RFID多标签阅读时防碰撞技术
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2020-10-20
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RFID多标签阅读时防碰撞技术多标签阅读时防碰撞技术
RFID读写器正常情况下一个时间点只能对磁场中的一张RFID卡进行读或写操作，但是实际应用中经常有当多张
卡片同时进入读写器的射频场，读写器怎么处理呢？读写器需要选出特定的一张卡片进行读或写操作，这就是
标签防碰撞。 防碰撞机制是RFID技术中特有的问题。在接触式IC卡的操作中是不存在冲突的，因为接触式
智能卡的读写器有一个专门的卡座，而且一个卡座只能插一张卡片，不存在读写器同时面对两张以上卡片的问
题。常见的非接触式RFID卡中的防冲突机制主要有以下几种： 1.面向比特的防冲突机制。 高频的
ISO14443A使用这种防冲突机制，其原理是基于卡片有一个全球唯一的序列号。比如Mifar
RFID读写器正常情况下一个时间点只能对磁场中的一张RFID卡进行读或写操作，但是实际应用中经常有当多张卡片同时
进入读写器的射频场，读写器怎么处理呢？读写器需要选出特定的一张卡片进行读或写操作，这就是标签防碰撞。
防碰撞机制是RFID技术中特有的问题。在接触式IC卡的操作中是不存在冲突的，因为接触式智能卡的读写器有一个专门
的卡座，而且一个卡座只能插一张卡片，不存在读写器同时面对两张以上卡片的问题。常见的非接触式RFID卡中的防冲突机
制主要有以下几种：
1.面向比特的防冲突机制。面向比特的防冲突机制。
高频的ISO14443A使用这种防冲突机制，其原理是基于卡片有一个全球唯一的序列号。比如Mifare1卡，每张卡片有一个
全球唯一的32位二进制序列号。显而易见，卡号的每一位上不是“1”就是“0”,而且由于是全世界唯一，所以任何两张卡片的序列
号总有一位的值是不一样的，也就说总存在某一位，一张卡片上是“0”,而另一张卡片上是“1”.
当两张以上卡片同时进入射频场，读写器向射频场发出卡呼叫命令，问射频场中有没有卡片。这些卡片同时回答“有卡片”;
然后读写器发送防冲突命令“把你们的卡号告诉我”,收到命令后所有卡片同时回送自己的卡号。
可能这些卡片卡号的前几位都是一样的。比如前四位都是1010,第五位上有一张卡片是“0”而其他卡片是“1”,于是所有卡片
在一起说自己的第五位卡号的时候，由于有卡片说“0”,有卡片说“1”,读写器听出来发生了冲突。
读写器检测到冲突后，对射频场中的卡片说，让卡号前四位是“1010”,第五位是“1”的卡片继续说自己的卡号，其他的卡片
不要发言了。
结果第五位是“1”的卡片继续发言，可能第五位是“1”的卡片不止一张，于是在这些卡片回送卡号的过程中又发生了冲突，
读写器仍然用上面的办法让冲突位是“1”的卡片继续发言，其他卡片禁止发言，最终经过多次的防冲突循环，当只剩下一张卡
片的时候，就没有冲突了，最后胜出的卡片把自己完整的卡号回送给读写器，读写器发出卡选择命令，这张卡片就被选中了，
而其他卡片只有等待下次卡呼叫时才能再次参与防冲突过程。
上述防冲突过程中，当冲突发生时，读写器总是选择冲突位为“1”的卡片胜出，当然也可以指定冲突位为“0”的卡片胜出。
上述过程有点拟人化了，实际情况下读写器是怎么知道发生冲突了呢？在前面的数据编码中我们已经提到，卡片向读写器
发送命令使用副载波调制的曼侧斯特（Manchester）码，副载波调制码元的右半部分表示数据“0”,副载波调制码元的左半部分
表示数据“1”,当发生冲突时，由于同时有卡片回送“0”和“1”,导致整个码元都有副载波调制，读写器收到这样的码元，就知道发
生冲突了。
这种方法可以保证任何情况下都能选出一张卡片，即使把全世界同类型的所有卡片都拿来防冲突，最多经过32个防冲突
循环就能选出一张卡片。缺点是由于卡序列号全世界唯一，而卡号的长度是固定的，所以某一类型的卡片的生产数量也是一定
的，比如常见的Mifare1卡，由于只有4个字节的卡序列号，所以其生产数量最多为2的32次方，即4294967296张。
2.面向时隙的防冲突机制面向时隙的防冲突机制
ISO14443B中使用这种防冲突机制。这里的时隙（timeslot）其实就是个序号。这个序号的取值范围由读写器指定，可能
的范围有1-1、1-2、1-4、1-8、1-16.当两张以上卡片同时进入射频场，读写器向射频场发出卡呼叫命令，命令中指定了时隙的
范围，让卡片在这个指定的范围内随机选择一个数作为自己的临时识别号。然后读写器从1开始叫号，如果叫到某个号恰好只
有一张卡片选择了这个号，则这张卡片被选中胜出。如果叫到的号没有卡片应答或者有多于一张卡片应答，则继续向下叫号。
如果取值范围内的所有号都叫了一遍还没有选出一张卡片，则重新让卡片随机选择临时识别号，直到叫出一张卡片为止。
这种办法不要求卡片有一个全球唯一序列号，所以卡片的生产数量没有限制，但是理论上存在一种可能，就是永远也选不
出一张卡片来。
Felica采用的也是这种机制。
3.位和时隙相结合的防冲突机制位和时隙相结合的防冲突机制
ISO15693中使用这种机制。一方面每张卡片有一个7字节的全球唯一序列号，另一方面读写器在防冲突的过程中也使用
时隙叫号的方式，不过这里的号不是卡片随机选择的，而是卡片唯一序列号的一部分。
叫号的数值范围分为0-1和0-15两种。其大体过程是，当有多张卡片进入射频场，读写器发出清点请求命令，假如指定卡
片的叫号范围是0-15,则卡片序列号最低4位为0000的卡片回送自己的7字节序列号。如果没有冲突，卡片的序列号就被登记在
PCD中。然后读写器发送一个帧结束标志，表示让卡片序列号最低4位为0001的卡片作出应答；之后读写器每发送一个帧结束
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