文m經(jīng)初始置換IP后的64位輸出分別記為左半邊32位L0和右半邊32位R0，然后經(jīng)過16次迭代。如果用mi表示第i次的迭代結(jié)果，同時(shí)令Li和Ri分別代表m的左半邊和右半邊。-1=iiL R-1-1=(,)iiiiR Lf RK2022-6-291042022-6-291052022-6-291062022-6-29107（2）AES。 AES是新的加密標(biāo)準(zhǔn)，是分組加密算法，分組長度為128位，密鑰長度有128位、192位、256位三種，分別稱為AES-128，AES-192，AES-256。DES

32、中沒有給出S盒是如何設(shè)計(jì)的，而AES的S盒是公開的。因此，AES在電子商務(wù)等眾多方面將會(huì)獲得更廣泛的應(yīng)用。3）序列密碼 序列密碼也稱為流密碼，由于其計(jì)算復(fù)雜度低，硬件實(shí)現(xiàn)容易，因此在RFID系統(tǒng)中獲得了廣泛應(yīng)用。2022-6-291083.非對稱密碼體制非對稱密碼體制也稱為公鑰密碼體制、雙鑰密碼體制。 在這種算法中，每個(gè)用戶都使用兩個(gè)密鑰：其中加密密鑰是公開的，用于其他人向他發(fā)送加密報(bào)文（用公開的加密密鑰和加密算法）；解密密鑰用于自己對收到的密文進(jìn)行解密，這是保密的。通常稱公開密鑰算法中的加密密鑰為公開密鑰，解密密鑰為私人密鑰，以區(qū)別傳統(tǒng)密碼學(xué)中的秘密密鑰。2022-6-291092.4.4

33、RFID中的認(rèn)證技術(shù) 射頻識(shí)別技術(shù)認(rèn)證技術(shù)要解決閱讀器與應(yīng)答器之間的互相認(rèn)證問題。即應(yīng)答器應(yīng)確認(rèn)閱讀器的身份，防止存儲(chǔ)數(shù)據(jù)未被認(rèn)可地讀出或重寫；閱讀器也應(yīng)確認(rèn)應(yīng)答器的身份，以防止假冒和讀入偽造數(shù)據(jù)。2022-6-291102.4.4 RFID中的認(rèn)證技術(shù) 射頻識(shí)別技術(shù)認(rèn)證技術(shù)要解決閱讀器與應(yīng)答器之間的互相認(rèn)證問題。即應(yīng)答器應(yīng)確認(rèn)閱讀器的身份，防止存儲(chǔ)數(shù)據(jù)未被認(rèn)可地讀出或重寫；閱讀器也應(yīng)確認(rèn)應(yīng)答器的身份，以防止假冒和讀入偽造數(shù)據(jù)。1. 相互對稱認(rèn)證 閱讀器和應(yīng)答器之間的互相認(rèn)證采用國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 9798-2的“三次認(rèn)證”，這是基于共享秘密密鑰的用戶認(rèn)證協(xié)議的方法。2022-6-29111（1）閱讀器發(fā)送查詢