摘要：RFID(Radio Frequency Identification)技能是运用射频通讯完结的一种非触摸式主动辨认技能。具有宽广的开展前景和巨大的市场潜力。本文介绍了RFID技能的原理、特色，深入剖析了信号传输时所采纳的反方向散射的调制办法，影响传输距离的要素，终究介绍了在长途RFID主动辨认体系中的读写抵触和防抵触算法，更好的处理了长途RFID体系存在的抵触问题。
关键词：RFID；长途；Binary；Aloha
RFID是一种非触摸的主动辨认技能。跟着无线网络技能的不断开展，使得RFID技能在国内外得到了广泛的运用。现在IBM公司提出的才智地球和我国的物联网技能的开展，又极大促进了RFID功用。因而，RFID技能架起了数字国际和物理国际之间的桥梁，为物联网的开展奠定了根底。RFID尽管得到了巨大的开展，但关于长途的RFID仍是存在着传输距离、防磕碰算法等一些问题。本文经过对RFID的相关概念和技能进行剖析，使人们愈加全面的了解RFID，促进RFID技能有更好的开展和运用。
1 长途RFID原理
1．1 长途RFID的组成
在讨论长途RFID的原理之前，咱们有必要先要研究一下RFID的组成。RFID的体系包含以下3个部分：电子标签(TAG)、读写器(Reader)和核算机及其运用软件。电子标签首要由内置天线和电路芯片组成的，功用是与射频天线之间完结通讯；读写器首要由天线、操控单元、射频收发前段和通讯接口这四个部分组成的，首要功用是读取或写入电子标签的信息；核算机和运用软件的功用则是经过读写器的通讯接口而衔接外部计的算机，或者是衔接上位机主体系，然后完结数据的交流。RFID体系组成如图1所示。
1．2 长途RFID的作业原理
读写器(Reader)与电子标签(TAG)组成了应答器(Transponder)，其作业原理是。Reader发射一特定频率的无线电波能量给Transponder用以驱动Transponder电路将内部的数据送出，此刻Reader便依序接纳解读数据，送给运用程序做相应的处理。作业原理如图2所示。
2 长途RFID体系的特色
现在无源远距离长途RFID体系有两种作业频段UHF和2．45 GHz。无源超高频体系的读写距离能够长达十米以上，比2．45 GHz体系要远许多，因而已经成为了长途辨认体系的干流部分。其长处首要有以下几点：
1)实时性：能够实时呼应，主动读出ID号，得到其信息；
2)防伪性：构成的微波标明是不行假造、更改和不行仿制的；
3)联网性：经过核算机的网络对物流进行监控；
4)准确性：读出信息的准确率十分高，能够高达99．99％；
5)低成本：运用时，只需要数元；
6)可靠性：习惯恶劣环境条件，如：多尘、湿润等；
7)寿命长：运用时不需要电池，只需无源卡，而且终身免修理；
因为长途RFID体系选用的是无线传输形式，无线环境又极端杂乱，因而有许多要素都会影响长途RFID体系读写距离，首要有如下几方面：
1)影响射频卡读写距离的要素是读写器的RF输出功率、反射的能量和射频卡的功耗、读写器的接纳的能量和接纳灵敏度；
2)影响上述方针的是射频卡天线的有用接纳和反射截面积，读写器的接纳天线有用面积；
3)在视场规模相同的条件下，当频率升高时，无源RFID体系的效果距离就会减小。
3 长途RFID关键性技能
长途RFID体系选用的一种无线传输办法，在传递信息时是经过电磁波来发送和接纳的。电磁波以天线为圆心，向周围空间发射。发射过程中当电磁波遇到不同方针时，电磁波能量的一部分被方针吸收，而另一部分会向各个方向，以不同的强度散射开。反射能量的一部分终究回来发射天线。选用反向散射调制的能量传输办法首要标报到阅读器的能量传输和存在于阅读器到标签的能量传输这两个方向上。
1)阅读器到标签的能量传输
当距离阅读器的距离为R的电子标签处的功率密度为公式(1)：
式中，PTX为读写器的发射功率，GTX为发射天线的增益，R是标报到读写器天线之间的距离，EIRP为天线的有用辐射功率，是指读写器发射功率和天线增益的乘积。
当电子标签与发射天线两部分的状况最佳，一起极化方向匹配时，电子标签吸收的最大功率就会与阅读器发射信号的功率的密度S成正比，如公式(2)：
PTag=AeS (2)
式中，Ae为电子标签的有用面积如公式(3)：
无源RFID体系的电子标签是经过电磁场供电，因而标签有很大的功耗，当读写的距离越短时，其功能就会越差。电子标签的作业电压决议了RFID电子标签能否正常的作业，一起也决议了无源RFID体系的辨认距离。但跟着%&&&&&%工艺的不断开展，射频电子标签芯片的功耗也在来断的下降。现在，比较典型的低功耗电子标签，其标签本身的功耗能够低至数十微瓦到数微瓦，这种标签的作业电压为1．2 V左右。这种无线电发射功率受到限制，但无源电子标签的辨认距离能够过到10 m以上。
2)电子标报到阅读器的能量传输
电子标签回来的能量取决于它的雷达散射截面面积，并和其成正比，它是方针反射电磁波才能的测度。散射面积是首要取决于两个参数，其一是本身的物体特性如方针的巨细、资料、外表结构和资料，其二是反射电磁波的特性，比方电磁波的极化方向和波长等。电子标签在空间的某个方位接纳到阅读器发射的电磁波后，将其间的一部分吸收用于供给本身作业的能量，而别的一部分被反射回去，电子标签反射电磁波的能量如公式(5)：
依据以上核算可知，天线方向图和增益G的要求与体系的频率挑选无关，而读写器天线的“视场”巨细的要求，取决于方针的速度和运动规模，与体系的频率挑选无关。对接纳机和标签的灵敏度的要求和频率也是无关，所以当频率增高，效果距离就会变小。假如坚持相同的效果距离，那么UHF体系的基站发射功率P比2．45 GHZ体系低7倍，5．8 GHz体系需要高40倍。
4 长途RFID体系的抵触问题
远距离无源RFID体系具有用果距离远且视场规模大的特色，但一起也简略呈现一个多机或多卡的现象，然后导致体系读写多标签呈现抵触。所以有必要采纳一些好的防抵触地区的技能。多卡抵触裁定就是在同一时刻只能有一个卡呼应，这就需要用读写器指令进行操控。裁定的办法首要有两种：Binary和Aloha。
4．1 Binary多卡抵触裁定
Binary多卡抵触裁定，首要是经过选用状况机的办法来完结多卡读写裁定机制，其间首要有4种状况，如图3所示。
其间的状况解说如下：
Power-OFF状况：指的是辨认卡处于关机状况，即读写器此刻不能被激活辨认卡；
Ready状况：当辨认卡第一次被读写器激活时，辨认卡就会处于Ready状况；
ID状况：假如辨认卡企图传送辨认信息给读写器时，辨认卡就会处于ID状况；
Data_Exchange状况：假如读写器辨认并被选中辨认卡时，辨认卡就会处于Data_Exchange状况。
为了支撑裁定抵触，辨认卡上有两个硬件电路：8bit计数器Counter和1bit随即数发生器(只要两个或许的值：0和1)。当一切的或一部分读写器射频电磁场上的辨认卡参加抵触裁定时，读写器上的Group_Unselect和Group_Select指令就会运转抵触裁定算法。
4．2 Aloha算法
ALOHA协议是一种防磕碰的抵触裁定算法。假如在随机的时刻距离中有多个标签发送数据包，而且这个数据包发生了磕碰，那么标签就会等候一个随机的时刻，然后再次发送数据。这种算法吞吐率低，适用于只读标签的运用场景。于是就呈现了时隙Aloha算法。
时隙Aloha算法改进了Aloha算法的吞吐率。它选用读写器操控的随机TDMA办法。这种办法是将信道分为许多个时隙，而且让每一个时隙就刚好能传送一个分组。而时隙的长度能过体系的时钟进行操控，每个操控单元要与此刻钟同步。在RFID体系中，标签只能在其规则的同步时隙内传输数据包。与Aloha算法比较，提高了吞吐率，为了善在多标签环境下的功能，随后又提出了动态时隙Aloha算法。
动态时隙Aloha算法，是一种能够动态调整时隙数量的算法。假如读写器在等候的状况中的循环时隙段中发送了恳求指令，就会有1～2个时隙给或许存在的标签运用。当但多个标签在两个时隙内发生了磕碰，那么就要经过恳求指令添加时隙数量，以供标签运用，直到发现一个仅有的标签停止。关于Aloha算法、时隙Aloha算法仍是动态时隙Aloha算法，其标签发送数据都是随机的，因而不能确保整个体系的可靠性，且信道的运用率较低。
关于Binary多卡抵触裁定办法和Aloha算法都有其优缺点。而Binary信道运用率可高达43％，辨认率较高，也不存在过错判定问题，但其因时延伸，而安全性较差。Aloha算法完结简略，但其信道运用率最大为36％，出存在一些过错判断问题，所以不适合运用于很多标签的场合。在规划体系时要依据体系的运用场合挑选适宜的防磕碰算法。
