UHF RFID系统的协议分析

　　超高频射频识别系统的协议目前有很多种，主要可以分为两大协议制定者：一是ISO（国际标准化组织）；二是EPC Global。ISO组织目前针对UHF（超高频）频段制定了射频识别协议ISO 18000－6，而EPC Global组织则制定了针对产品电子编码（Electronic Product Code）超高频射频识别系统的标准。目前，超高频射频识别系统中的两大标准化组织有融合的趋势，EPC Class 1 Generation 2标准可能会变成ISO 18000-6标准的Type c。本文主要讨论的是针对ISO 18000－6标准的射频识别系统，本节讨论的是ISO 18000－6协议中与系统架构相关的物理层参数。

　　ISO 18000-6目前定义了两种类型：Type A和Type B。下面对这两种类型标准在物理接口、协议和命令机制方面进行分析和比较。

　　1． 物理接口

　　ISO 18000-6标准定义了两种类型的协议—Type A和Type B。标准规定：读写器需要同时支持两种类型，它能够在两种类型之间切换，电子标签至少支持一种类型。

　　（1）Type A的物理接口

　　Type A协议的通信机制是一种“读写器先发言”的机制，即基于读写器的命令与电子标签的应答之间交替发送的机制。整个通信中的数据信号定义为以下四种：“0”，“1”，“SOF”，“EOF”。

　　通信中的数据信号的编码和调制方法定义为：

　　①读写器到电子标签的数据传输

　　读写器发送的数据采用ASk调制，调制指数为30％（误码不超过3％）。

　　数据编码采用脉冲间隔编码，即通过定义下降沿之间的不同宽度来表示不同的数据信号。

　　②电子标签到读写器的数据传输

　　电子标签通过反向散射给读写器传输信息，数据速率为40kbits。数据采用双相间隔码来进行编码，是在一个位窗内采用电平变化来表示逻辑，如果电平从位窗的起始处翻转，则表示逻辑“1”；如果电平除了在位窗的起始处翻转，还在位窗的中间翻转，则表示逻辑“0”。

　　（2）Type B的物理接口

　　Type B的传输机制也是基于“读写器先发言”的，即基于读写器命令与电子标签的应答之间交换的机制。

　　①读写器到电子标签的数据传输

　　采用ASk调制，调制指数为11％或99％，位速率规定为10kbits或40kbits，由曼彻斯特编码来完成。具体来说就是一种on-offkey格式，射频场存在代表“1”，射频场不存在代表“0”。曼彻斯特编码是在一个位窗内采用电平变化来表示逻辑“1”（下降沿）和逻辑“0”（上升沿）的。

　　②电子标签到读写器的数据传输

　　同TypeA一样，通过调制入射并反向散射给读写器来传输信息，数据速率为40kbits，同Type A采用一样的编码。

　　2． 协议和命令

　　（1）Type A协议和命令

　　①命令格式

　　由读写器发送给电子标签的数据按照如图1所示的帧格式组成。

　　图1 帧格式

　　开始的静默（Quiet）是一段持续时间至少为300ps的无 调制载波，SOF是帧开始标志。在发送完EOF结束标志以后，读写器必须继续维持一段时间的稳定载波来提供电子标签应答的能量。

　　命令包含下列各部分区域，见表1。

　　表1             Type A 读写器的命令格式

　　RFU位，保留作为协议的扩展；命令码的长度是6位；命令标志的长度是4位；使用CRC16或者CRC5取决于命令的位数，可在不同长度的命令中分别采用不同位数的CRC编码。

　　电子标签的应答格式见表2，应答包含下列区域：帧头、标志位、一个或更多的参数、数据、16位的CRC编码。

　　表2           Tvne A电平标答的府答格式

　　②数据和参数

　　在Type A协议的通信中可能会用到以下的数据内容和参数信号，如表3所示。

　　表3              数据段说明

　　命令标志段：一个4位的数据，用来规定电子标签的工作和数据段的有效性。其中1位的标志定义命令是否使用在防冲突过程中，其他三位根据具体情况有不同的定义。

　　数据段：定义了电子标签的识别码和数据结构，另外，为了加快识别过程，还定义了一个较短的识别码。

　　③存储器寻址

　　Type A可以寻址多可达256个块，每个块多可以包含256位容量。整个电子标签的存储容量多可达64K位。

　　④通信中的一些时序规定

　　电子标签应该在无电或者电源不足的情况下保持它的状态至少300μs，特别是当电子标签处于静默状态时，电子标签必须保持该状态至少2s，可以用复位（Reset_to_ready）命令退出该状态。

　　电子标签从读写器接收到一个帧结束（EOF）以后，需要等待帧结束（EOF）的下降沿开始计时的一段时间后才开始回发，等待的时间根据时隙延迟标志确定，一般在150μs以上。

　　读写器对于一个特定的电子标签的应答必须在一个特定的时间窗口里发送，这个时间从电子标签的一个传输位结束后的第2位和第3位的边界开始，持续2．75个电子标签位。

　　读写器在发送命令以前至少3位内不得调制载波。读写器在电子标签一个传输位结束后的第4个位时内发送命令帧的个下降沿。

　　（2）Type B协议和命令

　　①命令格式

　　Type B中，读写器命令包含下列各区域，见表4。

　　表4          Type B读写器的命令格式

　　帧头探测段是一个至少持续400μs的稳定无调制载波（相当于16位数据的传输）。

　　帧头是9位曼彻斯特“0”，NRZ格式就是010101010101010101。

　　分割符是用来区分帧头和有效数据的，共定义了五种，经常使用种5位分割符（110011 10 10）。

　　命令和参数段没有作明确定义。

　　CRC采用16位CRC编码。

　　Type B中，电子标签的应答格式见表5。

　　表5          Type B电子标签的应答格式

　　静默是电子标签持续2字节的反向散射（40kbits的速率相当于400μs的持续时间）。

　　返回帧头是一个16位数据“000001 01 01 01 01 01 01 01 0001 10 11 0001”。

　　CRC采用16位数据编码。

　　②数据和参数

　　在Type B协议的通信中可能用到以下的数据内容和参数信号。

　　电子标签包含一个独立的UID号，包含一个8位的标志段（低四位分别表示4个标志，高四位保留，通常为“0”）。

　　64位UID包含50位的独立串号、12位的Foundry code和一个两位的校验和。

　　③存储器寻址

　　电子标签通过一个8位的地址区寻址，因此它总共可以寻址256个存储器块，每个块包含一个字节数据，整个存储器将可以多保存2K位数据。

　　存储器的0～17块被保留用作存储系统信息，18块以上的存储器用作电子标签中普通的应用数据存储区。

　　每个数据字节包含响应的锁定位，可以通过Lock命令将该锁定位锁定，可以通过Query lock（查询锁定）命令读取锁定位的状态，电子标签的锁定位不允许被复位。

　　④通信中的一些时序规定

　　电子标签向存储器写操作的等待阶段，读写器需要向电子标签提供至少15ms的稳定无调制载波。在写操作结束以后，读写器需要发送10个“01”信号。同时，在读写器的命令之间发生频率跳变时，或者读写器的命令和电子标签的应答之间发生跳变时，在跳变结束后也需要读写器发送10个“01”信号。

　　电子标签将使用反向调制技术回发数据给读写器，这就需要整个回发过程中读写器必须向电子标签提供稳定的能量，同时检测电子标签的应答。

　　在电子标签发送完应答以后，至少需要等待400μs才能再次接收读写器的命令。

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