RFID原理及应用复习(附答案)

RFID 原理及应用复习 一 判断 1 RFID 是 Radio Frequency Identification 的缩写 即无线射频识别 yes 2 物联网的感知层主要包括 二维码标签 读写器 RFD 标签 摄像头 GPS 传感器 M M 终端 no 3 13 56MHZ 125kHz 433MHz 都是 RFID 系统典型的工作频率 yes 4 在物联网节点之间做通信的时候 通信频率越高 意味着传输距离越远 no 5 物联网标准体系可以根据物联网技术体系的框架进行划分 即分为感知延伸层标准 网络层标准 应用层标准和共性支撑标准 yes 6 在物联网中 系统可以自动的 实时的对物体进行识别 追踪和监控 但不可以触发 相应的事件 no 7 物联网共性支撑技术是不属于网络某个特定的层面 而是与网络的每层都有关系 主 要包括 网络架构 标识解析 网络管理 安全 QoS 等 yes 8 物联网中间件平台 用于支撑泛在应用的其他平台 例如封装和抽象网络和业务能力 向应用提供统一开放的接口等 yes 9 RFID 拥有耐环境性 穿透性 形状容易小型化和多样化等特性 yes 10 物联网信息开放平台 将各种信息和数据进行统一汇聚 整合 分类和交换 并在 安全范围内开放给各种应用服务 yes 二 不定项选择题 1 物联网的基本架构不包括 CD A 感知层 B 传输层 C 数据层 D 会话层 2 物联网节点之间的无线通信 一般不会受到下列因素的影响 D A 节点能量 B 障碍物 C 天气 D 时间 3 下列哪项不是物联网的组成系统 B A EPC 编码体系 B EPC 解码体系 C 射频识别技术 D EPC 信息网络系统 4 利用 RFID 传感器 二维码等随时随地获取物体的信息 指的是 B A 可靠传递 B 全面感知 C 智能处理 D 互联网 5 RFID 卡 C 可分为 主动式标签 TTF 和被动式标签 RTF A 按供电方式分 B 按工作频率分 C 按通信方式分 D 按标签芯片分 6 下列物联网相关标准中那一个由中国提出的 C A IEEE802 15 4a B IEEE802 15 4b C IEEE802 15 4c D IEEE802 15 4n 7 在我们现实生活中 下列公共服务有哪一项还没有用到物联网 C A 公交卡 B 安全门禁 C 手机通信 D 水电费缴费卡 8 C 是负责对物联网收集到的信息进行处理 管理 决策的后台计算处理平台 A 感知层 B 网络层 C 云计算平台 D 物理层 9 利用云计算 数据挖掘以及模糊识别等人工智能技术 对海量的数据和信息进行分析 和处理 对物体实施智能化的控制 指的 C A 可靠传递 B 全面感知 C 智能处理 D 互联网 10 数据采集和感知用于采集物理世界中发生的物理事件和数据 主要 ABCD A 传感器 B RFID C 二维码 D 多媒体信息采集 11 RFID 标签的分类按标签芯片分 ABD A 只读 R O 标签 B CPU 标签 C 被动式标签 RTF D 读写 R W 标签 7 移动通信系统包括 ABCD A 无绳电话 B 无线寻呼 C 陆地蜂窝移动通信 D 卫星移动通信 8 GSM 系统中信道的频率间隔是 B A 1 23MHz B 200kHz C 400kHz D 100kHz 9 移动通信中电波的传播方式主要有 ABC A 直射波 B 反射波 C 地表面波 D 水平面波 10 RFID 属于物联网的哪个层 A A 感知层 B 网络层 C 业务层 D 应用层 11 智能物流系统是建立在哪几个系统基础之上的 AD A 智能交通系统 B 智能办公系统 C 自动化控制系统 D 电子商务系统 12 物联网跟人的神经网络相似 通过各种信息传感设备 把物品与互联网连接起来 进行 信息交换和通讯 下面哪些是物联网的信息传感设备 ABCD A 射频识别 RFID 芯片 B 红外感应器 C 全球定位系统 D 激光扫描器 13 分集信号的合并技术有 ABC A 选择式合并 B 最大比合并 C 等增益合并 D 随机合并 14 物联网是把下面哪些技术融为一体 实现全面感知 可靠传送 智能处理为特征的 连 接物理世界的网络 ABCD A 传感器及 RFID 等感知技术 B 通信网技术 C 互联网技术 D 智能运算技术 15 下面哪一选项描述的不是智能电网 C A 发展智能电网 更多地使用电力代替其他能源 是一种 低碳 的表现 B 将家中的整个用电系统连成一体 一个普通的家庭就能用上 自家产的电 C 家中空调能够感应外部温度自动开关 并能在自动调整室内温度 D 通过先进的传感和测量技术 先进的设备技术 控制方法以及先进的决策支持系统技 术等 实现电网的可靠 安全 经济 高效 环境友好和使用安全的目标 16 GSM 系统中广播信道包括 ABC A FCCH B SCH C BCCH D PCH 17 常用的路测工具及辅助工具有 ABCD A 测试手机 B 数字地图 C GPS D 专用测试软件 12 物联网是在计算机互联网的基础上 利用 等技术 构造一个覆盖万物的网络 RFID 无线识别 嵌入式系统技术 能量供给模块和纳米技 术列为物联网关键技术 BD A 传感器 B RFID C 二维码 D 无线通信技术 13 ZigBee 网络设备类型包括 BCD A 交换机 B 网络协调器 C 全功能设备 FFD D 精简功能设备 RFD 14 云计算的服务模式 ABD A IaaS B SaaS C QaaS D PaaS 15 下列哪项不是传感器的组成元件 D A 敏感元件 B 转换元件 C 变换电路 D 电阻电路 三 简答题 1 什么是 EPC EPC 编码有何特点 简述 EPC 的好处 1 EPC 的全称是 Electronic Product Code 中文称为产品电子代码 EPC 的载体是 RFID 电 子标签 并借助互联网来实现信息的传递 EPC 旨在为每一件单品建立全球的 开放的标 识标准 实现全球范围内对单件产品的跟踪与追溯 从而有效提高供应链管理水平 降低 物流成本 EPC 是一个完整的 复杂的 综合的系统 2 编码容量大 兼容性强 应用广泛 具有合理性 国际性 3 EPC 电子标签技术 可以实现数字化库房管理 并配合使用 EPC 编码 使得库存货品 真正实现网络化管理 2 全球产品电子代码编码体系如图 3 1 所示 请完成图中数字 1 5 所标明的部件 1 ONS 2 PML Server 3 本地数据库 4 阅读器 5 电子标签 3 调制技术的优略往往影响到 RFID 系统功能的稳定 如图 3 2 所示 请指出分别属于哪种 调制方式 ASK FSK 还是 PSK 简要说说这三种调制方式的特点 ASK 即按载波的幅度受到数字数据的调制而取不同的值 例如对应二进制 0 载波振幅为 0 对应二进制 1 载波振幅为 1 调幅技术实现起来简单 但容易受增益变化的影响 是 一种低效的调制技术 FSK 即按数字数据的值 0 或 1 调制载波的频率 例如对应二进制 0 的载波频率为 F1 而对应二进制 1 的载波频率为 F2 该技术抗干扰性能好 但占用带宽较大 在电话线路上 使用 FSK 可以实现全双工操作 通常可达到 1200bps 的速率 PSK 即按数字数据的值调制载波相位 例如用 180 相移表示 1 用 0 相移表示 0 这种调 制技术抗干扰性能最好 且相位的变化也可以作为定时信息来同步发送机和接收机的时钟 并对传输速率起到加倍的作用 4 RFID 系统主要由哪几部分组成 RFID 工作原理是什么 1 电子标签 读写器 RFID 中间件 应用系统 2 标签进入磁场后 如果接收到阅读器发出的特殊射频信号 就能凭借感应电流所获得 的能量发送出存储在芯片中的产品信息 即 Passive Tag 无源标签或被动标签 或者主 动发送某一频率的信号 即 Active Tag 有源标签或主动标签 阅读器读取信息并解码后 送至中央信息系统进行有关数据处理 6 编码是 RFID 系统的重要组成部分 通常 RFID 系统的编码有四中方式 分别为单极性归 零编码 单极性不归零编码 双极性不归零编码 曼彻斯特编码 如图 4 1 所示 请标 明对应的编码方式 并说明每一种编码方式的特点 C 单极性归零码 RZ 即是以高电平和零电平分别表示二进制码 1 和 0 而且在发送码 1 时高电平在整个码元期间 T 只持续一段时间 其余时间返回零电平 在单极性归零码中 T 称为占空比 单极性归零码的主要优点是可以直接提取同步信号 因此单极性归零码 常常用作其他码型提取同步信号时的过渡码型 也就是说其他适合信道传输但不能直接提 取同步信号的码型 可先变换为单极性归零码 然后再提取同步信号 A 极性不归零码 无电压 也就是元电流 用来表示 0 而恒定的正电压用来表示 1 每一个码 元时间的中间点是采样时间 判决门限为半幅度电平 即 0 5 也就是说接收信号的值在 0 5 与 1 0 之间 就判为 1 码 如果在 O 与 0 5 之间就判为 0 码 每秒钟发送的二进制码元数称 为 码速 B 双极性不归零码 1 码和 0 码都有电流 但是 1 码是正电流 0 码是负电流 正和负的幅度 相等 故称为双极性码 此时的判决门限为零电平 接收端使用零判决器或正负判决器 接收 信号的值若在零电平以上为正 判为 1 码 若在零电平以下为负 判为 0 码 D 曼彻斯特编码 常用于局域网传输 曼彻斯特编码将时钟和数据包含在数据流中 在传 输代码信息的同时 也将信号一起传输到对方 每位编码中有一跳变 不存在直流分 量 因此具有自同步能力和良好的性能 但每一个码都被调成两个电平 所以只有调 制速率的 1 2 一 填空题 1 自动识别技术是应用一定的识别装置 通过被识别物品和识别装置之间的接近活动 自 动地获取被识别物品的相关信息 常见的自动识别技术有 语音识别技术 图像识别技术 射频识别技术 条码识别技术 至少列出四种 2 RFID 的英文缩写是 Radio Frequency Identification 3 RFID 系统通常由 电子标签 读写器和 计算机通信网络 三部分组成 4 在 RFID 系统工作的信道中存在有三种事件模型 以能量提供为基础的事件模型 以时序方式提供数据交换的事件模型 以数据交换为目的的事件模型 5 时序指的是读写器和电子标签的工作次序 通常有两种时序 一种是 TTF 另一种是 RTF 6 读写器和电子标签通过各自的天线构建了二者之间的非接触信息传输通道 根据观测点 与天线之间的距离由近及远可以将天线周围的场划分为三个区域 非辐射场区 辐射 近场区 辐射远场区 7 上一题中第二个场区与第三个场区的分界距离 R 为 2D 已知天线直 径为 D 天线波长为 8 在 RFID 系统中 读写器与电子标签之间能量与数据的传递都是利用耦合元件实现的 RFID 系统中的耦合方式有两种 电感耦合式 电磁反向散射耦合式 9 读写器和电子标签之间的数据交换方式也可以划分为两种 分别是 负载调制 反向 散射调制 10 按照射频识别系统的基本工作方式来划分 可以将射频识别系统分为 全双工 半双 工 时序系统 11 读写器天线发射出去的电磁波是以球面波的形式向外空间传播的 所以距离读写器 R 处的电子标签的功率密度 S 为 4 2RGPTX 已知读写器的发射 功率为 PTx 读写器发射天线的增益为 GTx 电子标签与读写器之间的距离为 R 12 按照读写器和电子标签之间的作用距离可以将射频识别系统划分为三类 密耦合系统 远耦合系统 远距离系统 13 典型的读写器终端一般由 天线 射频模块 逻辑控制模块 三部分构成 14 控制系统和应用软件之间的数据交换主要通过读写器的接口来完成 一般读写器的 I O 接口形式主要有 USB WLAN 以太网接口 RS 232 串行接口 RS 485 串 行接口 15 随着 RFID 技术的不断发展 越来越多的应用对 RFID 系统的读写器也提出了更高的要 求 未来的读写器也将朝着 多功能 小型化 便携式 嵌入式 模块化 至 少列出 5 种 的方向发展 16 从功能上来说 电子标签一般由 天线 调制器 编码发生器 时钟 存 储电路 组成 17 读写器之所以非常重要 这是由它的功能所决定的 它的主要功能有 与电子标签通信 标签供能 多标签识别 移动目标识别 至少列出 4 种 18 根据电子标签工作时所需的能量来源 可以将电子标签分为 有源标签 无源标签 两种 19 按照不同的封装材质 可以将电子标签分为 纸标签 塑料标签 玻璃标签 20 电子标签的技术参数主要有 能量需求 传输速率 读写速度 工作频率 列出四种即可 21 未来的电子标签将有以下的发展趋势 标签成本低 工作距离更远 体积更小 无线可读性性能更完善 标签附属功能更多 快速多标签读写功能更加完善 标 签存储量更大 22 完整性是指信息未经授权不能进行改变的特性 保证信息完整性的主要方法包括以下 几种 协议 纠错编码方法 密码校验和方法 数字签名 公证 列出 4 种 即可 23 常用的差错控制方式主要有 检错重发 前向纠错 混合纠错 24 差错控制时所使用的编码 常称为纠错编码 根据码的用途 可分为 检错码 和纠错 码 25 在发送端需要在信息码元序列中增加一些差错控制码元 它们称为 监督码元 26 设信息位的个数为 k 监督位的个数为 r 码长为 n k r 则汉明不等式为 nr 12 或 12 r 27 两个码组中对应位上数字不同的位数称为 码距 又称 汉明距离 用符号 D a b 表示 如两个二元序列 a 111001 b 101101 则 D a b 2 28 最常用的差错控制方法有 奇偶校验 循环冗余校验 汉明码 29 在偶校验法中 无论信息位多少 监督位只有 1 位 它使码组中 1 的数目为 偶数 30 常用的奇偶检验法为 垂直奇偶校验 水平奇偶校验 水平垂直奇偶校验 31 RFID 系统中的数据传输也分为两种方式 阅读器向电子标签的数据传输 称为 下行 链路传输 电子标签向阅读器的数据传输 称为 上行链路传输 32 电感耦合式系统的工作模型类似于变压器模型 其中变压器的初级和次级线圈分别是 阅读器的天线线圈 和 电子标签的天线线圈 33 电子标签按照天线的类型不同可以划分为 线圈型 微带贴片型 偶极子型 三种 34 随着 RFID 技术的进一步推广 一些问题也相应出现 这些问题制约着它的发展 其中 最为显著的是数据安全问题 数据安全主要解决 数据保密 和 认证 的问题 35 常见的密码算法体制有 对称密码体制 和 非对称密码体制 两种 36 根据是否破坏智能卡芯片的物理封装 可以将智能卡的攻击技术分为破坏性攻击和非 破坏性攻击两类 37 RFID 系统中有两种类型的通信碰撞存在 一种是 阅读器碰撞 另一种是 电子标签 碰撞 38 为了防止碰撞的发生 射频识别系统中需要设计相应的防碰撞技术 在通信中这种技 术也称为多址技术 多址技术主要分为以下四种 空分多址法 频分多址法 码分 多址法 时分多址法 39 TDMA 算法又可以分为 基于概率的 ALOHA 算法 和 确定的二进制算法 两种 40 上述两种 TDMA 算法中 会出现 饿死 现象的算法是 基于概率的 ALOHA 算法 1 物联网 Internet of things 被称为是信息技术的一次革命性创新 成为国内外 IT 业界和 社会关注的焦点之一 它可以分为 标识 感知 处理 信息传送 四个环节 2 上述物联网四个环节对应的关键技术分别为 RFID 传感器 智能芯片 无线 传感网络 3 RFID 系统按照工作频率分类 可以分为 低频 高频 超高频 微波 四类 4 高频 RFID 系统典型的工作频率是 13 56MHZ 5 超高频 RFID 系统遵循的通信协议一般是 ISO18000 7 ISO18000 6 EPC Global c0 c1 Gren2 6 目前国际上与 RFID 相关的通信标准主要有 ISO IEC 18000 标准 EPC Global 标准 7 基于概率的 ALOHA 算法又可以分为 纯 ALOHA 算法 时隙 ALOHA 算法 帧时隙 ALOHA 算法等 8 电子标签含有物品唯一标识体系的编码 其中 电子产品代码 是全球产品代码的一个 分支 它包含著一系列的数据和信息 如产地 日期代码和其他关键的供应信息 9 超高频 RFID 系统的识别距离一般为 1 10m 10 超高频 RFID 系统数据传输速率高 可达 1kb s 二 选择题 1 B 是电子标签的一个重要组成部分 它主要负责存储标签内部信息 还负责对标签 接收到的信号以及发送出去的信号做一些必要的处理 A 天线 B 电子标签芯片 C 射频接口 D 读写模块 2 绝大多数射频识别系统的耦合方式是 A A 电感耦合式 B 电磁反向散射耦合式 C 负载耦合式 D 反向散射调制式 3 在 RFID 系统中 电子标签的天线必须满足一些性能要求 下列几项要求中哪一项不需 要满足 D A 体积要足够小 B 要具有鲁棒性 C 价格不应过高 D 阻抗要足够大 4 读写器中负责将读写器中的电流信号转换成射频载波信号并发送给电子标签 或者接收 标签发送过来的射频载波信号并将其转化为电流信号的设备是 B A 射频模块 B 天线 C 读写模块 D 控制模块 5 若对下列数字采用垂直奇校验法 则最后一行的监督码元为 C 位 数字 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 C1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 C2 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 C3 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 C4 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 C5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 C6 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 C7 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 奇校验 A 0110100110 B 0110111001 C 1001011001 D 1001100001 6 任意一个由二进制位串组成的代码都可以和一个系数仅为 0 和 1 取值的多项式一一对应 则二进制代码 10111 对应的多项式为 A A x 4 x2 x 1 B x 6 x4 x2 x 1 C x 5 x3 x2 x 1 D x 5 x3 x 1 7 在射频识别系统中 识读率和误码率是用户最为关心的问题 已知待识读标签数为 NA 正确识读的标签数为 NR 每个标签的码元数为 NL 读写器识读出发生错误的码元总数 为 NE 则识读率为 C A R N B EAL N C RA N D EL N 8 在射频识别应用系统上主要采用三种传输信息保护方式 下列哪一种不是射频识别应用 系统采用的传输信息保护方式 D A 认证传输方式 B 加密传输方式 C 混合传输方式 D 分组传输方式 9 电子标签正常工作所需要的能量全部是由阅读器供给的 这一类电子标签称为 B A 有源标签 B 无源标签 C 半有源标签 D 半无源标签 10 在天线周围的场区中有一类场区 在该区域里辐射场的角度分布与距天线口径的距离 远近是不相关的 这一类场区称为 A A 辐射远场区 B 辐射近场区 C 非辐射场区 D 无功近场区 11 在射频识别系统中 最常用的防碰撞算法是 C A 空分多址法 B 频分多址法 C 时分多址法 D 码分多址法 12 在纯 ALOHA 算法中 假设电子标签在 t 时刻向阅读器发送数据 与阅读器的通信时间 为 To 则碰撞时间为 A A 2To B To C t To D 0 5To 13 在基本二进制算法中 为了从 N 个标签中找出唯一一个标签 需要进行多次请求 其 平均次数 L 为 B A 2logN B 21log C 2N D 1N 14 RFID 信息系统可能受到的威胁有两类 一类是物理环境威胁 一类是人员威胁 下列 哪一项属于人员威胁 D A 电磁干扰 B 断电 C 设备故障 D 重放攻击 15 RFID 系统面临的攻击手段主要有主动攻击和被动攻击两种 下列哪一项属于被动攻击 C A 获得 RFID 标签的实体 通过物理手段进行目标标签的重构 B 用软件利用微处理器的通用接口 寻求安全协议加密算法及其实现弱点 从而删除或篡 改标签内容 C 采用窃听技术 分析微处理器正常工作过程中产生的各种电磁特征 获得 RFID 标签和 阅读器之间的通信数据 D 通过干扰广播或其他手段 产生异常的应用环境 使合法处理器产生故障 拒绝服务 器攻击等 16 通信双方都拥有一个相同的保密的密钥来进行加密 解密 即使二者不同 也能够由 其中一个很容易的推导出另外一个 该类密码体制称为 B A 非对称密码体制 B 对称密码体制 C RSA 算法 D 私人密码体制 17 射频识别系统中的加密数据传输所采用的密码体制是 D A 非对称密码体制 B RSA 算法 C DES 算法 D 序列密码体制 18 当读写器发出的命令以及数据信息发生传输错误时 如果被电子标签接收到 那么不 会导致以下哪项结果 A A 读写器将一个电子标签判别为另一个电子标签 造成识别错误 B 电子标签错误的响应读写器的命令 C 电子标签的工作状态发生混乱 D 电子标签错误的进入休眠状态 19 设编码序列中信息码元数量为 k 总码元数量为 n 则比值 k n 就是 D A 多余度 B 冗余度 C 监督码元 D 编码效率 20 射频识别系统中的哪一个器件的工作频率决定了整个射频识别系统的工作频率 功率 大小决定了整个射频识别系统的工作距离 C A 电子标签 B 上位机 C 读写器 D 计算机通信网络 1 下列哪一项不是低频 RFID 系统的特点 A A 它遵循的通信协议是 ISO18000 3 B 它采用标准 CMOS 工艺 技术简单 C 它的通信 速度低 D 它的识别距离短 10cm 2 下列哪一项是超高频 RFID 系统的工作频率范围 B A 150KHz B 433 92MHz 和 860 960MHz C 13 56MHz D 2 45 5 8GHz 3 ISO18000 3 ISO14443 和 ISO15693 这三项通信协议针对的是哪一类 RFID 系统 B A 低频系统 B 高频系统 C 超高频系统 D 微波系统 4 未来 RFID 的发展趋势是 C A 低频 RFID B 高频 RFID C 超高频 RFID D 微波 RFID 5 中国政府在 2007 年发布了 关于发布 D 频段射频识别 RFID 技术应用试行规定的 通知 A 150KHz B 13 56MHz C 2 45 5 8GHz D 800 900MHz 6 上述通知规定了中国 UHF RFID 技术的试用频率为 C A 125KHz B 13 56MHz C 840 845MHz 和 920 925 MHz D 433 92MHz 7 下列哪一个载波频段的 RFID 系统拥有最高的带宽和通信速率 最长的识别距离和最小 的天线尺寸 D A 150KHz B 433 92MHz 和 860 960MHz C 13 56MHz D 2 45 5 8GHz 8 在一个 RFID 系统中 下列哪一个部件一般占总投资的 60 至 70 A A 电子标签 B 读写器 C 天线 D 应用软件 9 工作在 13 56MHz 频段的 RFID 系统其识别距离一般为 C A 1cm B 10cm C 75cm D 10m 10 DSRC 标准适用的频段是 D A 150KHz B 433 92MHz 和 860 960MHz C 13 56MHz D 2 45 5 8GHz 1 简述无源 RFID 系统的工作过程 RFID 无源系统是指 RFID 电子标签不带电池的又 RFID 读写器和 RFID 无源电子标签组成的 识别系统 一套完整 RFID 系统由读写器 Reader 与电子标签 Transponder 两部份组成 其工作原理为由读写器 Reader 发射一特定频率之无线电波能量给电子标签 Transponder 用 以驱动电子标签 Transponder 电路将内部之 ID Code 即全球唯一编号和数据 送出 此时 读写器 Reader 便接收此 ID Code 2 简述对称加密算法和非对称加密算法的区别 对称加密的加密和解密密钥都是一样的 而非对称加密的加密和解密密钥是不一样的 它 们的算法也是不同的 3 简述与条形码相比 RFID 技术具有的优点 1 可识别单个非常具体的物体 2 采用无线电射频 可以隔箱扫描 3 可以同时对多个物体进行读识 可以整箱扫描 4 存储信息量大 可以重复擦写 5 易于构成网络应用环境 4 简述 RFID 系统中高层的作用 1 对于独立应用 阅读器可以可以完成应用需求 2 对于多阅读器构成网络架构的信息系统 高层是必不可少的 3 针对 FRID 的具体应用 需要在高层将多阅读器获取的数据有效地整合起来 提供查 询 历史档案等相关管理和服务 4 更进一步 通过对数据的加工 分析和挖掘 为正确决策提供依据 5 简述电感耦合方式下阅读器向应答器提供能量的过程 当时变磁场通过阅读器线圈时 在线圈上会产生感应电压 并在线圈中产生电流 当应答 器进入阅读器产生的交变磁场时 应答器的电感线圈上就会产生感应电压 从而获得阅读 器提供能量 6 简述 RFID 系统在进行无线传输时为什么必须经过编码和调制 无线电传输的是 电信号 RFID 技术传送的是 数字信号 0 和 1 如何用 电信号 表示数 字信号 0 和 1 这就是编码的原因 如果直接发送编码后的无线信号 由于空间中同频的 无线信号有很多 会造成同频干扰 所以 无线传输 一般都是将有用信号调制在某一频率 的 载波 上发送 接收端解调得到有用信号 7 简述微波 RFID 与高频 低频 RFID 技术的差异 1 工作在微波频段的应答器应具有较远的读 写距离距离 2 在微波频段 阅读器和应答器的耦合多采用反向散射方式而不是电感耦合方式 3 在微波频段 应答器的天线较小 4 在微波频段 阅读器必须有较快的 有效的处理碰撞能力 5 应答器出存储有哦识别数据外 还可能会集成有传感器 8 简述射频识别系统的工作流程 1 识读器经过发射天线向外发射无线电载波信号 2 当射频标签进入发射天线的工作区时 射频标签被激活将自身信息经天线发射出 去 3 系统的接收天线接收到射频标签发出的载波信号 经天线的调节器传给识读器 识 读器对接到的信号进行解调解码 送后台计算机控制器 4 计算机控制器根据逻辑运算判断射频标签的合法性 针对不同的设定做出相应的处 理和控制 发出指令信号控制执行机构的动作 5 执行机构按计算机的指令动作 6 通过计算机通信网络将各个监控点连接起来 构成总控信息平台 根据不同的项目 可以设计不同的软件来实现不同的功能 9 在建立射频识别系统时 要注意解决哪些问题 1 避免冲突 避免两个识读器之间的冲突 避免多个标签之间的信号与识读器产生 冲突 2 识读距离 识读器读取信息的距离取决于识读器的能量和使用频率 高频率的标签 有更大的读取距离 但需要识读器输出的电磁波能量也更大 3 安全要求 对一个计划中的射频识别应用所提出的安全要求 即加密和身份认证 应该做出非常精确的评估 以便从一开始就排除掉在应用阶段可能会出现的各种危险的 攻击 1 请画出 RFID 读写器的组成框图 并分别描述各部分功能 射 频 接 口 逻 辑 控 制 单 元 电 压 调 节 器 时 钟 发 生 器 接 收 器 发 射 器 存 储 单 元 微 控 制 器 应 用 接 口 驱 动 计 算机 通 信 网 络 天 线 读 写 器 天线 发射和接收射频载波信号 将读写器中的电流信号转换成射频载波信号并发送给电子标签 或者接收标 签发送过来的射频载波信号并将其转化为电流信号 无源标签能量供给 射频接口模块 包括发射器 射频接收器 时钟发生器和电压调节器等 该模块是读写器的 射频前端 负责射频信号的发射及接收 调制电路负责将需要发送给电子标签的信号加以调制 然后再发送 解调电路负责将解调标签送过来的信号并进行放大 二 物联网 Internet of things 分为标识 感知 处理和信息传送四个环节 对应的关键技术为 RFID 传 感器 智能芯片和无线传输网络 中国 感知中国 美国 智能电网 和 智慧地球 欧洲 物联网行动计划 日韩 U Japan 和 U Korea 战略 新加坡 智慧国 2015 发展蓝图 第二章 RFID 系统概论 一 RFID Radio Frequency Identification RFID 利用射频信号通过空间耦合实现无接触信息传递达到识别目标的技术 系统 通常读写器 电子标签及应用软件组成 可用于物流 电子票证 动物或资产追踪管 理 供应冷链 高速公路智能收费等领域 二 工作原理 读写器控制射频模块发出射频信号 电子标签主动发送 有源标签 或者凭借感应电流所获得的能量 无源标签 发送出芯片中的存储信息 接收标签的 应答 读写器对标签的传递过来的信息进行解码 并传输到主机进行数据处理 1 在低频段 100MHz 以下 基于电感耦合 近距 2 在高频段 400MHz 以上 基于电磁反向散射耦合 雷达 远距 三 按工作频段分类 工作频段 通信标准协议 优点 缺点 低频 LF 125KHz ISO18000 2 ISO11785 标准 CMOS 工艺 技术简单可靠成熟 无频率限制 通信速度低 识别距离短 10cm 天线尺寸大 高频 HF 13 56MHz ISO18000 3 ISO14443 ISO15693 与标准 CMOS 工艺兼容 技术可靠成熟 在交通智能卡等领域应用 距离不够远 75cm 天线尺寸大 受金属材料等影响大 广泛 超高频 UHF 840 845MHz 和 920 925 MHz ISO18000 6 ISO18000 7 长距离定向识别 天线尺寸小 可绕射 无 需可视距离 发展潜力巨大 各国有不同的频段管制 受金属和液体等材料影响 较大 对人体有伤害 限制发射 功率 微波 2 45 5 8GHz ISO18000 4 DSRC 除了 UHF 特性外 更高的带宽和通信速率 更长识别距离 更小的天 线尺寸 ISM 频段共享产品多 易受干扰 技术相对复杂 对人体有伤害 限制发射 功率 第三章 RFID 的工作原理 一 RFID 工作原理 阅读器通过天线向周围空间发送一定频率的射频信号 标签一旦进入阅读器天线的作用区域将产生感应电流 获得能量被激活 激活 标签将自身信息编码后经天线发送出去 阅读器接收该信息 经过解码后必要时送至后台网络 后台网络中主机鉴定标签身份的合法性 只对合法标签进行相关处理 通过 向前端发送指令信号控制阅读器对标签的读写操作 二 RFID 的三种工作模型 1 以能量供给为基础的工作模型 无源电子标签 当标签进入阅读器的工作范围内以后 标签收到阅读器发 送的信号 产生感应电流从而激活内部的电路 内部整流 电路将射频能量转化为电能 将该能量存储在标签内部的 大电容里 进而为其正常工作提供了所需的能量 半有源电子标签 阅读器发送的射频信号只用来激活标签 有源电子标签 只要标签处于阅读器的工作范围以内 就可以主动向阅读 器发送信号 2 以时序方式完成数据传输的工作模型 阅读器先发言模式 RTF Reader Talk First 如果阅读器不主动激活电子标签的话 电子标签不会向阅读器发送信 号 通常用于无源标签 电子标签先发言模式 TTF Tag Talk First 就算阅读器不激活标签 标签也会主动向阅读器发送信号 3 以数据传输为目的的工作模型 上行链路传输 电子标签向阅读器的数据传输 下行链路传输 阅读器向电子标签的数据传输 离线写入 无论是哪一类电子标签都有离线写入这种情况 所有 电子标签在出厂之前都要由生产厂家将标签的 ID 号 EPC 固化写入 该 ID 号是标签的身份标识 是唯 一的 一旦写入以后将永远不能修改 在线写入 拓展高级功能 可写标签 结构复杂 成本高 三 RFID 防碰撞理论 1 碰撞的种类 阅读器碰撞 多个阅读器同时与一个标签通信 致使标签无法区分阅读器 的信号 电子标签碰撞 多个标签同时响应阅读器的命令而发送信息 使阅读器无 法识别标签 2 传统解决方案 1 空分多址 SDMA 2 频分多址 FDMA 3 码分多址 CDMA 4 时分多址 TDMA 应用最广泛 又可以分为基于概率的 ALOHA 算法 饿死 和确定的二进制 算法两种 3 ALOHA 反碰撞算法 1 纯 ALOHA 算法 主要采用标签先发言 Tag Talk First 的方式 即电子标签一旦 进入阅读器的工作范围获得能量后 便向阅读器主动发送自身的序列号 在某个电子标签向阅读器发送数据的过程中 如果有其它电子标签 也同时向该阅读器发送数据 此时阅读器接收到的信号就会产生重叠 导致阅读器 无法正确识别和读取数据 阅读器通过检测并判断接收到的信号是否发生碰撞 一旦发生碰撞 阅读器则向标签发送指令使电子标签停止数据的传送 电子标签接到阅读器的指令 后 便随机的延迟一段时间再重新发送数据 在纯 ALOHA 算法中 假设电子标签在 t 时刻向阅读器发送数据 与阅读器的通信 时间为 To 则碰撞时间为 2T0 G 为数据包交换量 S 为吞吐率 2 Slotted ALOHA 算法 为提高 RFID 系统的吞吐率 可以把时间划分为多段等长的时隙 时隙的长度由系统时钟确定 并且规定电子标签只能在每个时隙的开始时才能向阅 读器发送数据帧 这就是 Slotted ALOHA 算法 根据上述规定可得 数据帧要么成功发送 要么完全碰撞 避 免了纯 ALOHA 算法中部分碰撞的发生 使碰撞周期变为 To 它是纯 ALOHA 算法的简单改进 也属于时分多址法 它的缺点 是需要同步时钟的控制 3 Frame Slotted ALOHA 算法 FSA ALOHA 的另一种改进算法是帧时隙 ALOHA 算法 FSA 它是在 Slotted ALOHA 算法的基础上把 N 个相同的时隙组成 一帧 且在整个电子标签识别过程中 帧的大小是固定的 帧中的每个时隙足够一 个电子标签与阅读器进行完通信 该算法也称为固定帧时隙 ALOHA 算法 该算法比较适用于传输信息量较大的场合 和 Slotted ALOHA 算法一样 帧时隙 ALOHA 算法同样需要一个同步开销 步骤 首先由阅读器把帧长度 N 发送给电子标签 电子标签则产生 1 N 之间 的随机数 接下来各电子标签选择相应的时隙 与阅读器进行通信 如果当前时隙与电子标签随机产生的数相同 电子标签则响应阅读器的 命令 若不同 标签则继续等待 假如当前时隙内仅有一个电子标签响应 阅读器就读取该标签发送的数 据 读取完了以后就使该标签处于 无声 状态 如果当前时隙内有多个标签响应 则该时隙内的数据就出现了碰撞 此 时阅读器会通知该时隙内的标签 让它们在下一轮帧循环中重新产生随机数参与通 信 逐帧循环 直到识别出所有电子标签为止 4 Dynamic FSA 算法 该算法根据上一读写周期中统计的成功识别的时隙数 发生碰 撞的时隙数 空闲时隙数信息来调整下一读写周期的帧长度 具体调整方法有两种 第一种 根据统计信息 当碰撞时隙数达到规定的上限时 读 写器增大下一帧的长度 当碰撞时隙数少于规定的下限时 读写器减少下一帧时隙 数 使用该方法当标签规模不大时 读写器使用较短的帧长度就能快速识别标签 而当标签数量很多时 读写器不得不增加帧长度以减少碰撞次数 第二种 读写器以 2 或 4 个时隙数为一帧开始 如果没有一 个标签能够成功识别 读写器增加帧长度开始下一轮读写周期 重复上述过程直到 至少有一个标签被成功识别 当有一个标签成功识别后 读写器立刻停止当前的读 写周期 然后读写器再以开始时最小的帧长度开始下一轮读写识别 该算法通过动态调整帧长度 相比帧时隙算法在标签规模不大 时能够取得较理想的吞吐率 可是一旦标签个数很大时 增大帧长度就不是很好的 解决方法 因为帧长度不能无限制的增大 采用 ALOHA 系列算法 假设阅读器射频工作范围内存在 n 个标 签 理论上阅读器至少需要 n 个时隙的时间才能成功识别完 最坏的情况下 阅 读器经过多次搜索也未能识别出某个标签 导致出现 饿死现象 而 Binary Tree 系列算法并不会采取退避原则 而是直接进行 解决 当多标签同时发送信息而碰撞时 读写器利用碰撞位将碰撞的标签分为两个 或更多子集 对每个子集分别识别 如果存在碰撞则继续再划分 直到标签被完全 识别为止 这样则有效地避免了标签的 饿死现象 四 RFID 相关电磁场理论 读写器和电子标签通过各自的天线构建了二者之间的非接触信息传输通道 根据 观测点与天线之间的距离由近及远可以将天线周围的场划分为三个区域 非辐射场区 场强与距离天线的远近有关 电磁能量只在场源附近来回流动 随 着与天线的距离不断增大 场强不断减小 分界 R 2 辐射近场区 菲涅尔区 电磁能量会脱离天线的束缚进入到外空间 该区域里辐 射场的角度分布与距天线口径的距离远近有关 分界 R 2D 2 已知天线直径为 D 天线波长为 辐射远场区 夫郎荷费区 该区域里辐射场的角度分布与距天线口径的距离远近 是不相关的 五 RFID 的能量传递 读写器到电子标签的能量传递 距离读写器 R 处的电子标签的功率密度 S 为 电子标签所能接收到的最大功率 Ptag PTx读写器的发射功率 G Tx读写器发射天线的增益 G tag电子标签接收天线的增益 R 电子 标签与读写器间距 电子标签到读写器的能量传递 Pback电子标签反射出去的功率 雷达散射截面 S back功率密度 P Rx读写器接收到的 功率 第四章 RFID 读写器 一 读写器的功能 实现与电子标签的通讯 最常见的就是对标签进行读数 这项功能需要有一个可靠 的软件算法确保安全性 可靠性等 除了进行读数以外 有时还需要对标签进行写入 这 样就可以对标签批量生产 由用户按照自己需要对标签进行写入 给标签供能 在标签是被动式或者半被动式的情况下 需要读写器提供能量来激活 2224 44TxtagtagtagTxGPPGR 24TxPGSR 24TxbackPGPSR 224TxRxbackwRxGPA 2backTxback 2tagetagASS 射频场周围的电子标签 阅读器射频场所能达到的范围主要由天线的大小以及阅读器的输 出功率决定的 天线的大小主要是根据应用要求来考虑的 而输出功率在不同国家和地区 都有不同的规定 实现与计算机网络的通讯 实现多标签识别 实现移动目标识别 实现错误信息提示 有源标签的电池信息 三 读写器的组成 天线 发射和接收射频载波信号 将读写器中的电流信号转换成射频载波信号并发送给电子标签 或者接收标 签发送过来的射频载波信号并将其转化为电流信号 无源标签能量供给 射频接口模块 包括发射器 射频接收器 时钟发生器和电压调节器等 该模块是读写器的 射频前端 负责射频信号的发射及接收 调制电路负责将需要发送给电子标签的信号加以调制 然后再发送 射频接口 逻辑控制单元 电压调节器 时钟发生器 接收器 发射器 存储单元 微控制器 应用接口驱动 计 算 机 通 信 网 络 天 线 读写器 解调电路负责将解调标签送过来的信号并进行放大 时钟发生器负责产生系统的正常工作时钟 逻辑控制模块 读写器的逻辑控制模块是整个读写器工作的控制中心 智能单元 是读写器 的 大脑 读写器在工作时由逻辑控制模块发出指令 射频接口模块按照不同 的指令做出不同的操作 包括微控制器 存储单元和应用接口驱动电路等 微控制器可以完成信号的编解码 数据的加解密以及执行防碰撞算法 存储单元负责存储一些程序和数据 应用接口负责与上位机进行输入或输出的通信 三 读写器的 IO 接口 RS 232 串行接口 计算机普遍适用的标准串行接口 能够进行双向的数据 信息传递 它的优势在于通用 标准 缺点是传输距离 不会达到很远 传输速度也不会很快 RS 485 串行接口 也是一类标准串行通信接口 数据传递运用差分模式 抵抗干扰能力较强 传输距离比 RS 232 传输距离较远 传输速度与 RS 232 差不多 以太网接口 阅读器可以通过该接口直接进入网络 USB 接口 也是一类标准串行通信接口 传输距离较短 传输速度较高 四 读写器的发展趋势 成本 多功能 多制式兼容 多频段兼容 小型化 多数据接口 便携式 多智能天 线端口 嵌入式和模块化 第五章 RFID 电子标签 一 RFID 电子标签的构成 天 线 射频接口 芯片 调制器 解调器 电压调节器 逻辑控制单元 E E P R O M R O M 天线 主要的功能是接收阅读器传送过来的电磁信号或者将阅读器所需要的数据传回给 阅读器 也就是负责发射和接收电磁波 它是电子标签与读写器之间联系的重要一环 天线的要求 体积要足够小 因为天线还要嵌入到体积很小的电子标签中 要具有全向性 或者覆盖半球的方向性 要能够为电子标签当中的芯片供给能量 并保证芯片获得的信号最大化 要保证不管标签的位置在哪里 天线都能够正常的与阅读器进行通信 要具有鲁棒性 考虑到电子标签的价格 天线的价格也不应过高 天线的分类 1 线圈型 2 微带贴片天线 3 偶极子天线 射频接口 电压调节单元 主要用来把从读写器接收过来的射频信号转化为直流电源 DC 并且经由其内部的储能装置 大电容 将能量储存起来 再 通过稳压电路 以确保稳定的电源供应 调制解调单元 由控制单元传出的数据需要经过调制单元的调制以后 才能加载到 天线上 成为天线可以传送的射频信号 再回传给阅读器 解调单元负责将经过调制的信 号加以解调 将载波去除 以获得最初的调制信号 芯片 存储单元 主要用于存储系统运行时产生的数据或者识别数据等 逻辑控制单元 负责对读写器传送来的信号进行译码 并且按照读写器的要求回传 数据给读写器 二 电子标签的技术参数 能量需求 传输速率 读写速度 工作频率 容量 封装形式 三 电子标签的发展趋势 工作距离更远 无线可读写性能更加完善 更加适合高速移动物体识别 快速多标签读写功能更加完善 自我保护功能更加完善 标签附属功能更多 体积更小 成本更低 第六章射频数据的完整性 一 射频数据的完整性基本概念 完整性 指信息未经授权不能进行改变的特性 即信息在存储或传输过程中 保持不被偶然或蓄意地删除 修改 伪造 乱序 重放 插入等破坏和丢失的特性 影响信息完整性的主要因素有 设备故障 误码 传输 处理和存储过程中产生的误码 定时的稳定度 和精度降低造成的误码 各种干扰源造成的误码 人为攻击 计算机 病毒等 保证信息完整性 协议 通过各种安全协议可以有效地检测出被复制的信息 被删除的字段 失效的 字段和被修改的字段 纠错编码方法 由此完成检错和纠错功能 最简单和常用的纠错编码方法是奇偶校 验法 密码校验和方法 它是抗篡改和传输失败的重要手段 数字签名 保障信息的真实性 公证 请求网络管理或中介机构证明信息的真实性 二 RFID 系统的数据传输出错 当接收读写器发出的命令以及数据信息发生传输错误时 如果被电子标签接收到 可能会导致以下结果 电子标签错误的响应读写器的命令 电子标签的工作状态发生混乱 电子标签错误的进入休眠状态 当电子标签发出的数据发生传输错误时 如果被读写器接收到 可能导致以下结果 不能识别正常工作的电子标签 误判电子标签的工作状态 将一个电子标签判别为另一个电子标签 造成识别错误 三 差错控制方式 四 差错控制编码 定义 差错控制时所使用的编码 常称为纠错编码 根据码的用途 可分为检错 码和纠错码 检错码以检错为目的 不一定能纠错 而纠错码以纠错为目 的 一定能检错 监督码元 在发送端需要在信息码元序列中增加一些差错控制码元 它们 称为监督码元 评价标准 多余度 就是指增加的监督码元多少 例如 若编码序列中平均每两个信 息码元就添加一个监督码元 则这种编码的多余度为 1 3 编码效率 简称码率 设编码序列中信息码元数量为 k 总码元数量为 n 则比值 k n 就是码率 发 端 纠 错 码 收 端前 向 纠 错FEC 发 端 检 错 码 收 端检 错 重 发ARQ 判 决 信 号 发 端 检 错 和 纠 错 码 收 端混 合 纠 错HEC 判 决 信 号 冗余度 监督码元数 n k 和信息码元数 k 之比 五 汉明码 汉明码又叫线性分组码 它是一种能够自动检测并纠正一重错的线性纠错码 汉明码一般可用 n k 表示 其中 k 是每组二进制信息码元的数目 n 是编码码 组的码元总位数 又称为码组长度 简称码长 n k r 为每个码组中的监督码元数 目 简单地说 汉明码是对每段 k 位长的信息组以一定的规则增加 r 个监督元 组成长 为 n 的码字 在二进制情况下 共有 2k个不同的信息组 相应地可得到 2k个不同 的码字 称为许用码组 其余 2 n 2k个码字未被选用 称为禁用码组 码重 在分组码中 非零码元的数目称为码字的汉明重量 简称码重 例如 码 字 10110 码重 w 3 码距 把两个码组中对应位上数字不同的位数称为码组的距离 简称码距 码距又 称汉明距离 例如 000 晴 011 云 101 阴 110 雨 4 个码组之间 任意两个的距离均为 2 再例如 11000 与 10011 之间的距离为 3 最小码距 把某种编码中各个码组之间距离的最小值称为最小码距 用 d 表示 最小码距是码的一个重要参数 它是衡量码检错 纠错能力的依据 汉明不等式 设信息位的个数为 k 监督位的个数为 r 码长为 n k r 则汉明 不等式为 六 奇偶校验法 常用的奇偶检验法为垂直奇偶校验 水平奇偶校验和水平垂直奇偶校验 七 循环冗余校验 CRC CRC 校验码的计算步骤如下 设 G x 为 r 阶 在数据块 M x 的末尾附加 r 个 0 则相应的多项式为 211rrnkr rxM xM 按模 2 除法用对应于 G x 的位串去除对应于 的位串 按模 2 减法从对应于 的位串中减去余数 总是小于等于 1 结果就是 要传送的带循环冗余校验码的数据块 下面举个例子来说明一下校验码的计算过程 假设 4 位的信息位为 1010 生成多项式 G x 为 那么 G x 的二进制表 示形式就为 1011 因为 G x 为 3 阶 所以要在数据块 M x 后面附加 3 个 0 变成 1010000 用生成多项式 G x 1011 去除 1010000 可得余数为 011 所以传输的数据块为 1010011 八 性能指标 射频识别系统的性能指标包括有效性 可靠性 适应性 标准型 经济性以及易维 护性等等 在射频识别系统中 识读率 PR和误码率 PE是用户最为关心的问题 设待识读标签 数为 NA 正确识读的标签数为 NR 每个标签的码元数为 NL 读写器识读出发生错 误的码元总数为 NE 则 第七章射频数据的安全性 一 射频识别系统的安全分析 RFID 信息系统可能受到的威胁有两类 物理环境如电磁干扰 断电 设备故障等威胁 人员威胁 管理者攻击 用户攻击 前管理者的攻击 前用户攻击 外部人员 攻击 攻击手段 1 主动攻击 1 获得 RFID 标签的实体 通过物理手段在实验室环境中去除芯片封装 使用 微探针获取敏感信号 进行目标标签的重构 2 用软件利用微处理器的通用接口 扫描 RFID 标签和响应阅读器的探寻 寻 求安全协议加密算法及其实现弱点 从而删除或篡改标签内容 RRAEEALPN rxM 31x 3 通过干扰广播 阻塞信道或其他手段 产生异常的应用环境 使合法处理器 产生故障 拒绝服务器攻击等 2 被动攻击 1 采用窃听技术 分析微处理器正常工作过程中产生的各种电磁特征 获得 RFID 标签和阅读器之间的通信数据 Eg 美国某大学教授和学生利用定向天线 和数字示波器监控 RFID 标签被读取时的功率消耗 通过监控标签的能