1、合肥工业大学 计算机与信息学院,RFID原理与应用第2版,单承赣 教授,2,第6章 RFID的ISO IEC标准,6.1 标准概述 6.1.1 标准的作用和内容 标准的作用 确保协同工作的进行，规模经济的实现，工作实施的安全性以及其他许多方面 RFID标准化的主要目的在于通过制定、发布和实施标准，解决编码、通信、空中接口和数据共享等问题，最大程度的促进RFID技术及相关系统的应用 标准采用过早，有可能会制约技术的发展和进步；采用过晚，可能会限制技术的应用范围。 RFID标准涉及的主要内容包括 技术（接口和通信技术，如空中接口、防碰撞方法、中间件技术、通信协议） 一致性（数据结构、编码格式及内存
2、分配 ） 电池辅助及与传感器的融合 应用（如不停车收费系统、身份识别、动物识别、物流、追踪、门禁等 ）,第6章 RFID的ISO IEC标准,6.1.2 标准分类国际标准国家标准行业标准,4,第6章 RFID的ISO IEC标准,6.1.3 ISO/IEC及我国制定的RFID标准概况 技术标准,5,第6章 RFID的ISO IEC标准,ISO/IEC及我国制定的RFID标准概况 数据内容标准,6,第6章 RFID的ISO IEC标准,ISO/IEC及我国制定的RFID标准概况 性能标准,7,第6章 RFID的ISO IEC标准,ISO/IEC及我国制定的RFID标准概况 应用标准,8,第6章
3、RFID的ISO IEC标准,6.1.4 和RFID技术相关的标准 无线通信管理 频谱分布、功率、电磁兼容等内容 人类健康的有关标准和规范 国际非电离辐射保护委员会（ICNIRP）所提出的标准和规范 数据安全的有关标准和规范 经济合作与发展组织（OECD） 隐私问题 目前，很多用于物品识别的应答器（电子标签）都能支持KILL命令,第6章 RFID的ISO IEC标准,6.1.5 标准制定的推动力大零售商美国国防部广泛的应用 6.1.6 标准多元化的原因技术因素和利益因素 6.1.7 发展趋势,10,第6章 RFID的ISO IEC标准,6.2 ISO/IEC的RFID标准简介 非接触式IC卡,
4、三种非接触式IC卡标准,11,第6章 RFID的ISO IEC标准,ISO/IEC的RFID标准简介 动物识别标准 ISO /IEC 11784 规定动物识别的代码结构 ISO/IEC 11785 规定相关的技术准则 ISO/IEC 14223 为读取动物应答器内的特殊数字提供了协议，这些数字被存储在集中所有动物数据的中央数据库内,12,第6章 RFID的ISO IEC标准,ISO/IEC的RFID标准简介 动物识别标准 ISO/IEC 11784,动物识别代码,13,第6章 RFID的ISO IEC标准,ISO/IEC的RFID标准简介 动物识别标准 ISO/IEC 11785 数据以差分曼
5、彻斯特码为数字基带信号全双工/半双工应答器的数据帧结构,差分曼彻斯特码,14,第6章 RFID的ISO IEC标准,ISO/IEC的RFID标准简介 物品识别标准 ISO/IEC 18000 ：空中接口的重要标准 ，无线频段（频率）有6个，即低于135 kHz，13.56 MHz，433 MHz，860960 MHz，2.45 GHz和5.8 GHz。作用距离从数厘米至十多米不等 ISO/IEC 18001 ：给出了应答器的外形要求 ISO/IEC 10374 ：微波应答器的集装箱识别标准 ，工作频率范围为850950 MHz以及2.42.5 GHz，应答器的灵敏度以最大电场强度150 mV/
6、m定义，最大可阅读距离为13 m FSK副载波的 数据位编码,15,第6章 RFID的ISO IEC标准,6.3 国际标准ISO/IEC 14443 近耦合非接触式IC卡的国际标准 用于身份证和各种智能卡、存储卡 ISO/IEC 14443标准由四部分组成，即ISO/IEC 14443-1/2/3/4 6.3.1 ISO/IEC 14443-1物理特性 6.3.2 ISO/IEC 14443-2射频能量和信号接口 TYPE A型,TYPE A接口信号波形示例,16,第6章 RFID的ISO IEC标准,TYPE B型,副载波相位变化和数位表示,TYPE B接口信号波形示例,17,第6章 RFI
7、D的ISO IEC标准,6.3.3 ISO/IEC14443-4传输协议 TYPE A型PICC激活的协议操作TYPE A 型 PICC激活过程 RATS ATS PPS（协议和参数选择）请求 PPS响应,18,6 RFID的ISO IEC标准,ISO/IEC的RFID标准简介,PCD激活TYPE A 型PICC,19,第6章 RFID的ISO IEC标准,ISO/IEC 14443-4传输协议RATS 命令的格式,20,第6章 RFID的ISO IEC标准,ATS ATS的结构,格式字节编码,TA(1)编码的结构,21,第6章 RFID的ISO IEC标准,ISO/IEC14443-4传输协
8、议 PPS（协议和参数选择）请求,22,第6章 RFID的ISO IEC标准,ISO/IEC 14443-4传输协议TYPE B型PICC激活的协议操作参阅4.3.2节半双工分组传输协议（1）分组格式,分组格式,23,半双工分组传输协议 PCB域三种分组,24,第6章 RFID的ISO IEC标准,ISO/IEC 14443-4传输协议半双工分组传输协议CID域b8b7 ： PICC发送S-block中，用于指示PICC 从PCD获得的功率情况。在PCD向PICC通信时， 这两位为00b。b6b5: 00bb4b3b2b1: CID编码NAD域用于PCD和PICC之间建立逻辑连接，8和4位 为
9、0,7、6、5位为目标节点地址，3、2、1位为原 节点地址。INF域：可选。如果有，在信息分组中为应用数据，在管理分组中是状态信息。,功率电平指示编码,25,第6章 RFID的ISO IEC标准,（2）帧等待时间扩展 当PICC需要比定义的帧等待时间（FWT）更长的时间处理收到的分组时，它可以用WTX分组请求等待时间的扩展。表中b6 到b1为倍增因子。FWTTEMP = FWTWTXM,WTX分组信息域,26,第6章 RFID的ISO IEC标准,半双工分组传输协议 （3）协议操作多PICC激活,27,第6章 RFID的ISO IEC标准,半双工分组传输协议 协议操作链接（分组链）,28,第6
10、章 RFID的ISO IEC标准,6.4 ISO/IEC 15693 疏耦合射频卡（VICC）的国际标准 物理特性（机械特性，物理尺寸，抗紫外线、X射线和电磁射线能力，弯曲和扭曲性能 ） 空中接口与初始化 防碰撞和传输协议 命令扩展 安全特性,29,第6章 RFID的ISO IEC标准,ISO/IEC 15693 6.4.1 空中接口和初始化,VCD到VICC的通信,30,ISO/IEC 15693 空中接口和初始化 10% ASK调制,ISO/IEC 15693 空中接口和初始化256中取1的PPM方式的原理,31,第6章 RFID的ISO IEC标准,Pause处的详细情况,4中取1的PP
11、M方式,32,ISO/IEC 15693 空中接口和初始化 4中取1的PPM方式例：所传输的字节为E1H = (1110 0001)b,33,第6章 RFID的ISO IEC标准,ISO/IEC 15693 空中接口和初始化VCD到VICC的帧 帧用SOF和EOF分隔,34,第6章 RFID的ISO IEC标准,SOF的结构,EOF的结构,35,第6章 RFID的ISO IEC标准,ISO/IEC 15693 空中接口和初始化 副载波：单副载波时，副载波的频率423.75 kHz；在使用双副载波时，频率484.28 kHz 数据速率 位表示和编码 ：采用曼彻斯特码编码方式,VICC到VCD的通
12、信,ISO/IEC 15693 空中接口和初始化VICC到VCD的通信 数据速率,36,第6章 RFID的ISO IEC标准,37,第6章 RFID的ISO IEC标准,ISO/IEC 15693 空中接口和初始化位表示和编码 ：采用曼彻斯特码编码方式,VICC到VCD的通信,38,第6章 RFID的ISO IEC标准,SOFEOF,39,第6章 RFID的ISO IEC标准,6.4.2 传输协议 唯一标识符（UID） ：由制造商永久地设定 应用族标识符（AFI） ：由VCD锁定的应用类型 数据存储格式标识符（DSFID） ：指出了数据在VICC内存中的结构 CRC ：初始值为FFH VICC
13、内存结构 ：可寻址块达256个，块大小可至256位，最大内存容量可达64 kb（8 kB）。 块安全状态 ：由VICC作为对VCD请求的响应参数返回,UID的格式,块安全状态,40,第6章 RFID的ISO IEC标准,传输协议 请求帧格式 请求帧由SOF（帧开始）、标志、命令编码、强制和可选的参数、数据、CRC、EOF（帧结束）等域组成。,请求标志域14位,41,第6章 RFID的ISO IEC标准,传输协议 请求帧格式,目录标志值为0时，58位的定义,42,第6章 RFID的ISO IEC标准,传输协议 请求帧格式,目录标志值为1时，58位的定义,传输协议 应答帧格式 应答帧的标志域为8位
14、,43,第6章 RFID的ISO IEC标准,传输协议 应答帧格式 8位错误码的编码,44,第6章 RFID的ISO IEC标准,传输协议 命令的类型和编码,45,第6章 RFID的ISO IEC标准,传输协议 强制命令 目录命令目录命令的应答,46,第6章 RFID的ISO IEC标准,传输协议 强制命令保持静默命令,47,第6章 RFID的ISO IEC标准,传输协议 可选命令,48,第6章 RFID的ISO IEC标准,传输协议 可选命令,49,第6章 RFID的ISO IEC标准,50,第6章 RFID的ISO IEC标准,VICC状态 断电（Power-Off）、就绪（Ready）、
15、静默（Quiet）、选择（Selected）4种状态,51,第6章 RFID的ISO IEC标准,6.4.3 防碰撞,时隙数为16的典型防碰撞处理过程,52,第6章 RFID的ISO IEC标准,防碰撞过程 VCD发送目录命令的请求帧，时隙数设置为16。 VICC1在时隙0返回应答，因只有这一个VICC应答，故不存在碰撞，它的UID被VCD接收存储。 VCD发送EOF，指示下一个时隙开始。 在时隙1，VICC2和VICC3进行应答，发生了碰撞。VCD检测到碰撞，并记录该时隙发生了碰撞。 VCD再发送EOF，进入时隙2。 在时隙2，无VICC应答，VCD未检测到VICC的应答的SOF，因此VCD
16、通过发送EOF，进入时隙3。 在时隙3，VICC4和VICC5应答，产生了碰撞。 VCD决定发送寻址请求（例如读块请求）给VICC1（VICC1的UID已被UCD正确接收）。 所有VICC都检测到对VICC1请求的SOF，它们都处理这个请求，但只有UID匹配的VICC1才返回应答，其他的VICC则退出防碰撞序列。 所有VICC准备接收下一个请求。如果又是一个目录命令的请求，则又从时隙0开始按上面步序执行。,53,第6章 RFID的ISO IEC标准,防碰撞过程中VICC的UID匹配方法根据目录请求帧中的掩码长度和掩码值，去掉掩码值中的填充部分，将得到的掩码放入比较器。VICC中的时隙计数器对时
17、隙数进行跟踪计数，将时隙数放入比较器。将上面两步得到的位值和VICC的UID相应低位值进行比较，如果相同即为匹配。,6.5 ISO/IEC 18000-6标准 定义了阅读器和应答器之间的物理接口、协议、命令及防碰撞机制。 标准包含三种通信模式：TYPE A、TYPE B和TEPE C。 6.5.1 TYPE A模式 1.物理接口 PCD向PICC 数据编码（脉冲间隔编码，PIE）,54,第6章 RFID的ISO IEC标准,帧格式 调制：ASK,55,第6章 RFID的ISO IEC标准,应答器向阅读器的数据传输 数据编码帧格式 前同步码、标志、参数、数据、CRC,56,第6章 RFID的IS
18、O IEC标准,TYPE A模式 2. 数据元素 数据元素包括唯一标识符（UID），子唯一标识符（SUID），应用族标识符（AFI）和数据存储格式标识符（DSFID）。,SUID和UID的映射关系 3.协议元素,57,第6章 RFID的ISO IEC标准,4.命令 命令格式 命令编码,58,第6章 RFID的ISO IEC标准,TYPE A模式 命令标志 命令标志域由4位构成。b1为防碰撞过程（Census）标志，b1 = 0表示命令的执行不处于防碰撞过程中，b1 = 1表示命令的执行处于防碰撞过程中。b2b3b4位的含义取决于b1位的值。 b1 = 0时，b2b3b4命令标志的定义,59,第
19、6章 RFID的ISO IEC标准,TYPE A模式 命令标志b1 = 1时，b2b3b4命令标志的定义,60,第6章 RFID的ISO IEC标准,5. 响应 应答器的响应格式标志域的编码错误码,61,第6章 RFID的ISO IEC标准,TYPE A模式6.应答器的状态 应答器具有离场、就绪、静默、选择、循环激活、循环准备6个状态,62,第6章 RFID的ISO IEC标准,7.强制命令及状态转换 INIT ROUND命令 NEXT SLOT命令 ：确认已被识别的应答器；指示所有处于循环激活状态的应答器对它们的时隙计数器加1并进入下一个时隙 CLOSE SLOT命令 ： STANDBY R
20、OUND 命令 ：确认来自一个应答器的有效应答，并指示该应答器进入选择状态，阅读器可以发送选择标志为1的读写命令等对此应答器进行操作；指示所有处于循环激活状态的应答器进入循环准备状态，等待NEXT SLOT，NEW SLOT或CLOSE SLOT命令的到来，重新进入循环激活状态进入新的循环 NEW ROUND命令 ：指示在循环准备和循环激活状态的应答器进入循环激活状态，复位它们的时隙计数器为1，进入新的循环；指示在选择状态的应答器变迁到静默状态，在静默和就绪状态的应答器仍维持它的状态,63,第6章 RFID的ISO IEC标准,强制命令及状态转换 SELECT（by SUID）命令 ：无论应答
21、器原先处于场内哪个状态（不含离场状态），接收到该命令且SUID匹配时进入选择状态，并发回应答帧；SUID不匹配的应答器不发回应答帧，当它处于循环激活状态时变迁到循环准备状态，处于选择状态时变迁到静默状态，处于就绪、静默或循环准备状态时保持状态不变 READ BLOCKS命令 GET SYSTEM INFORMATION命令 ：获取应答器的有关系统信息,64,第6章 RFID的ISO IEC标准,8. TYPE A的防碰撞过程 启动防碰撞过程 ：阅读器发出INIT ROUND命令启动防碰撞过程，在命令中给出循环空间大小 参与防碰撞过程的应答器对命令的处理 阅读器发出INIT ROUND命令后出现
22、的三种可能情况 阅读器在一个时隙中没有检测到应答帧时，它发出CLOSE SLOT命令。 阅读器检测到碰撞或错误的CRC时，在确认无应答器仍在传输应答的情况下，发出CLOSE SLOT命令。 阅读器接收到一个应答器无差错的应答帧时，它发送NEXT SLOT命令，命令中包括该应答器的签名，对此已被识别的应答器进行确认，使它进入静默状态以便循环的继续 接收到CLOSE SLOT命令或NEXT SLOT而签名不匹配的参与循环的应答器将自己的时隙计数器加1并和所选择的随机数比较以决定该时隙是否发回应答帧，并根据本次循环时的时隙延迟标志决定发回应答帧的时延,65,第6章 RFID的ISO IEC标准,TY
23、PE A的防碰撞过程 阅读器按第（3）步中的三种情况处理，直至该循环结束（达到了循环空间预置值） 一个循环结束后，如果在INIT ROUND命令或CLOSE SLOT命令中重复循环标志位置为1，则自动开始一个新的循环。如果重复循环标志位为0，阅读器可以决定用新的INIT ROUND命令或NEW ROUND命令继续进行循环以完成防碰撞过程 在一次循环中，阅读器可以通过发送STANDBY ROUND命令来确认签名匹配的应答器的有效应答，并指示该应答器进入选择状态，同时让签名不匹配的应答器进入循环准备状态，以便在后续命令来到时将循环继续。,66,第6章 RFID的ISO IEC标准,6.5.2 TY
24、PE B （与TYPE A相类比） 物理接口 命令和应答的帧格式 数据元素 应答器的存储器 应答器的状态 命令 强制和推荐的命令 防碰撞算法,67,TYPE B,TYPE B防碰撞流程,第6章 RFID的ISO IEC标准,6.5.3 TYPE C （与TYPE A相类比） 物理接口 应答器的存储器 阅读器对应答器的命令 Select命令 盘存命令 访问命令,69,第6章 RFID的ISO IEC标准,6.6 ISO/IEC 18000-7标准 6.6.1 物理层 使用窄带UHF频段。载波频率为433.92 MHz20 ppm 采用FSK调制方式，频率偏移为35 kHz，逻辑0的频率为fc（载
25、波频率）35 kHz，逻辑1的频率为fc35 kHz。 数据位采用曼彻斯特编码，数据速率为27.7 kbps 阅读器和应答器之间的通信采用主从方式 6.6.2 数据链路层,70,第6章 RFID的ISO IEC标准,数据链路层 前同步码 ：包含20个周期为60 s的脉冲，高电平30 s，低电平30 s 数据字节 ：包括8个数据位和一个停止位，采用曼彻斯特编码，位持续时间为36 s，字节周期（含停止位）为324 s。 CRC码 ：多项式为x16+x12+x5+1 包结束符,71,第6章 RFID的ISO IEC标准,6.6.3 命令格式,阅读器命令格式,72,第6章 RFID的ISO IEC标准,6.6.4 应答格式 对广播命令应答的信息格式对点到点命令应答的信息格式,73,第6章 RFID的ISO IEC标准,6.6.5 命令和应答 6.6.6 防碰撞,74,第6章 RFID的ISO IEC标准,6.7 我国制定的RFID标准简介 GB/T 28925信息技术 射频识别 2.45GHz空中接口协议GB/T 20563动物射频识别 代码结构（代码段含义见右图）GB/T 22334动物射频识别 技术准则（数据帧见下图）,
