物联网RFID标准ppt课件.ppt
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1、第十章 物联网RFID标准,Internet之所以能够在全球范围内实现软硬件以及信息资源共享,是因为实现了各种网络设备的软硬件及数据交换标准的统一。随着物联网的迅猛全球化和国际射频识别日趋激烈的竞争,物联网RFID标准体系已经成为各个企业和国家参与国际竞争的重要手段。,10.1 RFID标准概述,标准化是指对产品、过程或者服务中现实和潜在的问题做出规定,提供可共同遵守的工作语言,以利于技术合作,同时防止贸易壁垒。通过制定、发布和实施RFID标准,可以解决编码通信、空中接口和数据共享等问题,以最大程度地促进RFID技术及相关系统的应用。RFID国际标准化机构1.ISO/IEC RFID技术在国际
2、标准化组织的分类中属于信息技术中的自动识别与数据采集领域(AIDC),由国际标准化组织ISO和国际电工委员会IEC 负责制定。,10.1 RFID标准概述,1.ISO/IEC ISO和IEC专门为AIDC技术成立了技术标准组(JTC-1),1996年又成立了SC31分委员会,负责自动识别和数据采集技术的标准化制定工作,ISO/IEC目前已下设6个工作组:WG1负责数据载体,WG2负责数据结构,WG4负责物品管理的RFID技术,WG5负责实时定位系统,WG6负责移动物品识别和管理,WG7负责物品管理的安全性。还有一些其他的ISO技术委员会也涉及到部分RFID的相关标准,如ISO/IEC TC-1
3、04货运集装箱标准化技术委员会公布了一个RFID用于海运集装箱的标准,ISO TC-122包装标准化技术委员会和TC-104y的联合工作组也正在开发一系列RFID供应链管理的应用标准。和其他非强制的标准一样,ISO标准是否被采用也取决于市场的需求。,10.1 RFID标准概述,2.EPCglobal EPCglobal是由美国统一代码协会(UCC)和国际物品编码协会(EAN)共同成立的非营利性组织,其主要职责是在全球范围内对各个行业建立和维护EPCglobal网络,保证物联网各环节信息的自动识别,并采用全球统一标准。EPCglobal制定了标准开发过程规范,规范了EPCglobal各部门的职责
4、以及标准开发的业务流程,对递交的标准草案进行多方审核,确保制定的标准具有很强的竞争力。目前EPCglobal提供的服务主要有:1)分配、维护和注册EPC管理者代码;2)对用户提供EPC技术和EPC网络相关内容的教育和培训;3)参与EPC商业应用案例实施和EPCglobal网络标准的制定;4)参与EPCglobal网络、网络组成、研究开发和软件系统等的规范的制定和实施;,10.1 RFID标准概述,3.其他组织 其它RFID标准化组织还包括各种区域、国家、行业等标准组织。日本的泛在中心制定RFID UID标准的思路类似EPCglobal,目标也是构建一个完整的标准体系,即从编码体系、空中接口协议
5、到泛在网络体系结构,但在很多细节方面与EPC系统还是有差异。韩国利用国内移动通信的发展优势,把RFID和移动通信结合起来,并从2000年开始在系统架构、编码格式、空中接口、安全隐私等方面开展相关的标准化工作,以此为突破口,主导国际标准的制定。与RFID应用相关的国际标准化机构:国际电信联盟(ITU)、世界邮联(UPU)等;区域性标准化机构,如欧洲标准化委员会(CEN)等;国家标准化机构,如BSI(英国标准协会)等;行业组织,如ATA(世界海关组织暂准进口协议)等。,10.1 RFID标准概述,RFID标准体系,10.1 RFID标准概述,RFID标准的主要内容包括以下几个方面:1)技术标准 主
6、要包括接口和通信技术,如空中接口、防碰撞方法、中间件技术和传输协议等,例如:ISO 18000:定义了询问者与标签之间在不同频率上的空中接口。PC Gen2:定义了频率在860960MHz之间的空中接口标准。2)数据内容标准 主要指数据结构、编码格式和数据安全等相关内容。ISO/IEC 15961、15962与15963标准规定了信息交换过程中的数据协议,它们独立于ISO 18000系列空中接口通信协议。,10.1 RFID标准概述,3)性能标准 狭义的RFID系统是指由承载了唯一编码的RFID标签通过天线与读写器实现通信,因此RFID标签、读写器和天线就构成了完成自动识别与数据采集的有机整体
7、。要实现系统的目标功能,系统各部分之间必须满足一致性要求,从而实现不同厂家生产设备之间的互通性和互操作性。因此,SC31 WG3制定了性能测试和一致性测试的方法及标准,并作为RFID测试工作的基础。ISO/IEC 18046定义了RFID设备的性能检测方法,包括对标签参数、速度、标签阵列、方向、单标签检测及多标签检测等标签性能的检测方法,以及对读取距离、读取率、单标签和多标签读取等读写器性能的检测方法。IS0/IEC 18047定义了RFID设备的一致性测试方法,也称空中接口通信协议测试方法。,10.1 RFID标准概述,IS0/IEC 18047分为以下几个部分:ISO/IEC 180472
8、:125134kHz,对应ISO 180002;ISO/IEC 180473:13.56MHz,对应ISO 180003;ISO/IEC 180474:2.45GHz,对应ISO 180004;ISO/IEC 180476:860960MHz,对应ISO 18000-6;ISO/IEC 180477:433MHz,对应ISO 180007。,10.1 RFID标准概述,4)应用标准 RFID涉及了众多的具体应用,各种不同的应用涉及不同的行业,因此标准还需要涉及有关行业的规范,典型标准包括有:ISO 10374:货运集装箱标准(自动识别)。ISO 18185:货运集装箱的电子封条的射频通信协议。
9、ISO 11784:动物的射频识别编码结构。ISO 11785:动物的射频识别技术准则。ISO 142231:动物的射频识别高级标签的空中接口。ANSI MH 10.8.4:可回收容器的RFID标准。AIAGB11:轮胎电子标签标准(汽车工业性动组)。ISO 122/104 JWG:RFID的供应链应用。,10.1 RFID标准概述,RFID标准多元化的原因 RFID的国际标准比较多,主要基于技术因素和利益因素两方面.1.技术因素1)RFID的工作频率和信息传输方式 RFID的工作频率分布在低频至微波的各个频段中,技术差异很大。例如,125kHz的电路、天线设计与2.45GHz的电路、天线设计
10、就有很大的不同。即使对于相同的频率,由于基带信号和调制方式的不同,也会形成不同的技术标准。例如,对于13.56MHz的工作频率,ISO/IEC 14443标准有TYPE A和TYPE B两种方式。,10.1 RFID标准概述,2)作用距离 作用距离的差异也是标准不同的主要原因。作用距离不同产生的差异主要表现在以下几个方面:应答器的工作方式分有源工作方式和无源工作方式两种;RFID系统的工作原理不同,近距离采用电感耦合方式,远距离采用基于微波的反射散射耦合方式;载波功率的差异。例如,同为13.56MHz工作频率的ISO/IEC 14443标准和ISO/IEC 15693标准,由于后者作用距离较远
11、,所以其阅读器输出的载波功率较大(但不能超出EMI有关标准的规定)。3)应用目标的不同 RFID的应用很广泛,针对不同应用,其存储的数据代码、外形需求、频率选择、作用距离以及复杂度等都会有很大的差异。例如,动物识别和货物识别、高速公路的车辆识别计费和超市货物的识别计费等,它们之间都存在较大的不同。,10.1 RFID标准概述,4)技术的发展 随着信息技术的进步和制造业的进步,RFID标准需要不断融入这些新进展,以形成与时俱进的标准。2.利益因素 尽管标准是开放的,但标准中的技术专利会给相应的国家、集团以及企业等带来巨大的市场效应和经济效益,因此标准的多元化之争也是这些利益之争的必然反映。,10
12、.2 ISO/IEC的相关标准,ISO/IEC的标准体系 ISO/IEC已出台的RFID标准主要关注基本的模块构建、空中接口和涉及的数据结构以及它们的实施问题。具体可以分为技术标准、数据结构标准、性能标准及应用标准四个方面。数据标准(如编码标准ISO/IEC15691、数据协议ISO/IEC 15692、ISO/IEC 15693,解决了应用程序、标签和空中接口的多样性要求,提供一套通用的通信机制)空中接口标准(ISO/IEC 18000系列)测试标准(性能测试ISO/IEC 18047和一致性测试标准ISO/IEC 18046)实时定位(RTLS)(ISO/IEC 24730系列应用接口与空
13、中接口通信标准)方面的标准。,10.2 ISO/IEC的相关标准,10.2 ISO/IEC的相关标准,非接触式IC卡国际标准(ISO/IEC 14443)目前RFID非接触式智能卡常用的三个ISO标准:ISO/IEC 14443、ISO/IEC 15693和ISO/IEC 10536。目前ISO 14443以13.56MHz交变信号为载波频率,应用较为广泛。ISO/IEC 14443是近耦合非接触式IC卡的国际标准,可用于身份证和各种智能卡、存储卡等。ISO/IEC 14443标准由四部分组成,即ISO/IEC 144431/2/3/4。,10.2 ISO/IEC的相关标准,1.ISO/IEC
14、 144431物理特性 第一部分物理特性规定了非接触式IC卡的机械性能,其尺寸应满足ISO 7810中的规范,即85.72mm54.03mm0.76mm容差。除此以外,还应满足紫外线、X射线、交流电场、交流磁场、静电、静磁场、工作温度和动态弯曲等方面提出的要求,其测试方法在ISO/IEC 10373标准中有相关描述。2.ISO/IEC 144432射频能量和信号接口 阅读器(PCD)产生耦合到应答器(PICC)的射频磁场。PICC通过耦合的方式获得能量,并转换成芯片工作的直流电压。PCD和PICC间通过信号调制与解调实现通信。射频频率13.56MHz7kHz,阅读器产生的磁场强度在1.5A/m
15、 到7.5A/m(有效值)之间,若PICC的动作场强为1.5A/m,PICC在距离PCD为10cm时应能正常不间断地工作。在PICC可能处于的任何位置,PCD产生的电磁场都不能超过ISO/IEC 144431中规定的数值。,10.2 ISO/IEC的相关标准,信号接口也称空中接口。本协议规定了两种信号接口:TYPE A(A类)和TYPE B(B类),因而PICC仅需采用两者之一的方式,而PCD最好对两者都能支持并可任意选择其中之一来适配PICC。1)TYPE A型(1)PCD向PICC通信。载波频率为13.56MHz,在初始化和防冲突期间,数据传输率=13.56MHz/128=106kbit/
16、s,一位数据所占的时间周期为9.4s。采用修正密勒码的100%ASK调制。在RF场中创造一个“间隙(Pause)”来传送二进制数据,为保证对PICC的不间断的能量供给,载波间隙时间为23s,其实际波形如下图所示.,10.2 ISO/IEC的相关标准,Pause波形,10.2 ISO/IEC的相关标准,(2)PICC向PCD通信。PICC向PCD通信以负载调制方式实现。PICC通过电感耦合方式与PCD进行通信。用曼彻斯特码副载波调(ASK)信号进行负载调制。副载波的频率fs=fc/16,约为847kHz,在初始化和防冲突期间,一位数据的时间等于8个副载波时间。TYPE A接口信号的波形如图所示。
17、,10.2 ISO/IEC的相关标准,2)TYPE B型(1)PCD向PICC通信。在初始化和防冲突期间,数据传输速率为fc/128,约为106kHz,用数据的NRZ码对载波进行ASK 10%调制,调制指数=(ab)/(a+b)=8%14%,其调制波形如图所示。逻辑1时载波高幅度(无调制);逻辑0时载波低幅度。,TYPE B调制波形,10.2 ISO/IEC的相关标准,(2)PICC向PCD通信。在初始化和防冲突期间,数据传输速率为fc/128,约为106kHz,用数据的NRZ码对副载波(847kHz)进行BPSK调制,然后用副载波调制信号进行负载调制实现通信。在初始化和防冲突期间,一位时间等
18、于8个副载波时间。TYPE B接口信号的波形如图所示。,10.2 ISO/IEC的相关标准,从PCD发出任一命令后,在TR0的保护时间内,PICC不产生副载波,TR064Ts(Ts为副载波周期)。然后,在TR1时间内,PICC产生相位为q0的副载波(在此期间相位不变),TR080Ts。副载波的初始相位定义为逻辑1,所以第一次相位转变(相位为0+180)表示从逻辑1转变到逻辑0。副载波相位变化和数位表示如图所示。,副载波相位变化和数位表示,10.2 ISO/IEC的相关标准,3ISO/IEC 144433防初始化和防冲突 ISO/IEC 144433标准中提供了A型和B型两种不同的防碰撞协议。T
19、YPE A采用位检测防碰撞协议,TYPE B通过一组命令来管理防碰撞过程,防碰撞方案是以时隙为基础的。4.ISO/IEC 144434传输协议 ISO/IEC14443的这一部分规定了非接触的半双工的块传输协议,并定义了激活和停止协议的步骤。这部分传输协议同时适用于A型卡和B型卡。以TYPE A为例,其PICC激活过程如下图所示。当系统完成了ISO/IEC 14443-3中定义的请求、防碰撞和选择操作,并由PICC发回SAK应答后,PCD检查SAK字节,以核实PICC是否支持对ATS的使用。若SAK说明不支持ISO/IEC 14443-4协议,则PCD应发送HALT命令使PICC进入Halt状
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