RFID技术标准与通信协议解读ppt课件.ppt
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1、1,RFID技術標準與通訊協定,2,教學目標,介紹目前主要幾個制定RFID標準的組織,瞭解其組織所制定的標準內容主要標準規格其規範的項目以及所應用的領域這些標準規格下,讀取器與標籤之間的通訊方式、錯誤偵測與防碰撞的方法,3,大綱,RFID的標準規範EPCglobal標準介紹標籤的分類標籤與讀取器間之通訊協定ISO標準介紹動物識別標準非接觸式智慧卡標準,品項管理標準其他應用所使用的標準ISO與EPCglobal標準的比較其他推動標準的組織uID中國AIM GlobalANSIAIAGIPICO小結,4,RFID的標準規範,5,RFID的標準規範,目前國際上提出RFID標準的主要組織EPCglob
2、al標準化國際組織 (International Organization for Standardization; ISO)Ubiquitous ID (uID)目前國際上提出RFID標準的其他組織中國自動識別和行動技術協會 (Association for Automatic Identification and Mobility; AIM)美國國家標準學會 (American National Standards Institute; ANSI)美國汽車工業行動集團 (Automotive Industry Action Group; AIAG)IPICO,6,EPCglobal,7,標
3、準介紹,產品電子碼 (Electronic Product Code; EPC)1999年麻省理工學院 (Massachusetts Institute of Technology) 成立Auto-ID中心 (Auto-ID Center)發展產品電子碼與相關的技術來用於全球供應鏈中,以進行產品的識別與追蹤2003年統一編碼協會 (Uniform Code Council; UCC) 與歐洲商品條碼協會 (European Article Number; EAN) 所成立的非營利組織接替Auto-ID中心的工作,負責產品電子碼的研發與管理,目標是將產品電子碼發展成全球通用標準產品電子碼的註冊管
4、理與維護產品電子碼的編碼及網路EPCglobal系統是一種基於EAN/UCC編碼的系統採用的公司:零售巨頭渥爾瑪 (Wal-Mart)、嬌生 (Johnson & Johnson)、寶僑 (P&G)、特易購 (Tesco) 等,8,EPCglobal所制定的標準,9,已發布的EPCglobal標準,10,已發布的EPCglobal標準(續),11,標籤的分類,12,標籤的分類(續),13,標籤的分類(續),14,標籤與讀取器間之通訊協定,UHF Class 1 Gen1在Auto-ID中心時期所制定包括Class 0和Class 1UHF Class 1 Gen2由加入EPCglobal組織的
5、主要公司於2004年12月合作開發完成推動新的RFID硬體產品開發之標準介面和協議的一項基礎要素於2006年6月被ISO組織批准併入了ISO/IEC18000-6c標準裡,使得全球UHF RFID技術發展得到規範在頻率的部分是涵蓋到各個國家的範圍渥爾瑪於2006年9月正式開始用Gen2標籤替代Gen1標籤,標籤與讀取器間之通訊協定(續),UHF Class 1 Gen2的優點標籤的訊息儲存量增大準確性提高存取控制機制的增加內建較多的功能讀取與寫入速度的提升可因應環境的需求,彈性的調整讀取速度符合全球許多條例的要求在供應鏈提供準確與具成本效益的訊息可見度企業間可以共享貨物在供應鏈中傳輸的相關資訊
6、,15,16,標籤與讀取器間之通訊協定(續),又稱為標籤協定 (Tag Protocol)Physical Layer (實體層):資料的調變與傳輸雙邊帶幅移鍵控 (Double-sideband Amplitude Shift Keying, DSB-ASK)單邊帶幅移鍵控 (Single-sideband Amplitude Shift Keying, SSB-ASK)反相幅移鍵控 (Phase-reversal Amplitude Shift Keying, PR-ASK),標籤與讀取器間之通訊協定(續),Tag-identification Layer(標籤識別層):對標籤下達的命令三
7、個基本的操作選取 (Select):選擇一定類別與範圍的標籤進行盤點與存取的動作盤點 (Inventory):識別標籤存取 (Access):針對個別的標籤進行存取的動作,17,讀取器的操作方式與標籤的狀態,18,讀取器操作的指令,19,讀取器操作的指令(續),20,標籤的狀態,21,標籤的狀態圖,22,標籤與讀取器間之通訊協定(續),防碰撞機制對標籤進行搜尋來得知標籤的所在若兩者以上同時傳送資料,電波就會發生干擾必須讓標籤能夠個別的進行回應,23,標籤與讀取器間之通訊協定(續),UHF Class 1 Gen1防碰撞:Binary Tree演算法 / Tree Walking二元搜尋樹對標籤
8、進行分群錯誤偵測對讀取進行CRC-16,24,標籤與讀取器間之通訊協定(續),UHF Class 1 Gen2防碰撞:Query Tree Protocol (“Q” Protocol)類似Slotted Aloha演算法在讀取器與標籤之間運用查詢與確認的指令錯誤偵測對讀取與寫入進行CRC-16,25,標籤與讀取器間之通訊協定(續),UHF Class 1 Gen2防碰撞之步驟查詢會包含一個時槽數的參數 ”Q”標籤會從(0, 2Q -1)之間選擇一個數放入時槽若標籤選取到零就會回應讀取器該標籤回應一個16位元的亂數讀取器發送一個包含此亂數的ACK該標籤回應讀取器相關資料選取到不是零的標籤就會進
9、入調停的狀態等待讀取器發送調節查詢或重複查詢的指令,26,27,UHF Class 1 Gen1 vs. UHF Class 1 Gen2,28,ISO,29,標準介紹,動物識別標準:ISO 11784、ISO 11785和ISO 14223 非接觸式智慧卡標準:ISO 10536、ISO 14443和ISO 15693品項管理 (ItemManagement) 標準:ISO 18000、ISO 24710其他相關的標準,動物識別標準,ISO 11784:定義64位元識別碼之編碼結構 (Code Structure)位元1:設定此標籤的用途1:用於動物識別0:是其它的用途位元215:保留碼這1
10、4個位元是保留給將來的應用來使用,30,動物識別標準(續),位元16:額外的資料1:傳送完識別碼後是否有額外的資料要被傳送位元1726:國碼設定哪一個國家在使用依據ISO 3166所編製的國碼位元2764:識別碼由各國自行定義如何對動物註冊做一個識別碼例如動物的種類、飼養者與飼養地區等資訊,31,32,動物識別標準(續),ISO 11785:定義了讀取器與標籤間的資料傳輸方式全雙工 (Full Duplex, FDX)半雙工 (Half Duplex, HDX)序列式 (Sequential, SEQ),動物識別標準(續),ISO 11785:定義技術概念 (Technical Concept
11、)標籤可設計成適合動物的各種形式如玻璃管狀、耳標或項圈等可分為皮下植入式晶片與耳標式晶片植入式晶片主要用於寵物追蹤玻璃管造型的標籤長度在二毫米到數十毫米注射在動物的脂肪組織內飛利浦所生產的HITAG 2 和 HITAG S EM Microelectronic公司所推出的晶片,33,34,動物識別標準(續),ISO 14223:規範進階的標籤 (Advanced Transponders)規範使用於動物身上之RFID標籤的標準 為ISO 11784/11785的延伸能直接讀取動物的資料而不需透過資料庫,例如可以讓接種資料直接儲存在標籤上 包含三個部分第一部分:空中介面,定義連接到讀寫裝置硬體的
12、主要介面參數,如程式類型與調變類型 第二部分:編碼與命令的結構第三部分:應用,35,非接觸式智慧卡標準,非接觸式智慧卡 (Contactless Smart Card)ISO 10536:近耦合卡 (Close Coupling Card)ISO 14443:近傍型卡 (Proximity Card)ISO 15693:近距型卡 (Vicinity Card)ISO 18092、ISO 21481:近場通訊 (Near Field Communication, NFC)涵蓋項目智慧卡的特性與測試方法訊號調變的結構和射頻的介面資料的處理初始化的動作、傳輸協定與防碰撞機制與資料結構,36,非接觸式
13、智慧卡標準(續),ISO 10536此標準主要發展於1992到1995年間特性允許標籤與讀取器之間在兩公分內使用電容耦合或感應耦合進行資料的存取缺點智慧卡成本高與接觸式IC卡相比優點很少存在共鳴或無線電干擾的問題ISO 14443與ISO 15693擁有更進階的技術業者較少以此標準來開發產品,37,非接觸式智慧卡標準(續),ISO 14443定義了四個部分智慧卡的實際特性射頻功率與訊號介面初始化與防碰撞協定讀取器和智慧卡之間的傳輸協定對非接觸式近傍型智慧卡 (Contactless Proximity Smart Cards) 與讀取器之間進行規範通訊標準與傳輸協定感應耦合功率傳輸的特性,38
14、,非接觸式智慧卡標準(續),ISO 14443智慧卡的特性表面可進行印刷尺寸大小長8.56公分,寬5.4公分,厚0.076公分可抗應力、防紫外線與X光ISO 14443智慧卡的缺點易受周遭磁場的影響,非接觸式智慧卡標準(續),ISO 14443設定了一個半雙工區塊傳輸協定以定義資料如何交換此協定可提供相容產品間的互通性依調變、編碼,以及防碰撞機制之差異分為兩種ISO 14443A:Philips、Siemens和Hitachi ISO 14443B:Motorola與NEC相同點兩者的通信速率都是106Kbaud13.56MHz7KHz的操作頻率感應距離為010cm,39,40,非接觸式智慧卡
15、標準(續),ISO 14443射頻功率和訊號介面之特定術語ASK:幅移鍵控 (Amplitude-Shift Keying)BPSK:二階相移鍵控 (Binary Phase-Shift Keying)NRZ:不歸零編碼 (Non-Return to Zero),一種訊號之編碼方式,讀取器傳送資料給智慧卡時兩者的特性,41,智慧卡傳送資料給讀取器時兩者的特性,42,非接觸式智慧卡標準(續),符合ISO 14443A:Phillips所推出的Mifare卡國內悠遊卡具有較高的安全性三次來回驗證 (3Pass Authentication) 的非接觸式智慧卡Mifare ProX甚至還具有3DES
16、演算法具有多個獨立的儲存區與金鑰可安全地存取多種互相獨立的資料適合做為整合不同功能的多用途卡,43,非接觸式智慧卡標準(續),Mifare 1 S50的電子抹除式唯讀記憶體 (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory, EEPROM)1 Kbyte的容量16個磁區 (Sector)每一個磁區是4個磁塊 (Block)4個磁塊的最後一欄為控制欄 (Sector Trailer),44,Mifare 1 S50之記憶體結構,45,非接觸式智慧卡標準(續),磁塊的功能類型廠商識別碼 (Manufacture Code)存於磁塊00:磁區0
17、0的第一個磁塊磁塊00特性唯讀發卡的廠商在卡片製造完成時載入記錄每一張卡片的識別碼(卡號)與特定資料序號的長度是32位元如晶片類型、製造日期等,46,非接觸式智慧卡標準(續),資料區塊 (Data Block)每一個磁區的前三個磁塊除了磁塊 00應用一:儲存一般的資料可儲存中、英文及數字對數值作加、減時需先讀取再寫入文字資料可直接覆蓋應用二:存放數值資料 (Value Block)只能儲存數值Mifare卡內建加值和減值兩個指令可直接對數值區塊作加、減而不必將原數值讀出,47,非接觸式智慧卡標準(續),控制欄 (Sector Trailer)每一個磁區的最後一個磁塊功能儲存每一個磁區的金鑰Ke
18、y A與Key B控制磁區讀寫性質Key A與Key B 使用方式的存取條件 (Access Bits),48,非接觸式智慧卡標準(續),Mifare卡和讀取器之間通訊的步驟詢卡 (Request Standard /All)讀取器用來確認是否有卡片進入感應範圍當卡片進入時,讀取器會傳送控制資料給卡片卡片會回傳卡片型態、通訊協定與通訊速率等資防碰撞機制 (Anti-collison Loop Get Serial Number)選卡 (Select Card)依據被選中的卡片之卡號來選擇卡片驗證 (3Pass Authentication Sector Specific)Mifare卡和讀取器
19、必須進行三次來回驗證其合法性之後,才能作後續的讀寫操作,49,Mifare卡和讀取器之間的通訊流程,50,非接觸式智慧卡標準(續),對Mifare卡進行的操作讀 (Read Block):從磁塊中讀取資料寫 (Write Block):寫入資料到磁塊減值 (Decrement):對數值區塊進行減值操作加值 (Increment):對數值區塊進行加值操作儲存 (Restore):將磁塊中的內容儲存至讀卡機暫存器中傳輸 (Transfer):將讀取器暫存器中的資料寫入到卡片的磁塊中止 (Halt):將MIifare切換至暫停工作的狀態,51,52,非接觸式智慧卡標準(續),ISO 14443A與I
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