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1、有源RFFID系系统中可可靠通信信的研究究引言 现代生生活中越越来越多多地借助助电子技技术来完完成信息息的查询询，常见见的技术术主要是是条形码码技术和和RFIID(rradiio ffreqquenncy ideentiificcatiion)技术。条条形码技技术广泛泛应用，但但局限性性也非常常突出，如如：条码码标签的的内容无无法修改改，条码码标签必必须清洁洁无磨损损，阅读读器读写条码码时应保保持适当当角度，阅阅读器与与条形码码之间必必须可视视。RFFID是是射频识识别的简简称，它它是一种种非接触触式的自自动识别别技术，其其利用无无线电技技术在读读写器和和电子标标签之间间建立通通信，实实现无接
2、接触信息息传递，并并通过所所传递的的信息达达到识别别目的。现现在RFFID技技术已被被广泛应应用于生生产、物物流、交交通、医医疗、跟跟踪等应应用领域域的数据据收集和和处理。RRFIDD技术的的优势则则较为突突出，如如：标签签信息可可修改，能能在恶劣劣的环境境下较远远距离进进行读取取，可同同时处理理多个标标签。 根据实实现的方方式不同同，RFFID技技术可分分为无源源RFIID技术术和有源源RFllD技术术。无源源RFllD技术术研究和和应用都都较为成成熟，系系统中电电子标签签工作所所需要的的全部电电源都依依靠转换换接收到到的读写写器发送送的电磁磁波而获获得。读读写器的的发射功功率一般般较大。有
3、有源RFFID技技术系统统中的电电子标签签具备电电池，可可提供全全部器件件工作的的电源；读写器器的发射射功率要要求较低低，而且且有效阅阅读距离离也较前前者有所所增加，在在追踪和和识别高高价值商商品时非非常有用用。 l 有有源RFFID系系统的设设计 111 系统统结构 有源RRFIDD系统由由有源电电子标签签(taag)、读读写器(reaaderr)和计计算机33部分组组成；有有源电子子标签由由耦合元元件及芯芯片组成成，每个个标签具具有惟一一的电子子编码(EPCC)，保保存有约约定格式式的电子子数据；读写器器读取电电子标签签信息的的设备，可可设计为为手持式式或固定定式；计计算机(上位机机)用来
4、来进行数数据管理理和数据据处理，其其系统结结构如图图1所示示。 在实际际应用中中，读写写器发送送出一定定频率的的射频信信号，附附在待识识别物体体表面中中电子标标签接收收射频信信号后，执执行相应应动作。通通常读写写器与计计算机相相连，电电子标签签回送的的信息被被读写器器读取解解码后送送至计算算机进行行下一步步处理，从从而达到到自动识识别体的的目的。 122 硬件件设计 RFIID系统统依照不不同的标标准，可可以分为为不同的的类型。根根据RFFID系系统使用用的工作作频率可可分为44类：低低频(LLF，3303300 kHzz)、高高频(HHF，33300 MHHz)、超超高频(UHFF，3000
5、9968 MHzz)和微微波(UUWF，224588 GHHz)。根根据文献献以及对对不同频频段RFFID系系统优缺缺点的分分析比较较，再结结合课题题的要求求，能在在50 m范围围内自动动监测标标签，并并能读写写数据，选选用工作作频率为为244 GHHz的微微波频段段的RFFID系系统进行行研究。224 GHzz频率具具有衰减减较小，传传输距离离远传传输数据据快，数数据吞吐吐量高，识识别多目目标能力力强的特特点。同同时，224 GHzz的ISSM频段段宽度超超过833 MHHz，具具有1225个频频道，能能满足多多频及跳跳频的需需要，增增加无线线通信的的抗干扰扰能力。 有源电电子标签签和读写写
6、器主芯芯片选用用德州仪仪器公司司的CCC25110。该该器件包包含了高高性能、低低功耗的的80551微控控制器(MCUU)和UUHF RF收收发器，集集成了332 KKB在系系统可编编程FLLASHH和内嵌嵌4 KKB SSRAMM，并具具有功率率放大器器(PAA)、低低噪声放放大器(LNAA)、调调制解调调器(MMODEEM)等等功能，QQLP封封装，体体积小(6 mmm6 mmm)，支支持流行行的跳频频技术，可可程序控控制数据据传输率率大小，最最快能够够使数据据传输率率达到5500 Kbs。在在系统中中使用CCC25510，具具有功耗耗小，成成本低，外外围电路路简单可可靠等优优点。此此外，
7、CCC25510可可设置的的跳频通通信方式式、发射射功率和和存储程程序，可可以实现现频率更更改、读读写距离离控制和和多种安安全协议议，以适适用于多多种安全全级别。 有源电电子标签签由CCC25110无线线收发及及控制模模块和天天线组成成。通过过电磁波波与读写写器进行行数据交交换。读读写器由由CC225100无线收收发及控控制模块块、天线线、USSB接口口转换模模块和接接口电路路组成。读读写器通通过USSB接口口与上位位机相连连，用来来接收有有源电子子标签发发送的数数据。 133 软件件设计 在整个个有源RRFIDD系统中中软件起起到控制制作用，是是协调硬硬件各部部分的灵灵魂。主主要涉及及到PC
8、C机的人人机界面面接口和和RFIID系统统软件设设计、PPC机与与读写器器的通信信软件设设计、读读写器射射频与有有源电子子标签射射频的通通信软件件设计。 PC机机端软件件主要对对RFIID系统统数据库库进行管管理，使使用C编制，数数据库采采用SQQL SSetvver 20005。PPC机通通过接口口电路对对读写器器进行操操作。该该部分使使用VBB编制。读读写器与与标签之之间的数数据通信信则采用用标准CC语言和和汇编混混合编制制。在单单片机中中类似PPC机与与单片机机的通信信软件设设计叙述述很多，在在此不再再赘述。本本文重点点讲述读读写器与与有源电电子标签签可靠通通信的设设计了研研究。 2 可
9、可靠通信信研究 在有源源RFIID系统统中，可可靠通信信是最重重要的一一个环节节，几乎乎左右了了整个系系统的性性能。这这里分别别从帧标标识替换换算法，数数据帧结结构、防防冲突处处理和重重传机制制等4个个方面对对数据可可靠通信信进行了了研究。 211 帧标标识替换换算法 在通信信协议中中采用OOx766(0xx表示116进制制计数)作为帧帧标识符符。为了了保证帧帧标识符符的惟一一性，对对帧内容容中的OOx766采用了了替代算算法，使使帧中的的内容不不再出现现Ox776，解解决了接接收端的的同步问问题，亦亦可提高高接收的的可靠性性。如果果发送的的数据为为0x776，则则用Oxx77，OOx777两
10、个字字节替代代；如果果发送的的数据为为Ox777，则则用Oxx77，00x788两个字字节替代代。算法法流程如如图2所所示。 222 数据据帧结构构 读写器器对标签签的操作作为读写，电电子标签签器件内内建有MMCU和和FLAASH，可可以存储储比较复复杂的程程序，并并由程序序控制标标签工作作。为了了加强有有源RFFID系系统结构构的简单单性和高高效性，对对指令格格式进行行规格化化，对数数据帧格格式的设设计亦采采用简单单和固定定的规格格，以提提高通信信效率。 在通信信时，数数据的帧帧格式如如下： 引导区区包含导导言、同同步字，在在信道特特性较好好的场合合，为提提高识别别速度，可可设定116位的的
11、导言与与16位位的同步步字。校校验区通通过CRRC算法法进行校校验，引引导区和和校验区区由CCC25110硬件件自动添添加，在在接收时时由硬件件自动去去除。该该设计中中，地址址区用于于电子标标签的识识别，命命令区中中的命令令用于完完成数据据查询功功能或完完成标签签信息的的生成。数数据区用用于数据据净荷存存储。在在发送模模式下，地地址区、命命令区和和数据区区的数据据被送入入RAMM中的缓缓存区进进行相应应的打包包操作，CCC25510添添加4字字节的导导言和同同步字，加加入CRRC校验验并发送送出去。在在接收模模式时，包包处理支支持将会会分解数数据包，即即首先进进行同步步字检测测，接着着检测地地
12、址、进进行数据据长度匹匹配并计计算和检检查CRRC，最最后将操操作命令令和数据据净荷提提交上层层进行处处理，从从而完成成1次发发送和接接收交互互。 233 防冲冲突处理理 有源RRFIDD系统实实现的重重点是防防碰撞算算法的实实现。目目前。这这类算法法的实现现方法有有空分多多址(SSDMAA)、频频分多址址(FDDMA)、码分分多址(CDMMA)和和时分多多址(TTD-MMA)等等。该设设计方案案中采用用ETSSI 3302 2088标准中中基于载载波侦听听(CSSMA)的方法法。CSSMA是是一种分分布式介介质访问问控制协协议，在在读写器器覆盖范范围内，各各有源电电子标签签都能独独立地决决定
13、数据据帧的发发送和接接受。 每个有有源电子子标签在在发送数数据帧之之前，首首先要进进行载波波*，只只有介质质空闲时时，才允允许发送送帧，与与FDMMA和TTDMAA相比，能能更好地地利用资资源。因因为这种种通信方方式在发发送数据据之前，一一直在检检测空气气中是否否存在相相同频率率的载波波，如果果有相同同频率的的载波，就就不发送送数据；如果空空气中没没有相同同频率的的载波，则则表明现现在的空空间资源源没有被被占用，可可以发送送数据。这这样，不不仅提高高了空间间资源的的利用效效率，同同时也提提高了通通信的可可靠性。 利用CCC25510支支持传输输前自动动清理信信道访问问(CCCA)的的功能，实实
14、现CSSMA。电电子标签签初始化化完成后后，程序序进入主主循环程程序。电电子标签签开始载载波*，当当CCAA不为11时，表表示空气气中没有有相同的的载波数数据时便便发送相相应的数数据，各各个电子子标签采采用竞争争的方式式发送。CCSMAA发送流流程图如如图3所所示。 244 重传传机制 重传机机制主要要采用AACK(ackknowwleddge)方式，即即发送方方为发送送的每一一数据包包设置缓缓存和相相应的重重发定时时器，若若在定时时器超时时之前收收到来自自目的节节点对此此数据包包的ACCK控制制包，则则认为此此数据包包已经成成功地传传送。此此时，取取消对该该数据包包的缓存存和定时时，否则则，
15、将重重发此数数据包，并并重新设设置定时时器。对对于每个个数据包包，接收收方都需需要反馈馈ACKK。 重传机机制主要要由以下下功能函函数实现现。Innit()函数数用于设设备初始始化，设设置DMMA、时时钟等；Sennd()函数用用于发送送数据包包；acckTiimeoolJtt()函函数用于于没有在在规定时时间内收收到ACCK，而而重发数数据包；waiitFoorAcck()函数用用于等待待接受AACK，既既定时间间内，收收到ACCK标示示为T，反反之标示示为F；aekkRecceivved()函数数用于收收到ACCK，取取消重传传；Reeceiive()函数数用于接接收规定定格式的的数据包包
16、；daataCChecck()函数用用于检测测数据的的完整和和可靠；senndAcck()函数用用于送AACK反反馈给发发送方。重重传机制制程序流流程图如如图4所所示。 3 测测试结果果 在实际际环境中中，对有有源RFFID系系统的读读写器和和有源电电子标签签进行读读写测测试，调调制方式式为MSSK，数数据传输输率600 Kbbs，滤滤波带宽宽5400 kHHz。分分别在不不同距离离上放置置10个个有源电电子标签签进行220O B收发发操作。读读写器的的识读结结果如表表1和表表2所示示。 从以上上数据可可以看出出： (1)在255 m可可视距离离内系统统识别效效果良好好； (2)加入可可靠通信
17、信机制后后，在可可视通信信距离660 mm内，标标签与读读写器之之间的协协议识别别效果良良好；随随着通信信距离的的加大。在在70 m处标标签与读读写器正正常通信信信号中中CRCC校验出出错增多多，但仍仍可识别别大多数数标签； (3)遇到障障碍物的的时候，通通信距离离迅速减减少，丢丢包率和和CRCC校验错错误数增增多。 4 结结语 有源RRFIDD技术与与无源RRFIDD技术相相比，在在技术上上的优势势非常明明显，具具有通信信距离长长，传输输数据量量大，低低发射功功率等特特点。有有源RFFID系系统中数数据的可可靠传输输是最为为重要的的部分。本本文为有有源RFFID系系统的可可靠传输输提出了了一种解解决思路路，较好好地处理理了这一一问题。 未来有有源RFFID技技术不仅仅会在各各行业中中被广泛泛采用，而而且还将将会与传传感器网网络(wwSN)等普通通计算机机技术相相结合，这这将对信信息化社社会产生生深远影影响。