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第五章 RFID 技術標準與通訊協定

第五章 RFID 技術標準與通訊協定. 教學目標. 介紹目前主要的幾個制定 RFID 標準的組織，了解其組織所制定的標準內容，包含： 主要的標準規格其規範的項目以及所應用的領域 這些標準規格下，讀取器與標籤之間的通訊方式、錯誤偵測與防碰撞的方法. 大綱. RFID 的標準規範 EPCglobal 標準介紹 標籤的分類 標籤與讀取器間之通訊協定 ISO 標準介紹 動物識別標準 非接觸式智慧卡標準. 品項管理標準 其他應用所使用的標準 ISO 與 EPCglobal 標準的比較 其他推動標準的組織 uID 中國 AIM  global ANSI

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第五章 RFID 技術標準與通訊協定

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  1. 第五章 RFID技術標準與通訊協定

  2. 教學目標 • 介紹目前主要的幾個制定RFID標準的組織，了解其組織所制定的標準內容，包含： • 主要的標準規格其規範的項目以及所應用的領域 • 這些標準規格下，讀取器與標籤之間的通訊方式、錯誤偵測與防碰撞的方法

  3. 大綱 • RFID的標準規範 • EPCglobal • 標準介紹 • 標籤的分類 • 標籤與讀取器間之通訊協定 • ISO • 標準介紹 • 動物識別標準 • 非接觸式智慧卡標準 • 品項管理標準 • 其他應用所使用的標準 • ISO與EPCglobal標準的比較 • 其他推動標準的組織 • uID • 中國 • AIM  global • ANSI • AIAG • IPICO • 小結

  4. RFID的標準規範

  5. RFID的標準規範 • 目前國際上提出RFID標準的主要組織 • EPCglobal • 標準化國際組織 (International Organization for Standardization; ISO) • Ubiquitous ID (uID) • 目前國際上提出RFID標準的其他組織 • 中國 • 自動識別和行動技術協會 (Association for Automatic Identification and Mobility; AIM) • 美國國家標準學會 (American National Standards Institute; ANSI) • 美國汽車工業行動集團 (Automotive Industry Action Group; AIAG) • IPICO

  6. EPCglobal

  7. 標準介紹 • 產品電子碼 (Electronic Product Code; EPC) • 1999年麻省理工學院 (Massachusetts Institute of Technology)成立Auto-ID 中心 • 發展產品電子碼與相關的技術來用於全球供應鏈中進行產品的識別與追蹤 • 2003年統一編碼協會 (Uniform Code Council; UCC)與歐洲商品條碼 (European Article Number; EAN) 所成立的非營利組織接替Auto-ID 中心的工作，負責產品電子碼的研發與管理，目標是將產品電子碼發展成全球通用標準 • 產品電子碼的註冊 • 管理與維護產品電子碼的編碼及網路 • EPCglobal系統是一種基於EAN/UCC編碼的系統 • 採用的公司：零售巨頭渥爾瑪 (Wal-Mart)、強生 (Johnson & Johnson)、寶僑 (P&G)、特易購 (Tesco)

  8. EPCglobal所制定的標準

  9. 已發布的EPCglobal標準

  10. 已發布的EPCglobal標準（續）

  11. 標籤的分類

  12. 標籤的分類（續）

  13. 標籤的分類（續）

  14. 標籤的分類（續） • UHF Class 1 Gen1 • 在Auto-ID 中心時期所制定 • 包括Class 0和Class 1 • UHF Class 1 Gen2 • 由加入EPCglobal組織的主要公司於2004年12月16日合作開發完成 • Gen2標準是制定推動新的RFID硬體產品開發的標準接口和協議的一項基礎要素，能夠在供應鏈內提供準確的、有成本效益的訊息可見度，使企業間可以共享貨物在供應鏈中傳輸的相關訊息 • 標籤的訊息儲存量增大、準確性提高、符合全球許多條例的要求 • 於2006年6月被ISO組織批准併入了ISO/IEC18000-6c標準裡，使得全球UHF RFID技術發展得到規範 • 渥爾瑪於2006年9月正式開始用Gen2標籤替代Gen1標籤，所有新進入渥爾瑪配送網路的貨物都必須貼上Gen2標籤，當前許多新的供應商都決定支持Gen2，這樣製造商就可以在統一標準的基礎上充分發揮各種標籤、晶片、印表機或者編碼器通用性的優點

  15. 標籤與讀取器間之通訊協定 • UHF Class 1 Gen2協定之概述 • Physical Layer • Double-sideband Amplitude Shift Keying (DSB-ASK) • Single--sideband Amplitude Shift Keying (SSB-ASK) • Phase-reversal Amplitude Shift Keying (PR-ASK) • Tag-identification Layer 三個基本的操作 • Select • Inventory • Access

  16. 標籤與讀取器間之通訊協定（續） • Select指令 • Inventory指令 • Query • Query Adjust • QueryRep • ACK • NAK • Access指令 • Req_RN • Read • Write • Kill • Lock • Access（選擇性操作） • BlockWrite（選擇性操作） • BlockErase（選擇性操作）

  17. 標籤與讀取器間之通訊協定（續） • 目前最常見的搜尋標籤之機制 • 二元搜尋法 (Binary Search) • 將資料範圍切半，運用到除法運算來減少搜尋範圍 • 反碰撞搜尋法 (Anti-Collision)：EPC所採行 • 在每個標籤中建立一個獨立的亂數產生器，當進行多個標籤讀取時，每個標籤的亂數產生器會各產生一組亂數，而此亂數會載入計數器並利用命令同時進行往下數的動作，直到哪個標籤先數到零，則讀取器就會跟此標籤進行讀取上的溝通

  18. 標籤與讀取器間之通訊協定（續） • UHF Class 1 Gen1 • 防碰撞 • Binary Tree Walking Protocol • 錯誤偵測 • CRC-16 • UHF Class 1 Gen2 • 防碰撞 • Query Tree Protocol (Q Protocol): Aloha-based • 讀取器對標籤發出查詢時，會送出此標籤ID最前面的位元，如果這個標籤的ID符合他所送出的資訊，此標籤才會做出回應，如果發生碰撞，讀取器會將送出的資料增加1個bit的長度直到沒有碰撞發生為止 • 錯誤偵測 • CRC-16

  19. 標籤與讀取器通訊時所使用的參數

  20. UHF Class 1 Gen1 vs. UHF Class 1 Gen2

  21. ISO

  22. 標準介紹 • 動物識別標準：ISO 11784、ISO 11785和ISO 14223 • 非接觸式智慧卡標準：ISO 10536、ISO 14443和ISO 15693 • 品項管理 (Item Management) 標準：ISO 18000、ISO 24710 • 其他相關的標準

  23. 動物識別標準 • ISO 11784 ：定義編碼結構 (Code Structure) • ISO 11785：定義技術概念 (Technical Concept) • 詢答器 (Transponder) 可設計成適合於所涉及動物的各種形式，如玻璃管狀、耳標或項圈等 • 一種長度在2毫米至數十毫米之間（視其讀取距離而定）的可注射之玻璃管造型的標籤被用來注射在像牛羊等動物的脂肪組織內，以利該動物的追蹤與管理，此晶片內儲存了64位元的唯讀識別碼，飛利浦所生產的HITAG 2和HITAG S詢答器晶片符合此標準

  24. ISO 11784定義了64位元的識別碼 動物識別標準（續）

  25. 動物識別標準（續） • ISO 11785定義了讀取器與標籤間的資料傳輸方式 • 全雙工 (Full Duplex, FDX) • 半雙工 (Half Duplex, HDX) • 序列式 (Sequential, SEQ)

  26. 動物識別標準（續） • ISO 14223：規範進階的標籤 (Advanced Transponders) • 規範使用於動物身上之RFID標籤的標準 • 為ISO 11784/11785的延伸 • 能直接讀取動物的資料而不需透過資料庫，例如可以讓接種資料直接儲存在標籤上 • 包含三個部分 • 第一部份：空中介面。定義連接到讀寫裝置硬體的主要介面參數，如程式類型與調變類型 • 第二部分：編碼與命令的結構 • 第三部分：應用

  27. 非接觸式智慧卡標準 • 非接觸式智慧卡 (Contactless Smart Card) • ISO 10536：近耦合卡 (Close Coupling Card) • ISO 14443：近傍型卡 (Proximity Card) • ISO 15693：近距型卡 (Vicinity Card) • 涵蓋項目 • 智慧卡的實際特性 • 智慧卡的測試方法 • 射頻介面和調變結構（OSI的實體層） • 初始化和防碰撞（OSI傳輸和資料鏈結層）傳輸協定、命令與資料結構

  28. 非接觸式智慧卡標準（續） • ISO 10536 • 此標準主要發展於1992到1995年間 • 這種卡的成本高，與接觸式IC卡相比優點很少，同時也因為ISO 14443與ISO 15693擁有更進階的技術，業者較少以此標準來開發產品，目前此一標準也沒有再發佈新的技術標準 • 允許標籤與讀取器之間在兩公分內使用電容耦合或感應耦合進行資料的存取 • 存在共鳴或無線電干擾的問題

  29. 非接觸式智慧卡標準（續） • ISO 14443由以下四部分所組成 • 實際的特性（2000/4/15發佈） • 射頻功率和訊號介面（20001/7/1發佈） • 初始化和防碰撞 (Anti-collision) 協定（2001/2/1發佈） • 讀取器和智慧卡之間的傳輸協定（2001/2/1發佈）

  30. 非接觸式智慧卡標準（續） • ISO 14443定義了下列的標準 • 智慧卡的尺寸大小：寬5.4公分，長8.56公分，厚0.076公分 • 智慧卡表面具有可印刷的特質 • 可抗應力、防紫外線與X光 • 易受周遭磁場的影響

  31. 非接觸式智慧卡標準（續） • ISO 14443射頻功率和訊號介面 • 非接觸式近傍型智慧卡 (Contactless Proximity Smart Cards) • 此標準描述了感應偶合功率傳輸的特性以及讀取器和智慧卡之間的通訊方式 • 讀取器使用一個13.56MHz±7KHz的操作頻率所產生的RF電磁場來傳輸功率給10公分以內的智慧卡當操作電源用 • 定義了Type A與Type B兩種通訊訊號介面（位元編碼方式） • 此標準設定了一個半雙工區塊傳輸協定以定義資料如何交換，此協定可提供相容產品間的互通性

  32. 非接觸式智慧卡標準（續） • ISO 14443射頻功率和訊號介面之特定術語 • ASK：幅移鍵控 (Amplitude-Shift Keying) • BPSK：二階相移鍵控 (Binary Phase-Shift Keying) • NRZ：不歸零編碼 (Non-Return to Zero)，一種訊號之編碼方式

  33. 非接觸式智慧卡標準（續） • ISO 14443 Type A (ISO 14443A) • 此標準規範最遠讀取距離在7~15 mm範圍內的標準，屬超短距離非接觸式RFID卡類 • 分成以下兩派 • Phillips及Infineon研製的Mifare • 提供快速的讀寫功能（使用13.56 MHz工作頻率） • 總容量達1 Kbytes • 具有卡片唯一識別碼（Unique Identifier; UID) 、安全管制、電子錢包功能 • Inside Contactless公司提供的PicoPass version A

  34. 非接觸式智慧卡標準（續） • ISO 14443 Type B (ISO 14443B) • 用途與ISO 14443A相似，但ISO 14443B比ISO 14443A有更多好處，包括調變的深度 (Modulation Depth) 只有10%、與一般微型處理器的基準一樣，溝通速度高達847 KHz、溝通碼無專利問題

  35. Type A 與Type B的比較 表：讀取器傳送給智慧卡時

  36. Type A 與Type B的比較（續） 表：智慧卡傳送給讀取器時

  37. 防碰撞 Type A 與Type B的比較（續）

  38. 非接觸式智慧卡標準（續） • ISO 15693 • 非接觸式近距型智慧卡 (Contactless Vicinity Smart Cards) • 智慧卡的尺寸大小為寬5.4公分、長8.56公分、厚0.076公分 • 讀取器使用一個13.56MHz±7KHz的操作頻率所產生的RF電磁場來傳輸功率給智慧卡當操作電源用 • 此標準規範最遠至1.5 m讀取距離之非觸式RFID卡類 • 在防止碰撞的方法上使用唯一識別碼和應用系列產品識別碼 (Application Family Identifier; AFI) • 如：門禁卡

  39. ISO 15693

  40. ISO 14443與ISO 15693比較 • 相同點 • 使用13.56MHz的操作頻率 • 對智慧卡讀寫的能力，允許使用者資訊被儲存在智慧卡的微晶片內且可隨時更新 • 具有讓業者可處理的安全功能，雖然目前並沒有一個標準的安全設定方式，但可使用常用的資料加密標準 • 支援智慧卡與讀取器之間的鑑定功能 • 可以讓代理商發展讀取器額外的安全能力，像是生物特徵 (Biometric) 讀取機 • 為了易於安裝系統，讀取器會提供不同的連結介面，包括一個與125KHz系統相容的Wiegand連結器或具有讀/寫能力的RS-232介面

  41. ISO 14443與ISO 15693比較（續） • 相同點（續） • 支援多個讀取器混合使用，以允許單一個讀取器具有多重的技術操作，讓已安裝票卡系統的使用者可以存取智慧卡序號或使用舊卡中已被定義資料格式的現有資訊，可以達到新、舊系統共存相容的目的，可以在不放棄就有存取系統的情況下轉移來使用非接觸式智慧卡技術 • 差異 • 兩者主要差異在於讀取距離、資料傳輸速率以及技術應用之擴展性和成熟度

  42. 表：ISO 14443與ISO 15693比較

  43. 品項管理標準 • ISO 18000：屬於品項管理之標準，主要運用於供應鏈的管理 • 物流系統無線通信技術的首項國際標準 • RFID標籤與讀取器間的溝通標準 • 範圍廣，包含六部分，涵蓋了不同的頻寬 • 如：Part 3涵蓋13.56MHZ，Part 6涵蓋UHF • 涵蓋所有類別的標籤，應用範圍廣 • 如：唯讀、可讀寫、一寫多讀

  44. 品項管理標準（續） • 18000-1 • 全球可接受頻率的Air Interface Communication（AIC）參數 • 18000-2 • 135KHz以下之AIC參數 • 短距離的讀取範圍 • 18000-3 • 13.56MHz之AIC參數 • 適合中型範圍，如貨架和倉箱 • 18000-4 • 2.45GHz之AIC參數 • 長距離的讀取範圍 • 18000-5 • 原本規定了5.8 GHZ之AIC參數，但在2003年1月成為否決之計畫書，不會成為國際標準。 • 18000-6 • 860~960MHz之AIC參數 • 18000-7 • 433MHz之AIC參數

  45. 品項管理標準（續） • 其中最重要的是18000-6之規定，因其規範之頻率860-960 MHz為物流管理 (Logistic Management) 之最佳選擇，已成為國際供應鏈 RFID應用技術的重要標準 • ISO 18000-6基本上是經由整合一些現有之RFID廠商產品規格、EAN-UCC所提出的Global TAG架構及有意參與人士之意見而訂出之規範；它是以可在世界上任何地方被使用為出發點，而且經整合後，現在全球主要五個大廠所生產的產品皆有相容性 • ISO 18000-6之標籤規格亦符合EPC的編碼架構，但ISO 18000-6標籤較EPC系統有更多的應用範圍

  46. 品項管理標準（續） • ISO 24710 • 符合18000系列的空中溝通介面規範 • 功能較為基本，因此建議標籤容量為64到256位元

  47. 標準總覽

  48. 其它應用所使用的標準 • 為了一些獨特的品項，所規範的各式物流容器或包裝識別 • ISO 17358－應用需求，包含階層式資料對映 (Hierarchical Data Mapping) • ISO 17363－貨物容器(棧板等)專用 • ISO 17364－可回收再利用運輸品項專用 • ISO 17365－運輸系統專用 • ISO 17366－產品包裝專用 • ISO 17367－美國國防部 (DoD) 專用產品標籤 • ISO 10374-2－RFID專用貨物容器識別專用 • ISO 15961：規範應用系統介面之相關資訊 • ISO 15962：規範資料編碼原則

  49. EPC與ISO的比較

  50. 其他推動標準的組織

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