防碰撞算法chap05(2013)

二进制树型搜索算法
0 0 1 ≥2 0 1 ≥2 ≥2 0
1 0 1 1 ≥2 0 1 ≥2
1
1
1
2
4 5 6
0
1
2
3
7
8
9
10
11
12
解决碰撞的时间间隔
•碰撞时间间隔：CRI=11
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• ISO/IEC 14443标准中的防碰撞协议
• TYPE A
• 帧有3种类型：短帧、标准帧和面向比特的防碰撞帧。 • 命令集
CT UID0 UID1 CT UID0 UID1 UID0 UID1 UID2 UID3 BCC UID2 BCC UID3 UID4 UID5 UID6 BCC UID2 BCC CT UID3 UID4 UID5 BCC UID6 UID7 UID8 UID9 BCC
• UID的长度由NVB决定，可以没有（即0B）也可以为5B， 但其最后一个字节如果有就必定是BCC
指明经营者代码；唯一标示符 UI D长度；特殊防碰撞位
ATQA的格式
• 将bit1～bit5中任1位取为1，表明为ATQA的位帧防冲突 • bit7和bit8确定UID规格（规格1、规格2、规格3，分别对应 取为00B、01B、10B） • bit9～bit12为其他专用编码。
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M(X)系数序列：11110111 G(X)系数序列：10011 附加 4 个零后形成的串：111101110000 XrM(X)/G(X) 11100101 10011 111101110000 XOR 10011 11011 XOR 10011 10001 XOR 10011 10100 XOR 10011 11100 XOR 10011 1111
• PICC的状态（应答器）
Ready 状态 防碰撞
• Power-off（断电）状态 • Idle（休闲）状态 • Ready（就绪）状态 • Active（激活）状态 • Halt（停止）状态
SELECT 命令
Active 状态
ISO14443-4
HALT 命令 Halt 状态 DESELECT 命令
突发错误长度
• 混合错误
5
• 差错控制
• 在传输信息数据中增加一些冗余编码，使监督码元和信息码 元之间建立一种确定的关系，实现差错控制编码和差错控制 解码功能 。 • 反馈重发（ARQ）、前向纠错（FEC）和混合纠错（HEC）
反馈重发发送端需要在得到接收端正确收到所发信息 码元（通常以帧的形式发送）的确认信息后，才能认为发 送成功。
1、2 REQA/WUPA命令
• 采用短帧格式（1个短帧共有9bit：1个起始位，7个数据 位，1个停止位）
3 ANTICOLLISION/SELECT命令
• 读写器通过发送这两个命令实现防冲突循环操作 • SEL为命令码，其代码为93H、95H、97H， • 分别代表选择UID CL1、UID CL2、UID CL3 • NVB表示该命令的长度：前半字节表示字节数;后半个字节 表示非完整字节的最后一位的位数。
R(X)
余数
15Hale Waihona Puke Baidu
T(X)系数序列：111101111111
多路存取的特点及面临问题
应答器1 应答器2 阅读器 应答器3 应答器4 应答器5 应答器6
阅读器的多路存取：许多应答器试图“同时”将数据传输给阅读器
时延小； 数量动态变化； 主从+点到点； 仲裁时间短；
•
防碰撞算法
• 有两个或两个以上的应答器同时发送数据，那么就会出现通 信冲突，产生数据相互的干扰，即碰撞。 • 多个应答器处在多个阅读器的工作范围之内，它们之间的数 据通信也会引起数据干扰。 • 采取防碰撞（冲突）协议，由防碰撞算法（Anti-collision Alg orithms）和有关命令来实现。
S 11001001 1 10100100 0 01001 100 0 00001000 0 11010101 0 10110011 0 00100010 1 E 93H 25H 32H 10H ABH CDH 44H
防碰撞帧，第 1 部分：PCD 到 PICC S 11001001 1 00000010 0 01001 E
UID的构成
• 每张IC卡都有一个不重复的序列号ID，称为唯一标识符UID （unique identification）。 • IC卡的UID长度可以是4B、7B或10B，根据UID的长度分成级 联l、级联2和级联3，最长为级联3。 • CT（cascade tag）为级联标志，表示在下一级中还有UID；BC C为该级校验字节，由前4个字节的异或而得
防碰撞帧，第 1 部分：PCD 到 PICC S 11001001 1 00000010 0 01001100 0 00001000 0 E 发送的第 1 位 防碰撞帧，第 2 部分：PICC 到 PCD S 11010101 0 10110011 0 00100010 1 E 发送的第 1 位 （a）比特防碰撞帧的情况 1 标准帧，在第 2 个完整的数据字节后分开 SEL NVB UID0 UID1 UID2 UID3 BCC
标准帧，在第 4 个完整的数据字节后分开 SEL NVB UID0 UID1 UID2 UID3 BCC
S 11001001 1 00000010 0 01001100 0 00001000 0 11010101 0 10110011 0 00100010 1 E 93H 40H 32H 10H ABH CDH 44H
6
前向纠错接收端通过纠错解码自动纠正传输 中出现的差错，所以该方法不需要重传。这种方 法需要采用具有很强纠错能力的编码技术 。
混合纠错是ARQ和FEC的结合，设计思想是对出现 的错误尽量纠正，纠正不了则需要通过重发来消除差错。
• 检纠错码
• 信息码元与监督码元
k n
r
信息码元 k
监督码元r
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检纠错码的分类
• 交织码
• 利用交织技术构造出来的编码
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• 交织码
⎡ a1 ⎢a ⎢ 9 ⎢ a17 ⎢ ⎢ a25 ⎢ a33 ⎢ ⎢ a41 ⎢a ⎢ 49 ⎢ ⎣ a57 a2 a10 a18 a26 a34 a42 a50 a58 a3 a11 a19 a27 a35 a43 a51 a59 a4 a12 a20 a28 a36 a44 a52 a60 a5 a13 a21 a29 a37 a45 a53 a61 a6 a14 a22 a30 a38 a46 a54 a62 a7 a15 a23 a31 a39 a47 a55 a63 a8 ⎤ a16 ⎥ ⎥ a24 ⎥ ⎥ a32 ⎥ a40 ⎥ ⎥ a48 ⎥ a56 ⎥ ⎥ a64 ⎦ ⎥
检纠错码
检纠随机错误码
检纠突发错误码
卷积码
分组码
分组码
交织码
非线性码
线性码
比特交织码
字节交织码
非循环码
循环码
海明码
奇偶校验码
CRC
RS
BCH
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• 分组码
• 码组的监督码元仅与本码组的信息码元有关，而与其他码元 组的信息码元无关
• 卷积码
• 码组的监督码元不仅与本码组的信息码元相关，而且与本码 组相邻的前m个时刻输入的码组的信息码元之间也具有约束关 系 • 性能优于分组码
a1 , a2 , a3 , a4 ,
输入比特序列
, a64
a1 , a9 , a17 , a25 ,
输出比特序列
, a64
构造成 8×8 的矩阵
a …………….…….. a ……………………..a
2 3
4
12
• RFID中的差错检测 • 奇偶校验 • CRC码（循环冗余码） ——较强的检错能力，硬件实现简 单
• REQA/WUPA命令 • ATQA应答 • ANTICOLLISION和SELECT命令 • SAK应答 • HALT命令
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• 短帧
S LSB MSB E
• 标准帧
S P P E
• 面向比特的防碰撞帧
• 共7个字节； • 第一部分PCD • 第二部分PICC PICC最大55bit； PCD最大16bit；
Power-off 状态 RESET Idle 状态 REQA 命令 Ready 状态 防碰撞
状态 变 体 实现
SELECT 命令
Active 状态
ISO14443-4
HALT 命令 Halt 状态 DESELECT 命令
WUPA 命令
TYPE A命令集
1. REQA：TYPE A请求命令。 2. WUPA：TYPE A唤醒命令。 3. ANTICOLLISION：防冲突命令。 4. SELECT：选择命令。 5. HLTA：暂停命令。
第五章
数据校验与防碰撞技术
• RFID 识别系统通信方式 3种： • 无线广播 • 多路存取 • 多阅读器
应答器1 应答器2 阅读器 应答器3 应答器4 应答器5 应答器6
阅读器的多路存取：许多应答器试图“同时”将数据传输给阅读器
扰 扰
在RFID系统中，数据传输的完整性存在两个方面的问 题： 一是外界的各种干扰可能使数据传输产生错误； 二是多个应答器同时占用信道使发送数据产生碰撞。 运用数据检验（差错检测）和防碰撞算法可分别解决 这两个问题。
WUPA 命令
28
1. 当一张非接触式IC卡进入读写器工作区但尚未获得足够能量时首先 处于POWER-OFF状态 2. 当IC卡的线圈接收到足够强的射频电磁波能量，IC卡就开始执行初 始化程序，并进入IDLE状态，处于IDLE状态的IC卡不会对读写器 传输给其他IC卡的命令作出响应，但此时IC卡能够识别来自读写器 的REQA和WUPA命令； 3. 当IC卡接收到一个有效的REQA或WUPA命令时，IC卡进入READY 状态，读写器可以识别出在作用范围内是否有多张IC卡存在并用UI D（唯一标识符）从多张IC卡中选择出一张卡，该卡即进入ACTIVE 状态 4. 当IC卡处于ACTIVE状态下，可以完成所要求的全部操作；IC卡完 成全部操作后，即被置于HALT状态；处于HALT状态的IC卡可以被 再次激活
4
数据校验和防碰撞算法
• 差错
• 随机错误：由信道中的随机噪声干扰引起。在出现这种错误 时，前后位之间的错误彼此无关。 • 突发错误：由突发干扰引起，当前面出现错误时，后面往往 也会出现错误，它们之间有相关性。
正确比特流 接收比特流 错误图样 00111000 01100100 01011100 ⊕ 异或
5 HLTA命令
TYPE A REQA TYPE A请 请求应答ATQA。
WUPA TYPE A唤
ANTICOLLISION 冲 SELECT 选择 HLTA 暂
IC卡 选择应 SAK
IC卡的两种应答命令 针对请求和唤醒命令的应答 针对防碰撞的选择应答
• 读写器向IC卡发送了REQA命令，所有处于IDLE状态的IC 卡都将给出请求应答ATQA。 • 读写器向IC卡发送了WUPA命令，所有处于IDLE状态或H ALT状态的IC卡都给出请求应答ATQA。
应答器1 应答器2 阅读器 应答器3 应答器4 应答器5 应答器6
阅读器的多路存取：许多应答器试图“同时”将数据传输给阅读器
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• ALOHA算法
• 纯ALOHA算法用于只读系统。当应答器进入射频能量场被激 活以后，它就发送存储在应答器中的数据，且这些数据在一 个周期性的循环中不断发送，直至应答器离开射频能量场。
信道吞吐率
-2G S=Ge
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时隙ALOHA算法 把时间分为离散的时间段（时 隙），每段时间对应一帧。
信道吞吐率
-G S=Ge
动态时隙ALOHA算法
• 阅读器在等待状态中的循环时隙段内发送请 求命令，该命令使工作应答器同步，然后提 供1或2个时隙给工作应答器使用，工作应答 器将选择自己的传送时隙，如果在这1或2个 时隙内有较多应答器发生了数据碰撞，阅读 器就用下一个请求命令增加可使用的时隙数 （如4，8，…），直至不出现碰撞为止。
防碰撞帧，第 2 部分：PICC 到 PCD
S 100 X 00001000 0 11010101 0 10110011 0 00100010 1 E （b）比特防碰撞帧的情况 2
TYPE A的初始化与防冲突
• TYPE A的IC卡状态集及状态变化 • TYPE A命令集
Power-off 状态 RESET Idle 状态 REQA 命令
CRC码（循环冗余码）
• 算法步骤 1. 将k位信息写成k-1阶多项式M(X)； 2. 设生成多项式G(X)的阶为r； 3. 用模2除法计算XrM(X)/G(X)，获得余数多项式R(X)； 4. 用模2减法求得传送多项式T(X)，T(X)= XrM(X)-R (X)，则T(X)多项式系数序列的前k位为信息位，后r位 为校验位，总位数n=k+r。