提高RFID系统数据读取率的设计

1 引言

射频(Radio Frequency) 专指具有一定波长可用于无线电通信的电磁波。射频识别技术 (Radio Frequency Identification)是20 世纪90 年代开始兴起的一种非接触的自动识别技术， 它是利用射频信号和空间耦合（电感或电磁耦合）或雷达反射的传输特性，实现对被识别物 体的自动识别。 但是，就目前来看， RFID 的发展仍然存在较多瓶颈，数据读取率不高就是其中主要瓶 颈之一。

本文将通过对RFID 系统基本组成和工作原理的介绍，对RFID 系统进行分析。结合RFID 系统 在实际应用中遇到的问题以及针对阅读器识读范围存有盲区、不同阅读点存有多余数据、阅读器相互干扰 等因素而导致系统读取率不高的原因，提出从合理优化硬件配置、完善软件设计、发挥中间件作用和融合 其它技术四个方面来提高RFID 系统数据读取率。

2 RFID 系统基本组成

RFID 系统至少由电子标签（E-Tag/Transponder，也称智能标签）和阅读器（Reader /Interrogator，也称读写器）两部分组成。

电子标签是射频识别系统的数据载体，电子标签由标签天线和标签专用芯片组成。 电子标签依据供电方式的不同分为有源电子标签(Active tag)、无源电子标签(Passive tag) 和半无源电子标签(Semi-passive tag)；依据频率的不同分为低频电子标签、高频电子标签、 超高频电子标签和微波电子标签；依据封装形式的不同分为*标签、线形标签、纸状标 签、玻璃管标签、圆形标签及特殊用途的异形标签等；根据其工作模式不同分为主动标签和 被动标签。

阅读器是用于读取或写入电子标签信息的设备，根据具体使用环境和需求可设计成多类 产品。 阅读器通过天线与电子标签进行无线通信，可以实现对电子标签识别码和内存数据的读 出或写入操作。

典型的阅读器包含有高频模块(发送器和接收器)、控制单元以及阅读器天线。 当然，RFID 系统在实际应用时，还需要计算机等其他硬件设备以及软件的支持。图1 为典型的RFID 系统组成图。

图1 RFID系统组成

3 RFID 系统基本模型

RFID 系统的基本模型如图2 所示。作为射频载体的电子标签与阅读器之间通过耦合元 件实现射频信号的空间(无接触)耦合，在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递、数 据的交换。

图2 RFID系统基本模型

4 RFID系统读取率问题探讨

通过对 RFID 系统的介绍，我们认为导致RFID 系统读取率不高的原因主要在于：阅读 器的识读范围存有盲区，不同阅读点存有多余数据，阅读器相互干扰等。针对上述问题，我 们从以下四种方面展开探讨。

4.1 合理优化硬件配置

在硬件方面，首先必须要弄清一个问题。那就是你真正的"需求是什么"。不要盲目认为 "价格贵、读取范围越大、频率越高就越好"。正所谓"量体裁衣"，"适合"自己的才是最好的。 在此认知基础之上，可以选择与实际需求相符的硬件设备。

同时考虑将所有的RFID 标签和 阅读器看作一个完整的"数据网络"，做到合理优化硬件配置，从而使整个系统发挥最大的功 效。 以门禁系统为例，为了防止阅读器的识读范围存有盲区，导致出现漏读的情况，可采取 通过增加阅读器或天线的个数来补偿阅读器识读范围存在盲区的缺陷；为了防止阅读器相互 干扰，可采取在空间上相对隔离阅读器或天线的办法来避免相互干扰。此外，根据实际需求， 通过适当调整天线布局和天线发射功率等方法，也可以提高RFID 系统的数据读取率。

4.2 完善软件设计

目前，通过优化配置的RFID 系统的硬件设施基本都可以满足数据读取率的需要，而且 随着阅读器价格下降，最终用户已经可以在他们的应用场所轻松部署大量阅读器，这不仅解 决了漏读问题，同时还可以从这些系统中获取更多有用信息。 但是随之而来的新问题是：多余的数据读入或者交叉数据读入。简单描述这个问题，就 是"一个不该在某位置被读取的标签被一台不该识读这枚标签的阅读器读到了"。

LV 定位逻 辑的核心是基于"从空间位置上挑出需要的读出数据同时过滤掉不需要的读出数据"。结果是 正确和精确的标签位置从全部RFID 阅读器所获取的结果中析取出来。简而言之，LV 定位 逻辑就是根据整个阅读器系统驻留的数据集合而形成的一个基于消除"多余"读出数据的软 件算法。 对于多个阅读器之间由于工作范围重叠造成冲突的问题，Colorwave 算法给出了很好的 解决。

对于电子标签冲突，在高频频段，标签的防冲突算法一般采用经典ALOHA 协议。使 用ALOHA 协议的标签，通过选择经过一个随机时间向阅读器传送信息的方法，来避免冲突； 在超高频频段，主要采用树分叉算法来避免冲突。 此外，可以对软件进行其他优化设置。譬如