在有源RFID系統(tǒng)中，可靠通信是最重要的一個環(huán)節(jié)，幾乎左右了整個系統(tǒng)的性能。這里分別從幀標識替換算法，數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)、防沖突處理和重傳機制等4個方面對數(shù)據(jù)可靠通信進行了研究。

2．1 幀標識替換算法

在通信協(xié)議中采用Ox76（0x表示16進制計數(shù)）作為幀標識符。為了保證幀標識符的惟一性，對幀內(nèi)容中的Ox76采用了替代算法，使幀中的內(nèi)容不再出現(xiàn)Ox76，解決了接收端的同步問題，亦可提高接收的可靠性。如果發(fā)送的數(shù)據(jù)為0x76，則用Ox77，Ox77兩個字節(jié)替代；如果發(fā)送的數(shù)據(jù)為Ox77，則用Ox77，0x78兩個字節(jié)替代。算法流程如圖2所示。

2．2 數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)

讀寫器對標簽的操作為讀／寫，電子標簽器件內(nèi)建有MCU和FLASH，可以存儲比較復雜的程序，并由程序控制標簽工作。為了加強有源RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡單性和高效性，對指令格式進行規(guī)格化，對數(shù)據(jù)幀格式的設計亦采用簡單和固定的規(guī)格，以提高通信效率。

在通信時，數(shù)據(jù)的幀格式如下：

引導區(qū)包含導言、同步字，在信道特性較好的場合，為提高識別速度，可設定16位的導言與16位的同步字。校驗區(qū)通過CRC算法進行校驗，引導區(qū)和校驗區(qū)由CC2510硬件自動添加，在接收時由硬件自動去除。該設計中，地址區(qū)用于電子標簽的識別，命令區(qū)中的命令用于完成數(shù)據(jù)查詢功能或完成標簽信息的生成。數(shù)據(jù)區(qū)用于數(shù)據(jù)凈荷存儲。在發(fā)送模式下，地址區(qū)、命令區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)被送入RAM中的緩存區(qū)進行相應的打包操作，CC2510添加4字節(jié)的導言和同步字，加入CRC校驗并發(fā)送出去。在接收模式時，包處理支持將會分解數(shù)據(jù)包，即首先進行同步字檢測，接著檢測地址、進行數(shù)據(jù)長度匹配并計算和檢查CRC，最后將操作命令和數(shù)據(jù)凈荷提交上層進行處理，從而完成1次發(fā)送和接收交互。

2．3 防沖突處理

有源RFID系統(tǒng)實現(xiàn)的重點是防碰撞算法的實現(xiàn)。目前。這類算法的實現(xiàn)方法有空分多址（SDMA）、頻分多址（FDMA）、碼分多址（CDMA）和時分多址（TD-MA）等。該設計方案中采用ETSI 302 208標準中基于載波偵聽（CSMA）的方法。CSMA是一種分布式介質(zhì)訪問控制協(xié)議，在讀寫器覆蓋范圍內(nèi)，各有源電子標簽都能獨立地決定數(shù)據(jù)幀的發(fā)送和接受。

每個有源電子標簽在發(fā)送數(shù)據(jù)幀之前，首先要進行載波監(jiān)聽，只有介質(zhì)空閑時，才允許發(fā)送幀，與FDMA和TDMA相比，能更好地利用資源。因為這種通信方式在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，一直在檢測空氣中是否存在相同頻率的載波，如果有相同頻率的載波，就不發(fā)送數(shù)據(jù)；如果空氣中沒有相同頻率的載波，則表明現(xiàn)在的空間資源沒有被占用，可以發(fā)送數(shù)據(jù)。這樣，不僅提高了空間資源的利用效率，同時也提高了通信的可靠性。

利用CC2510支持傳輸前自動清理信道訪問（CCA）的功能，實現(xiàn)CSMA。電子標簽初始化完成后，程序進入主循環(huán)程序。電子標簽開始載波監(jiān)聽，當CCA不為1時，表示空氣中沒有相同的載波數(shù)據(jù)時便發(fā)送相應的數(shù)據(jù)，各個電子標簽采用競爭的方式發(fā)送。CSMA發(fā)送流程圖如圖3所示。

2．4 重傳機制

重傳機制主要采用ACK（acknowledge）方式，即發(fā)送方為發(fā)送的每一數(shù)據(jù)包設置緩存和相應的重發(fā)定時器，若在定時器超時之前收到來自目的節(jié)點對此數(shù)據(jù)包的ACK控制包，則認為此數(shù)據(jù)包已經(jīng)成功地傳送。此時，取消對該數(shù)據(jù)包的緩存和定時，否則，將重發(fā)此數(shù)據(jù)包，并重新設置定時器。對于每個數(shù)據(jù)包，接收方都需要反饋ACK。

重傳機制主要由以下功能函數(shù)實現(xiàn)。Init（）函數(shù)用于設備初始化，設置DMA、時鐘等；Send（）函數(shù)用于發(fā)送數(shù)據(jù)包；ackTimeolJt（）函數(shù)用于沒有在規(guī)定時間內(nèi)收到ACK，而重發(fā)數(shù)據(jù)包；waitForAck（）函數(shù)用于等待接受ACK，既定時間內(nèi)，收到ACK標示為T，反之標示為F；aekReceived（）函數(shù)用于收到ACK，取消重傳；Receive（）函數(shù)用于接收規(guī)定格式的數(shù)據(jù)包；dataCheck（）函數(shù)用于檢測數(shù)據(jù)的完整和可靠；sendAck（）函數(shù)用于送ACK反饋給發(fā)送方。重傳機制程序流程圖如圖4所示。

3 測試結(jié)果

在實際環(huán)境中，對有源RFID系統(tǒng)的讀寫器和有源電子標簽進行讀／寫測試，調(diào)制方式為MSK，數(shù)據(jù)傳輸率60 Kb／s，濾波帶寬540 kHz。分別在不同距離上放置10個有源電子標簽進行20O B收發(fā)操作。讀寫器的識讀結(jié)果如表1和表2所示。

從以上數(shù)據(jù)可以看出：

（1）在25 m可視距離內(nèi)系統(tǒng)識別效果良好；

（2）加入可靠通信機制后，在可視通信距離60 m內(nèi)，標簽與讀寫器之間的協(xié)議識別效果良好；隨著通信距離的加大。在70 m處標簽與讀寫器正常通信信號中CRC校驗出錯增多，但仍可識別大多數(shù)標簽；

（3）遇到障礙物的時候，通信距離迅速減少，丟包率和CRC校驗錯誤數(shù)增多。

4 結(jié)語

有源RFID技術(shù)與無源RFID技術(shù)相比，在技術(shù)上的優(yōu)勢非常明顯，具有通信距離長，傳輸數(shù)據(jù)量大，低發(fā)射功率等特點。有源RFID系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的可靠傳輸是最為重要的部分。本文為有源RFID系統(tǒng)的可靠傳輸提出了一種解決思路，較好地處理了這一問題。未來有源RFID技術(shù)不僅會在各行業(yè)中被廣泛采用，而且還將會與傳感器網(wǎng)絡（wSN）等普通計算機技術(shù)相結(jié)合，這將對信息化社會產(chǎn)生深遠影響。