CN202231713U

CN202231713U - 一种基于跳频机制的防窃听有源rfid系统

Info

Publication number: CN202231713U
Application number: CN2011203457951U
Authority: CN
Inventors: 魏中海
Original assignee: 魏中海
Current assignee: Guangdong Ruipu Polytron Technologies Inc
Priority date: 2011-09-15
Filing date: 2011-09-15
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2021-09-15

Abstract

本实用新型公开了一种基于跳频机制的防窃听有源RFID系统，包括阅读器和标签；所述阅读器包括第一微处理器、射频收发器RF1、射频收发器RF2、第一射频天线、第二射频天线和存储器；所述射频收发器RF2持续发送含有同步时钟、频率分配表和系统识别码的广播信息；且每1/N秒改变一次广播频率；所述标签的射频收发器连续侦测N个广播频率，每个频率分别持续侦测1秒，当侦测到广播频率后，接收阅读器的广播信息，获取阅读器的同步时钟，通过所述广播信息中记载的当前可用的交互频率和阅读器进行信息交互。本实用新型能够实现标签的低功耗，有效防止窃听，提高同频干扰能力，同时避免漏读标签。

Description

一种基于跳频机制的防窃听有源RFID系统

技术领域

本实用新型涉及射频识别技术领域，尤其涉及一种基于跳频机制的防窃听有源RFID系统。

背景技术

RFID（Radio Frequency IDentification，无线射频识别）是一种非接触式的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号及其空间耦合、传输的特性，实现对静止或移动物体的自动识别。RFID系统应用于资产管理，能够快速、准确、可靠地识别目标对象，实现远程自动化的实时资产管理。

有源RFID标签一般使用2.4Ghz开放频段，由内置纽扣电池或者方形软包锂电池供电。有源RFID标签主动向阅读器发送射频信号，其通信距离远，阅读器能够以远距离的方式读取有源电子标签信息，适用于远距离内多标签同时存在的自动识别领域。

目前，有源RFID标签一般采用定时唤醒机制侦听载波，确认阅读器存在后，等待阅读器的查询，然后再向阅读器发送信息。这种方法能够避免标签的无效发送，从而实现低功耗。但是，对于标签众多且标签移动频繁的场合，会存在阅读器还没有获取到标签信息，而标签早已移出阅读器的信号覆盖范围的问题，会导致漏读标签。而且标签和阅读器间采用固定的频率通信，容易被窃听，也容易被同频干扰。另外，目前有源RFID标签都采用简单的异步机制，增加了标签侦听阅读器的时间，也导致标签发送信息到阅读器时增加了载波冲突。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种基于跳频机制的防窃听有源RFID系统，能够实现标签的低功耗，防止窃听，同时避免漏读标签。

为解决以上技术问题，本实用新型实施例提供一种基于跳频机制的防窃听有源RFID系统，包括阅读器和标签；

所述阅读器包括第一微处理器、射频收发器RF1、射频收发器RF2、第一射频天线、第二射频天线和存储器；

所述射频收发器RF1分别与所述第一微处理器、第一射频天线连接；所述射频收发器RF1用于接收标签信息，以及向标签发送响应信息；

所述射频收发器RF2分别与所述第一微处理器、第二射频天线连接；所述射频收发器RF2持续发送含有同步时钟、频率分配表和系统识别码的广播信息；且每1/N秒改变一次广播频率；其中，N≥2；

所述标签包括第二微处理器、第二射频收发器、PCB全向天线和电源模块；所述第二射频收发器分别与所述第二微处理器、PCB全向天线连接；所述第二射频收发器连续侦测N个广播频率，每个频率分别持续侦测1秒；所述第二射频收发器侦测到广播频率后，接收阅读器的广播信息，通过所述广播信息中记载的当前可用的交互频率和阅读器进行信息交互。

本实用新型实施例提供的基于跳频机制的防窃听有源RFID系统，阅读器按照每1/N秒改变一次广播频率的方式，发送含有同步时钟、频率分配表和系统识别码的广播信息；标签连续侦测N个广播频率，每个频率分别持续侦测1秒，当侦测到广播频率后，接收阅读器的广播信息，通过所述广播信息中记载的当前可用的交互频率和阅读器进行信息交互。标签采用间歇侦听方式，功耗低。标签依据侦听到的广播信息决定上送阅读器的频率，避免了标签总是采用同一频率发送或接受信息，既减少了数据发生冲突碰撞的几率，也避免了同频率的窃听。此外，标签无需等待阅读器查询，而是在侦测到可用频率后立即向阅读器发送信息，能够确保阅读器在尽可能短的时间内收到标签信息，从而避免漏读标签。

附图说明

图1是本实用新型实施例一提供的有源RFID系统的阅读器的结构示意图；

图2是本实用新型实施例二提供的有源RFID系统的标签的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本实用新型实施例提供的基于跳频机制的防窃听有源RFID系统（以下简称有源RFID系统），包括阅读器和标签，能够实现标签低功耗，同时避免同频率窃听，可应用于人和物的自动远距离识别管理。

参见图1，是本实用新型实施例一提供的有源RFID系统的阅读器的结构示意图。本实施例提供的阅读器包括第一微处理器10、射频收发器RF1、射频收发器RF2、第一射频天线11、第二射频天线12和存储器13；具体如下：

射频收发器RF1分别与第一微处理器10、第一射频天线连接11；射频收发器RF1用于接收标签信息，以及向标签发送响应信息。射频收发器RF2分别与第一微处理器10、第二射频天线12连接；射频收发器RF2持续发送含有同步时钟、频率分配表和系统识别码的广播信息；且每1/N秒改变一次广播频率；其中，N≥2。

优选的，阅读器的存储器13为低功耗静态存储器，用于保存标签信息、频率分配表等数据。

进一步，如图1所示，本实施例提供的阅读器还包括用于传输数据的数据接口14，该数据接口14与第一微处理器10连接；优选的，数据接口14为USB接口或RS232/485接口。具体实施时，阅读器通过数据接口14与外部的计算机连接后，能够和计算机传输数据。

此外，如图1所示，本实施例提供的阅读器还包括直流电源接口15，用于输入电源。

参见图2，是本实用新型实施例二提供的有源RFID系统的标签的结构示意图。本实施例提供的标签包括第二微处理器20、第二射频收发器21、PCB全向天线22和电源模块23；标签的电源模块23可以采用纽扣电池或软包电池供电。第二射频收发器21分别与第二微处理器21、PCB全向天线22连接；第二射频收发器21连续侦测N个广播频率，每个频率分别持续侦测1秒；第二射频收发器21侦测到广播频率后，接收阅读器的广播信息，通过广播信息中记载的当前可用的交互频率和阅读器进行信息交互。

所述标签上电后通过侦听阅读器的广播信息获得同步时钟，使得标签和阅读器保持时钟同步；所述标签只要侦听到来自阅读器的广播信息，就更新同步时钟。

在一个优选的实施例方式中，本实施例将2.4~2.483Ghz频段划分为132个频率，每个频率间隔500khz。选取其中的8个频率作为广播频率；余下频率平均分为8组，每16个频率为一组，作为阅读器和标签通信的交互频率；且每一个广播频率对应1组交互频率。其中，N可以2~8中任一个数值。频率分配表中记录了与广播频率对应的交互频率的状态信息，该状态信息为“可用”（例如，置“1”表示可用）或“不可用”（例如，“0”表示不可用）。具体实施时，假设阅读器当前正在以频率F1与标签A1通信，以频率F2与标签A2通信，以频率F3与标签A3通信，那么在频率分配表中标志频率F1、频率F2和频率F3的状态为不可用，其他频率的状态的可用。本实施例的读卡设置多个信道，对于标签众多且标签移动频繁的场合，多个标签可以平均分配在不同的信道上，数据不会发生冲突碰撞，从而避免漏读标签。

下面仅N取4为例，对有源RFID系统的工作原理作详细描述。

阅读器包括射频收发器RF1和射频收发器RF2，其中，射频收发器中一路RF1用于接收来自标签的信息，并向标签发送响应信息；射频收发器RF2用于发送广播信息，表示阅读器的存在，用于激活标签。

所述广播信息包含了系统的同步时钟信息、频率分配表和系统识别码等加密信息。其中，同步时钟信息为2个字节表示的阅读器相对时钟，以50us为单位；频率分配表为2字节，共16bit，从高位到低位分别对应了交互频率组里的16个频率，若某一频率对应的标志位被置位（置1），则表示该频率可用，标志位复位（置0）表示对应频率不可用。系统标识码为4个字节，用于区别其他的同频率应用系统。

阅读器上电后，通过射频收发器RF2持续发送广播信息，且每1/4秒改变1次频率。阅读器的射频收发器RF1持续保持接收状态，所使用的频率每1/64秒改变1次。

标签上电初始化后，连续侦测4个广播频率，每个频率分别持续侦测1秒，根据采样定理可确保任意时刻都能充分的侦测到广播频率。若标签侦测到其中任意一个频率，则表示附近存在阅读器；标签接收阅读器发送的完整的广播帧，从所述广播帧中提取阅读器的同步时钟信息和交互频率分配表。若标签侦测不到广播频率，则表明附近不存在读头，标签立即进入休眠状态。经过1个或多个休眠周期，标签被唤醒，再次侦听广播频率。

标签根据所获取的同步时钟信息和频率分配表，使用当前可用的交互频率，先检测载波是否空闲；若空闲，则标签以该交互频率向阅读发送标签信息（例如标签序列号、标签状态信息等），并使用当前频率接受阅读器返回的确认信息；标签接收到确认信息后，立即进入休眠状态。若标签不能立即收到阅读器返回的确认信息，则表示冲突出现；该冲突是标签发送的冲突，或者是阅读器发送确认信息时发生了冲突。此时，采用退避算法，标签进入休眠状态，T1秒后被唤醒，再次侦测阅读器的确认信息。若标签侦测到阅读器返回的确认信息，则标签不再发送标签信息，继续休眠。只有当标签检测到阅读器消失后，又再次侦测到阅读器存在，或者上一次没有收到阅读器返回的确认信息，才会再次向阅读器发送标签信息。

标签的退避算法在两种情况下使用：第一种情况，标签发送信息前检测到的冲突；第二种情况，标签发送信息后等待阅读器返回确认超时所发生的冲突。退避时间为连续采用当前使用的频率的RSSI数值表示的毫秒数，退避时关闭射频收发器。

本实施例实现了标签在阅读器作用范围外只是间歇侦听，无需接收完整的广播帧，实现了更低的功耗，在阅读器作用范围内，标签能够无需等待阅读器查询而立即向阅读器发送标签信息，并且能够确保阅读器在尽可能短的时间内收到标签信息，从而避免漏读标签。

本实用新型实施例提供的有源RFID系统，阅读器按照每1/N秒改变一次广播频率的方式，发送含有同步时钟、频率分配表和系统识别码的广播信息；标签连续侦测N个广播频率，每个频率分别持续侦测1秒，当侦测到广播频率后，接收阅读器的广播信息，通过所述广播信息中记载的当前可用的交互频率和阅读器进行信息交互。标签采用间歇侦听方式，功耗低，而对于标签众多且标签移动频繁的场合，多个标签分别使用不同的频率发送或接收数据，减少数据发生冲突碰撞的几率，也避免了同频率的侦听。此外，标签无需等待阅读器查询，而是在侦测到可用频率后立即向阅读器发送信息，能够确保阅读器在尽可能短的时间内收到标签信息，从而避免漏读标签。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种基于跳频机制的防窃听有源RFID系统，其特征在于，包括阅读器和标签；

2.如权利要求1所述的基于跳频机制的防窃听有源RFID系统，其特征在于，所述阅读器的存储器为低功耗静态存储器。

3.如权利要求2所述的基于跳频机制的防窃听有源RFID系统，其特征在于，所述阅读器还包括用于传输数据的数据接口；所述数据接口与所述第一微处理器连接；所述数据接口为USB接口或RS232/485接口。

4.如权利要求3所述的基于跳频机制的防窃听有源RFID系统，其特征在于，所述阅读器还包括直流电源接口。