旅游景區RFID系統協議一致性仿真研究

王攀藻

（四川旅游學院 信息與工程學院，四川 成都 610100）

0 引 言

隨著物聯網技術的發展，RFID技術被大量應用于各行各業，如旅游業星級酒店和景區中。客人可通過持有RFID標簽卡通過景區門禁。RFID系統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議的一致性與互用性，因此對標簽協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協議一致性的聯合仿真分析研究方案。在該方案中，RFID測試儀基于RF收發器、FPGA完成基帶信號的處理，實時對RFID標簽收發的命令進行仿真和解調。根據合格的仿真結果，廠家能更好地研發基于旅游業的新型RFID產品，為智慧旅游發展提供保障，為景區客人提供更優質的服務。

1 RFID系統簡介

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，如旅游業、制造業等，其結構主要包括讀寫器、電子標簽和計算機聯網系統等，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系統工作原理

RFID系統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出讀寫命令，通過天線向電子標簽發射射頻信號，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射給讀寫器，讀寫器把信號傳送給系統高層，讀取識別信息，高層再對信息進行遠距離傳送。

3 RFID協議一致性仿真

RFID利用讀寫器發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通信協議是否一致，關系到信息的接收是否暢通。

3.1 RFID協議一致性工作原理

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。協議一致性仿真測試包括標簽處理時間測試、標簽內存數據結構測試、標簽指令測試、標簽狀態機轉換以及讀卡器協議處理時間測試，分別從數據結構、協議處理準確性等方面進行研究，保障系統協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3 m，測試系統發射功率為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 協議一致性的測試方法

進入仿真軟件環境，運用虛擬儀器，通用矢量信號發生器產生激勵信號，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的協議參數、非協議參數和指令控制等接口進行仿真分析，分析物理層與協議層，實現協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送功率EIRP（dBm）（靈敏度），再根據發送天線的距離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送功率；d表示發送天線的距離。

系統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。

圖1 標簽協議一致性測試流程圖

3.3 協議一致性的仿真結果分析

針對某5A級景區門禁系統的RFID協議一致性進行仿真測試分析。信號工作于UHF頻段，協議測試基于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測量和仿真系統相結合來完成協議的一致性測試。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。標簽協議一致性區域放大圖如圖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議一致性已達標，滿足使用要求。

圖2 標簽協議一致性區域放大圖

4 結 語

使用本RFID產品協議一致性仿真測試方案，能夠測試不同廠家的RFID協議一致性情況。本方案使用虛擬儀器，通過矢量信號發生器產生激勵信號，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。方便旅游業選擇不同的RFID產品，并實現互通、互用，為游客提供高質量的服務奠定基礎，為廠家研發RFID產品提供支撐保障，并能為物聯網經濟發展帶來一定的幫助。