RFID知识点总结解析.pdf

1、1、物物联联网网 RFID 系系统统概述概述1、什么是射、什么是射频识别频识别技技术术(Radio Frequency Identification)(问问答）答）：是一种自动识别技术，它利用无线射频信号实现无接触信息传递，达到自动识别目标对象的目的。2、物、物联联网的定网的定义义（了解）（了解）通过射频识别传感器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按照约定的协议把任何物体与互联网连接起来进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。3、自、自动识别动识别技技术术（选择选择）可分为条码识别技术、生物识别技术、图像识别技术、磁卡识别技术、ic 识别技术、光学字符识别技术和射频识别技术等。4、RFID 技技术术的的优势优势与特点与特点(简简答答)抗污损能力强安全性高容量大可远距离同时识别多个电子标签是物联网的基石。5、欧洲智能系统集成技术平台在报告中分析预测,物物联联网未来的网未来的发发展将展将经历经历四个四个阶阶段：（了解）段：（了解）2010 年前，被广泛应用于物流零售和制药领域，2010 至 2015 年实现物体互联，2015 至 2020 年，物体进入半智能化，2020 年后物体进入全智能化。6、RFID 基本基本组组成（填空）：成（填空）：电子标签，读写器，系统高层。7、RFID 系系统统分分类类：按照频率分类低频系统 125k 赫兹高频系统 12.56M 赫兹微波系统 860、960M 赫兹，2.45G、5.8G 赫兹按照耦合方式分类电感耦合方式，电磁反向散射方式。8 什么叫什么叫电电子子标签标签，电电子子标签标签由哪些部分构成。由哪些部分构成。（简简答）答）电子标签又称为射频标签，应答卡或射频卡。电子标签是射频识别的真正数据载体，从技术角度上来说，射频技术的核心是电子标签，读写器是根据电子标签的性能而设计的，电子标签由标签专用芯片和标签天线组成。9、电电子子标签标签的的结结构形式构形式，第二代身份证、城市一卡通、门禁卡、银行卡。210、电电子子标签标签的工作特点（的工作特点（传输传输速度、通信距离）速度、通信距离）低频电子标签的工作特点：低频电子标签一般为无源标签，电子标签与读写器传输数据时，电子标签位于读写器天线的近场区，电子标签的工作能量通过电感耦合方式从读写器中获得。11、低、低频电频电子子标签标签的的优优点：点：低频频率使用自由，工作频率不受无线电管理委员会的约束，低频电波穿透力强，可穿透弱导电性物质，能在水、木材和有机物质等环境中应用。低频电子标签一般采用普通CMOS 工艺，具有廉价省电的特点。低频电子标签有不同的封装形式，好的封装形式有十年以上的使用寿命，12、微波、微波电电子子标签标签的的优优点：点：微波电子标签与读写器的距离较远，一般大于一米，典型情况为 4 米至 7 米，最大可达十米以上，有很高的数据传输速率，在很短的时间可以读取大量的数据，可以读取高速运动物体的数据，可以同时读取多个电子标签的信息。13、读读写器的基本写器的基本组组成及各部分功能成及各部分功能读写器通过天线与电子标签进行无线通信，读写器可以看成是一个特殊的收发信机，同时，读写器也是电子标签与计算机网络的连接通道，组成各部分如下读写器由射频模块控制处理模块和天线组成，读写器可以工作在一个或多个频率，可以读取一种或多种型号的电子标签，并可以与计算机网络进行通信。读写器天线可以是一个独立的部分,也可以内置到读写器中。射频模块用于将射频信号转换为基带信号控制模块是读写器的核心，对发射信号进行编码调制等各种处理，对接收信号进行解调解码等各种处理，执行防碰撞算法,并实现与后端应用程序的接口规范。14、了解系了解系统统高高层层将许多读写器获取的数据有效整合，完成查询、管理及系统交换等功能。RFID 必将通过网络整合，计算机网络将成为 RFID 系统高层。3第二章，工作第二章，工作频频率及无率及无线传输线传输1、频谱频谱划分划分低频、高频，超高频，微波。2、读写器和电子标签之间无无线线射射频频信号的信号的传输传输方式方式主要有两种，一种是电电感耦合感耦合方式，一种是电电磁反向散射磁反向散射方式。电感耦合方式适用于低频高频，近场通信，天线的形状为线圈，电磁反向散射方式适用于微波，远区通信，天线形态多样（对称）3、两个、两个线线圈之圈之间间的耦合功率与什么因素有关：的耦合功率与什么因素有关：工作频率，线圈匝数线圈面积，线圈间的距离和线圈的相对角度。4、微波的工作原理、微波的工作原理微波 RFID 是电磁反向散射的识别系统，采用雷达原理模型，工作波长较短。第三章天第三章天线线技技术术，1、总总述：述：天线对 RFID 系统十分重要，是决定系统性能的关键部件，天线可分为低频高频及微波天线，在每一频段，天线又分为读写器天线和电子标签天线。在低频和高频频段，读写器和电子标签基本都采用线圈天线，微波天线形式多样，可以采用对称振子天线。微带天线阵列天线，宽频带天线等，RFID 天线制作工艺主要有，线圈绕制法，蚀刻法印刷法等，。这些工艺既有传统的制作方法，也有近些年来发展起来的新技术。2、按天、按天线线的的结结构来分构来分类类天线可分为线状天线、面状天线、缝隙天线、微带天线等。线状天线是指线半径远小于线本身的长度和波长，且载有高频电流的金属导线。线状天线可以用于低频高频和微波波段，有直线型环型和螺旋形等多种形状，到 f 天线。面状天线是由尺寸大于波长的金属面构成的，主要用于微波波段，形状可以是喇叭或抛物面状等。缝隙天线是金属面上的线状长槽，长槽的横向尺寸远小于波长及纵向尺寸，长槽上有横向高频电场。4微带天线由一个金属贴片和一个金属接地板构成，金属贴片可以有各种形状，其中长方形和圆形是最常见的，微带天线适用于平面结构，并可以用印刷电路技术来制造。3、天、天线线的的电电参数参数天线的电参数包括天线的效率、输入阻抗，天线的方向性参数，增益，有效长度，极化，频带宽度等。4、半功率波瓣、半功率波瓣宽宽度度半功率波瓣宽度越窄说明天线辐射的能量越集中，定向性越好。5、增益、增益增益定义为当天线与理想无方向性天线的输入功率相同时，两种天线在最大辐射方向上辐射的功率密度之比，增益同时考虑天线的方向性系数和效率，一个增益为 10db，输入功率为 1W 的天线，另一个增益为 2db，输入功率为 5W 的天线，在最大辐射方向上具有相同的效果。6、各各类类天天线简线简要介要介绍绍对称振子天线，对称振子天线是一种应用广泛的线状天线，它既可以单独使用又可以作为天线阵的单元。引向天线又称八木天线，是一种广泛应用于米波和分米波的天线，引向天线是一个紧耦合寄生振子端射阵，它由一个有源振子、一个反射振子（稍长于有源振子），和若干个引向振子（稍短于有源振子）螺旋天线，螺旋天线是由导体螺旋线构成，螺旋线是空心的或着是在低耗的介质棒上。圈的直径可以是相同的也可以随高度不断减小，圈的距离可以是等距的，也可以是不等距的微带天线。旋转抛物面天线。7、天天线应线应用的一般要求用的一般要求、1、电子标签天线必须足够小能够附着到需要的物体上。5必须电子标签有机地结合成一体或贴在侧面或嵌入到物体内部一些应用要求电子标签具备特定的方向，例如具有全相向或半球覆盖的方向性，以满足零售商品跟踪等需要。给标签的芯片提供最大可能的信号和能量。无论物体在什么方向，RFID 天线的极化都能与读写器的询问信号相匹配。电子标签可能被用在高速的传送带上，此时有多普勒频移，天线的频率和带宽应不影响 RFID 工作。电子标签的读写器读取区域的时间很少，要求有很高的读取速率，RFID 系统必须保持标签识别的快速无误。电子标签天线必须可靠，并保证在温度湿度压力发生变化。以及在标签印刷和层压处理中的存活率。天线的频率和频带要满足技术标准，电子标签期望的工作频率带宽依赖于标签使用的规定。具有鲁棒性。便宜。标签天线必须是低成本，约束了天线结构和根据结构使用的材料，标签天线多采用铜铝或银油墨，、2、读写器天线读写器天线既可以与读写器集成在一起，也可以采用分离式。对于远距离系统，天线和读写器一般采用分离式结构，并通过阻抗匹配的同轴电缆连接到一起。读写器天线设计要求低剖面小型化，读写器由于结构，安装和使用环境等变化多样，读写器产品朝着小型化甚至超小型化发展。读写器天线设计要求多频段覆盖。对于分离式读写器还将涉及天线阵的设计问题，目前国际上已经开始研究读写器的应用智能波束扫描天线阵。8、RFID 天天线线的的设计设计步步骤骤6选定应用的种类，确定电子标签天线需要的参数。确定天线采用的材料。确定电子条标签天线的结构。ASIC 封装后，确定天线的阻抗.综合优化天线参数,使天线参数满足技术指标。用网络分析仪检测天线的各项指标。9、低、低频频和高和高频频天天线线具有如下特点具有如下特点天线都采用线圈的形式。线圈的形式多样，可以是圆形环也可以是矩形环。天线的尺寸比芯片的尺寸大很多，电子标签的尺寸主要是由天线决定的。有些天线的基版是柔软的，适合粘贴在各物体的表面。由天线和芯片构成的电子标签，可以比拇指还小。由天线和芯片构成的电子标签可以再条带上批量生产，10、微波天、微波天线线有如下特点有如下特点微波天线的结构多样。很多电子标签的天线基板是柔软的，适合粘贴在各种物体的表面上。天线的尺寸比芯片尺寸大很多，电子标签的尺寸主要是由天线决定的。由天线和芯片构成的电子标签很多可以在条带上批量生产。由天线和芯片构成的电子标签很多是在条带上批量生产。由天线和芯片构成的电子标签尺寸很小。有些天线提供可扩充装置，提供短距离和长距离的电子标签。11、制造工制造工艺艺线圈绕制法，蚀刻法，印刷法（1）线圈绕制法的特点频率范围在 125k 赫兹到 134k 赫兹电子标签，只能采用这种工艺，线圈的圈数一般为几百到上千。7这种方法的缺点是成本高、生产速度慢。高频天线也可以采用这种工艺，线圈的匝数一般为几到几十。UFH 天线很少采用这种工艺、2、蚀刻法的特点 蚀刻天线精度高，能够与读写器的询问信号相匹配，天线的阻抗方向性，等性能都很好，制造良率较高，天线性能优异且稳定，这种方法的缺点是成本太高，制作程序繁琐、产能低下、成本昂贵。高频标签常采用这种工艺 蚀刻的标签耐用年限为十年以上。（3）印刷法 印刷天线是直接用导电油墨在绝缘基板上印刷导电，线路，形成天线和电路。印刷天线技术可以用于大量制造 13.56 兆赫兹，和 ufh频段 RFID 电子标签，这种方法的缺点是，电阻大、附着力低、耐用年限较短，优点是识别距离远、速度快、成本低。第四章第四章 射射频频前端前端电电路路1、什么是基、什么是基带带信号，基信号，基带带信号的特征信号的特征无线通讯传递的原始电信号频率很低成为基带信号，频率较低不适合在无线中传输，但是以自由空间作为信道的无线传输，却无法直接传输这些基带信号，把基带信号变换成适合在无线信道中传输的信道，并在接收端进行反变换，需要采用射频前端电路。2、线线圈的自感和互感圈的自感和互感，磁通量，磁感应强度 b 通过曲面 s 的通亮成为磁通量，磁通量用 表示线圈的电感当磁场是由线圈本身的电流产生时，通过线圈的总磁通量与电流的比值乘轨线圈的自感，也体现圈的电感 l。线圈的互感当地一个线圈上的电流产生磁场，并且该磁场通过第二个线圈时，通过第二个线圈总磁通量与第一个线圈上电流的比值，成为两个8线圈的互感。（互感强度与哪些因素有关）3、RFID 读读写的射写的射频频前端前端电电路采用串路采用串联谐联谐振振电电路。路。对读写器射频前端的构造有如下要求读写器天线上的电流最大，使读写器线圈产生最大的磁通量。功率匹配最大程度的输出读写器的能量。足够的带宽，使读写器信号无失真输出根据以上要求读写器天线的电路应该是串联谐振电路。串联谐振电路如图所示：4 电电子子标签标签的射的射频频前端采用并前端采用并联谐联谐振振电电路。路。5、读读写器写器电电子子标签标签之之间间的的电电感耦合，整流器的作用，感耦合，整流器的作用，稳压电稳压电路。路。6、电电阻阻负载调负载调制的特性制的特性当二进制数据编码为 1 时，开关 s 接通，电子标签的负载电阻为 并联。当二进制数据编码为零时，开关 s 断开，电子标签的负载电阻 rl 这说明，开关 s 接通时，电子标签的负载电阻比较小，对于并联谐振，如果并联电阻比较小，将降低品质因数，就是说，当电子标签的负载电阻比较小时，品质因数 q 值将降低，这将使谐振回路两端的电压下降。上述分析说明，开关 s 接通或断开，会使电子标签谐振电路两端的电压发生变化，为了恢复解调电子标签发送的数据，上述变化因输送到读写器，当电子标签回路两端的电压发生变化时，由于线圈电感耦合，这种变化会传递给读写器，7、微波 RFID 系统采用电磁反向反射方式进行工作。在这种工作方式中射频前端涉及很多射频电路的模块，其中包括射频滤波器、射频9放大器、混频器及射频震荡器。8、滤滤波器的波器的类类型型滤滤波器有低通、高通、波器有低通、高通、带带通、通、带带阻四种基本阻四种基本类类型型、5、编码编码与与调调制制1、什么叫什么叫调调制，制，为为什么要什么要调调制？制？使信息转化为不同类型的方波。2、了解模了解模拟拟信号和数字信号、信号和数字信号、时时域和域和频频域。域。3、信道信道信道可以分为两大类，一类是电磁波在空间传播的渠道，如短波信道、微波信道等，另一类是电磁波的导引传播渠道，如电缆信道、光纤信道等。RFID 采用无线信道。（1）信道带宽，信号所拥有的频率范围叫做信号的频带宽度，简称带宽。（2）信道传输速率（3）波特率与比特率波特率是指数据信号对载波的调制速度，单位时间内载波调制状态改变的次数来表示，在信息传输通道中，携带数据信息的信号单元称为码元，每秒钟通过信道传输的码元称为码元传输率，简称波特率。比特率。每秒钟通过信道传输的信息量称为位传输速率，简称比特率。比特率是数据传输速率，表示单位时间内可传输二进制数据的位数。波特率与比特率的关系如果一个码元的状态数可以用 M 个电平数表示、4、信道容量具有理想低通矩形特性的信道，最高码元传输速率=2BW,最高数据传输速率为 2BW2M，带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道RFID 的信道容量，带宽越大，信道容量越大，信噪比越大，信道容10量越大.4、编码编码与与调调制制 信源编码，信道编码，保密编码。5、什么是什么是调调制，制，调调制的目的，制的目的，为为什么要什么要调调制，制，调调制的原因。制的原因。调制的过程用于通信系统的发端，调制就是将其带信号的频谱，搬移到信道通带的过程。调制的目的是把传输的模拟信号或数字信号变换成是和信道传输的信号。经过调制的信号成为已调信号或带通信号、频带信号。信道需要调制的原因：工作频率越高带宽越大，工作频率越高天线尺寸越小。信道调制的方法，在无线通信中调制是指载波调制，载波调制就是用调制信号去控制载波参数的过程。未受调制的周期性震荡信号称为载波，它可以是正弦波也可以不是正弦波。当载波是正弦信号时，采用数字调制，也称键控法，调频调幅调相。6，常用的，常用的编码编码方法方法反向不反向不归归零零编码编码曼曼彻彻斯特斯特编码编码单单极性极性归归零零编码编码差差动动双向双向编码编码米勒米勒编码编码差差动编码动编码7、RFID 常用数字常用数字调调制的方式制的方式8、副副载载波波调调制制副载波调制是指首先把信号调制在载波一上，出于某种原因决定对这个结果再进行一次调制，就用这个结果去再去调制另外一个频率更高的载波二。、6、数据完整性与数据安全性数据完整性与数据安全性1、RFID 是一个开放的无是一个开放的无线线系系统统。数据传输完整性主要存在两个方面的问题：一是各种干扰、另一个是电子标签之间数据的碰撞。2、误码误码控制的基本原理控制的基本原理11为了使通信系统具有检测和纠错的能力，应当按照一定的规则在信源编码的基础上增加一些冗余编码。信源编码与监督编码许用码组和禁用码组3、奇偶校奇偶校验验4、循循环环冗余校冗余校验验5、数据数据传输传输中的防碰撞中的防碰撞问题问题数据传输的工作方式主要有三种，分别为无线电广播方式、多路存取工作方式、多个读写器给多个电子标签同时发送数据的工作方式。解决方法碰撞问题需要用到多路存取法，多路存取法主要有空分多路（SDMA）频分多路(FDMA)时分多路(TDMA)码分多路（CDMA）。9、消息消息认证认证和数据加密有效地和数据加密有效地实现实现了数据的安全性。了数据的安全性。10、RSA 系系统统是迄今是迄今为为止所有公止所有公钥钥密密码码中最著名和使用最广泛的一中最著名和使用最广泛的一种体系。种体系。11、RFID 电电子子标签标签按芯片的按芯片的类类型分型分为为存存储储型、型、逻辑逻辑加密型和加密型和 CPU型型标签标签。12、MIFARE 公交卡公交卡认证认证的流程可分的流程可分为为以下几个步以下几个步骤骤应用程序通过读写器上电子标签发送认证请求。电子标签收到请求后向读写器发送一个随机数 b。读写器收到随机后向电子标签发送要验证的密钥加密的 b 的数据包，其中包含了读写器生成的另一个随机数 a电子标签收到数据包后，使用芯片内部存储的密钥进行解密，解出随机数 b 并校验与之发出的随机数 b 是否一致。如果是一致的，则使用芯片内部存储的密钥，对 a 进行加密并发送给读写器；读写器收到此数据包后，进行解密，解出 a 并与其发出的 a 比较是否一致，以上环节都成功则验证成功，否则验证失败。、7、电电子子标签标签的体系的体系结结构构1、什么是什么是 EAS 系系统统:单单比特射比特射频识别频识别器系器系统统,只有两个状只有两个状态态，衣服防，衣服防盗扣盗扣122、声表面波声表面波(SAW)器件特点器件特点:实现实现器件的超小型化器件的超小型化.实现实现器件的器件的优优越性能。越性能。易于工易于工业业化生化生产产。性能性能稳稳定。定。3、声表面波声表面波标签标签特点，体积小、重量轻、可靠性高、一致性好以及设计灵活等优点，已覆盖十兆赫兹至 2、5G 赫兹，目前使用的主要频率为 2.45G 赫兹，这种标签无源且抗干扰性能力很强。4、声表面波的工作原理声表面波的工作原理声表面波 SAW 标签是由叉指换能器 IDT 和若干发射器组成,叉指换能器的两条总线与标签天线相连接,读写器天线周期性的发送高频询问脉冲，标签天线接受该高频脉冲并通过 IDT 转变成声表面波在晶体表面传播.5、几种几种 IC 卡及其介卡及其介绍绍、8、读读写器的体系写器的体系结结构构1、读读写器的写器的软软件，已件，已经经有生有生产产厂家在厂家在产产品出厂品出厂时时固化在固化在读读写器中。写器中。2、读读写器的硬件，写器的硬件，由天线射频模块控制模块和接口组成，控制模块是读写器的核心控制模块，与电子标签之间的数据传输通过射频模块与读写器天线完成。3、读读写器的控制模写器的控制模块块主要完成以下功能主要完成以下功能与应用软件进行通信并执行应用软件发来的命令控制与电子标签的通信过程信号的编码与解码执行防冲突算法对电子标签和读写器之间传送的数据进行加密和解密。进行电子标签与读写器之间的身份验证。、9、RFID 中中间间件件1、中中间间件的作用，功能、地位件的作用，功能、地位13控制 RFID 读写设备按照预定的方式工作按照一定规则过滤数据，筛除绝大部分冗余数据，将真正有效的数据传送给后台信息系统，为了减少网络流量，中间件只向上方转发它感兴趣的某些事件或事件摘要保证读写器和企业级分布式应用系统平台之间的可靠通信，为分布式环境异构下的应用程序提供可靠的数据传输服务。中间件屏蔽了底层操作系统的复杂性，使程序开发人员面对一个简单而统一的开发环境，减少了程序设计的复杂性。2、中中间间件件实实例例IBM 的的 WEBSphere 中中间间件件微微软软的的 BizTalkRFID清清华华同方的同方的 eaONE 易众易众、10、RFID 标标准体系准体系1、全球五大射全球五大射频识别标频识别标准准组织组织2、RFID 标标准体系的构成准体系的构成