Спосіб обміну даними між зчитувальним пристроєм та радіомітками

Спосіб обміну даними між зчитувальним пристроєм (ЗП) та радіомітками в системі радіоідентифікації, який забезпечує правильну ідентифікацію кількох міток, які знаходяться в полі зчитувального пристрою, при цьому виявлення 3 37307 4 Таблиця 1 Правило кодування і модуляції сигналу мітки (4-позиційна ФІМ) Біти даних Проміжний код Сигнал кодера мітки b2 b1 u4 u3 u2 u1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 Випромінювання мітки 0 Процес кодування і модуляції сигналу мітки зручно подати в два етапи: 1. кожна пара біт даних (кодова група) CG = (b2b1)b (де (×)b - символ бінарного формату запису числа) перетворюється до 4-бітного проміжного коду МС = (u4 u3 u2 u1) b за правилом: МС = 2GG ; 2. біти МС надходять до кодера мітки в зворотному порядку u1, u2, u3, u4, кодер генерує сигнал з прямим кодом (NRZ-L) [2], який керує модулятором мітки. При вказаному способі модуляції випромінювання мітки сумарна тривалість пауз втричі більша ніж сумарна тривалість імпульсів. При використанні манчестерського коду сумарна тривалість пауз та імпульсів однакова. Отже, кількість випромінюваної міткою енергії при передачі тієї ж кількості інформації порівняно з прототипом зменшується вдвічі. При цьому тривалість передачі не змінюється. Кожна мітка (аналогічно прототипу) оснащена унікальним ідентифікатором (UID), що складається з 4-х 7-ми або 10-ти байт (одинарна, подвійна та потрійна довжина ідентифікатора). Відповідно для повного читання ідентифікатора необхідно використовувати 1, 2 або 3 каскадних рівні (див. Фіг. 1). UID використовується в процедурі антиколізії. В найближчому аналогу команди ANTICOLLISION та SELECTION (вибір) мають наступний формат. Перший байт команди позначається SEL і може набувати трьох можливих значень '93', '95' або '97', які визначають відповідно 1-ий, 2-ий або 3-ій каскадний рівень (запис 'хх' означає шістнадцятковий формат запису числа). Другий байт команди позначається NVB і визначає довжину та зміст команди. Якщо NVB = '20', то довжина команди 2 байта. Ця команда примушує всі мітки, які знаходяться в стані READY (готовність) передати у відповідь повний UID CLn (ідентифікатор каскадного рівня n). Позначимо цю команду АС-0. Якщо NVB = '70', то за цим байтом ЗП надсилає UID CLn вибраної мітки (5 байт, всього 7 байт) та приєднує код корекції помилок CRC_A. Мітка, чий UID CLn співпадає з надісланим, відгук ується кодом SAK (підтвердження вибору), інші мітки переходять в стан IDLE (очікування). Якщо поточний каскадний рівень для вибраної мітки останній, то вона переходить в стан ACTIVE (активний) і готова до виконання прикладних команд (після виконання яких переходить до стану HALT), цикл антиколізії завершується. Якщо для вибраної мітки даний каскадний рівень не являється останнім, то цикл антиколізії розпочинається заново на вищому каскадному рівні. Команда антиколізії при NVB = '70' має спеціальну назву SELECTION. При інших значеннях байту N VB за ним слідує частина UID CLn, яка на цей момент розпізнана правильно + один біт (як правило (1)b). Мітки, які знаходяться в стані READY і відповідають заданій частині UID CLn, передають до ЗП продовження свого UID CLn. Інші мітки, що були в стані READY переходять в стан IDLE. Позначимо цю команду АС-1. Формат команди АС-1 змінено порівняно з прототипом. Для цієї команди старші біти NVB мають значення b7=(0)b, b8=(1)b. Біти від b1 до b4 позначаємо NCG, їх значення дорівнює номеру кодової групи (пари біт) в UID CLn, в якій вирішується колізія. Біти b5 та b6 позначаємо CG, вони визначають значення вказаної в NCG кодової групи (див. табл. 2). При виконанні команди мітки, які знаходяться в стані READY і відповідають вказаній кодовій групі UID CLn, передають до ЗП свій повний UID CLn. Інші мітки, що були в стані READY переходять в стан IDLE. Отже, в зміненому протоколі команда антиколізії завжди складається із двох байт (за виключенням команди SELECTION). Тому загальна кількість інформації, що передається протягом одного кроку циклу антиколізії від ЗП до мітки і назад, залишається незмінною порівняно з прототипом. 5 37307 6 Таблиця 2 Правило кодування байта NVB b8 b7 b6 b5 Значення 0 0 1 0 AC-0 0 1 1 1 SELECTION 1 0 0 0 AC-1, CG=(00)b 1 0 0 1 AC-1, CG=(01)b 1 0 1 0 AC-1, CG=(10)b 1 0 1 1 AC-1, CG=(11)b b4 b3 b2 b1 Значення 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 NCG = '0' 0 0 0 1 NCG = '1' 0 0 0 0 1 1 0 1 NCG = '2' NCG = '3' … … … … … 1 1 1 1 NCG = 'F' Зміни в циклі антиколізії порівняно з прототипом стосуються кроків 6 та 7, які готують виконання зміненої команди антиколізії, що позначена нами АС-1. Інші кроки залишаються незмінними. Загалом змінений алгоритм циклу антиколізії наступний (див. Фіг. 2): 1. ЗП надає SEL значення, яке відповідає вибраному типу антиколізії та каскадному рівню. 2. ЗП надає NVB значення '20' (команда АС-0). 3. ЗП надсилає SEL та NVB. 4. Всі мітки в полі, які знаходяться в стані READY, надсилають свій UID CLn. 5. Якщо відповідає більше однієї мітки, то виникає колізія. Якщо колізії не виникає, то кроки з 6 по 10 пропускаються. 6. ЗП визначає позицію кодової групи, де виникло більше всього колізій (NCG), а також значення CG як один із допустимих кодів (як правило перший), що входить до колізії в кодовій групі з номером NCG. 7. ЗП формує значення NVB. 8. ЗП надсилає SEL та NVB. 9. Тільки ті мітки, які знаходяться в стані READY та в яких UID CLn містить відповідну кодову груп у надіслану ЗП, передають свій UID CLn. Інші мітки, що були в стані READY переходять в стан IDLE. 10. Якщо знову виникає колізія, то кроки з 6 по 9 повторюються. 11. Максимально можлива кількість повторень 32. 12. Якщо колізій більше не виникає, то ЗП надає NVB значення '70' (команда SELECTION). 13. ЗП надсилає SEL та NVB, за якими слідують 40 біт UID CLn, а за ними контрольна сума CRC_A. 14. Мітка з повністю відповідним UID CLn відповідає передачею SAK підтвердження вибору). 15. Якщо UID передано повністю, то мітка надсилає SAK з нульовим каскадним бітом та переходить із стану READ Y до стану ACTIVE. 16. ЗП перевіряє значення каскадного біта в SAK, якщо він одиничний, то розпочинається наступний цикл антиколізії із збільшеним каскадним рівнем. Зауважимо, що мітка має два пасивні стани HALT та IDLE, в яких вона не відповідає на команди антиколізії та прикладні команди. Одразу після ввімкнення мітка переходить до стану IDLE. Зі стану IDLE мітка переводиться до стану READY (в якому виконуються команди антиколізії) командами REQA (запит типу А) або WAKE-UP. При виконанні команди REQA мітки надсилають ATQA (відповідь на запит типу А). Зі стану HALT мітку можна вивести лише командою WAKE-UP. Після того, як мітка побувала в стані ACTIVE, вона переходить до стану HALT. Таким чином вона вибуває з процедури антиколізії та вибору (до надходження команди WAKE-UP). В результаті, повторюючи процедуру антиколізії та вибору (див. [1], Figure 6.8) до тих пір доки на команду REQA надходить хоча б один відгук ATQA, можна ідентифікувати та обробити всі мітки в полі ЗП. Кроки 5(10), 6 та 7 циклу антиколізії, розглянуті детально, полягають в наступних діях. На 5-му (та 10-му) кроці ЗП детектує та декодує відгук міток на команду антиколізії в проміж 7 37307 ному коді, а потім з проміжного коду в код UID CLn. Лише 4 з 16 можливих значень кодових груп проміжного коду є допустимими, тому при декодуванні UID CLn із проміжного коду можливі наступні випадки (див. Табл. 3): 1. Якщо поточна кодова група МС = (u4 u3 u2 u1)b є допустимою (містить одну одиницю), то вона декодується в кодову гр упу CG = МС = (b2 b1)b із 8 UID CLn, код помилки встановлюється рівним (0 0)b. 2. Якщо МС =(0 0 0 0)b, то код помилки дорівнює (1 0)b, параметр помилки встановлюється рівним (0 0)b. 3. Якщо МС містить більше однієї одиниці, то код помилки дорівнює (01)b, кількість наднормативних одиниць у кодовій групі МС підраховується і запам'ятовується як параметр помилки. Таблиця 3 Правило декодування зчитувальним пристроєм кодових гр уп проміжного коду надісланого мітками UID CLn Кодова група МС Кодова група CG (парам. помилки) b2 b1 u4 u3 u2 u1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 Код помилки e2 e1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 На наступному етапі відбувається аналіз кодів помилок. 1. Якщо всі коди помилок по завершенню декодування нульові, то це означає, що колізій не виникло (перехід до кроку 11). 2. Якщо деякий код помилки дорівнює (1 0)b, то приймається рішення про помилку прийомупередачі і відбувається повтор останньої команди. 3. Якщо існують помилки з кодом (0 1)b, то виникла колізія (перехід до кроку 6). На 6-му кроці визначається номер помилкової кодової групи для якої параметр помилки максимальний. Цей номер визначає значення параметра NCG в наступній команді антиколізії. На 7-му кроці розглядається кодова група проміжного коду МС з номером NCG та визначається один із допустимих проміжних кодів VMC (як правило перший), що відповідає даній колізії. Наприклад: МС=(0101)b®VМС=(0001)b, МС=(1110)b ® VМС = (0010)b. Після чого VMC декодується в двобітну кодову гр уп у CG. На базі отриманих значень NCG та CG формується байт NVB за правилом, що описано в Табл. 2. В Табл. 5 наведено приклад сеансу зв'язку, який завершується повною ідентифікацією та обробкою міток, перші дві кодові групи UID яких вміщено в Табл. 4. 9 37307 10 Таблиця 4 UID міток в полі ЗП № UID … UID в проміжному коді CG1 CG0 … МС1 МС0 … b4 b3 b2 b1 … u4 u3 u2 u1 u4 u3 u2 u1 1 … 1 0 1 1 … 0 1 0 0 1 0 0 0 2 … 1 0 0 1 … 0 1 0 0 0 0 1 0 3 … 0 1 1 0 … 0 0 1 0 0 1 0 0 4 … 0 1 0 0 … 0 0 1 0 0 0 0 1 5 ... 0 0 1 0 … 0 0 0 1 0 1 0 0 При цьому використано такі позначення та скорочення: 1. SEL (№к) - команда SELECTION з передачею UID мітки №к; 2. AC-1 ('NCG', (VMC)b) - команда АС-1 із вказаними параметрами; 3. SAK (№к) - код підтвердження вибору мітки №k; 4. Пр. ком. - серія прикладних команд; 5. I, R, A, H - перші літери найменування станів мітки IDLE, READY, ACTIVE та H ALT. Таблиця 5 Приклад сеансу зв’язку Крок Команда ЗП Номера міток, які передають Відповідь Стан міток по завершенню команди №1 №2 №3 №4 №5 ...0111 1111 І R І R І R І R І R 0 1 Увімкнення REQA, AC-0 2 3 AC-1 ('0', (0001)b) 4 SEL (№4), Пр. ком. 4 ...0010 0001 SAK(№4) І І І І І І R А,Н І І 4 REQA, AC-0 ...0111 1110 R R R Н R 5 6 АС-1 ('0', (0010)b) 2 SEL (№2), Пр. ком. 2 ...0100 0010 SAK(№2) І І R А,Н І І Н Н І І 7 8 REQA, AC-0 АС-1 ('1', (0001)b) ...0111 1100 ...0001 0100 R І Н Н R І Н Н R R 9 1,2,3,4,5 1,2,3,5 1,3,5 5 SEL (№5), Пр. ком. 5 SAK(№5) І Н І Н А,Н 10 11 REQA, АС-0 АС-1('0',(0100)b) ...0110 1100 ...0010 0100 R І Н Н R R Н Н Н Н 12 SEL (№5), Пр. ком. 3 SAK(№3) І Н А,Н Н Н 13 14 REQA, АС-0 1 SEL (№1), Пр. ком. 1 ...0100 1000 SAK(№1l) R Н Н Н Н Н Н Н Н Н 15 REQA, Закінчення 1,3 3 Можна показати, що при використанні стандартизованого протоколу антиколізії необхідна кількість команд АС-1 дорівнюватиме 6-ти замість 4-х як у даному випадку. Моделювання процедури антиколізії за допомогою імітаційної обчислювальної моделі показало, що необхідна для повної ідентифікації міток в полі ЗП кількість команд АС-1 зменшується порівняно з прототипом в середньому на 25%. Отже, використання даного способу дозволить суттєво скоротити тривалість сеансу зв'язку між зчитувальним пристроєм та мітками та зменшити енерговитрати мітки. Джерела інформації: 11 37307 1. Міжнародний стандарт ISO/IEC 14443-3 тип А. 2. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Изд. 2-е, 12 испр.: Пер. с англ. - М.: Издательский дом "Вильяме", 2004.-1104 с. 13 Комп’ютерна в ерстка І.Скворцов а 37307 Підписне 14 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601