旅游景區(qū)RFID系統(tǒng)協(xié)議一致性仿真研究

引 言

隨著物聯(lián)網技術的發(fā)展，RFID 技術被大量應用于各行各業(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，關閉門禁。不同廠家生產的 RFID 讀寫器和標簽必須要保證產品通信協(xié)議的一致性與互用性，因此對標簽協(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 標簽收發(fā)的命令進行仿真和解調。根據合格的仿真結果，廠家能更好地研發(fā)基于旅游業(yè)的新型 RFID 產品，為智慧旅游發(fā)展提供保障，為景區(qū)客人提供更優(yōu)質的服務。

1 RFID系統(tǒng)簡介

RFID 技術起源于 20 世紀 40 年代的雷達改造技術，當時使用該項技術來分辨敵我雙方的飛機。到了 21 世紀，RFID 技術被應用于各行各業(yè)，如旅游業(yè)、制造業(yè)等，其結構主要包括讀寫器、電子標簽和計算機聯(lián)網系統(tǒng)等，其中電子標簽內部含有芯片，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)采用射頻識別技術完成對電子標簽內信息的讀取。

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

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

（3） 電子標簽通過天線把內部信號發(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)射給標簽的射頻信號，通過標簽反射回波信號，接收獲取標簽中儲存的信息。其中，信息調制由標簽芯片來完成，因此不同商家的 RFID 通信協(xié)議是否一致， 關系到信息的接收是否暢通。

3.1 RFID協(xié)議一致性工作原理

研究測試標簽在全頻段范圍（860 ～ 960 MHz）響應射頻信號，以及響應信號是否占用有限帶寬。協(xié)議一致性仿真測試包括標簽處理時間測試、標簽內存數(shù)據結構測試、標簽指令測試、標簽狀態(tài)機轉換以及讀卡器協(xié)議處理時間測試，分別從數(shù)據結構、協(xié)議處理準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]。同時設置標簽與測試天線的距離為 3m，測試系統(tǒng)發(fā)射功率為 PHS，記錄標簽反射功率為 PI， 標簽散射截面 RCS 的計算公式為 ：

式中 ：d表示天線標簽的距離 ；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)生器產生激勵信號，矢量信號分析設備捕獲和采集信號，依靠SSE 高性能開展匯編技術進行測試，在 X86 架構的 CPU 上完成 RFID 等射頻技術和低功率無線移動網絡的指標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)議信號的產生和通信，同時還可以測得標簽被激活的最小發(fā)送功率 EIRP（dBm）（靈敏度），再根據發(fā)送天線的距離 d，利用 Friis 公式算出標簽前向最大激活距離 ：

式中 ：EIRP表示標簽被激活的最小發(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簽仿真的雙模功能。測試流程如圖 1 所示。

3.3 協(xié)議一致性的仿真結果分析

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，將標簽或者閱讀器的命令解調，并仿真返回的比特流。將RFID 測量和仿真系統(tǒng)相結合來完成協(xié)議的一致性測試。使用FPGA 進行實時基帶處理，在仿真標簽閱讀的同時完成物理層測量。標簽協(xié)議一致性區(qū)域放大圖如圖 2 所示。根據標簽返回波形和標簽命令解析，可以分析得出讀寫器和標簽的協(xié)議一致性已達標，滿足使用要求。

4 結 語

使用本 RFID 產品協(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)生器產生激勵信號，由矢量信號分析設備捕獲和采集信號，依靠 SSE 開展指標測試仿真，完成 RFID 等射頻技術和低功率無線移動網絡的指標仿真分析和測量分析。方便旅游業(yè)選擇不同的 RFID 產品，并實現(xiàn)互通、互用，為游客提供高質量的服務奠定基礎，為廠家研發(fā) RFID 產品提供支撐保障，并能為物聯(lián)網經濟發(fā)展帶來一定的幫助。