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        三分鐘看懂RFID多標簽閱讀時防碰撞技術
        來源: | 作者:迅遠科技 | 發布時間: 107天前 | 155 次瀏覽 | 分享到:

          RFID讀寫器正常情況下一個時間點只能對磁場中的一張RFID卡進行讀或寫操作,但是實際應用中經常有當多張卡片同時進入讀寫器的射頻場,讀寫器怎么處理呢?讀寫器需要選出特定的一張卡片進行讀或寫操作,這就是標簽防碰撞。

          防碰撞機制是RFID技術中特有的問題。在接觸式IC卡的操作中是不存在沖突的,因為接觸式智能卡的讀寫器有一個專門的卡座,而且一個卡座只能插一張卡片,不存在讀寫器同時面對兩張以上卡片的問題。常見的非接觸式RFID卡中的防沖突機制主要有以下幾種:

          1、面向比特的防沖突機制

          高頻的ISO14443A使用這種防沖突機制,其原理是基于卡片有一個全球唯一的序列號。比如Mifare1卡,每張卡片有一個全球唯一的32位二進制序列號。顯而易見,卡號的每一位上不是“1”就是“0”,而且由于是全世界唯一,所以任何兩張卡片的序列號總有一位的值是不一樣的,也就說總存在某一位,一張卡片上是“0”,而另一張卡片上是“1”。

          當兩張以上卡片同時進入射頻場,讀寫器向射頻場發出卡呼叫命令,問射頻場中有沒有卡片。這些卡片同時回答“有卡片”;

          然后讀寫器發送防沖突命令“把你們的卡號告訴我”,收到命令后所有卡片同時回送自己的卡號。

          可能這些卡片卡號的前幾位都是一樣的。比如前四位都是1010,第五位上有一張卡片是“0”而其他卡片是“1”,于是所有卡片在一起說自己的第五位卡號的時候,由于有卡片說“0”,有卡片說“1”,讀寫器聽出來發生了沖突。

          讀寫器檢測到沖突后,對射頻場中的卡片說,讓卡號前四位是“1010”,第五位是“1”的卡片繼續說自己的卡號,其他的卡片不要發言了。

          結果第五位是“1”的卡片繼續發言,可能第五位是“1”的卡片不止一張,于是在這些卡片回送卡號的過程中又發生了沖突,讀寫器仍然用上面的辦法讓沖突位是“1”的卡片繼續發言,其他卡片禁止發言,最終經過多次的防沖突循環,當只剩下一張卡片的時候,就沒有沖突了,最后勝出的卡片把自己完整的卡號回送給讀寫器,讀寫器發出卡選擇命令,這張卡片就被選中了,而其他卡片只有等待下次卡呼叫時才能再次參與防沖突過程。

          上述防沖突過程中,當沖突發生時,讀寫器總是選擇沖突位為“1”的卡片勝出,當然也可以指定沖突位為“0”的卡片勝出。

          上述過程有點擬人化了,實際情況下讀寫器是怎么知道發生沖突了呢?在前面的數據編碼中我們已經提到,卡片向讀寫器發送命令使用副載波調制的曼側斯特(Manchester)碼,副載波調制碼元的右半部分表示數據“0”,副載波調制碼元的左半部分表示數據“1”,當發生沖突時,由于同時有卡片回送“0”和“1”,導致整個碼元都有副載波調制,讀寫器收到這樣的碼元,就知道發生沖突了。

          這種方法可以保證任何情況下都能選出一張卡片,即使把全世界同類型的所有卡片都拿來防沖突,最多經過32個防沖突循環就能選出一張卡片。缺點是由于卡序列號全世界唯一,而卡號的長度是固定的,所以某一類型的卡片的生產數量也是一定的,比如常見的Mifare1卡,由于只有4個字節的卡序列號,所以其生產數量最多為2的32次方,即4294967296張。

          2、面向時隙的防沖突機制

          ISO14443B中使用這種防沖突機制。這里的時隙(TImeslot)其實就是個序號。這個序號的取值范圍由讀寫器指定,可能的范圍有1-1、1-2、1-4、1-8、1-16。當兩張以上卡片同時進入射頻場,讀寫器向射頻場發出卡呼叫命令,命令中指定了時隙的范圍,讓卡片在這個指定的范圍內隨機選擇一個數作為自己的臨時識別號。然后讀寫器從1開始叫號,如果叫到某個號恰好只有一張卡片選擇了這個號,則這張卡片被選中勝出。如果叫到的號沒有卡片應答或者有多于一張卡片應答,則繼續向下叫號。如果取值范圍內的所有號都叫了一遍還沒有選出一張卡片,則重新讓卡片隨機選擇臨時識別號,直到叫出一張卡片為止。

          這種辦法不要求卡片有一個全球唯一序列號,所以卡片的生產數量沒有限制,但是理論上存在一種可能,就是永遠也選不出一張卡片來。

          Felica采用的也是這種機制。

          3、位和時隙相結合的防沖突機制

          ISO15693中使用這種機制。一方面每張卡片有一個7字節的全球唯一序列號,另一方面讀寫器在防沖突的過程中也使用時隙叫號的方式,不過這里的號不是卡片隨機選擇的,而是卡片唯一序列號的一部分。

          叫號的數值范圍分為0-1和0-15兩種。其大體過程是,當有多張卡片進入射頻場,讀寫器發出清點請求命令,假如指定卡片的叫號范圍是0-15,則卡片序列號最低4位為0000的卡片回送自己的7字節序列號。如果沒有沖突,卡片的序列號就被登記在PCD中。然后讀寫器發送一個幀結束標志,表示讓卡片序列號最低4位為0001的卡片作出應答;之后讀寫器每發送一個幀結束標志,表示序列號的最低4位加1,直到最低4位為1111的卡片被要求應答。如果此過程中某一個卡片回送序列號時沒有發生沖突,讀寫器就可選擇此張卡片;如果巡檢過程中沒有卡片反應,表示射頻場中沒有卡片;如果有卡片反應的時隙發生了沖突,比如最低4位是1010的卡片回送卡號時發生了沖突,則讀寫器在下一次防沖突循環中指定只有最低4位是1010的卡片參與防沖突,然后用卡片的5-8位作為時隙,重復前面的巡檢。如果被叫卡片的5-8位時隙也相同,之后再用卡片的9-12位作為時隙,重復前面的巡檢,依次類推。讀寫器可以從低位起指定任意位數的序列號,讓卡號低位和指定的低位序列號相同的卡片參與防沖突循環,卡片用指定號前面的一位或4位作為時隙對讀寫器的叫號作出應答。由于卡片的序列號全球唯一,所以任何兩張卡片總有某個連續的4位二進制數不一樣,因而總能選出一張卡片。需要指出的是,當選定的時隙數為1時,這種防沖突機制等同于面向比特的防沖突機制。

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          RFID工作原理圖

          另外需要說明的是,TTF(Tag Talk First)的卡片一般是無法防沖突的。這種卡片一進入射頻場就主動發送自己的識別號,當有多張卡片同時進入射頻場時就會發生不讀卡的現象。這時只有靠卡片的持有者自己去避免沖突了。

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