射频识别技术概论

以下是根据RFID技术概述整理的重点内容及复习题目(含答案),涵盖核心概念、分类、工作原理等考点:


一、重点知识梳理

1. RFID核心概念

  • 定义:无线射频识别(非接触、双向通信)
  • 组成
    • 应答器(标签):存储信息,由阅读器供能
    • 阅读器:读写数据、供能、与高层交互
    • 天线:优化能量传输(偶极子/微带/线圈天线)
  • 三大事件模型:数据传输、时序、能量

2. 工作方式

方式 频率范围 作用距离 原理
电感耦合 ≤13.56 MHz <1米 交变磁场耦合(变压器模型)
反向散射耦合 UHF/SHF(微波段) 较远 电磁波反射(雷达模型)

3. 系统架构

  • 三层结构
    1. 应答器(标签)
    2. 阅读器(读写数据)
    3. 高层(中间件+应用软件)
  • RFID中间件作用
    • 协调阅读器
    • 数据过滤/路由
    • 解耦硬件与应用

4. 分类标准

分类依据 类型 特点
供电方式 无源、有源、半有源 无源寿命长成本低,有源距离远体积大
频率 低频(125kHz)、高频(13.56MHz)、微波 低频数据量小,微波多标签高速读写
耦合方式 电感耦合、反向散射耦合 电感耦合用于近场,反向散射用于远场
标签技术 一位标签、声表面波、含芯片标签等 含芯片标签可存储加密数据

5. 技术优势

  • 非接触读写、多标签识别、穿透性、大容量存储、抗污染。

二、复习题目与答案

选择题

  1. RFID系统中负责为标签提供能量的是?

    A. 高层软件

    B. 应答器

    C. 阅读器

    D. 中间件

  2. 电感耦合方式的工作频率通常是?

    A. 433MHz

    B. 13.56MHz

    C. 2.4GHz

    D. 5.8GHz

  3. 半有源标签的特点是?

    A. 完全依赖读写器供能

    B. 电池仅维持电路,数据通信靠读写器

    C. 主动发射信号无需读写器

    D. 成本低于无源标签

  4. 反向散射耦合适用于?

    A. 低频近距离识别

    B. 微波远距离多标签识别

    C. 声表面波标签

    D. 一位电子标签

  5. RFID中间件的核心作用是?

    A. 直接存储标签数据

    B. 协调阅读器与应用的交互,降低耦合复杂度

    C. 为标签提供能量

    D. 生成射频载波


简答题

  1. 简述RFID系统的时序控制方式及适用场景。

    答案

    • 读写器先讲:阅读器主动询问,标签应答(多标签识别场景)。
    • 标签先讲:标签满足条件后主动发送数据(如EAS防盗系统)。
  2. 对比电感耦合与反向散射耦合的工作原理。

    答案

    | 电感耦合 | 反向散射耦合 | | -------------------------- | -------------------------- | | 交变磁场耦合(变压器模型) | 电磁波反射(雷达模型) | | 近距离(<1米),低频/高频 | 远距离,微波频段 | | 能量通过磁场传输 | 能量通过电磁波空间辐射传输 |

  3. 说明无源、有源、半有源标签的供能差异。

    答案

    • 无源:完全依赖阅读器射频能量供电。
    • 有源:内置电池提供全部能量。
    • 半有源:电池维持电路,通信能量来自阅读器。
  4. RFID中间件的四大功能是什么?

    答案

    ① 阅读器协调控制

    ② 数据过滤与处理

    ③ 数据路由与集成

    ④ 进程管理


综合应用题

场景:设计一个物流仓库RFID系统,需同时识别10米外多个货物标签。

问题

  1. 应选择哪种耦合方式?为什么?
  2. 标签供电类型如何选择?
  3. 中间件需实现什么关键功能?

答案

  1. 反向散射耦合(微波频段如860MHz),支持远距离多标签识别。
  2. 半有源标签:兼顾远距离通信(读写器供能)与长寿命(电池维持电路)。
  3. 关键功能
    • 多阅读器协调防冲突
    • 过滤冗余数据(如重复读取)
    • 与仓库管理系统集成路由数据

三、高频考点总结

  • 核心组成:标签(无源/有源)、阅读器、天线作用。
  • 工作方式:电感耦合 vs 反向散射耦合(频率/距离/原理)。
  • 时序模型:读写器先讲(主流) vs 标签先讲。
  • 中间件功能:协调、过滤、路由、集成(简答题常考)。
  • 分类:按供电方式(表格对比)、频率、标签技术(含芯片标签最常用)。

💡 记忆技巧

  • 电感耦合 ≈ 变压器(磁场)
  • 反向散射 ≈ 雷达(反射波)
  • 无源标签:阅读器是“充电宝”
  • 中间件:硬件与应用间的“翻译官”

“基础知识与电磁场理论”及“电感耦合方式射频前端”

以下是根据“基础知识与电磁场理论”及“电感耦合方式射频前端”内容整理的重点及复习题目(含答案):


一、核心知识梳理

1. 基础电路概念

概念 定义 公式 单位/特性
容抗 (Xc) 电容对交流电的阻碍作用 ( X_c = 1 / 2πfC ) 欧姆 (Ω),与频率、电容成反比
感抗 (Xl) 电感对交流电的阻碍作用 ( X_L = 2πfL ) 欧姆 (Ω),与频率、电感成正比
阻抗 (Z) 交流电路中电压与电流的比值 ( Z = (R^2 + (X_L - X_C)^2)^0.5 ) 复数(含电阻R和电抗X)
谐振 端口电压、电流同相位 串联:( f_0 = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}} ) 能量集中在电抗元件

2. 电磁场理论

  • 天线场区划分
    • 无功近场区(感应场):距离 ( R < λ/2π ),能量存储为主。
    • 辐射远场区:距离 ( R >2*D^2/λ )(D为天线尺寸),能量辐射为主。
  • 能量传输
    • 反向散射调制:标签反射电磁波携带信息(微波RFID)。
    • 接收功率公式:( P{rx} = P{tx} \cdot G{tx} \cdot G{rx} \cdot \left( \frac{\lambda}{4\pi R} \right)^4 \cdot \sigma )(σ为雷达散射截面)。

3. 电感耦合射频前端

  • 阅读器电路
    • 串联谐振回路:适用恒压源(信号源内阻小)。
    • 并联谐振回路:适用恒流源(信号源内阻大)。
  • 负载调制(标签→阅读器通信):
    • 电阻负载调制:开关控制并联电阻,改变负载阻抗。
    • 电容负载调制:开关控制并联电容,改变谐振频率。
  • 功率放大电路:B/D/E类放大器用于提供能量,需考虑电磁兼容(EMC)

二、复习题目与答案

选择题

  1. 容抗的计算公式是?

    A. ( X_C = 2\pi f C )

    B. ( X_C = \frac{1}{2\pi f C} )

    C. ( X_C = \frac{f}{2\pi C} )

    D. ( X_C = 2\pi C f )

  2. 天线尺寸远大于波长时,辐射远场区的边界距离公式是?

    A. ( R = \lambda / 2\pi )

    B. ( R = 2D^2 / \lambda )

    C. ( R = D / \lambda )

    D. ( R = \lambda^2 / D )

  3. 电感耦合RFID中,标签向阅读器传输数据采用的技术是?

    A. 反向散射调制

    B. 负载调制

    C. 电磁辐射

    D. 电容耦合

  4. 串联谐振回路适用于哪种信号源?

    A. 恒压源(内阻小)

    B. 恒流源(内阻大)

    C. 交流源

    D. 直流源

  5. EMC包含哪两方面?

    A. 能量传输与接收

    B. 电磁干扰(EMI)与抗干扰能力(EMS)

    C. 电感与电容耦合

    D. 近场与远场划分


简答题

  1. 简述串联谐振与并联谐振的区别。

    答案

    • 串联谐振:阻抗最小,电流最大,适用于恒压源。
    • 并联谐振:阻抗最大,电压最大,适用于恒流源。
  2. 解释无功近场区与辐射远场区的特点。

    答案

    • 无功近场区:能量以感应场为主,不辐射能量,距离 ( R < \frac{\lambda}{2\pi} )。
    • 辐射远场区:能量以电磁波形式辐射,距离 ( R > \frac{2D^2}{\lambda} )。
  3. 说明电阻负载调制的工作原理。

    答案

    通过开关控制并联电阻 ( R_{mod} ) 的接入,改变标签负载阻抗,使阅读器天线电压波动,传递二进制数据(如0/1对应开关断开/闭合)。

  4. 为何电感耦合RFID需使用谐振功率放大器?

    答案

    谐振功放(如B/D/E类)效率高、谐波失真小,能为标签提供稳定能量,并减少电磁干扰(EMI)。


综合应用题

场景:设计一个13.56MHz RFID系统(电感耦合),阅读器天线直径0.1m。

问题

  1. 计算无功近场区边界距离。
  2. 若标签功耗为10μW,阅读器发射功率1W,估算最大识别距离(忽略损耗)。
  3. 如何降低系统电磁干扰(EMI)?

答案

  1. 近场边界

    [ \lambda = \frac{c}{f} = \frac{3 \times 10^8}{13.56 \times 10^6} \approx 22.12 \text{m}, \quad R = \frac{\lambda}{2\pi} \approx 3.52 \text{m} ]
  2. 识别距离

    近场区能量以磁场为主,实际识别距离通常小于近场边界(约0.1~1m),理论计算需用互感模型。
  3. 降低EMI
    • 采用E类功率放大器(高效率低谐波)。
    • 添加EMI滤波器。
    • 屏蔽阅读器电路。

三、高频考点总结

  • 公式应用:容抗/感抗计算、近远场边界、谐振频率。
  • 调制技术:负载调制(电阻/电容)是标签→阅读器通信的核心。
  • 电路选择:串联谐振(恒压源)vs 并联谐振(恒流源)。
  • EMC设计:功率放大器选型(B/D/E类)及干扰抑制措施。
  • 场区特性:无功近场(能量存储)vs 辐射远场(能量辐射)。

💡 速记技巧

  • 容抗:电容“阻碍交流”,公式分母有 ( f ) 和 ( C )。
  • 近场边界:λ/2π(小天线通用)。
  • 负载调制:标签“偷偷改电阻/电容”,阅读器“发现电压变”。

编码和调制

以下是根据“编码和调制”内容整理的重点及复习题目(含答案):


一、核心知识梳理

1. 基础概念

概念 定义/公式 特点/应用
波特率 每秒钟传输的信号波形个数(Baud) 反映信号变化速率
比特率 每秒钟传输的二进制位数(bps) ( \text{比特率} = \text{波特率} \times \log_2 M )(M为码元状态数)
奈奎斯特定理 ( C = 2BW \log_2 M )(无噪声信道) 理论最大数据传输率
香农定理 ( C = BW \log_2 (1 + S/N) )(有噪声信道) 实际信道容量上限
误码率 ( P_e = \frac{\text{错误码元数}}{\text{总传输码元数}} ) RFID系统要求低于 ( 10^{-6} )

2. RFID编码方式

编码类型 规则 特点
反向不归零(NRZ) “1”电平跳变,“0”电平不变 无时钟同步,抗干扰差
曼彻斯特 位中间跳变:“0”为上升沿,“1”为下降沿 自带时钟同步,抗干扰强(RFID常用)
密勒(Miller) “1”位中间跳变,“0”无跳变;连续“0”时在数据起始处跳变 带宽利用率高,适合低频RFID
变形密勒 类似密勒码,但脉冲宽度更窄 用于ISO/IEC 14443标准(如公交卡)

3. RFID调制技术

调制类型 原理 应用场景
ASK 载波幅度变化(如高幅表“1”,低幅表“0”) 阅读器→标签(大功率传输)
FSK 载波频率变化(如 ( f_1 ) 表“1”,( f_2 ) 表“0”) 125kHz低频RFID
PSK 载波相位变化(如0°表“0”,180°表“1”) 高频/超高频RFID(抗干扰强)
副载波调制 基带信号先调制到副载波,再调制到主载波 标签→阅读器(如ISO/IEC 14443)

二、复习题目与答案

选择题

  1. 曼彻斯特编码中,位中间跳变的作用是?

    A. 仅表示数据

    B. 同时提供时钟同步和数据

    C. 降低功耗

    D. 增加传输距离

  2. RFID标签到阅读器的副载波调制主要用于?

    A. 增加阅读器发射功率

    B. 提高标签返回信号抗干扰性

    C. 简化标签电路

    D. 扩展信道带宽

  3. 根据奈奎斯特定理,带宽1MHz、4种码元状态的无噪声信道最大数据速率是?

    A. 1 Mbps

    B. 4 Mbps(( C = 2 \times 10^6 \times \log_2 4 = 4 \times 10^6 ))

    C. 2 Mbps

    D. 8 Mbps

  4. ASK调制的缺点是?

    A. 频谱效率低

    B. 抗噪声能力弱

    C. 无法携带时钟信息

    D. 实现复杂度高

  5. ISO/IEC 14443 Type A标准中,标签返回数据采用的编码是?

    A. NRZ码

    B. 变形密勒码

    C. 曼彻斯特码

    D. 差分曼彻斯特码


简答题

  1. 简述曼彻斯特编码如何解决时钟同步问题。

    答案

    每个数据位中间强制跳变(“0”上升沿,“1”下降沿),接收端可通过跳变沿精确提取时钟信号,无需额外时钟线。

  2. 对比ASK与PSK调制的抗噪声性能。

    答案

    • ASK:幅度易受噪声干扰,误码率高。
    • PSK:通过相位变化传递信息,抗幅度噪声能力强,适合高干扰环境。
  3. 说明副载波调制在RFID中的工作流程。

    答案

    1. 标签将基带数据调制到低频副载波(如847kHz)。
    2. 用ASK/FSK/PSK对副载波二次调制到主载波(如13.56MHz)。
    3. 阅读器先解调主载波得到副载波信号,再解调副载波获得基带数据。
  4. 为何RFID系统普遍采用归零码(如曼彻斯特)而非NRZ码?

    答案

    • 归零码自带时钟同步,避免NRZ码的时钟漂移问题。
    • 归零码功率谱包含高频分量,更易通过交流耦合信道传输。

综合应用题

场景:设计一个13.56MHz RFID阅读器,信道带宽200kHz,信噪比S/N=30dB。

问题

  1. 计算实际信道容量(香农定理)。
  2. 若采用ASK调制(2种幅度状态),求最大理论波特率(奈奎斯特)。
  3. 标签返回数据使用曼彻斯特编码,实际比特率是多少?

答案

  1. 香农容量

    [ S/N = 30 \text{dB} = 1000, \quad C = 200 \times 10^3 \times \log_2 (1+1000) \approx 1.99 \text{ Mbps} ]
  2. 奈奎斯特波特率

    [ \text{波特率} = 2 \times BW = 2 \times 200 \text{kHz} = 400 \text{ kBaud} ]
  3. 曼彻斯特比特率

    每个数据位都由两个电平的跳变表示,即从高到低或从低到高。因此,每个数据位需要两个波特(baud)来表示,每个波特可以携带1/2比特的信息。因此,比特率(bit rate)是波特率(baud rate)的一半。

三、高频考点总结

  • 编码方式:曼彻斯特码(同步)、密勒码(高效)、变形密勒(14443标准)。
  • 调制技术:ASK(简单)、PSK(抗噪)、FSK(低频)、副载波调制(标签→阅读器)。
  • 性能计算:波特率 vs 比特率、奈奎斯特 vs 香农公式。
  • RFID特性:副载波调制流程、归零码优势。
  • 标准应用:ISO/IEC 14443 Type A/B的编码调制差异。

💡 记忆技巧

  • 曼彻斯特码:位中间“跳舞”(跳变)。
  • 副载波调制:标签“先坐小船(副载波),再换大船(主载波)”。
  • ASK:调幅 = “音量大小”;PSK:调相 = “变脸”。

数据校验于防碰撞

以下是根据“数据校验和防碰撞算法”整理的重点内容及复习题目(含答案):


一、核心知识梳理

1. 差错控制方式

类型 原理 特点
前向纠错 (FEC) 发送带纠错能力的码,接收端自动纠正错误 无需反馈信道,实时性好;冗余度高,效率低
检错重发 (ARQ) 发送检错码,接收端发现错误请求重发 需反馈信道;冗余度低,可靠性高(如CRC)
混合纠错 (HEC) 结合FEC和ARQ,先尝试纠错,失败则请求重发 平衡实时性与可靠性

2. 常用校验码

校验类型 原理 应用场景
奇偶校验 添加1位校验位,使1的个数为奇(奇校验)或偶(偶校验) 简单场景,如单字节校验
LRC 数据块所有字节异或运算,结果为校验字节;接收端异或结果为0则正确 RFID数据块校验(如ISO/IEC 14443)
CRC 信息多项式 ( M(x) ) 除以生成多项式 ( G(x) ),余数作为校验码;接收端验证余数为0 高效检错(如以太网、RFID)

3. 防碰撞算法分类

类型 代表算法 工作原理 特点
概率性算法 时隙ALOHA 标签在随机时隙发送数据;冲突则延迟重发 实现简单,吞吐率低(约36.8%)
动态ALOHA 根据冲突情况动态调整时隙数量 自适应帧长,效率较高
Q值算法 实时调整帧长参数Q,优化时隙分配 适合标签数量动态变化
确定性算法 二进制树型搜索 按位检测冲突,递归分裂冲突标签集(如UID前缀匹配) 100%识别,延迟稳定
查询树算法 无需标签UID,基于前缀匹配逐步缩小范围 避免UID存储,适合低成本标签

4. ISO/IEC 14443 防碰撞协议

类型 防碰撞机制 帧结构 特点
Type A 位检测防碰撞(二进制树) 短帧(7位)、标准帧(字节+奇校验)、防碰撞帧(56位分两部分) 曼彻斯特编码检测冲突位
Type B 时隙ALOHA 通过命令管理:REQUEST指定时隙数,SLOT_MARKER标记时隙,标签随机选择时隙响应 冲突少时效率高,需预估标签数量

二、复习题目与答案

选择题

  1. LRC校验的实现方式是?

    A. 所有字节求和取模

    B. 所有字节异或运算

    C. 奇偶位统计

    D. 多项式除法

  2. 二进制树型搜索算法属于?

    A. 概率性算法

    B. 确定性算法

    C. 空分多址

    D. 频分多址

  3. 时隙ALOHA的最大吞吐率约为?

    A. 18.4%

    B. 36.8%

    C. 50%

    D. 75%

  4. ISO/IEC 14443 Type A的防碰撞帧长度是?

    A. 7位

    B. 1字节

    C. 56位(7字节)

    D. 128位

  5. CRC校验中,接收端验证正确的条件是?

    A. 余数为1

    B. 余数为0

    C. 商为0

    D. 被除数为0


简答题

  1. 简述CRC校验的生成步骤。

    答案

    1. 将k位信息表示为多项式 ( M(x) )。
    2. 选择r阶生成多项式 ( G(x) )。
    3. 计算 ( x^r \cdot M(x) ) 除以 ( G(x) ) 的余数 ( R(x) )(模2除法)。
    4. 发送数据:( T(x) = x^r \cdot M(x) + R(x) )。
    5. 接收端验证 ( T(x) ) 除以 ( G(x) ) 余数为0。
  2. 对比纯ALOHA和时隙ALOHA的性能差异。

    答案

    • 纯ALOHA:标签随时发送,冲突窗口为2个时隙,最大吞吐率18.4%。
    • 时隙ALOHA:标签仅在时隙起点发送,冲突窗口为1个时隙,最大吞吐率36.8%。
  3. 说明二进制树型搜索算法如何处理冲突。

    答案

    • 读写器发送前缀(初始为空)。
    • 标签匹配前缀则响应,否则静默。
    • 若响应冲突,检测冲突位,追加0或1形成新前缀。
    • 递归直到无冲突,识别一个标签;重复过程识别所有标签。
  4. Type B防碰撞协议中SLOT_MARKER命令的作用是什么?

    答案

    标记当前时隙位置,通知标签在指定时隙响应。若某时隙无响应(空闲)或多标签响应(冲突),读写器调整后续时隙分配。


综合应用题

场景:读写器使用二进制树型搜索识别4个标签(UID:1010, 1100, 1110, 1001)。

问题

  1. 首次请求前缀为“1”时,哪些标签响应?
  2. 若检测到位2冲突,读写器下一步发送什么前缀?
  3. 完整识别所有标签的搜索路径。

答案

  1. 响应标签:所有UID以“1”开头的标签(1010, 1100, 1110, 1001)。
  2. 下一步前缀:冲突在位2(从高位计),追加“10”和“11”:
    • 前缀“10”:标签1010、1001响应。
    • 前缀“11”:标签1100、1110响应。
  3. 搜索路径
    • 前缀“1” → 冲突(位2)
      • 子前缀“10” → 标签1010和1001冲突(位3)
        • “100” → 标签1001响应(识别)
        • “101” → 标签1010响应(识别)
      • 子前缀“11” → 标签1100和1110冲突(位3)
        • “110” → 标签1100响应(识别)
        • “111” → 标签1110响应(识别)

三、高频考点总结

  • 差错控制:FEC/ARQ/HEC适用场景、CRC计算流程(模2除法)。
  • 防碰撞算法
    • 概率性:时隙ALOHA吞吐率、Q值算法自适应。
    • 确定性:二进制树递归分裂、查询树无UID需求。
  • 协议差异:Type A(位检测冲突)vs Type B(时隙ALOHA)。
  • 性能指标:吞吐率(时隙ALOHA 36.8%)、识别延迟(二进制树稳定)。

💡 记忆技巧

  • CRC校验:多项式除法“借位不借1,减位不减1”。
  • 二进制树:冲突位=“分叉点”,0/1=“左右子树”。
  • Type A/B:A=“位战”(Bit Battle),B=“时隙抽签”(Slot Lottery)。

RFID系统数据传输的安全性

以下是根据“RFID系统数据传输的安全性”整理的重点内容及复习题目(含答案):


一、核心知识梳理

1. 信息安全目标

目标 定义 RFID应用
数据保密 防止未授权访问和数据泄露 保护标签存储的敏感信息(如ID、用户数据)
信息认证 确保信息在传输中未被篡改或伪造 验证数据完整性(如CRC、MAC)
用户认证 通信双方互相确认合法身份 读写器与标签双向认证(防假冒)

2. 密码学基础

密码体制 密钥特点 优缺点
对称密码 加/解密使用相同密钥(单钥) 速度快、效率高(如AES);密钥分发困难
非对称密码 加密用公钥(公开),解密集用私钥(保密)(双钥) 安全性高;计算复杂、速度慢(如RSA),不适合资源受限标签
基本原则 算法公开,密钥保密;密钥长度↑ → 安全性↑,但成本↑;密钥需安全信道传输

3. RFID认证技术

认证类型 原理 流程
相互对称认证 基于共享密钥K,采用ISO 9798-2 三次认证协议 1. 标签→读写器:随机数RB

2. 读写器→标签:TokenAB = EK(RA, RB)

3. 标签→读写器:TokenBA = EK(RB1, RA)
利用ID的认证 用主控密钥Km和标签ID生成专有密钥Kt = F(Km, ID) 认证过程同三次认证,但使用Kt替代K

三次认证详解

  1. 读写器请求标签的随机数RB
  2. 读写器生成随机数RA,发送TokenAB = EK(RA, RB)。
  3. 标签解密验证RB,确认读写器身份。
  4. 标签生成RB1,发送TokenBA = EK(RB1, RA)。
  5. 读写器解密验证RA,确认标签身份。

二、复习题目与答案

选择题

  1. RFID用户认证的主要目的是?

    A. 提高数据传输速率

    B. 防止未授权读写和伪造标签

    C. 减少能量消耗

    D. 增加读写距离

  2. 对称密码体制的特点是?

    A. 加密密钥公开

    B. 加/解密使用相同密钥

    C. 适用于资源受限设备

    D. 密钥管理简单

  3. 三次认证中,TokenAB的作用是?

    A. 标签验证读写器身份

    B. 读写器向标签证明自身合法性

    C. 生成会话密钥

    D. 传输加密数据

  4. 密码学的基本原则是?

    A. 加密算法必须保密

    B. 密钥保密,算法公开

    C. 密钥长度固定

    D. 密钥通过明文传输


简答题

  1. 简述相互对称认证的三次握手过程。

    答案

    1. 标签发送随机数RB给读写器。
    2. 读写器生成RA,发送TokenAB = EK(RA, RB)。
    3. 标签解密验证RB,确认读写器合法后,发送TokenBA = EK(RB1, RA)。
    4. 读写器解密验证RA,确认标签合法。
  2. 为什么RFID系统更常用对称密码而非非对称密码?

    答案

    • 对称密码(如AES)计算量小、速度快,适合资源受限的标签。
    • 非对称密码(如RSA)计算复杂、能耗高,难以在低成本标签上实现。
  3. 说明利用ID认证时Kt的生成过程及其优势。

    答案

    • 生成:Kt = F(Km, ID),其中F是密钥导出函数(如加密算法)。
    • 优势:每个标签有唯一Kt,即使一个Kt泄露,其他标签仍安全。
  4. 信息认证与用户认证在RFID中的区别是什么?

    答案

    • 信息认证:确保数据完整性(如CRC校验防止传输错误)。
    • 用户认证:验证通信双方身份(如三次认证防假冒)。

综合应用题

场景:某RFID系统采用相互对称认证,共享密钥K,随机数RA=1010(读写器生成),RB=1100(标签生成)。

问题

  1. 写出TokenAB的生成表达式。
  2. 若标签收到TokenAB解密后得到RB'=1100,下一步动作是什么?
  3. 标签生成RB1=0011,写出TokenBA的表达式。

答案

  1. TokenAB:EK(RA, RB) = EK(1010, 1100)
  2. 标签动作:比较RB'与RB(1100=1100),验证读写器合法,生成TokenBA。
  3. TokenBA:EK(RB1, RA) = EK(0011, 1010)

三、高频考点总结

  • 密码体制:对称 vs 非对称(密钥管理、性能差异)。
  • 三次认证流程:TokenAB验证读写器,TokenBA验证标签。
  • 密钥生成:Kt = F(Km, ID) 的防泄露优势。
  • 安全目标:保密性(加密)、认证(身份+数据完整性)。

💡 记忆技巧

  • 三次认证:1问(RB)→ 2证(TokenAB)→ 3答(TokenBA)。
  • 对称密码:一把钥匙开一把锁(加解密同密钥)。
  • Kt生成:ID是“身份证号”,Km是“母钥匙”,合体成“专属钥匙”。

RFID标准

以下是根据“RFID的标准体系”整理的重点内容及复习题目(含答案):


一、核心知识梳理

1. RFID标准分类

标准类型 定义 代表标准
技术标准 定义空中接口、通信协议等核心技术规范 ISO/IEC 18000系列(空中接口)
数据内容标准 规定数据结构、编码格式及内存分配 ISO/IEC 15961(数据协议)
性能标准 测试方法、一致性要求 ISO/IEC 18046(性能测试)
应用标准 特定场景下的实施规范(如物流、门禁) ISO/IEC 10374(集装箱识别)

2. 核心ISO/IEC标准对比

标准 频率/作用距离 关键特性 应用场景
ISO/IEC 14443 13.56 MHz / 0-15 cm - 近耦合(PICC)

- Type A/B调制(100% ASK/10% ASK)

- 位检测防碰撞
公交卡、门禁(如Mifare)
ISO/IEC 15693 13.56 MHz / 0-1 m - 疏耦合(VICC)

- ASK调制(10%或100%)

- 时隙ALOHA防碰撞

- 曼彻斯特编码
图书馆管理、物流
ISO/IEC 18000-6 860-960 MHz / 数米 - UHF频段

- Type A(PIE编码) / Type B(曼彻斯特编码)

- 反向散射通信
供应链管理(EPC)
ISO/IEC 18000-7 433.92 MHz / 中长距离 - 有源标签

- FSK调制

- 曼彻斯特编码

- 主从通信模式
车辆追踪、仓储管理

3. 关键协议细节

  • ISO/IEC 14443
    • Type A:100% ASK调制,位检测防碰撞(二进制树)。
    • Type B:10% ASK调制,时序控制防碰撞。
    • 传输协议:分组类型(I-block、R-block、S-block)。
  • ISO/IEC 15693
    • VICC状态机:断电→就绪→静默→选通。
    • 防碰撞:UID掩码匹配 + 时隙ALOHA。
  • ISO/IEC 18000-6
    • Type A:读写器→标签用PIE编码(下降沿宽度表数据)。
    • Type B:读写器→标签用曼彻斯特编码。

4. 特殊标准应用

  • ISO/IEC 11784/11785:动物识别(差分曼彻斯特编码)。
  • ISO/IEC 10374:集装箱识别(微波频段,作用距离13m)。

二、复习题目与答案

选择题

  1. ISO/IEC 15693的防碰撞算法是?

    A. 二进制树搜索

    B. 时隙ALOHA

    C. 查询树

    D. 分频法

  2. ISO/IEC 14443 Type A的调制方式是?

    A. FSK

    B. 100% ASK

    C. 10% ASK

    D. PSK

  3. ISO/IEC 18000-7的工作频率是?

    A. 13.56 MHz

    B. 860 MHz

    C. 433.92 MHz

    D. 2.45 GHz

  4. 集装箱识别标准ISO/IEC 10374的作用距离约为?

    A. 1 m

    B. 13 m

    C. 50 cm

    D. 5 m

  5. ISO/IEC 18000-6 Type A中,标签到读写器的编码是?

    A. 曼彻斯特码

    B. FM0编码

    C. PIE编码

    D. NRZ码


简答题

  1. 对比ISO/IEC 14443和ISO/IEC 15693的作用距离与典型应用。

    答案

    • 14443:0-15 cm,适用于近场应用(如公交卡、门禁)。
    • 15693:0-1 m,适用于中距离应用(如图书馆借还书、物流托盘追踪)。
  2. 说明ISO/IEC 15693中VICC的四种状态及其转换条件。

    答案

    • 断电(Power-off):未上电。
    • 就绪(Ready):已上电,等待指令。
    • 静默(Quiet):仅响应指定UID的命令。
    • 选通(Selected):响应所有命令。

      转换:通过SELECT命令从静默→选通;掉电复位→就绪。
  3. 简述ISO/IEC 18000-6 Type A和Type B在物理接口上的差异。

    答案

    | 方向 | Type A | Type B | | ----------- | ------------------- | -------------------------- | | 读写器→标签 | PIE编码 + 30% ASK | 曼彻斯特编码 + 11%/99% ASK | | 标签→读写器 | FM0编码(反向散射) | FM0编码(反向散射) |

  4. 为何ISO/IEC 18000-7采用FSK调制?

    答案

    FSK(频移键控)抗噪声能力强,适合433 MHz频段的工业环境(如仓库、车辆追踪),避免ASK调制因幅度波动导致的误码。


综合应用题

场景:设计一个仓储管理系统,需识别10米外托盘标签,环境多金属干扰。

问题

  1. 推荐合适的ISO/IEC标准并说明理由。
  2. 该标准的防碰撞机制是什么?
  3. 标签到读写器的数据编码方式?

答案

  1. 标准:ISO/IEC 18000-7(433.92 MHz)。

    理由
    • 作用距离远(>10米)。
    • FSK调制抗金属干扰强。
    • 有源标签适合托盘长期追踪。
  2. 防碰撞:基于时隙的轮询机制(主从模式),读写器控制标签响应时序。
  3. 编码:曼彻斯特编码(标签→读写器)。

三、高频考点总结

  • 标准选择
    • 近距离(<15cm):14443(门禁卡)。
    • 中距离(<1m):15693(图书管理)。
    • 远距离(>1m):18000-6(UHF供应链)/18000-7(有源追踪)。
  • 核心差异
    • 调制方式:14443 Type A(100% ASK)vs Type B(10% ASK)。
    • 防碰撞:15693(时隙ALOHA)vs 14443 Type A(位检测)。
  • 编码技术
    • 15693标签→读写器:曼彻斯特码。
    • 18000-6 Type A读写器→标签:PIE编码(脉宽表数据)。

💡 记忆技巧

  • 14443:14≈“钥匙”,用于门禁(近场)。
  • 15693:15≈“书本”,用于图书馆(中距)。
  • 18000-6:6=“U”(UHF),远距离供应链。
  • 18000-7:7=“天线”(433MHz长距)。

©OZY all right reserved该文件修订时间: 2025-09-20 05:42:10

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