UHF RFID标签通信：协议与标准

简介

国际标准组织（ISO）和EPCglobal是两个合作机构，共同批准标准和协议，以提供RFID设备的通用规范。通过制定全球标准，这些组织推动了UHF RFID的全球推广。一旦批准，协议会根据工作频率、信道带宽、跳频率等，定义与空中接口批准的通信方式。

如今熟悉的EPCglobal和ISO标准，很大程度上得益于Auto-ID中心在1999年至2003年间取得的进步。Auto-ID Center是一个非营利组织，由RFID行业的领导者组成，并得到沃尔玛等大型企业的支持。1999年，Auto-ID中心制定了首批EPC标准及自有的空中接口协议，这两者对尝试商业化UHF射频信息起到了关键作用。Auto-ID中心之所以如此重要，另一个原因是它分拆成两个独立的组织：EPCglobal接管了EPC技术的商业化，而Auto-ID Labs则继续承担Auto-ID中心的研发职能。¹

EPCglobal与国际标准组织

大多数包含电子产品代码的RFID标签和条码都受EPCglobal制定的标准和指南管辖。EPCglobal创建了EPC（电子产品代码）编号的标准格式，包含头部、唯一EPC标识符和过滤器值。该组织还制定了第一类第二代标签的标准，这些标准被ISO批准，成为ISO 18000-6C。以下是目前EPCglobal认可的所有标签类别的图表。

EPCglobal设定的所有类别均获得ISO和世界贸易组织（WTO）的批准。UHF RFID标签采用空中接口协议ISO 18000，该协议旨在描述读卡和标签通信规范，旨在促进普遍采用。这一点的重要性在于协议中制定的规范，描述了标签与读取器之间批准的通信方式。下图列出了18000协议的7个部分及其影响的技术类型。

ISO 18000-6C

ISO 18000-6C 描述了为 UHF 第一类第二代 ITF 或询问者-通话-优先 RFID 读卡器和标签所制定的通信标准。ITF RFID系统的特点是标签在读取器发送命令后，调制其信息并向读取器（或询问器）进行反向散射。

ISO 18000-6C 还定义了读者-标签通信的另外三个部分：信息的编码方式、调制方式以及所使用的防碰撞协议。ISO 18000-6C规定UHF无源系统为ITF，采用脉冲间隔编码、幅度移键控（ASK）和Q算法（一种缝隙ALOHA形式）。

• 编码或位编码
  • 脉冲间隔编码（PIE）——读取器到标签通信
  • 米勒编码副载波或双相空间编码（FM0）——标签到读卡的通信
• 调制
  • 幅度移键控（ASK）
• 防撞装置
  • Q-算法

位编码与调制

脉冲间隔编码（PIE）用于1级第二代（ISO-18000-6C）设备中，用于读到标签之间的通信，描述消息在从读机到标签时的编码准备。PIE类似于摩尔斯电码，使用长短暂停来表示“1”或“0”。停顿越长表示“1”，停顿越短表示“0”。PIE在ISO-18000-6C中与振幅移键控（ASK）协同工作，后者描述了信息的调制方式。ASK通过改变波的振幅来表示数字数据。下面是一张图，显示了一个信号是用PIE编码并用ASK调制的。

米勒编码副载波（Miller ES）是米勒比特编码家族的一部分。米勒比特编码家族的特点是通过跳变而非脉冲间隔编码中出现的暂停。表示“1”时，位中间有转移;表示“0”时，没有转移。但需要注意的是，如果连续有两个零，中间存在一个过渡。

双相空间编码（FM0）属于双相比特编码家族。FM0 比特编码的特点是有跃迁，类似于 Miller ES。用FM0编码表示“0”时，有三个过渡：一个在起始，一个在中间，一个在结尾。表示“1”时，起始处只有一个过渡。

防撞装置

防碰撞协议用于防止库存盘点过程中发生碰撞。如果两个标签同时响应读卡器，由于碰撞，读卡器无法读取任何一个。如果读取器不使用防碰撞算法，在拥有两个或更多标签的房间里读取RFID标签几乎是不可能的。Q算法，有时称为Q协议或自适应Q算法，活跃于第一代第二代UHF识别读卡器和标签上。这是之前一个叫做Slotted ALOHA算法的衍生版本。

这些算法基于这样一个原理：在盘点库存时，询问者将库存拆分为若干轮（也称为帧），然后让标签在某个集合（例如0-15）之间选择一个数字。询问者随后从该集合的最高数字开始倒数，每个计数的数字都被视为一个“槽位”。而标签则随机选择一个16位数字，最后一位数字作为Q值或0-15之间的数字。当标签听到读取器用选定的随机数或Q值回应时，它会用16位随机数回应。

每个时段可能出现三种结果：标签回复、碰撞或无回复。如果存在单个标签回复，读卡器通过发送 ACK 命令并重复随机的 16 位数字来接受回复。当标签接收到确认命令时，它会发送其EPC编号给读者，并被视为已存点。如果发生碰撞或没有标签回复，询问员将完成额外的清点轮，直到所有EPC清点完毕。