PTag=AeS (2)

　　式中，Ae為電子標(biāo)簽的有效面積如公式(3)：

　　無(wú)源RFID系統(tǒng)的電子標(biāo)簽是通過(guò)電磁場(chǎng)供電，因此標(biāo)簽有很大的功耗，當(dāng)讀寫的距離越短時(shí)，其性能就會(huì)越差。電子標(biāo)簽的工作電壓決定了RFID電子標(biāo)簽?zāi)芊裾５墓ぷ?，同時(shí)也決定了無(wú)源RFID系統(tǒng)的識(shí)別距離。但隨著集成電路工藝的不斷發(fā)展，射頻電子標(biāo)簽芯片的功耗也在來(lái)斷的降低。目前，比較典型的低功耗電子標(biāo)簽，其標(biāo)簽本身的功耗可以低至數(shù)十微瓦到數(shù)微瓦，這種標(biāo)簽的工作電壓為1.2 V左右。這種無(wú)線電發(fā)射功率受到限制，但無(wú)源電子標(biāo)簽的識(shí)別距離可以過(guò)到10 m以上。

2)電子標(biāo)簽到閱讀器的能量傳輸

　　電子標(biāo)簽返回的能量取決于它的雷達(dá)散射截面面積，并和其成正比，它是目標(biāo)反射電磁波能力的測(cè)度。散射面積是主要取決于兩個(gè)參數(shù)，其一是本身的物體特性如目標(biāo)的大小、材料、表面結(jié)構(gòu)和材料，其二是反射電磁波的特性，比如電磁波的極化方向和波長(zhǎng)等。電子標(biāo)簽在空間的某個(gè)位置接收到閱讀器發(fā)射的電磁波后，將其中的一部分吸收用于提供自身工作的能量，而另外一部分被反射回去，電子標(biāo)簽反射電磁波的能量：

　　根據(jù)以上計(jì)算可知，天線方向圖和增益G的要求與系統(tǒng)的頻率選擇無(wú)關(guān)，而讀寫器天線的“視場(chǎng)”大小的要求，取決于目標(biāo)的速度和運(yùn)動(dòng)范圍，與系統(tǒng)的頻率選擇無(wú)關(guān)。對(duì)接收機(jī)和標(biāo)簽的靈敏度的要求和頻率也是無(wú)關(guān)，所以當(dāng)頻率增高，作用距離就會(huì)變小。如果保持同樣的作用距離，那么UHF系統(tǒng)的基站發(fā)射功率P比2.45 GHZ系統(tǒng)低7倍，5.8 GHz系統(tǒng)需要高40倍。

　　4 遠(yuǎn)程RFID系統(tǒng)的沖突問(wèn)題

　　遠(yuǎn)距離無(wú)源RFID系統(tǒng)具有作用距離遠(yuǎn)且視場(chǎng)范圍大的特點(diǎn)，但同時(shí)也容易出現(xiàn)一個(gè)多機(jī)或多卡的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致系統(tǒng)讀寫多標(biāo)簽出現(xiàn)沖突。所以有必要采取一些好的防沖突地區(qū)的技術(shù)。多卡沖突仲裁就是在同一時(shí)間只能有一個(gè)卡響應(yīng)，這就需要用讀寫器命令進(jìn)行控制。仲裁的方法主要有兩種：Binary和Aloha。

　　4.1 Binary多卡沖突仲裁

　　Binary多卡沖突仲裁，主要是通過(guò)采用狀態(tài)機(jī)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)多卡讀寫仲裁機(jī)制，其中主要有4種狀態(tài)。

　　其中的狀態(tài)解釋如下：

　　Power-OFF狀態(tài)：指的是識(shí)別卡處于關(guān)機(jī)狀態(tài)，即讀寫器此時(shí)不能被激活識(shí)別卡;

　　Ready狀態(tài)：當(dāng)識(shí)別卡第一次被讀寫器激活時(shí)，識(shí)別卡就會(huì)處于Ready狀態(tài);

　　ID狀態(tài)：如果識(shí)別卡試圖傳送識(shí)別信息給讀寫器時(shí)，識(shí)別卡就會(huì)處于ID狀態(tài);

　　Data_Exchange狀態(tài)：如果讀寫器識(shí)別并被選中識(shí)別卡時(shí)，識(shí)別卡就會(huì)處于Data_Exchange狀態(tài)

　　為了支持仲裁沖突，識(shí)別卡上有兩個(gè)硬件電路：8bit計(jì)數(shù)器Counter和1bit隨即數(shù)發(fā)生器(只有兩個(gè)可能的值：0和1)。當(dāng)所有的或一部分讀寫器射頻電磁場(chǎng)上的識(shí)別卡參與沖突仲裁時(shí)，讀寫器上的Group_Unselect和Group_Select命令就會(huì)運(yùn)行沖突仲裁算法。

　　4.2 Aloha算法

　　ALOHA協(xié)議是一種防碰撞的沖突仲裁算法。如果在隨機(jī)的時(shí)間間隔中有多個(gè)標(biāo)簽發(fā)送數(shù)據(jù)包，并且這個(gè)數(shù)據(jù)包發(fā)生了碰撞，那么標(biāo)簽就會(huì)等待一個(gè)隨機(jī)的時(shí)間，然后再次發(fā)送數(shù)據(jù)。這種算法吞吐率低，適用于只讀標(biāo)簽的應(yīng)用場(chǎng)景。于是就出現(xiàn)了時(shí)隙Aloha算法。

　　時(shí)隙Aloha算法改善了Aloha算法的吞吐率。它采用讀寫器控制的隨機(jī)TDMA方法。這種方法是將信道分為很多個(gè)時(shí)隙，并且讓每一個(gè)時(shí)隙就剛好能傳送一個(gè)分組。而時(shí)隙的長(zhǎng)度能過(guò)系統(tǒng)的時(shí)鐘進(jìn)行控制，每個(gè)控制單元要與此時(shí)鐘同步。在RFID系統(tǒng)中，標(biāo)簽只能在其規(guī)定的同步時(shí)隙內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)包。與Aloha算法相比，提高了吞吐率，為了善在多標(biāo)簽環(huán)境下的性能，隨后又提出了動(dòng)態(tài)時(shí)隙Aloha算法。

　　動(dòng)態(tài)時(shí)隙Aloha算法，是一種可以動(dòng)態(tài)調(diào)整時(shí)隙數(shù)量的算法。如果讀寫器在等待的狀態(tài)中的循環(huán)時(shí)隙段中發(fā)送了請(qǐng)求命令，就會(huì)有1～2個(gè)時(shí)隙給可能存在的標(biāo)簽使用。當(dāng)?shù)鄠€(gè)標(biāo)簽在兩個(gè)時(shí)隙內(nèi)發(fā)生了碰撞，那么就要通過(guò)請(qǐng)求命令增加時(shí)隙數(shù)量，以供標(biāo)簽使用，直到發(fā)現(xiàn)一個(gè)唯一的標(biāo)簽為止。對(duì)于Aloha算法、時(shí)隙Aloha算法還是動(dòng)態(tài)時(shí)隙Aloha算法，其標(biāo)簽發(fā)送數(shù)據(jù)都是隨機(jī)的，因此不能保證整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，且信道的利用率較低。

　　關(guān)于Binary多卡沖突仲裁方法和Aloha算法都有其優(yōu)缺點(diǎn)。而B(niǎo)inary信道利用率可高達(dá)43%，識(shí)別率較高，也不存在錯(cuò)誤判決問(wèn)題，但其因時(shí)延長(zhǎng)，而安全性較差。Aloha算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但其信道利用率最大為36%，出存在一些錯(cuò)誤判斷問(wèn)題，所以不適合應(yīng)用于大量標(biāo)簽的場(chǎng)合。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)要根據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合選擇合適的防碰撞算法。