（电路与系统专业论文）射频识别UHF频段关键技术的研究[电路与系统专业优秀论文].pdf

射频识别u h f 频段关键技术的研究 摘要 射频识别( r f i d ) 技术是利用无线信道实现双向通信的一种识别技术。近 年来，射频识别系统的应用领域日益扩大。相对于低频段的射频识别系统，工 作在8 6 0 9 6 0 m h z 的超高频段( u h f ) 射频识别系统有着读取距离较远，阅读 速度较快等优点，是目前国际上r f i d 技术发展的热点。 r f i d 系统的全面开发与应用必须有统一的标准做为保障，目前全球制定 r f i d 技术标准的机构较多，各标准之间不完全兼容，有关制定全球统一标准的 问题已成为制约未来r f i d 技术发展的一个重要因素，标准的研究也成为r f i d 技术研究的一个热点。本文选取了具有代表性及全球影响力的国际标准 i s o i e c l 8 0 0 0 6 和e p cc l a s s1g e n e r a t i o n2 为研究对象，这两个标准针对的都 是u h f 的r f i d 系统。本文对两个标准中的规定物理接口、通信协议、命令和 防冲突算法给出了具体的分析，并对它们的应用特点进行了详细比较，分析的 结果对开发设计该频段的r f i d 系统有一定的理论指导作用。 本文对u h f 频段的r f i d 系统设计中的一些关键技术进行了研究，给出了 i s o i e c l8 0 0 0 6 标准中的f m 0 编码和p i e 编码的实现方法，对u h f 的r f i d 系统的e m c 问题进行了分析，并针对r f i d 系统应用的e m c 问题给出了相关 建议。对应用于r f i d 系统中的天线进行了详细分析，包括天线的各种性能参 数：对工程中应用于r f i d 领域的天线设计给出了设计方法。 关键词：射频识别：阅读器；标签；反向散射调制；防冲突 r e s e a r c ho nk e yt e c h n o l o g yo fu h fr f i d a b s t r a c t r f i di so n eo fi d e n t i f i c a t i o n t e c h n o l o g i e s w h i c hc a na c h i e v e i n t e r c o m m u n i c a t i o nb yu s i n gw i r e l e s sc h a n n e l i nr e c e n ty e a r , r f i ds y s t e m sa r e a p p l i e di nm o r ea n dm o r ef i e l d s ，a n dt h e yh a v eb e e ni n v o l v e di nm a n ya s p e c t so f p e o p l e sd a i l yl i f e c o m p a r i n gw i t h1 3 5 6 m h zr f i ds y s t e m ，8 6 0 m h z 一9 6 0 m h z r f i ds y s t e mh a sf a r t h e rr e a d i n gd i s t a n c ea n df a s t e rs p e e d ，e t c n o w a d a y s ，i th a s b e c o m eah o ts p o ti nr f i dr e s e a r c h i n t e r n a t i o n a ls t a n d a r d sa r eg u a r a n t e ef o re x p l o i t a t i o na n da p p l i c a t i o no fr f i d s y s t e m t h e r ea r em a n yi n s t i t u t i o n st a k ep a r ti ns e t t i n gr f i ds t a n d a r d sa tp r e s e n t ， t h e s es t a n d a r d sa r en o tc o m p a t i b l e s e t t i n gau n i f o r ms t a n d a r di sak e yf a c t o rf o r r f i dd e v e l o p m e n t ，s or e s e a r c ho ns t a n d a r di sah o t s p o ti nr f i dt e c h n o l o g y r e s e a r c h s t a n d a r d so fu h fr f i d ，i s o i e c l8 0 0 0 - 6a n de p cc l a s s1g e n e r a t i o n2 h a v e g l o b a li n f l u e n c e ，t h e y h a v e b e e na n a l y s e di nd e t a i l t h ea i ri m e f f a c e ， c o m m u n i c a t i o np r o t o c o l s ，c o m m a n da n da n t i c o l l i s i o na r i t h m e t i ch a v e b e e n a n a l y s e d p a p e rc o m p a r e st h e s et w oi n t e r n a t i o n a ls t a n d a r d s ，t h ec o n c l u s i o ni s u s e f u lf o rr f i ds y s t e md e s i g n i nt h i sp a p e r , w ea l s oh a v ed o n er e s e a r c h e si ns o m ek e yt e c h n o l o g i e so fu h f r f i d i s o i8 0 0 0 6g i v e sr u l et h a tt h er e a d e ra n dt a gs h o u l du s ef m 0c o d i n ga n d p i ec o d i n gt oc o m m u n i c a t e ，t h e i ra c h i e v e m e n t sh a v eb e e np u tf o r w a r di nt h i sp a p e r s o m es u g g e s t i o n so fr f i ds y s t e m se m ca r ep r o v i d e d a n t e n n ai sk e yp a r to f r f i ds y s t e m ，w eh a v em a d ea n a l y s i st oi t ，i n c l u d i n gm a n yk i n d so fp a r a m e t e r so f p e r f o r m a n c e ，p a p e ra l s op r o v i d e sm e t h o d so fa n t e n n ad e s i g n k e yw o r d s ：r f i d ；r e a d e r ；t a g ；b a c k s c a t t e rm o d u l a t i o n ；a n t i c o l l i s i o n 插图目录 图2 - 1 射频识别系统的组成5 图2 2 电感耦合系统图5 图2 - 3 电磁反向散射系统图6 图2 4 阅读器结构，7 图2 5 应答器电路的基本结构7 图2 6 电场耦合系统8 图3 - 1 接收天线及其等效电路图1 2 图3 - 2 超高频r f i d 系统1 3 图3 - 3 超高频系统高频接口电路图1 3 图3 - 4 定向耦合器1 4 图3 - 5 应答器天线等效电路图1 5 图4 一l 对数据“b 1 ”的p i e 编码图1 7 图4 2 阅读器向应答器发送的帧格式1 7 图4 - 3f m o 编码波形图示例1 8 图4 - 4 帧头的数字形式图1 8 图4 - 5 反向散射调制图1 8 图4 - 6 阅读器命令格式图一j 一1 9 图4 - 7 应答器的响应格式2 1 图4 8 应答器对i n i tr o u n d 命令的应答格式2 4 图4 - 9n e x ts l o t 命令格式2 4 图4 1 0c o s es l o t 命令格式2 5 图4 一l lr e a db l o c k s 命令格式2 6 图4 1 2 错误标志不为l 的应答帧格式2 6 图4 一1 3 应答器对g e ts y s t e mi n f o r m a t i o r l 命令的应答帧2 7 图4 一1 4 模式a 的防冲突机制图2 9 图4 1 5 阅读器的命令格式2 9 图4 一1 6 应答器的响应格式一3 0 图4 一1 7 对w r i t e 命令的应答帧3 4 图4 一1 8 模式b 的防冲突机制图3 7 图4 1 9 阅读器标签操作和标签状态3 9 图4 - 2 0 通话图4 0 图4 - 2 l 标签状态转移图4 2 图4 - 2 2 参数q 选择算法4 6 图5 1f m o 编码示意图5 0 图5 2f m o 编码电路图一5 0 图5 - 3 编码器各部分波形图5 l 图5 - 4 基本数据p 【e 编码示意图5 l 图5 - 5 曼彻斯特码编码流程图一5 3 图5 6f m o 码解码程序流程图5 4 图5 7 对称振子结构图5 5 图5 8 对称振子天线1 不同时e 面内的方向图5 6 图5 9 微带天线型式5 7 图5 1 0 图5 - 1 i 图5 一1 2 图5 一1 3 图5 - i 4 图5 一1 5 二元折合振子5 9 引向天线结构5 9 平面微带阵( 四阵元) 一6 0 梯齿对数周期天线6 0 对数周期导线天线6 l 对数周期振子阵6 l 插表目录 表卜l 几种识别技术的比较4 表4 1 国际标准i s o1 8 0 0 0 1 7 表4 2b 1 位含义表1 9 表4 3 命令标志位的第2 到第4 位的含义( b l 位值为0 时) 1 9 表4 4 命令标志位的第2 到第4 位的含义( b l 位值为1 时) 2 0 表4 5 命令种类表2 0 表4 - 6 命令编码表2 0 表4 7 响应标志位表2 1 表4 8 响应错误代码表2 l 表4 9 数据域说明表2 1 表4 1 0 块锁定状态表2 2 表4 一1 1 循环时隙数编码表2 3 表4 1 2i n i tr o u n d 命令对应答器状态变迁的影响2 4 表4 一1 3n e x ts l o t 命令对应答器状态变迁的影响2 5 表4 1 4 应答帧中信息标志域的含义2 7 表4 一1 58 位标志域表3 0 表4 1 6 选择命令3 1 表4 1 7 识别命令3 2 表4 一1 8 数据交换和多应答器操作命令3 3 表4 1 9e p c 标签种类3 7 表4 2 0 命令表4 3 表4 - 2 1 三种类型协议的比较4 7 表5 一l 各国r f i d 频段规划4 9 表5 2 基本数据p i e 编码表5 1 表5 3p i e 码对应n r z 码表5 2 独创性声明 本人声明所星交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得 金艘王些太堂或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 学位论文版权使用授权书 月l f 日 本学位论文作者完全了解 盒壁工些左堂有关保留、使用学位论文的规定，有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人 授权 盒胆= f ：些厶堂可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学伉论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者繇培譬胃， 导师繇 签字日期：岬年e 月v f 日 学位论文作者毕业后去f 句：崎良扩哆 工作单位： 通讯地址 矿沦 签字日期司年f 月之拍 电话 邮编 致谢 读研近三年的研究生的学习和生活即将结束，回首这段学习生涯，我首先 要感谢我的导师单承赣教授。单老师不仅学识渊博、治学严谨，而且平易近人、 诲人不倦。单老师宽广的知识面、活跃的思维、对科学的浓厚兴趣、对学科的 深刻认识给我留下了非常深刻的印象。本论文的选题、开题、研究和撰写都是 在单老师的悉心指导下完成的。单老师不仅在学习上令我受益匪浅，而且在生 活中也给我无微不至的关怀。同时，单老师给我的教诲让我时刻铭记，受用终 生。能成为单老师的学生，是我的荣幸。 感谢合肥工业大学计算机学院曹航、徐静和王新生等老师，他们在我读 研的近三年的时间内，在工作和科研上给我关心和帮助。正是他们默默地辛勤 工作，为我们提供了极大的方便。 感谢我们实验室的每位同学，特别感谢焦宗东和丁传银，他们和我在课题 上进行了很多的交流和探讨。感谢所有在读研期间给过我帮助的同学。 特别感谢我的父母，感谢他们对我的培养和教育。二十多年来，他们默默 地奉献着，这份爱，是我一生奋斗的动力。 作者：梁华东 2 0 0 7 年5 月1 0 日 第一章绪论 1 1 本课题研究的背景和意义 射频识别技术r f i d ( r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ) 是从2 0 世纪8 0 年代 发展起来的一项自动识别技术。它是利用射频方式进行非接触双向通信，以达 到自动识别目标并获取数据。不同于传统的磁卡和i c 卡，r f i d 技术解决了无 源和免接触两大问题，同时它可实现运动目标识别、多目标识别，能够广泛应 用于各类场合。其突出优点是环境适应性强，能够穿透非金属材质，数据存储 量大，抗干扰能力强。r f i d 技术在交通运输、门禁安全、身份识别、货物管理、 自动控制、防盗防伪等方面广泛应用。射频技术按工作频段可以分为低频、高 频、超高频和微波频段。基于电磁波反向散射的超高频r f i d 技术则是近几年 发展很快的前沿科学技术，它能和和现在的数字化移动技术相适应，可以实现 自动识别和远程实时监控及管理，其通信的距离可以从几厘米到将近十米远。 r f i d 技术已经在世界各地得到广泛的应用，以美国、日本和欧洲为首的发达国 家对r f i d 技术的应用研究已经达到相当高的水平，而我国则处于起步阶段， 大多数是引进国外的技术成果，所以研究该技术已成为国内经济发展的必须。 r f i d 是一个崭新的技术应用领域，该技术不仅涉及了微波技术和电磁学理 论，还包括了通信原理和半导体集成电路技术，也包括了密码学知识等学科， 是一个多学科综合的新兴学科。2 1 世纪是一个数字化的时代，基于远程信息化 网络管理技术的发展，r f i d 技术必然在智能交通和物流管理系统中发挥巨大的 作用。r f i d 技术正在成为一个新的经济增长点，研究和开发r f i d 技术有着巨 大的经济效益和社会意义。 1 2 国内外研究概况【1 j 1 8 j r f i d 技术的应用应该归结为雷达技术的发展和应用。1 9 4 8 年，h a z y s t o c k m a n 发表的“利用反射功率的通信技术”奠定了r f i d 发展的理论基础。 此后一直到1 9 8 0 年以前都属于r f i d 技术的理论探讨阶段。1 9 8 0 年以后，r f i d 技术逐步步入到商业应用阶段，美国、法国、意大利、西班牙和日本等国家都 在不同的应用领域安装使用了r f i d 系统。第一个实用的r f i d 电子收费系统于 1 9 8 7 年在挪威正式使用。上世纪8 0 年代是r f i d 技术在电子收费系统应用的年 代。到了2 0 0 0 年以后，r f i d 的发展更为迅速，标准化的问题只趋为人们所重 视，r f i d 产品种类更加丰富，有源电子标签、无源电子标签及半无源电子标签 均得到了发展。电子标签成本不断降低，规模应用行业不断扩大。集成芯片电 子标签、多电子标签识读、无线读写、无源电子标签的远距离识别、适应高速 移动物体的识别等技术正在成为现实。各种技术的发展极大地推动了r f i d 技 术的应用。近年来在国外有很多公司都投入了一定的力量来研究移植性强的 r f i d 系统的解决方案，如t i 、m o t o r o l a 、i n t e l 等；在韩国已经成功地将 研究成果应用到了公交行业，1 9 9 6 年初韩国在汉城投入运营非接触卡的电子车 票系统。欧共体宣布1 9 9 7 年开始生产的新车型必须具有基于r f i d 技术的防盗 系统；欧盟将r f i d 技术用到“i c a r e ”和“c a l y p s o ”项目上，形成了一 个基于r f i d 技术的“信用卡”系统：德国汉莎航空公司对高频率乘客发放的 m i l e s & m o r e 卡，也是应用r f i d 技术，大大提高了机场的效率，节省了乘 客的时间。德国的宝马公司将r f i d 系统应用在生产流水线的生产控制过程中。 这些应用的成功标志着r f i d 系统已经取得了信息系统中举足轻重的地位。 从r f i d 全球的应用范围来看，美国在r f i d 标准的建立、相关软硬件技 术的开发、应用领域走在世界前列。欧洲r f i d 标准追随美国主导的e p cg l o b a l 标准。在封闭系统应用方面，欧洲与美国基本处在同一阶段。日本虽然已经提 出u i d 标准，但主要得到的是本国厂商的支持，如要成为国际标准还有很长的 路要走。r f i d 在韩国的重要性得到了加强，政府给予了高度重视。 在产业方面，t i 、i n t e l 等美国集成电路厂商目前都在r f i d 领域投入巨资 进行芯片开发。s y m b o l 己经研发出同时可以阅读条形码和r f i d 的扫描器。i b m 、 m i c r o s o f t 和h p 等也在积极开发相应的软件及系统来支持r f i d 的应用。目前 美国的交通、车辆管理、身份识别、生产线自动化控制、仓储管理及物资跟踪 等领域已经开始逐步应用r f i d 技术。在物流方面，美国已有1 0 0 多家企业承 诺支持r f i d 应用，这其中包括：零售商沃尔玛：制造商吉列、强生、宝洁：物流 行业的联合包裹服务公司以及政府方面国防部的物流应用。 欧洲的p h i l i p s 、s t 在积极开发廉价r f i d 芯片：c h e c k p o i n t 在开发支持多 系统的r f i d 识别系统：诺基亚在开发能够基于r f i d 的移动电话购物系统：s a p 则在积极开发支持r f i d 的企业应用管理软件。在应用方面，欧洲在诸如交通、 身份识别、生产线自动化控制、物资跟踪等封闭系统与美国基本处在同一阶段。 目前，欧洲许多大型企业都纷纷进行r f i d 的应用实验。 日本是一个制造业强国，它在电子标签研究领域起步较早，政府也将r f i d 作为一项关键的技术来发展。m p h p t 在2 0 0 4 年3 月发布了针对r f i d 的“关 于在传感网络时代运用先进的r f i d 技术的最终研究草案报告”，报告称m p h p t 将继续支持测试在u h f 频段的被动及主动的电子标签技术，并在此基础上进一 步讨论管制的问题：2 0 0 4 年7 月，日本经济产业省m e t i 选择了七大产业做好 r f i d 的应用试验，包括消费电子、书籍、服装、音乐c d 、建筑机械、制药和 物流。从近来日本r f i d 领域的动态来看，与行业应用相结合的基于r f i d 技术 的产品和解决方案开始集中出现，这为r f i d 在日本应用的推广，特别是在物 流等非制造领域，奠定了坚实的基础。 韩国主要通过国家的发展计划，再联合企业的力量来推动r f i d 的发展， 即主要是由产业资源部和情报通信部来推动r f i d 的发展计划。特别值得注意 的是在2 0 0 4 年3 月韩国提出i t 8 3 9 计划以来，r f i d 重要性得到了进一步的加 强。虽然目前韩国在r f i d 的开发和应用领域乏善可陈，但值得引起关注的是 在韩国政府的高度重视下，韩国关于r f i d 的技术开发和应用试验正在加速展 开。同日本类似，韩国也出现了将r f i d 引入开放系统的趋势。2 0 0 5 年3 月， 韩国政府耗资7 8 4 亿美元在仁川新建技术中心，主要从事电子标签技术包括 r f i d 研发以及生产，以帮助韩国企业快速确立在全球r f i d 市场的主流地位。 该中心的建设在2 0 0 7 年前完成，r f i d 标签和传感器将在2 0 0 8 年批量出货。 目前在我国也有很多公司在进行r f i d 的研发，如深圳世纪潮智能科技有 限公司、信安数据系统有限公司、杭州力汇电子有限公司、t a g m a s t e r ( 中国) 有限公司、北京兰德华电子技术有限公司、上海华虹集成电路有限公司等且已 经开发了许多产品。这些产品已广泛用于服务、销售、分配等领域，如动物识 别器、门禁卡机、指纹考勤机、电子闭锁防盗装置、产品产量统计、产品质量 跟踪、产品防伪、公交车系统等。为适应全国信息化技术的要求，我国铁道部 于1 9 9 9 年开始投资建设自动车号识别系统，并于2 0 0 0 年开始正式投入使用， 作为电子清算的依据。2 0 0 1 年7 月，上海虹桥国际机场组合式电子不停车收费 系统( e t c ) 试验开通，该项目被国家经贸委和交通部确定为“高等级公路电 子收费系统技术开发和生产创新”项目的示范工程。 中国r f i d 联盟2 0 0 5 年“月在北京宣告成立。4 0 0 余家中外企业申请加入 该组织，其中包括世界5 0 0 强中的2 0 个跨国i t 企业。作为国家金卡工程2 0 0 5 年的一项重要成果，中国r f i d 联盟将联合国内致力于射频识别与电子标签产 业发展与应用推广，以及新型信息服务业建设的企事业单位及个人，在平等互 利、优势互补、资源共享、合作共赢的原则下，积极推动r f i d 技术与电子标 签产品的自主创新与科学发展。 r f i d 技术会有如此快速的发展，从它与其它几种识别技术的比较便可以 知道答案。r f i d 系统无须接触，阅读时无方向限制，数据量大，保密性高，费 用低。因此使用r f i d 技术的优点是显而易见的。 可以预见，未来射频识别技术的发展主要朝着以下特点演变：一是更高的 安全性，第二由于半导体技术和芯片的封装技术的提高，使得标签( 卡) 的存 储容量更大，第三个特点是从单一的身份识别功能扩展到多用途多功能，处理 各种类型数据，从单一的应用向多应用方向发展，从单一的接触、非接触标签 ( 卡) 向两者结合的复合标签( 卡) 方向发展。 表卜1 几种识别技术的比较 条形图象识 语音识生物技术 参数 i c 卡 r f i d 系统 码别别测量法 典型数据量( 字 l 1 1 0 0 1 6 1 6 6 4 k 节)1 0 06 4 k 数据密度低低高 高 很高很高 机器阅读可能性 好好费时费时好好 很严 受污染潮湿影响 很严重可能没影响 重 角度限 一个方 受方向位置影响很小 无影响 制向 有条 有条件 用坏和磨损接触 没影响 件的的 费用 低一般很高很高低一般 来经允许的复制 容易容易 可能不可能不可能不可能 修改 阅读速度低低很低 很低低很快 0 直接接 阅读器作用范围 4 4 是c r c 1 6 r e s e r v e df o r 1 0 l l f u t u r eu s e n a k1 1 0 0 0 0 0 08 是唯一命令长度 r e q r n 1 1 0 0 0 0 0 14 0 是 c r c 1 6 r e a dl1 0 0 0 0 1 0 5 7 是 c r c 1 6 w r i t e1 1 0 0 0 0 l l 5 8 是 c r c 1 6 k i l l1 1 0 0 0 1 0 05 9是c r c - 1 6 l o c k1 1 0 0 0 1 0 16 0 是 c r c 1 6 a c c e s s1 1 0 0 0 l l o4 8 否c r c 1 6 b l o c k w r i t e1 1 0 0 0 1 1 1 5 7 否c r c 1 6 b l o c k e r a s e1 1 0 0 i 0 0 0 5 7 否c r c 一1 6 r e s e r v e df o r1 1 0 0 1 0 0 1 至 f u t u r eu s e1 1 0 1 1 1 1 1 l l l 0 0 0 0 0 r e s e r v e df o r0 0 0 0 0 0 0 0 c u s t o m到 制造商规定 c o m m a n d s1 1 1 0 0 0 0 0 l l l l l l l l 1 1 1 0 0 0 0 l r e s e r v e df o r0 0 0 0 0 0 0 0 p r o p r i e t a r y 到 制造商规定 c o m m a n d sl l l 0 0 0 0 l l l l l l l l l l l l 0 0 0 1 0 r e s e r v e df o r0 0 0 0 0 0 0 0 f o t u r eu s e 到 1 1 1 0 1 1 1 1 1 l l l l l l l 选择标签群 阅读器可以连续使用s e l e c t 命令选择基于用户定义标准的标签群。s e l e c t 命令可以确认或取消确认适用于四个通话的标签的s l 标记，或者可以在四个 通话的其中一个通话中将标签的清点标记设置为a 或b 。s e l e c t 命令含有参数 有t a r g e t ( 指示是否修改标签的s l 标记或已清点标记) 、a c t i o n ( 指示匹配的 标签是否确认或取消确认s l 标记，或是否将其已清点标记设置到a 或b ) 、 m e m b a n k 、p o i n t e r 、l e n g t h 、m a s k ( 用于和标签存储域相比较的位串) 和t r u n c a t e 。 其中符合m e m b a n k 、p o i n t e r 、l e n g t h 、和m a s k 字段内容的标签称为匹配的标 签。 清点标签群 q u e r y 启动一个清点周期，并确定哪个标签参与该清点周期( “清点周期” 即为连续q u e r y 命令之间相隔的时间) 。 q u e r y 命令含有时隙计数器参数q 。收到q u e r y 命令后，参与标签应在 ( 0 ，2 q 1 ) 范围内挑选一个随机数值，并应将该数值载入其时隙计数器。挑选零数 值的标签应转换成应答状态，并立即应答。挑选非零数值的标签应转换成仲裁 状态，并等待阅读器发出q u e r y a d j u s t 或q u e r y r e p 命令。假设是单个标签应答， 访问应答算法如下： a ) 当标签进入应答状态后即反向散射r n l 6 ，阅读器以含有相同r n l 6 的a c k 确认该标签 b 1 确认的标签转换到确认状态，反向散射其p c 、e p c 和c r c 1 6 c ) 阅读器发出q u e r y a d j u s t 或q u e r y r e p 命令，使所识别出的标签倒转清点标 记( 即a b 或b a ) ，转换到就绪状态，使另一个标签启动与该阅读器的从 上述( a ) 开始的询问应答对话。 发出q u e r y 启动一个清点周期后，阅读器一般要发出一个或一个以上的 q u e r y a d j u s t 或q u e r y r e p 命令。q u e r y a d j u s t 命令重复以前的q u e r y 命令，可以 令o 增值或减值，但不将新的标签引入该清点周期内。q u e r y r e p 重复以前的 q u e r y 命令，参数不变，也不将新的标签引入该清点周期。清点周期可以包含 多个q u e r y a d j u s t 或q u e r y r e p 命令。在某一点上阅读器将发出新的q u e r y 命令， 由此启动新的清点周期。 处于仲裁或应答状态的收到q u e r y a d j u s t 命令的标签首先调整q ( 增值、减 值或保持不变) ，然后在该范围内( o ，2 q 1 ) 挑选一个随机数值，将该数值载到时 隙计数器内。挑选零数值的标签应转换到应答状态并立即应答。挑选非零值的 标签应转换到仲裁状态，并等待发出q u e r y a d j u s t 或q u e r y r e p 命令。 处于仲裁状态下的标签每次收到q u e r y r e p 命令后即将其时隙计数器减 值，当时隙计数器达到0 0 0 0 h 时转换到应答状态，并反向散射r n l 6 。时隙计 数器达到0 0 0 0 h 的，作出应答的，未被确认的标签( 包括响应原q u e r y 命令但未 被确认的标签) 应在时隙值达到0 0 0 0 h 时返回仲裁状态，并在下一个q u e r y r e p 时使其时隙值从0 0 0 0 h 减值到7 f f f h ，由此有效地阻止连续应答直至该标签将 一个新随机数值载入其时隙计数器。 为阐明清点操作，现举例说明：假设有6 4 个处于就绪状态下的通电标签。 阅读器首先发出s e l e c t 命令，选择子标签群。假设有1 6 个标签与此选择标准匹 配。再进一步假设在这1 6 个标签中有1 2 个标签将其清点标记设置为s o 通话 中的a 。阅读器发出q u e r y 命令规定( s l ，q = 4 ，s o ，a ) 。这1 2 个标签的每一个 在0 1 5 的范围内选择一个随机数值，然后加载到时隙计数器中。选择零的标签 立即作出应答。q u e r y 命令可能会出现以下三个结果： ( a ) 无标签应答：阅读器可以另外再发一个q u e r y 命令，或者也可以发出 q u e r y a d j u s t 或q u e r y r e p 命令。 ( b ) 一个标签应答：标签转换到应答状态，反向散射一个r n l 6 。阅读器发送a c k 予以确认。若标签收到的a c k 包含的r n l 6 正确，则反向散射其p c 、e p c 和c r c 1 6 ，并转换到确认状态。若标签收到的a c k 所包含的r n l 6 错误， 则转换到仲裁状态。假设是r n l 6 正确的a c k ，则阅读器可以访问所确认的 标签，也可以发送q u e r y a d j u s t 或q u e r y r e p 将该标签的清点标记从a 倒转为 b ，并使标签转换到就绪状态f 带有前清点周期匹配通话参数的q u e r y 命令也 将使清点标记从a 倒转为b ) 。 ( c ) 多标签应答：阅读器观察由多个r n l 6 组成的反向散射的波形。该阅读器可 以选择解决冲突并发送a c k ，也可以不解决冲突和发送q u e r y a d j u s t 或 q u e r y r e p 命令或n a k ；或迅速识别冲突并在冲突标签完成反向散射之前发 送一个q u e r y a d j u s t 或q u e r y r e p 命令。 访问各标签 确认标签后，阅读器可以选择访问该标签。阅读器按以下步骤访问确认状 态的标签： ( a ) 阅读器向被确认的标签发送r e qr n ( b ) 标签生成和存储新的r n l 6 ( 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，转换成保护状态。现在 阅读器可以发出进一步的访问命令了。 所有发给开放状态或保护状态下的标签的访问命令将该标签的旬柄纳为 该命令中的一个参数。若标签处于上述两种状态时，标签应在执行访问命令前 确认该句柄是正确的，并应忽略句柄错误的访问命令。整个访问序列持续期间 的句柄值都是固定的。 处于开放状态下的标签可以执行除l o c k 之外的所有访问命令。处于保护状 态下的标签可以执行所有访问命令。标签对某一访问命令的应答至少应包括该 标签的句柄，该应答也可以包括其它信息( 例如，r e a d 操作的结果) 。 阅读器可以向处于开放或保护状态下的标签发送a c k ，使该标签反向散射 其p c 、e p c 和c r c 1 6 。阅读器和标签可以在开放或保护状态下无限通信。阅 读器可以通过发送q u e r y 、q u e r y a d j u s t 、q u e r y r e p 或n a k 命令中止通信。 4 2 2 防冲突机制 在该标准中，采用了基于概率的时隙防冲突算法，防冲突的原理如下：在 阅读器开始对一个标签群进行清点周期时，阅读器发出的q u e r y 命令中，含有 一个参数q ( o 的取值范围为1 1 5 ) ，该参数控制标签往各自的时隙计数器内 载入一个随机数( 取值范围o 2 q 1 ) 。当标签接收到阅读器相关命令时，时隙计 数器值减l ，仅当标签内时隙计数器值为0 时，标签才对阅读器进行应答；当 时隙计数器值不为0 时，标签不对阅读器进行应答，而是根据阅读器的不同命 令，执行时隙计数器值继续减l 操作，或者根据新的q 参数值来再次载人另一 随机数( 该随机数取值范围必须同样在o 2 q 1 范围内) 。已经阅读成功的标签， 退出这轮标签清点。当有两个或多个标签的时隙计数器值同时为0 时，这些标 签会同时对阅读器进行应答，从而造成冲突。阅读器检测到冲突发生后，发出 相关命令，让冲突标签的时隙计数器值从0 变到o x f f f f ( 1 6 位二进制最大值) ， 继续留在这轮清点周期内，以后阅读器再通过设置新的q 参数来分散发生冲突 的标签。这个阅读过程一直继续下去，直到完成这轮清点周期。 在阅读器命令参数q 的选择上，采用了图4 2 2 的算法。图中q 加是参数q 的浮点表示，阅读器对q 加取整得到q ，标签用q 作参数，在( o 2 q 1 ) 取值范 围内，随机载入时隙计数器的值，以实现标签的高效率读取。图中0 i c o 5 ， 且q 较大时，c 取较小值；而q 较小时，c 取较大值。 图4 2 2 参数q 选择算法 4 3 两大标准协议特点比较 e p cg l o b a l 的g e n e r a t i o n2 标准作为i s o i e c l8 0 0 0 6 中的c 型通信协议， 与原有的a 型、b 型两