有源RFID系统中可靠通信的研究

识符的惟一性，对帧内容中的Ox76采用了替代算法，使帧中的内容不再出现Ox76，解决了接收端的同步问题，亦可提高接收的可靠性。如果发送的数据为0x76，则用Ox77，Ox77两个字节替代；如果发送的数据为Ox77，则用Ox77，0x78两个字节替代。算法流程如图2所示。

2．2 数据帧结构

读写器对标签的操作为读／写，电子标签器件内建有MCU和FLASH，可以存储比较复杂的程序，并由程序控制标签工作。为了加强有源RFID系统结构的简单性和高效性，对指令格式进行规格化，对数据帧格式的设计亦采用简单和固定的规格，以提高通信效率。

在通信时，数据的帧格式如下：

引导区包含导言、同步字，在信道特性较好的场合，为提高识别速度，可设定16位的导言与16位的同步字。校验区通过CRC算法进行校验，引导区和校验区由CC2510硬件自动添加，在接收时由硬件自动去除。该设计中，地址区用于电子标签的识别，命令区中的命令用于完成数据查询功能或完成标签信息的生成。数据区用于数据净荷存储。在发送模式下，地址区、命令区和数据区的数据被送入RAM中的缓存区进行相应的打包操作，CC2510添加4字节的导言和同步字，加入CRC校验并发送出去。在接收模式时，包处理支持将会分解数据包，即首先进行同步字检测，接着检测地址、进行数据长度匹配并计算和检查CRC，最后将操作命令和数据净荷提交上层进行处理，从而完成1次发送和接收交互。

2．3 防冲突处理

有源RFID系统实现的重点是防碰撞算法的实现。目前。这类算法的实现方法有空分多址(SDMA)、频分多址(FDMA)、码分多址(CDMA)和时分多址(TD-MA)等。该设计方案中采用ETSI 302 208标准中基于载波侦听(CSMA)的方法。CSMA是一种分布式介质访问控制协议，在读写器覆盖范围内，各有源电子标签都能独立地决定数据帧的发送和接受。

每个有源电子标签在发送数据帧之前，首先要进行载波监听，只有介质空闲时，才允许发送帧，与FDMA和TDMA相比，能更好地利用资源。因为这种通信方式在发送数据之前，一直在检测空气中是否存在相同频率的载波，如果有相同频率的载波，就不发送数据；如果空气中没有相同频率的载波，则表明现在的空间资源没有被占用，可以发送数据。这样，不仅提高了空间资源的利用效率，同时也提高了通信的可靠性。

利用CC2510支持传输前自动清理信道访问(CCA)的功能，实现CSMA。电子标签初始化完成后，程序进入主循环程序。电子标签开始载波监听，当CCA不为1时，表示空气中没有相同的载波数据时便发送相应的数据，各个电子标签采用竞争的方式发送。CSMA发送流程图如图3所示。

2．4 重传机制

重传机制主要采用ACK(acknowledge)方式，即发送方为发送的每一数据包设置缓存和相应的重发定时器，若在定时器超时之前收到来自目的节点对此数据包的ACK控制包，则认为此数据包已经成功地传送。此时，取消对该数据包的缓存和定时，否则，将重发此数据包，并重新设置定时器。对于每个数据包，接收方都需要反馈ACK。

重传机制主要由以下功能函数实现。Init()函数用于设备初始化，设置DMA、时钟等；Send()函数用于发送数据包；ackTimeolJt()函数用于没有在规定时间内收到ACK，而重发数据包；waitForAck()函数用于等待接受ACK，既定时间内，收到ACK标示为T，反之标示为F；aekReceived()函数用于收到ACK，取消重传；Receive()函数用于接收规定格式的数据包；dataCheck()函数用于检测数据的完整和可靠；sendAck()函数用于送ACK反馈给发送方。重传机制程序流程图如图4所示。

3 测试结果

在实际环境中，对有源RFID系统的读写器和有源电子标签进行读／写测试，调制方式为MSK，数据传输率60 Kb／s，滤波带宽540 kHz。分别在不同距离上放置10个有源电子标签进行20O B收发操作。读写器的识读结果如表1和表2所示。

从以上数据可以看出：

(1)在25 m可视距离内系统识别效果良好；

(2)加入可靠通信机制后，在可视通信距离60 m内，标签与读写器之间的协议识别效果良好；随着通信距离的加大。在70 m处标签与读写器正常通信信号中CRC校验出错增多，但仍可识别大多数标签；

(3)遇到障碍物的时候，通信距离迅速减少，丢包率和CRC校验错误数增多。

4 结语

有源RFID技术与无源RFID技术相比，在技术上的优势非常明显，具有通信距离长，传输数据量大，低发射功率等特点。有源RFID系统中数据的可靠传输是最为重要的部分。本文为有源RFID系统的可靠传输提出了一种解决思路，较好地处理了这一问题。

未来有源RFID技术不仅会在各行业中被广泛采用，而且还将会