超高頻RFID空中接口協(xié)議的研究
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EPC 協(xié)議中， 前向通信使用雙邊帶幅移鍵控( DSB - ASK )、單邊帶幅移鍵控( SSB- ASK )或者反相幅移鍵控( PR - ASK ) 等調制方式。標簽通過閱讀器的RF電磁場來獲得工作電源能量。閱讀器通過發(fā)送一個未經(jīng)調制的RF載波并偵聽標簽的反向散射的回復來獲得標簽的信息。標簽通過反向散射調制射頻載波的幅度或者相位來傳送信息。編碼格式由標簽根據(jù)閱讀器命令進行選擇， 可以是FM0或者M iller調制副載波。
在鏈路時序方面， EPC 協(xié)議規(guī)定了讀寫器發(fā)送不同命令， 讀寫器發(fā)送命令與標簽響應命令之間的時間間隔最大、最小和典型時間。
數(shù)據(jù)幀結構方面， EPC 協(xié)議通過規(guī)定查詢命令前的前導碼， 指定反向數(shù)據(jù)速率， 編碼方式等， 其他命令前使用幀同步碼實現(xiàn)同步。反向幀同步碼自相關性能較差， 可以修改反向幀同步碼進一步提高其自相關性。
EPC協(xié)議中， 前向通訊采用不等長的PIE 編碼，簡化標簽端的解碼算法。另外， PIE 編碼還帶有時鐘信息， 在通信過程中， 能較好地保持數(shù)據(jù)同步， 抵抗各種無線干擾， 從而提高系統(tǒng)在無線環(huán)境的可靠性。反向通訊采用FM0或者M iller子載波編碼方式。
信號調制方面， 閱讀器使用DSB - ASK， SSB -ASK， 或者PR - ASK 調制方式跟標簽進行通訊， 標簽應該能夠對全部三種調制類型進行解調。
ASK調制受數(shù)字數(shù)據(jù)的調制而取不同值， 它采用包絡檢波方式解調， 適合電子標簽的特點。PSK用需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)值來調整載波相位， 這種調制技術具有更好的抗干擾性能， 相位的變化可作為定時信息來同步發(fā)送機和接收機時鐘。
2. 2 MAC 層
2. 2. 1 標簽訪問控制
閱讀器通過選擇， 清點， 訪問三個基本操作來管理標簽群體。閱讀器選擇標簽群體以便對標簽進行清點和訪問。這個操作類似于從數(shù)據(jù)庫中選擇記錄。閱讀器通過在四個會話中的一個會話發(fā)出一個查詢命令來啟動一輪清點， 可能會有一個或者多個標簽響應。若單個標簽響應， 閱讀器請求該標簽的PC， EPC 和CRC- 16。若多個標簽響應， 則進入防碰撞處理過程。閱讀器和單個標簽進行讀或者寫之前， 標簽必須被唯一識別。訪問的每一個操作包括多個命令。
2. 2. 2 防碰撞算法
在標簽訪問控制過程中， 讀寫器在一輪中清點多個標簽響應， 需要讀寫器進行碰撞仲裁。EPC 協(xié)議中采用ALOHA 算法， ISO 18000協(xié)議中采用B inary Tree算法解決防碰撞問題。然而， ALOHA 算法清點效率僅有33%， 需要解決標簽數(shù)目估計問題， B ianry Tree算法更低， 需要解決標簽快速分散問題， 因此有論文提出用多叉樹算法來快速分散標簽， 提高防碰撞效率。
2. 2. 3 安全加密
在進行讀操作時， 讀卡器向標簽發(fā)出讀指令， 隨后標簽根據(jù)讀指令傳送出明文數(shù)據(jù)。在進行寫操作時，讀卡器向標簽請求一個隨機數(shù)，標簽將這個隨機數(shù)以明文的方式傳送給讀卡器， 讀卡器使用這個隨機數(shù)與待寫入的數(shù)據(jù)進行異或運算傳輸給標簽， 標簽將獲得的數(shù)據(jù)經(jīng)過再次異或得到明文后寫入存儲器。在進行訪問指令和殺死指令時， 讀卡器在發(fā)送密碼前同樣先向標簽請求一個隨機數(shù)， 并將經(jīng)過此隨機數(shù)異或過的密碼發(fā)送給標簽， 以達到數(shù)據(jù)在讀卡器到標簽的前向通道上被掩蓋的目的。
EPC協(xié)議中， 密碼在空中無保護傳輸， 任何讀卡器都能夠讀取和向芯片寫數(shù)據(jù)。雖然EPC 協(xié)議指定使用存取密碼來保護芯片中的數(shù)據(jù)， 但是這個存取密碼在芯片和讀卡器之間在空中被直接無保護傳送。這使得密碼變得不安全， 為密碼破解提供了可能性， 不能保證數(shù)據(jù)安全。
3 結束語
RFID 應用中， 需要解決各層的接口標準問題，其中空中接口協(xié)議是基礎?？罩?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/接口">接口協(xié)議需解決物理層的鏈路時序， 幀結構， 編碼方式， 調制方式等問題， MAC 著重解決訪問控制協(xié)議， 防碰撞算法和安全加密算法問題。
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