物聯(lián)網(wǎng)與RFID應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)-3

物聯(lián)網(wǎng)與RFID應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)-3第一頁，共68頁。3.RFID應(yīng)用技術(shù)

3.1RFID技術(shù)的工作原理3.2RFID技術(shù)的頻率標準和技術(shù)規(guī)范

3.3射頻電子標簽

3.4讀寫器3.5RFID與無線傳感網(wǎng)的融合技術(shù)第二頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理無線射頻識別技術(shù)基本工作原理無線射頻識別的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議與安全性數(shù)據(jù)完整性多目標識別與系統(tǒng)防沖突第三頁，共68頁。

3.1RFID技術(shù)的工作原理

--無線射頻識別技術(shù)基本工作原理無線射頻識別技術(shù)（RadioFrequencyIdentification）是一種非接觸的自動識別技術(shù)，其基本原理是利用射頻信號和空間耦合（電感或電磁耦合）傳輸特性，實現(xiàn)對被識別物體的自動識別。第四頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--無線射頻識別技術(shù)基本工作原理無線射頻識別系統(tǒng)的基本構(gòu)成第五頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--無線射頻識別技術(shù)基本工作原理工作頻率讀寫器發(fā)送無線信號時所使用的頻率稱為無線射頻識別系統(tǒng)的工作頻率低頻（30～300kHz）高頻（3～30MHz）超高頻（300MHz～3GHz）微波（2.45G以上）第六頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--無線射頻識別技術(shù)基本工作原理工作頻率第七頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--無線射頻識別技術(shù)基本工作原理讀寫器及天線第八頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--無線射頻識別技術(shù)基本工作原理讀寫器及天線第九頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--無線射頻識別技術(shù)基本工作原理讀寫器及天線第十頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--無線射頻識別技術(shù)基本工作原理不同的電子標簽及封裝第十一頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--無線射頻識別技術(shù)基本工作原理不同的電子標簽及封裝第十二頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--無線射頻識別技術(shù)基本工作原理不同的電子標簽及封裝第十三頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--無線射頻識別技術(shù)基本工作原理第十四頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--讀寫器的主要功能與應(yīng)答器的通信功能：讀寫器的基本功能。與應(yīng)用系統(tǒng)之間的通信功能：讓應(yīng)用系統(tǒng)能夠?qū)ψx寫器進行控制并處理應(yīng)答器的數(shù)據(jù)信息。在讀寫區(qū)內(nèi)實現(xiàn)多應(yīng)答器識別，完成防沖突功能校驗讀寫過程中的錯誤。第十五頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--讀寫器的主要功能第十六頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--讀寫器的主要功能第十七頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--讀寫器的主要功能第十八頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--讀寫器與應(yīng)用系統(tǒng)之間的接口應(yīng)用系統(tǒng)→讀寫器配置命令其他命令讀寫器→應(yīng)用系統(tǒng)當(dāng)前配置狀態(tài)命令的執(zhí)行結(jié)果第十九頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--發(fā)生在讀寫器和標簽之間的射頻信號的耦

合類型有兩種電感耦合變壓器模型、電磁感應(yīng)定律典型作用距離為10～20cm典型工作頻率125kHz,225kHz,13.56MHz具有環(huán)形天線的典型低頻、高頻標簽第二十頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--發(fā)生在讀寫器和標簽之間的射頻信號的耦

合類型有兩種電磁反向散射耦合雷達原理模型、電磁波的空間傳播規(guī)律典型工作距離為3～10m典型工作頻433MHz,915MHz,2.45GHz,5.8GHz具有雙極天線的超高頻和微波標簽第二十一頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--無線射頻識別系統(tǒng)的基本構(gòu)成第二十二頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--被動式標簽系統(tǒng)流程圖第二十三頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--工作時序方式讀寫器和電子標簽的工作次序讀寫器先講（ReaderTalkFirst,RTF）標簽先講（TagTalkFirst,TTF）多標簽同時識讀（無沖突）第二十四頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--數(shù)據(jù)通信方式讀寫器→標簽數(shù)據(jù)寫入（離線/在線）標簽→讀寫器標簽收到讀寫器的射頻能量時，即被激活并向讀寫器反射標簽存儲的數(shù)據(jù)信息標簽被激活后，根據(jù)讀寫器的指令轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)或休眠狀態(tài)第二十五頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--無線射頻識別的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議與安全性數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議與方式第二十六頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--無線射頻識別的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議與安全性數(shù)據(jù)編碼方法反向不歸零編碼（NonReturntoZero）曼徹斯特編碼（Manchester）單極性歸零編碼（UnipolarRZ）差動雙項編碼（DBP）米勒編碼（Miller）差動編碼脈沖寬度編碼（PulseWidthModulation）脈沖位置編碼（PulsePositionModulation）第二十七頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--無線射頻識別的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議與安全性數(shù)據(jù)編碼方法第二十八頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--無線射頻識別的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議與安全性數(shù)據(jù)編碼方法第二十九頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--無線射頻識別的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議與安全性數(shù)據(jù)編碼方法第三十頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--無線射頻識別的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議與安全性脈沖位置編碼每個數(shù)據(jù)比特的寬度是一致的。脈沖出現(xiàn)在第一個時間段表示00第二個時間段表示01第三個時間段表示10第四個時間段表示11第三十一頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--無線射頻識別的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議與安全性數(shù)據(jù)安全性高度安全的射頻識別系統(tǒng)對以下單項攻擊應(yīng)能予以防范：為復(fù)制或改變數(shù)據(jù)，未經(jīng)授權(quán)的讀取數(shù)據(jù)載體。將外來數(shù)據(jù)載體置入某個讀寫器詢問范圍內(nèi)，企圖進行一些非授權(quán)行為。為假冒真正數(shù)據(jù)載體，竊聽無線電通信并重放數(shù)據(jù)。第三十二頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--無線射頻識別的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議與安全性相互對稱的鑒別加密密鑰和解密密鑰一樣。讀寫器：需要防止假冒的偽造數(shù)據(jù)。標簽：需要防止未經(jīng)認可的數(shù)據(jù)讀取或重寫。第三十三頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--無線射頻識別的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議與安全性相互對稱的鑒別過程第三十四頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--無線射頻識別的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議與安全性相互鑒別過程的優(yōu)點密鑰從不經(jīng)過空間傳輸，而只是傳輸加密的隨機數(shù)?？偸莾蓚€隨機數(shù)同時加密，排除為計算密鑰用隨機數(shù)A執(zhí)行逆變換獲取令牌1的可能性?？墒褂萌我馑惴▽α钆七M行加密。通過嚴格使用來自兩個獨立源（標簽、讀寫器的隨機數(shù)，使回放攻擊而記錄鑒別序列的方法失敗。從產(chǎn)生的隨機數(shù)可算出隨機密鑰，以便加密后續(xù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。第三十五頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--無線射頻識別的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議與安全性相互鑒別過程的缺點所有屬于同一應(yīng)用的標簽都采用相同的密鑰K來保護。安全程度依賴于密鑰的保密程度。第三十六頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--改進后相互對稱鑒別過程：利用導(dǎo)出密鑰的鑒別第三十七頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--加密的數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)在傳輸時受到的物理影響可能是面臨某種干擾（隱藏的攻擊者）。第三十八頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--加密算法對稱加密算法：加密密鑰和解密密鑰相同，或者相互間有直接的關(guān)系。非對稱加密算法：解密過程與加密密鑰的知識無關(guān)。序列密碼：每個符號在傳輸前單獨加密。分組密碼：多個符號劃分為一組進行加密。第三十九頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--序列密碼加密示意圖第四十頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--序列密碼加密示意圖第四十一頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--由線性反饋移位寄存器組成的偽隨機數(shù)發(fā)生器第四十二頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--數(shù)據(jù)完整性數(shù)據(jù)完整性用來描述數(shù)據(jù)傳輸過程中一組、一幀或者一包數(shù)據(jù)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)一致性。采用非接觸技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)時，很容易遇上干擾，使傳輸數(shù)據(jù)發(fā)生改變，因而導(dǎo)致傳輸錯誤，通常采用數(shù)據(jù)檢錯與糾錯算法來解決常采用的方法有奇偶校驗、縱向冗余校驗、循環(huán)冗余校驗第四十三頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--奇偶校驗法把一個奇偶校驗位組合到每一字節(jié)中（即每字節(jié)發(fā)送9位）接收端對接收到的數(shù)據(jù)進行與發(fā)送端相同的校驗方法優(yōu)點：簡單，且廣泛使用缺點：識別錯誤的能力低第四十四頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--縱向冗余校驗法（LRC）第四十五頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--縱向冗余校驗法（LRC）優(yōu)點：算法簡單缺點：多個錯誤可能相互抵消主要用于快速校驗很小的數(shù)據(jù)塊，對容量較小的標簽（每次交互數(shù)據(jù)量不大）比較適合。第四十六頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--循環(huán)冗余校驗法（CRC）第四十七頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--循環(huán)冗余校驗法（CRC）以8位數(shù)據(jù)91H（）為例，可把它看成是7次多項式：

的系數(shù)算法規(guī)則（CRC碼）為4次多項式：系數(shù)為10101在信息碼后面添加4個0,構(gòu)成多項式，即1第四十八頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--常用的CRC碼第四十九頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--干擾與抗干擾標簽標簽錯誤的響應(yīng)讀寫器的命令標簽工作狀態(tài)的混亂可寫入標簽錯誤的進入休眠狀態(tài)讀寫器不能識別正常工作的標簽，誤判標簽故障將一個標簽判別為另外一個標簽，造成識別錯誤第五十頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--可能的抗干擾措施通過標簽與讀寫器通信約定的數(shù)據(jù)完整性方法，檢驗出受到干擾出錯的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)編碼提高數(shù)據(jù)傳輸過程中的抗干擾能力，使得數(shù)據(jù)傳輸中不容易受到干擾通過數(shù)據(jù)編碼與數(shù)據(jù)完整性校驗，糾正數(shù)據(jù)傳輸中的某些差錯通過多次重發(fā)、比較剔除出錯的數(shù)據(jù)并保留判斷為正確的數(shù)據(jù)第五十一頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--識讀率與誤讀率第五十二頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--多目標識別與系統(tǒng)防沖突第五十三頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--多目標識別與系統(tǒng)防沖突沖突？！由于無法預(yù)知讀寫范圍內(nèi)應(yīng)答器的情況，因此從讀寫器到應(yīng)答器的數(shù)據(jù)傳輸只能采用廣播形式，即讀寫器發(fā)送的信號被所有應(yīng)答器同時接收。此時，由于同一標準的應(yīng)答器采用的頻率一樣，因此如果多個應(yīng)答器同時發(fā)送數(shù)據(jù)必然會導(dǎo)致讀寫器讀到的數(shù)據(jù)面目全非，這就是所謂的沖突。第五十四頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--多目標識別與系統(tǒng)防沖突如何解決沖突？讀寫器→標簽：類似于無線電廣播，多個接收機（標簽）同時接收同一個發(fā)射機（讀寫器）發(fā)出的信息。標簽→讀寫器：稱為多路存取，使得在讀寫器作用范圍內(nèi)多個標簽的數(shù)據(jù)同時傳送給讀寫器?？梢越梃b無線電通信系統(tǒng)中多路存取的方法解決沖突問題第五十五頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--多目標識別與系統(tǒng)防沖突射頻識別系統(tǒng)中常用的多路存取方法空分多路法（SDMA）頻分多路法（FMDA）時分多路法（TDMA）第五十六頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--多目標識別與系統(tǒng)防沖突空分多路法（SDMA）空分多路（SpaceDivisionMultipleAccess）法可以理解為在分離的空間范圍內(nèi)重復(fù)使用確定的資源。應(yīng)用到無線射頻識別中，一般有兩種方式：使用多個讀寫器，并將它們的天線安置在一個陣列中，當(dāng)應(yīng)答器進入不同天線作用區(qū)內(nèi)時候，對應(yīng)的讀寫器可讀取應(yīng)答器中的數(shù)據(jù)。第五十七頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--多目標識別與系統(tǒng)防沖突或控者制應(yīng)天答線器依逐次次對對準準每天個線應(yīng)答器第五十八頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--多目標識別與系統(tǒng)防沖突空分多路法的缺點復(fù)雜的天線系統(tǒng)；相當(dāng)高的實施費用；一般應(yīng)用于某些特殊應(yīng)用場合。第五十九頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--多目標識別與系統(tǒng)防沖突頻分多路法頻分多路（FrequencyDivisionMultipleAccess，F(xiàn)DMA）法是把若干個使用不同載波頻率的傳輸通路同時供通信用戶（應(yīng)答器）使用的方法。在射頻識別下行通路（從讀寫器到應(yīng)答器）頻率固定的情況下，上行通路（從應(yīng)答器到讀寫器）中，應(yīng)答器可采用各自獨立的副載波頻率（如在某個頻率范圍內(nèi)）進行數(shù)據(jù)傳輸。第六十頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--多目標識別與系統(tǒng)防沖突頻分多路法的缺點每個接收通路須有自己單獨的接收器，以接收不同頻率的應(yīng)答器信號。局限性更大，讀寫器的成本很高。第六十一頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--多目標識別與系統(tǒng)防沖突時分多路法時分多路（TimeDivisionMultipleAccess，TDMA）法是把整個可供使用的通路容量按時間槽分配給多個用戶（應(yīng)答器）使用的方法，可分為：標簽控制法（隨機的沖突分析）讀寫器控制法（減少沖突應(yīng)答器集合）第六十二頁，共68頁。3.1RFID技術(shù)的工作原理

--多目標識別與系統(tǒng)防沖突標簽控制法——隨機的沖突分析每個應(yīng)答器隨機選擇一個時間槽如