旅游景區(qū)RFID系統(tǒng)協(xié)議一致性仿真研究

王攀藻

（四川旅游學(xué)院 信息與工程學(xué)院，四川 成都 610100）

0 引 言

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，RFID技術(shù)被大量應(yīng)用于各行各業(yè)，如旅游業(yè)星級酒店和景區(qū)中?？腿丝赏ㄟ^持有RFID標(biāo)簽卡通過景區(qū)門禁。RFID系統(tǒng)具有遠距離自動識別功能，通道門識別信息后將自動打開，否則自動報警，關(guān)閉門禁。不同廠家生產(chǎn)的RFID讀寫器和標(biāo)簽必須要保證產(chǎn)品通信協(xié)議的一致性與互用性，因此對標(biāo)簽協(xié)議進行測試非常必要，但若均采用實測方式，不僅費事費力，還浪費財物，基于此，文中提出了RFID協(xié)議一致性的聯(lián)合仿真分析研究方案。在該方案中，RFID測試儀基于RF收發(fā)器、FPGA完成基帶信號的處理，實時對RFID標(biāo)簽收發(fā)的命令進行仿真和解調(diào)。根據(jù)合格的仿真結(jié)果，廠家能更好地研發(fā)基于旅游業(yè)的新型RFID產(chǎn)品，為智慧旅游發(fā)展提供保障，為景區(qū)客人提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

1 RFID系統(tǒng)簡介

RFID技術(shù)起源于20世紀(jì)40年代的雷達改造技術(shù)，當(dāng)時使用該項技術(shù)來分辨敵我雙方的飛機。到了21世紀(jì)，RFID技術(shù)被應(yīng)用于各行各業(yè)，如旅游業(yè)、制造業(yè)等，其結(jié)構(gòu)主要包括讀寫器、電子標(biāo)簽和計算機聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)等，其中電子標(biāo)簽內(nèi)部含有芯片，不僅儲存的信息量大[1-2]，信息處理速度快，還可以避免外部環(huán)境的污染，安全性能好。讀寫器還可遠距離識別標(biāo)簽，方便快捷。

2 RFID系統(tǒng)工作原理

RFID系統(tǒng)采用射頻識別技術(shù)完成對電子標(biāo)簽內(nèi)信息的讀取。

（1）讀寫器的軟件向讀寫器發(fā)出讀寫命令，通過天線向電子標(biāo)簽發(fā)射射頻信號，建立特定的通信；

（2）電子標(biāo)簽天線接收信號，該信號通過射頻前端電路進入電子標(biāo)簽的控制部分，控制部分對數(shù)據(jù)流做各種邏輯處理[3-5]；

（3）電子標(biāo)簽通過天線把內(nèi)部信號發(fā)射給讀寫器，讀寫器把信號傳送給系統(tǒng)高層，讀取識別信息，高層再對信息進行遠距離傳送。

3 RFID協(xié)議一致性仿真

RFID利用讀寫器發(fā)射給標(biāo)簽的射頻信號，通過標(biāo)簽反射回波信號，接收獲取標(biāo)簽中儲存的信息。其中，信息調(diào)制由標(biāo)簽芯片來完成，因此不同商家的RFID通信協(xié)議是否一致，關(guān)系到信息的接收是否暢通。

3.1 RFID協(xié)議一致性工作原理

研究測試標(biāo)簽在全頻段范圍（860～960 MHz）響應(yīng)射頻信號，以及響應(yīng)信號是否占用有限帶寬。協(xié)議一致性仿真測試包括標(biāo)簽處理時間測試、標(biāo)簽內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)測試、標(biāo)簽指令測試、標(biāo)簽狀態(tài)機轉(zhuǎn)換以及讀卡器協(xié)議處理時間測試，分別從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、協(xié)議處理準(zhǔn)確性等方面進行研究，保障系統(tǒng)協(xié)議的一致性與高效性[6-8]。同時設(shè)置標(biāo)簽與測試天線的距離為3 m，測試系統(tǒng)發(fā)射功率為PHS，記錄標(biāo)簽反射功率為PI，標(biāo)簽散射截面RCS的計算公式為：

式中：d表示天線標(biāo)簽的距離；Gr表示天線測試增益；λ表示載波波長；K表示修正因子。

3.2 協(xié)議一致性的測試方法

進入仿真軟件環(huán)境，運用虛擬儀器，通用矢量信號發(fā)生器產(chǎn)生激勵信號，矢量信號分析設(shè)備捕獲和采集信號，依靠SSE高性能開展匯編技術(shù)進行測試，在X86架構(gòu)的CPU上完成RFID等射頻技術(shù)和低功率無線移動網(wǎng)絡(luò)的指標(biāo)仿真分析和測量解分析[9-10]。使用RFID仿真器和無線信道仿真器對RFID的協(xié)議參數(shù)、非協(xié)議參數(shù)和指令控制等接口進行仿真分析，分析物理層與協(xié)議層，實現(xiàn)協(xié)議信號的產(chǎn)生和通信，同時還可以測得標(biāo)簽被激活的最小發(fā)送功率EIRP（dBm）（靈敏度），再根據(jù)發(fā)送天線的距離d，利用Friis公式算出標(biāo)簽前向最大激活距離：

式中：EIRP表示標(biāo)簽被激活的最小發(fā)送功率；d表示發(fā)送天線的距離。

系統(tǒng)具有完成讀卡器仿真和標(biāo)簽仿真的雙模功能。測試流程如圖1所示。

圖1 標(biāo)簽協(xié)議一致性測試流程圖

3.3 協(xié)議一致性的仿真結(jié)果分析

針對某5A級景區(qū)門禁系統(tǒng)的RFID協(xié)議一致性進行仿真測試分析。信號工作于UHF頻段，協(xié)議測試基于ISO18000-6C，將標(biāo)簽或者閱讀器的命令解調(diào)，并仿真返回的比特流。將RFID測量和仿真系統(tǒng)相結(jié)合來完成協(xié)議的一致性測試。使用FPGA進行實時基帶處理，在仿真標(biāo)簽閱讀的同時完成物理層測量。標(biāo)簽協(xié)議一致性區(qū)域放大圖如圖2所示。根據(jù)標(biāo)簽返回波形和標(biāo)簽命令解析，可以分析得出讀寫器和標(biāo)簽的協(xié)議一致性已達標(biāo)，滿足使用要求。

圖2 標(biāo)簽協(xié)議一致性區(qū)域放大圖

4 結(jié) 語

使用本RFID產(chǎn)品協(xié)議一致性仿真測試方案，能夠測試不同廠家的RFID協(xié)議一致性情況。本方案使用虛擬儀器，通過矢量信號發(fā)生器產(chǎn)生激勵信號，由矢量信號分析設(shè)備捕獲和采集信號，依靠SSE開展指標(biāo)測試仿真，完成RFID等射頻技術(shù)和低功率無線移動網(wǎng)絡(luò)的指標(biāo)仿真分析和測量分析。方便旅游業(yè)選擇不同的RFID產(chǎn)品，并實現(xiàn)互通、互用，為游客提供高質(zhì)量的服務(wù)奠定基礎(chǔ)，為廠家研發(fā)RFID產(chǎn)品提供支撐保障，并能為物聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟發(fā)展帶來一定的幫助。