RFID网络基础及实验指导学生用书Word格式.docx
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如图1.2所示。
2.3天线(Antenna)
在标签和读取器间传递射频信号,如图1.3。
任何一个RFID系统至少应包含一根天线(不管是内置还是外置)以发射和接收射频信号。
有些RFID系统是由一根天线来同时完成发射和接收;
而另一些RFID系统则是由一根天线来完成发射而另一根天线来承担接收,所采用天线的形式及数量应视具体应用而定。
3.RFID技术的基本工作原理
标签与阅读器之间的数据传输是通过空气介质以无线电波的形式进行的。
1、读写器将设定数据的无线电载波信号经过发射天线向外发射。
2、当射频标签进入发射天线的工作区时,射频标签被激活后即将自身信息代码经天线发射出去。
3、系统的接收天线接收到射频标签发出的载波信号,经天线的调制器传给读写器。
读写器对接到的信号进行解调解码,送后台电脑控制器。
4、电脑控制器根据逻辑运算判断该射频标签的合法性,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、执行机构按电脑的指令动作。
6、通过计算机通信网络将各个监控点联接起来,构成总控信息平台,根据不同的项目设计不同的软件来完成要达到的功能。
4.RFID工作频率分类
从应用概念来说,射频标签的工作频率也就是射频识别系统的工作频率,是其最重要的特点之一。
毫无疑问,射频标签的工作频率是其最重要的特点之一。
射频标签的工作频率不仅决定着射频识别系统工作原理(电感耦合还是电磁耦合)、识别距离,还决定着射频标签及读写器实现的难易程度和设备的成本。
工作在不同频段或频点上的射频标签具有不同的特点。
射频识别应用占据的频段或频点在国际上有公认的划分,即位于ISM波段之中。
典型的工作频率有:
125kHz,133kHz,13.56MHz,27.12MHz,433MHz,902~928MHz,2.45GHz,5.8GHz等。
1、低频段射频标签。
工作频率范围:
30kHz~300kHz。
典型工作频率:
125KHz,133KHz。
一般这个频段的电子标签都是被动式的。
低频标签的主要优势体现在:
标签芯片一般采用普通的CMOS工艺,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;
非常适合近距离的、低速度的、数据量要求较少的识别应用(例如:
动物识别)等。
劣势主要体现在:
标签存贮数据量较少;
只能适合低速、近距离识别应用;
与高频标签相比:
标签天线匝数更多,成本更高一些;
低频标签的典型应用有:
动物识别、容器识别、工具识别、电子闭锁防盗(带有内置应答器的汽车钥匙)等。
低频标签有多种外观形式,应用于动物识别的低频标签外观有:
项圈式、耳牌式、注射式、药丸式等。
典型应用的动物有牛、信鸽等。
2、中高频段射频标签
3MHz~30MHz。
13.56MHz。
。
这个频段的标签主要以被动式为主,阅读距离一般情况下也小于1米。
最多的应用是我们熟知的智能卡。
和低频相比,其传输速度快,可进行多标签识别。
一般用于图书馆管理、产品管理等。
3、超高频与微波标签
超高频与微波频段的射频标签,简称为微波射频标签。
其典型工作频率为:
433.92MHz,862(902)~928MHz,2.45GHz,5.8GHz。
微波射频标签可分为有源标签与无源标签两类。
工作时,射频标签位于阅读器天线辐射场的远区场内,标签与阅读器之间的耦合方式为电磁耦合方式。
阅读器天线辐射场为无源标签提供射频能量,将有源标签唤醒。
相应的射频识别系统阅读距离一般大于1m,典型情况为4~6m,最大可达10m以上。
阅读器天线一般均为定向天线,只有在阅读器天线定向波束范围内的射频标签可被读/写。
微波射频标签的典型应用包括:
移动车辆识别、电子身份证、仓储物流应用、电子闭锁防盗(电子遥控门锁控制器)等。
相关的国际标准有:
ISO10374,ISO18000-4(2.45GHz)、-5(5.8GHz)、-6(860-930MHz)、-7(433.92MHz),ANSINCITS256-1999等。
5.RFID技术特点及优势
1.读取方便快捷:
数据的读取无需光源,甚至可以透过外包装来进行。
有效识别距离更长,采用自带电池的主动标签时,有效识别距离可达到30米以上。
2.识别速度快:
标签一进入磁场,阅读器就可以即时读取其中的信息,而且能够同时处理多个标签,实现批量识别。
3.数据容量大:
数据容量最大的二维条形码(PDF417),最多也只能存储2725个数字;
若包含字母,存储量则会更少;
RFID标签则可以根据用户的需要扩充到数千字节。
4.使用寿命长,应用范围广:
其无线电通信方式,使其可以应用于粉尘、油污等高污染环境和放射性环境,而且其封闭式包装使得其寿命大大超过印刷的条形码。
5.标签数据可动态更改:
利用编程器可以向电子标签里写入数据,从而赋予RFID标签交互式便携数据文件的功能,而且写入时间比打印条形码更短。
6.更好的安全性:
RFID电子标签不仅可以嵌入或附着在不同形状、类型的产品上,而且可以为标签数据的读写设置密码保护,从而具有更高的安全性。
7.动态实时通信:
标签以每秒50~100次的频率与阅读器进行通信,所以只要RFID标签所附着的物体出现在解读器的有效识别范围内,就可以对其位置进行动态的追踪和监控。
第二章超高频UHFRFID协议标准
1.ISO/IEC标准
1、技术标准:
ISO/IEC10536、ISO/IEC14443、ISO/IEC18000系列等。
2、数据结构标准:
ISO/IEC15424、ISO/IEC15418、ISO/IEC15434等。
3、性能标准:
ISO/IEC18046、ISO/IEC18047、ISO/IEC10373-6等。
4、应用标准:
ISO/IEC10374、ISO/IEC18185、ISO/IEC11784等。
2.ISO18000标准概述
1、ISO18000-1:
全球公认的普通空中接口参考架构及参数定义。
2、ISO18000-2:
135kHz空中接口通讯的参数。
3、ISO18000-3:
13.56MHz空中接口通讯的参数。
4、ISO18000-4:
2.45GHz。
5、ISO18000-5:
5.8GHz空中接口通讯的参数(注:
规格化已中止)。
6、ISO18000-6(TypeA,B,C):
860-930Mhz空中接口通讯的参数。
7、ISO18000-7:
433MHz空中接口通讯的参数。
3.超高频UHFRFID标准及应用
1、相关标准:
ISO/IEC18000-4、-5、-6、-7。
2、工作频率:
433MHz、862(902)-960MHz、2.45GHz、5.8GHz。
3、工作方式:
电磁耦合,标签位于阅读器天线辐射的远场区内。
4、阅读距离:
阅读距离一般大于1m,典型情况为4-6m,最大可达10m以上。
5、数据传输:
可以承载更高的数据传输速率,更适合快速、大容量高效的物品识别。
6、典型应用:
移动车辆识别、电子身份证、仓储物流应用、海量物品快速识别。
7、优势:
实施成本低,UHFRFID电子标签的用料仅仅相当于HFRFID电子标签的1/3,极大的价格优势;
读写距离远,HFRFID电子标签读取的距离极限为1.5m,无源UHFRFID电子标签可轻松的从8m外读取,有源UHFRFID电子标签甚至可达到200m;
读取快速,效率提高;
使用寿命长。
4.ISO/IEC18000-6标准
定义了阅读器和应答器之间的物理接口、协议、命令及防碰撞机制。
18000-6标准类型:
1、TYPEA——曼彻斯特编码,存储容量大,抗冲突能力弱,指令类型多。
2、TEPEB——曼彻斯特编码,效率低;
存储容量小,自适应二进制树防冲突机制,抗冲突能力较强,指令简单(定长)。
3、TYPEC——PIE编码,效率高;
随机时隙防冲突机制,多标签防碰撞能力更强,提供安全性验证,多reader防干扰能力,变长命令字,指令更灵活。
5.EPCglobal标准体系与EPC编码
1、EPCglobal的产生和发展
1999年美国麻省理工学院成立Auto-ID中心,进行RFID技术研发,通过创建RFID标准,并利用网络技术,形成EPC系统。
为实现和管理EPC的工作,国际物品编码协会EAN和美国统一代码委员会UCC在2003年11月成立了全球电子产品代码中心EPCglobal。
EPC统一对全球物品的编码方法,直到编码至单个物品,并规定了将此编码以数字信息的形式存储于附着在物品上的标签中。
阅读器通过无线空中接口读取标签中的EPC码,并经计算机网络传送至信息控制中心,进行相应的数据处理。
2、EPC编码规则
EPC编码结构中各字段的长度(位)如下表所示:
编码类型
版本号
域名管理
对象分类
序列号
EPC64
TYPEI
TYPEII
TYPEIII
2
21
15
26
17
13
24
34
23
EPC96
8
28
36
EPC-256
32
64
128
56
160
其中,版本号字段标识EPC的版本号,指定EPC编码的长度;
域名管理字段标识相关的生产厂商信息;
对象分类字段编码物品精确类型;
序列号用于编码出唯一物品。
3、EPC编码的性能
唯一性:
足够的编码容量和组织保证可以对某一个物品实现唯一编码。
简单性:
编码简单且能实现物品的唯一标识,不包含物品的其他相关信息。
可扩展性:
为未来的发展提供了充足的备用空间。
安全性:
EPC编码和加密、认证技术相结合。
4、EPC标签
EPC标签的Class描述的是标签的基本功能,例如内部存储器情况或有无电池。
EPCClass的目的是为了提供一种模块化结构,涵盖一系列众多的可能类型的标签功能。
EPC标签的Gen是指标签规范的主要版本号。
如EPCGen2指符合题为“EPCRadio-FrequencyIdentityProtocols/Class1Generation-2UHF/RFID/ProtocolforCommunicationsat860MHz~960MHz”规范的标签,这表明它是规范的第二个主要版本,针对拥有一次写入内存的标签。
EPC标签的六类功能级别:
Class0:
被动式标签,内部只能有true或false两种状态。
规格简单,本身不需要存储器,一般使用在电子商品的防伪系统。
Class1:
被动式标签,含有存储器,所以可以包含EPC识别码等基本资料。
但标签最多只可写入一次,主要应用在商品的识别上。
Class2:
被动式标签,为可重复读写的标签,应用范围广。
Class3:
半被动式标签,可以说是一个内含存储器的环境感应器,主要用来记录环境的变化,如温度和湿度等。
Class4:
主动式标签,可将天线和其内部的控制芯片整合在一个細小的颗粒之中,由于其体积相当微小,所以外界又将其称为Smartdust(传感器节点)。
Class5:
主动式标签,此種Tag可以扮演类似Reader的角色,并提供其它标签工作时所需的电源。
在应用上可搭配GPS或internet,进行全球性的物品跟踪。
6.UHFGen2存储区
应从逻辑上将标签存储器分为四个存储体,每个存储体可以由一个或一个以上的存储器字组成。
逻辑记忆图如图2.1所示。
这四个存储体是:
图2.1UHFGen2存储区结构
1、RESERVED存储器:
RESERVED存储器应包含了标签的口令。
32位的灭活口令决定了标签是否可以被杀死,即永久性的不再响应,灭活口令应存储在00h至1Fh的存储地址内,默认的灭活口令为0,只有在灭活口令不为0的情况下,灭活操作才会被执行。
32位访问口令决定了标签是否可以进入安全状态,应存储在20h至3Fh的存储地址内,只有进入安全状态的标签才可以执行所有的access命令,如果访问口令为0,则标签会直接进入安全状态。
2、EPC存储器:
EPC存储器应包含在00h至0Fh存储地址内的16位的CRC校验位、在10h至1Fh存储地址内的16位的协议控制(PC)位和在20h开始的EPC。
CRC校验位对PC和EPC进行校验。
PC位中包含5bits的长度(PC+EPC),2bits的保留位和9bits的计数系统识别。
EPC为识别标签对象的电子产品码。
3、TID存储器:
TID存储器应包含00h至07h存储位置的8位ISO15963分配类识别(对于EPCglobal为111000102)、08h至13h存储位置的12位任务掩模设计识别(EPCglobal成员免费)和14h至1Fh存储位置的12位标签型号。
标签可以在1Fh以上的TID存储器中包含标签指定数据和提供商指定数据(例如,标签序号)。
4、USER存储器:
用户存储器允许存储用户指定数据。
该存储器组织为用户定义。
7.UHFGen2命令
由Select、Inventory、Access三个基本操作命令集管理标签群,Reader/标签操作和标签状态如图2.2所示。
图2.2Reader/标签操作和标签状态结构图
1、Select命令集:
由一个Select命令构成,Select命令选择基于用户定义标准的一组标签群。
标签提供4个通话(即S0、S1、S2和S3)。
标签应在一个Inventory周期期间参加一个且只参加一个通话。
两个或两个以上的Reader可以利用通话进行独立的Inventory操作,从而共用标签群。
标签应为每个通话维持独立的已盘标记。
进入Inventory周期内的通话将被设置已盘标记。
四个已盘标记的每个已盘标记有两个值,即A和B。
各Inventory周期开始时,询问机选择InventoryA或B标签,将其存入四个通话中的其中一个通话。
参加某一通话的某Inventory周期的标签不可使用或修改已盘标记从而改变通话。
通话将在不同时间段内依次进行。
标签应执行选定标记:
SL,询问机可以利用Select命令予以确认或取消确认。
SL与任何通话无关,SL适用于所有标签,无论是哪个通话。
Select命令含有参数目标(Target)、动作(Action)、掩模(Mask)、存储体(Membank)、指针(Pointer)、长度(Length)和截断(Truncate)。
目标:
指定Action将要修改哪个标记(SL标记或已盘标记)。
动作:
指定要对目标标记做何修改。
掩模:
用来与存储区进行校验的二进制串。
存储体:
与掩模内容进行比对的存储体(EPC或USER或TID)。
指针:
掩模的起始地址。
长度:
掩模的长度(比特数)。
截断:
截断规定标签是否反向散射其全部EPC,或者仅仅在Mask后反向散射该部分EPC。
2、Inventory命令集:
由Query、QueryAdjust、QueryRep、ACK和NAK命令构成,用来从一组标签中识别单独的标签。
Query:
启动一个Inventory周期,并确定哪个标签参与该Inventory周期。
Query命令含有槽计数器参数(取0-15)。
QueryAdjust:
只消耗槽计数器,不改变其他任何参数。
QueryRep:
重复最后的Query命令。
这是短的一个完整的Query命令。
ACK:
令标签反向散射其PC、EPC和CRC-16。
NAK:
强制处于该Inventory周期的标记应返回仲裁状态,其已盘标记不变。
3、Access命令集:
由Read、Write、Kill、Lock、Access、BlockWrite和BlockErase命令构成,用来对标签做辨识抽离,使得针对指定标签的访问命令获得响应。
询问机按以下步骤访问确认状态的标签:
首先询问机向被确认的标签发送一个Req_RN命令,然后标签生成和存储新的RN16(即句柄),反向散射该句柄,如果其访问口令非零的话,转换成开放状态,如果其访问口令为零的话,转换成安全状态。
现在询问机可以发出进一步的访问命令了。
标记将返回一个新的授权随机数(RN16)叫句柄。
之后的访问命令要求这个句柄作为其参数之一。
a、Read命令
允许询问机读取标签的存储器,包括RESERVED存储器、EPC存储器、TID存储器或USER存储器。
Read命令包含以下字段:
规定Read命令是否访问RESERVED存储器、EPC存储器、TID存储器或USER存储器,Read命令应用于单个存储体,连续Read命令可以应用于不同存储体;
字指针:
规定存储器读取的起始字地址,字的长度为16位,例如,字指针=00h规定第一个16位存储字,字指针=01h规定第二个16位存储字等。
字计数:
规定读取的16位字数。
若字计数=00h,则标签应反向散射所选存储体的内容,从字指针始,以该存储体结束。
Read命令还包括标签句柄和一个CRC-16。
CRC-16应从第一个操作码位计算到最后的句柄位。
b、Write命令
允许询问机在标签的RESERVED存储器、EPC存储器、TID存储器或USER存储器中写入数据。
Write命令包含以下字段:
规定Write命令是否访问RESERVED存储器、EPC存储器、TID存储器或USER存储器。
规定存储器写入的字地址,字的长度为16位。
例如,字指针=00h规定第一个16位存储字,字指针=01h规定第二个16位存储字等。
数据:
包括一个待写入的16位字。
在发出Write命令之前,询问机应首先发出一个Req_RN命令,标签反向散射一个新RN16应答。
Write命令还包括标签句柄和一个CRC-16。
c、Kill命令
允许Reader永久禁用标签。
灭活口令为零的标签不应执行灭活操作。
d、Lock命令
Lock命令允许询问机执行以下操作:
锁定口令,由此阻止或允许读取和/或写入该口令;
锁定个别存储体,由此阻止或允许写入该存储体;
永久锁定(永久保持不变)口令或存储体的锁定状态。
只有处于安全状态的标签才可执行Lock命令。
e、Access命令
使得带有非零值访问口令的标签从开放状态转换到保护状态,或者,如果标签已经处于保护状态,则仍然保持该状态不变。
f、BlockWrite命令
允许询问机用一个命令将若干字写入标签的RESERVED存储器、EPC存储器、TID存储器或USER存储器。
g、BlockErase命令
允许询问机用一个命令擦去标签的RESERVED存储器、EPC存储器、TID存储器或USER存储器的若干字。
第三章RFID实验
实验1RFID基本操作演示
一、实验目的
1、认识了解RFID无线射频识别系统的组成、结构及其功能。
2、学习安装RFID无线射频识别系统SDK,并使用已有的RFID软件与读写器模块连接使用,了解RFID工作模式。
3、分析标签的EPC的数据格式。
二、问题描述
使用已有的RFID软件,对标签进行Inventory操作,并记录标签的EPC号,分析标签EPC号的数据格式。
并对标签USER区前两字节进行读写操作。
三、实验要求
1、将RFID无线射频模块与计算机连接,实现RFID软件的正常运行,熟悉RFID操作事项。
2、对标签进行Inventory操作,并记录标签的EPC号,并分析标签EPC数据格式,并绘制成表格。
3、对标签USER区前两字节进行读写操作,即offset为0,count为2,并记录写入前后的数据内容,写入数据可自行定义。
4、在实验过程中,对RFID模块的可靠读取距离进行分析测试。
四、实验设备
1.PC一台
2.Windows732位操作系统
3.
图3.1RFID实验设备连接图
UHF915MHZRFIDReader一个,电源一个,天线一个,标签若干
五、实验步骤
1、阅读《Tracer_v2_4_2_User_Guide》手册,学习Tracer软件安装使用方法。
2、连接天线、电源等RFID模块,并与计算机相连接。
连接完后系统会自动提示安装新硬件(如果已经安装驱动则直接进行步骤三),利用所给的驱动文件usbharve.sys安装完驱动即可。
掌握RFID操作注意事项。
测试操作:
1、打开测试用的电脑,将USB线连接在电脑与RFID模块的USB端口;
2、打开Tracer
软件,在进行距离测试时,距离较近即可(6~8cm);
不管是单次扫描还是循环扫描,需要停止时请点击“StopOperation"
,扫描期间不可以关闭软件,造成数据紊乱;
退出操作:
1:
关闭软件
;
2:
拔除连接在电脑与RFID模块的USB端口的USB线;
3、使用RFIDTracer软件实现标签的Inventory、Read、Write等操作,并填写下面实验结果记录表。
Inventory:
将标签至于天线范围内(20mm左右),单击Tracer主界面右边工具栏“ControlPanel”上的“RunInventory”或者“InventoryOnce”按钮(前者是连续执行Inventory操作,后者是执行一次Inventory),此时RFID执行Inventory,如果成功的话,主面板上会显示扫描的
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