旅游景区RFID系统协议一致性仿真研究

引 言

随着物联网技术的发展，RFID 技术被大量应用于各行各业，如旅游业星级酒店和景区中。客人可通过持有 RFID 标签卡通过景区门禁。RFID 系统具有远距离自动识别功能，通道门识别信息后将自动打开，否则自动报警，关闭门禁。不同厂家生产的 RFID 读写器和标签必须要保证产品通信协议的一致性与互用性，因此对标签协议进行测试非常必要，但若均采用实测方式，不仅费事费力，还浪费财物，基于此，文中提出了 RFID 协议一致性的联合仿真分析研究方案。在该方案中，RFID 测试仪基于 RF 收发器、FPGA 完成基带信号的处理，实时对RFID 标签收发的命令进行仿真和解调。根据合格的仿真结果，厂家能更好地研发基于旅游业的新型 RFID 产品，为智慧旅游发展提供保障，为景区客人提供更优质的服务。

1 RFID系统简介

RFID 技术起源于 20 世纪 40 年代的雷达改造技术，当时使用该项技术来分辨敌我双方的飞机。到了 21 世纪，RFID 技术被应用于各行各业，如旅游业、制造业等，其结构主要包括读写器、电子标签和计算机联网系统等，其中电子标签内部含有芯片，不仅储存的信息量大 [1-2]，信息处理速度快， 还可以避免外部环境的污染，安全性能好。读写器还可远距离识别标签，方便快捷。

2 RFID系统工作原理

RFID 系统采用射频识别技术完成对电子标签内信息的读取。

（1） 读写器的软件向读写器发出读写命令，通过天线向电子标签发射射频信号，建立特定的通信 ；

（2） 电子标签天线接收信号，该信号通过射频前端电路进入电子标签的控制部分，控制部分对数据流做各种逻辑处理[3-5] ；

（3） 电子标签通过天线把内部信号发射给读写器，读写器把信号传送给系统高层，读取识别信息，高层再对信息进行远距离传送。

3 RFID协议一致性仿真

RFID 利用读写器发射给标签的射频信号，通过标签反射回波信号，接收获取标签中储存的信息。其中，信息调制由标签芯片来完成，因此不同商家的 RFID 通信协议是否一致， 关系到信息的接收是否畅通。

3.1 RFID协议一致性工作原理

研究测试标签在全频段范围（860 ～ 960 MHz）响应射频信号，以及响应信号是否占用有限带宽。协议一致性仿真测试包括标签处理时间测试、标签内存数据结构测试、标签指令测试、标签状态机转换以及读卡器协议处理时间测试，分别从数据结构、协议处理准确性等方面进行研究，保障系统协议的一致性与高效性 [6-8]。同时设置标签与测试天线的距离为 3m，测试系统发射功率为 PHS，记录标签反射功率为 PI， 标签散射截面 RCS 的计算公式为 ：

式中 ：d表示天线标签的距离 ；Gr表示天线测试增益 ；λ表示载波波长 ；K表示修正因子。

3.2 协议一致性的测试方法

进入仿真软件环境，运用虚拟仪器，通用矢量信号发生器产生激励信号，矢量信号分析设备捕获和采集信号，依靠SSE 高性能开展汇编技术进行测试，在 X86 架构的 CPU 上完成 RFID 等射频技术和低功率无线移动网络的指标仿真分析和测量解分析 [9-10]。使用 RFID 仿真器和无线信道仿真器对RFID 的协议参数、非协议参数和指令控制等接口进行仿真分析，分析物理层与协议层，实现协议信号的产生和通信，同时还可以测得标签被激活的最小发送功率 EIRP（dBm）（灵敏度），再根据发送天线的距离 d，利用 Friis 公式算出标签前向最大激活距离 ：

式中 ：EIRP表示标签被激活的最小发送功率 ；d表示发送天线的距离。

系统具有完成读卡器仿真和标签仿真的双模功能。测试流程如图 1 所示。

3.3 协议一致性的仿真结果分析

针对某 5A 级景区门禁系统的 RFID 协议一致性进行仿真测试分析。信号工作于 UHF 频段，协议测试基于 ISO18000- 6C，将标签或者阅读器的命令解调，并仿真返回的比特流。将RFID 测量和仿真系统相结合来完成协议的一致性测试。使用FPGA 进行实时基带处理，在仿真标签阅读的同时完成物理层测量。标签协议一致性区域放大图如图 2 所示。根据标签返回波形和标签命令解析，可以分析得出读写器和标签的协议一致性已达标，满足使用要求。

4 结 语

使用本 RFID 产品协议一致性仿真测试方案，能够测试不同厂家的 RFID 协议一致性情况。本方案使用虚拟仪器，通过矢量信号发生器产生激励信号，由矢量信号分析设备捕获和采集信号，依靠 SSE 开展指标测试仿真，完成 RFID 等射频技术和低功率无线移动网络的指标仿真分析和测量分析。方便旅游业选择不同的 RFID 产品，并实现互通、互用，为游客提供高质量的服务奠定基础，为厂家研发 RFID 产品提供支撑保障，并能为物联网经济发展带来一定的帮助。