RFID第6章系统设计的关键因素.

射频识别技术原理、协议及系统设计第四篇系统设计射频识别技术原理、协议及系统设计第六章系统设计的关键因素本章内容6.1应用系统配置6.2频带选择6.3能量与通信范围6.4链路的能量预算限制6.5冲突避免6.6标签读取的可靠性6.7标签漏读率6.8移动中的标签读取6.9小结6.1应用系统配置系统影响因素阅读器硬件配置阅读器与执行器的链接方式系统组织方式数据存储方式6.1.1应用系统硬件配置图书馆书籍管理系统每个书架上安装一个阅读器经济开销大提供真实的物理信息宕机恢复成本低书架阅读器6.1.1应用系统硬件配置图书馆书籍管理系统阅读器部署在走到两侧提供书籍位置的变动信息宕机恢复成本高书架阅读器6.1.2应用系统软件配置射频信号调制参数天线部署情况外部环境标签部署情况阅读器及标签的数量影响都区范围的因素6.1.2应用系统软件配置低频高频超高频LFMFHFVHFUHF100kHz1MHz10MHz1GHz10GHz阅读器功率标签能量消耗标签质量标签信息调制天线线圈部署信息调制方法阅读器信噪比标签能量转换效率天线调谐及载波精度阅读器过滤器质量微控制器处理速度编码有效性标签数据率6.1.3应用系统其他配置运行环境金属物体距离同频段噪声源阅读器及标签移动与否阅读器与标签夹角系统是否闭合6.1.4实际应用系统设计要点举例系统基本因素阅读器商业价值系统外部环境标签6.1.4实际应用系统设计要点举例系统整体•RFID技术是否切实匹配系统的需求•RFID技术是否匹配书籍管理的需求？•RFID技术的成本是否在需求范围内。•是否已有成熟的解决方案可以加以应用，以降低成本•使用RFID系统需要注意何种规范，有无成熟技术？6.1.4实际应用系统设计要点举例标签•标签类型包括有无源、数据容量等•书籍管理系统中，由于需要部署在书籍中并期望获得长久的部署效果，因此采用无源标签，并挑选适当的形状•系统如何使用标签包括编码问题、使用逻辑问题等6.1.4实际应用系统设计要点举例阅读器•系统要求的读取范围有多大，需要同时读取多少标签•系统如何部署使用标签？标签状态如何？•系统对数据如何处理？•系统如何大规模部署？•其他问题，如可移植性，对外接口等6.1.4实际应用系统设计要点举例系统外部环境金属、水等电离体温度、湿度等环境因素电磁波发射源其他干扰外部环境因素6.1.4实际应用系统设计要点举例商业考虑•每一个标签的话费是多少，随着数量的增加，是否在系统的可承受范围内？•RFID系统的部署情况将对整个业务系统的底线造成何种影响？•部署RFID技术系统的投资回报率又是多少？6.2频带选择无线尺寸能量损耗电离体干扰数据传输率障碍物反射低频kHz中频MHz微博GHz影响程度6.2频带选择低频和高频感应RFID系统•RFID标签因电磁反向散射特点，对金属和液体环境比较敏感•读取范围减少•读取能力降低水电费•已研发出能够在金属或液体环境下进行完好读取应用的被动标签产品6.2频带选择超高频感应RFID系统•电磁环境变得更加重要•某些材料会导致读取性能严重降低•物体的尺寸大小一定程度上影响电磁波的传输•甚至能够导致标签对阅读器完全屏蔽6.3能量与通信范围•提高阅读器用于与标签通信的能量以扩展读取距离•灵敏度以及信号选择同样也跟阅读器的部署位置和密度相关•部署合适的防冲突技术以及信道管理技术6.3能量与通信范围国家/地区UHF频段RFID的频率应用情况最大功率限制美国902-928MHz4W(EIRP)欧盟868-870MHz500mW澳大利亚918-926MHz1W(EIRP)文莱866-869MHz923-925MHz500mW2W中国香港地区865-868MHz920-925MHz2W4W印度尼西亚866-869MHz923-925MHz500mW2W韩国908.5-914MHz--日本952-954MHz--马来西亚868.1MHz919-923MHz50mW50mW新加坡866-869MHz923-925MHz500mW2W6.4链路的能量预算限制•纯净环境：射频信号能量发出者与阅读器天线对链路上传输能量的影响是非常容易进行计算的•实际环境：暴露在充满噪声和干扰等因素的环境中6.4.1前向链路能量预算发射端(Transmitter)链路链接损失(CablesandConnectorsLosses)阅读器天线增益(ReaderAntennaGain)标签激活阈值(TagSensitivityThreshold)标签天线增益(TagAntennaGain)传播空间损失(FreeSpaceLoss)33dBm-3dB30dBm+6dBi-3dB33dBm-14dBm+1dBi-1dBi-47dBi-14dBi6.4.2反向链路能量预算标签反射能量(TagPower)标签反射效率(TagBackscatterEfficiency)标签天线增益(TagAntennaGain)阅读器接收信号阈值(ReaderSensitivityThreshold)阅读器天线增益(ReaderAntennaGain)传播空间损失(FreeSpaceLoss)-14dBm-20dB-34dBm+6dB-3dB33dBm-78dBm-47dB-78dBm+1dBi-1dBi6.4.2反向链路能量预算降低理论计算精度的因素•能量吸收•多径效应反射面（例如，墙体）射频信号发射端射频信号接收端直接路径反射路径多径效应6.4.2反向链路能量预算实际情况中距离对标签敏感度的影响6.5冲突避免冲突：当多个设备，包括读取器、标签等，在同一时间段里持续工作，并且产生了相互之间的干扰，这种干扰可能是由于相同或相似的操作，此时就产生了冲突•单阅读器多标签冲突•单标签多阅读器冲突•多阅读器间冲突6.5.1单阅读器多标签冲突•一次只读一个标签，系统会获得非常良好的运行效果•同时读取多个标签非常必要•图书馆的书籍，机场的行李，零售业物流•所有标签同时对信号载波做出回应的操作，调幅射频波会被干扰混淆冲突避免协议阅读器的冲突解决办法：不间断的请求标签响应，一直到所有标签的识别信息都会捕获为止。6.5.2阅读器与标签间冲突•通常发生在一个阅读器发出的信号影响了另一个阅读器正在读取的标签的返回信号的时候•EPCC1G1标准中，通过允许在超高频频段进行频率跳变以及通过时分复用技术，缓解了阅读器与标签的冲突问题。•EPGC1G2标准中，不同的阅读器和标签之间使用了不同频率的电磁波，因此标签的相应信号不会与阅读器的读取信号发生干扰和冲突6.5.3阅读器间冲突•大范围应用中使用多个阅读器的必要性•Colorwave解决方案•系统吞吐率系统吞吐率=所有阅读器的成功读取请求总时间•阅读器所使用的避免冲突协议的有效性最终由系统的吞吐率以及有效性决定6.6标签读取的可靠性•幽灵读取(GhostReads)：当一个RFID阅读器在一个嘈杂的环境中进行读取操作时，阅读器有可能收集到某个并不在读取区域中的标签的报告。•EPCC1G2通过提供五种序列化的机制检测标签的真实性开始检测在规定时间内响应检测失败下一标签有响应前缀短信号通过EPC格式检测通过比特序列检测CRC冗余校验码检测成功录入系统下一标签YYYYYNNY6.6标签读取的可靠性①标签响应时间如果一个标签的响应从开始到结束的时间并不是非常精确的，那么该标签是幽灵读取的可能性非常大②标签响应前缀响应阅读器的读取请求，标签首先会发送一个称为响应前缀的短信号③EPC标准检查标签通过了响应前缀检测，阅读器将会检查传输中的信息比特流是否符合标准的EPC标签格式④比特序列检查阅读器在收到标签的返回信息之后，会比较标签所报告的比特数量与标准C1G2标签的异同。⑤CRC冗余校验码CRC冗余校验码在传输过程中检测比特流中的比特错误。6.7.1系统中的标签漏读现象标签漏读现象：RFID天线正常读取区域中的标签出现随机性的漏读。读取区域RFID天线RFID天线读取区域6.7.1系统中的标签漏读现象RFID天线RFID天线稳定读取的标签不稳定读取的标签无法读取的标签理论读取区域实际读取区域6.7.2多标签冗余方案标签与阅读器天线传输信号的夹角RFID天线RFID天线标签与天线传输方向垂直正确读取概率最大标签与天线传输方向平行正确读取概率最差6.7.2多标签冗余方案标签冗余解决方案6.7.2多阅读器/天线冗余方案RFID阅读器天线天线天线天线多天线冗余解决方案6.8移动中的标签读取静态读取标签的位置固定，阅读器及天线的位置也固定动态标签或阅读器天线将在读取过程中进行一定的移动6.8.1移动速度RFID天线RFID天线RFID天线移动方向6.8.2信号传输功率RFID天线RFID天线RFID天线传输信号强度依次减小6.9小结RFID系统中一些关键性影响因素•应用系统配置：硬件配置、软件配置及与软硬件相关的商业成本。•RFID频带选择：根据不同的系统需求，选用不同频带的RFID技术系统。•系统使用范围：不同的RFID系统，其能量分配及通信范围不同。•冲突避免及系统可靠性：需要考虑如何减少和避免RFID系统信号冲突，以及通过一些手段增加系统的可靠性。课件说明•本课件供教师、学生、读者免费使用；•本课件内容采用Powerpoint格式，使用者可以根据需要自行增加、修改、删除（包括本页）；•在各种场合下使用本课件时（例如在课堂），请说明本课件的来源及配套教材《射频识别技术——原理、协议及系统设计》；•除了本书的作者，本课件的贡献者还包括南京大学研究生孙健强、樊苑苑、刘畅。•欢迎本课件使用者将意见、建议、以及对本课件的改进发送到