射頻識別系統模型[摘要
]射頻識別系統工作過程中，空間傳輸通道中發生的過程可歸結為三種事件模型，本文以此三種事件模型的描述來介紹射頻識別系統的典型工作方式與工作流程。
射頻標籤（射頻標籤）與閱讀器（讀寫器）之間通過兩者的天線架起空間電磁波傳輸的通道。
細分射頻標籤與閱讀器之間的電磁耦合，包含兩種情況：即近距離的電感耦合與遠距離的電磁耦合。在電感耦合方式中，閱讀器一方的天線相當於變壓器的初級線圈，射頻標籤一方的天線相當於變壓器的次級，因而也稱電感耦合方式為變壓器方式。電感耦合方式的耦合中介是空間磁場，耦合磁場在閱讀器線圈初級與射頻標籤線圈次級之間溝成閉合迴路。電感耦合方式是低頻近距離無接觸射頻識別系統的一般耦合原理。在電磁耦合方式中，閱讀器的天線將閱讀器產生的讀寫射頻能量以電磁波的方式傳送到定向的空間範圍內，形成閱讀器的有效閱讀區域，位於閱讀器有效閱讀區域中的射頻標籤從閱讀器天線發出的電磁場中提取工作電源，並通過射頻標籤的內部電路及標籤天線將標籤記憶體的資料資訊傳送到閱讀器。電磁耦合與電感耦合的差別在於電磁耦合方式中閱讀器將射頻能量以電磁波的形式傳送出去；在電感耦合方式中，閱讀器將射頻能量束縛在閱讀器電感線圈的周圍，通過交變閉合的線圈磁場，溝通閱讀器線圈與射頻標籤線圈之間的射頻通道，沒有向空間輻射電磁能量。
射頻識別系統工作過程中，空間傳輸通道中發生的過程可歸結為三種事件模型：（1
）資料交換是目的；（2
）時序是資料交換的實現方式；（3
）能量是時序得以實現的基礎。
下面以此三種事件模型的描述來介紹射頻識別系統的典型工作方式與工作流程。
1、能量
閱讀器向射頻標籤供給射頻能量。對於無源射頻標籤來說，其工作所需的能量即由該射頻能量中取得（一般由整流方法將射頻能量轉變為直流電源存在標籤中電容器裡）；對於（半）有源射頻標籤來說，該射頻能量的到來起到了喚醒標籤轉入工作狀態的作用。完全有源射頻標籤一般不利用閱讀器發出的射頻能量，因而閱讀器可以較小的能量發射取得較遠的通訊距離。移動通訊中的基站與移動臺之間的通訊方式可歸入該類模式。
2、時序
對於雙向系統（閱讀器向射頻標籤傳送命令與資料、射頻標籤向閱讀器返回所存貯的資料）來說，閱讀器一般處於主動狀態，即閱讀器發出詢問後，射頻標籤予以應答，稱這種方式為閱讀器先講方式。另外一種情況是射頻標籤先講方式，即射頻標籤滿足工作條件後，首先自報家門，閱讀器根據射頻標籤的自報家門，進行記錄或進一步發出一些詢問資訊與射頻標籤構成乙個完整對話達成閱讀器對射頻標籤進行識別的目的。
射頻識別系統應用中根據閱讀器讀寫區域中允許出現單個射頻標籤或多個射頻標籤的不同，將射頻識別系統稱為單標籤識別系統，或簡稱為射頻識別系統，與多標籤識別系統。在閱讀器的閱讀範圍內有多個標籤時，對於具有多標籤識讀功能的射頻識別系統來說，一般情況下，閱讀器處於主動狀態，即閱讀器先講方式。閱讀器通過發出一系列的隔離指令，使得讀出範圍內的多個射頻標籤逐一或逐批地被隔離（令其睡眠）出去，最後保留乙個處於活動狀態的標籤與閱讀器建立無衝撞的通訊。通訊結束後將當前活動標籤置為第三態（可稱其為休眠狀態，只有通過重新上電，或特殊命令，才能解除休眠），進一步由閱讀器對被隔離（睡眠）的標籤發出喚醒命令喚醒一批（或全部）被隔離的標籤，使其進入活動狀態，再進一步隔離，選出乙個標籤通訊。如此重複，閱讀器可讀出閱讀區域內的多個射頻標籤資訊，也可以實現對多個標籤分別寫入指定的資料。
實現多標籤的讀取，現實應用中也有採用標籤先講方式的應用。多標籤讀寫問題是射頻識別技術及應用中面臨的乙個較為複雜的問題，目前已有多種實用方法解決這一問題。解決方案的評價依據，一般考慮以下三個因素：（1
）多標籤讀取時待讀標籤的數目；（2
）單位時間內識別標籤數目的概率分布；（3
）標籤數目與單位時間內識讀標籤數目概率分布的聯合評估。
理論分析表明，現有的方法都有一定的適用範圍，需根據具體應用情況，結合上述三點因素對多標籤讀取方案給出合理評價，選出適合具體應用的方案。多標籤讀取方案涉及到射頻標籤與閱讀器之間的協議配合，一旦選定，不易更改。
對於無多標籤識讀功能的射頻識別系統來說，當閱讀器的讀寫區域內同時出現多個標籤時，由於多標籤同時響應閱讀器發出的詢問指令，會造成閱讀器接收資訊相互衝突而無從讀取標籤資訊，典型情況是乙個標籤資訊也讀不出來。
3、資料傳輸
射頻識別系統所完成的功能可歸結為資料獲取的乙個便利手段，因而國外也有將其歸為自動收集資料
adc（
automatic data capture
）技術範疇。射頻識別系統中的資料交換包含兩個方面的含義：（1
）從閱讀器向射頻標籤方向的資料交換；（2
）從射頻標籤到閱讀器方向的資料交換。
根據具體實現系統的不同，以及理解層面的不同，上述兩個方面的含義會有不同的理解和解釋，下面分別給予簡單討論。
3.1.
從閱讀器向射頻標籤方向的資料交換
從射頻識別系統實現過程中的純技術層面來說，如果將注意力放在射頻標籤中存貯資訊的注入方式來說，閱讀器向射頻標籤方向的資料交換可分為兩種情況，即有線寫入方式和無線寫入方式。具體採用何種方式，需結合應用系統需求、代價，技術實現的難易程度等因素來定。
在有線寫入方式下，閱讀器的作用是向射頻標籤（中的存貯單元）寫入資料資訊。閱讀器更多地被稱為程式設計器。根據射頻標籤存貯單元及程式設計寫入控制電路的設計情況，寫入可以是一次性寫入不能修改，也可以是允許有線多次改寫的情形。另外一種寫入情形是，在絕大多數通用射頻識別系統應用中，每個射頻標籤要求具有唯一的標識。這種唯一的標識被稱為射頻標籤的
id號，通常在標籤出廠時已被固化在射頻標籤內，使用者無法修改。
id號的固化過程可以在射頻標籤晶元生產過程中完成，也可以在射頻標籤應用指定後的初始化過程中完成。無論在何時完成，都是以有線（解觸）方式實現
id號的寫入。
對於聲表面波
saw射頻標籤以及其它無晶元射頻標籤來說，一般均在標籤製造過程中將標籤
id號固化到標籤記憶體中。
無線寫入方式是射頻識別系統中閱讀器向射頻標籤方向資料交換的另外一種情況。根據射頻識別系統實現技術方面的一些原因，一般情況下應盡可能地不要採用無線寫入方式，尤其是在射頻識別系統工作過程中。這種建議的主要原因有以下幾點：（1
）具有無線寫入功能的射頻識別系統屬於相對複雜的系統，能夠採用簡單系統解決應用問題即採用簡單系統是一般的工程設計原理。其背後隱含著簡單系統較複雜系統成本更低、可靠性更高、培訓、維護成本更低。（2
）採用積體電路晶元的射頻標籤寫入資訊要求的能量比讀出資訊要求的能量要大得多，可以
10倍的量級進行估算。這就造成射頻標籤無線寫入過程花費的時間要比從中讀取等量資料資訊花費的時間要長許多。（3
）無線寫入後一般均應對寫入結果進行檢驗，檢驗的過程是乙個讀取過程，因而造成寫入過程所需時間進一步增加。（4
）寫入過程花費時間的增加非常不利於射頻識別在鑑別高速移動物體方面的應用。這很容易理解，閱讀器與射頻標籤之間經空間傳輸通道交換資料過程中，資料是一位一位排隊序列進行的，其排隊行進的速度由射頻識別系統設計時決定。將射頻標籤看作資料資訊的載體，資料資訊總是以一定長度的資料位組成，因而讀取或寫入這些資料資訊位要花費一定的時間。移動物體運動的速度越高，通過閱讀區域所花費的時間就越少。當有無線寫入要求時，必將限制物體的運動速度以保證有足夠的時間用於寫入資訊。（5
）無線寫入過程面臨著射頻標籤資訊的安全隱患。由於寫入通道處於空間暴露狀態，這給蓄謀攻擊者提供了改寫標籤內容的機會。
另一方面，如果將注意力放在閱讀器向射頻標籤是否傳送命令方面，也可分為兩種情況，即射頻標籤只接受能量激勵和既接受能量激勵也接受閱讀器**命令。
射頻標籤只接受能量激勵的系統屬於較簡單的射頻識別系統。這種射頻識別系統一般不具備多標籤識別能力。射頻標籤在其工作頻帶內的射頻能量激勵下，被喚醒或上電，同時將標籤存貯的資訊反射出來。目前在用的鐵路車號識別系統即採用這種方式工作。
同時接受能量激勵和閱讀器**命令的系統屬於複雜射頻識別系統。射頻標籤接受閱讀器的指令無外乎是為了做兩件事，即無線寫入和多標籤讀取。
3.2.
從射頻標籤向閱讀器方向的資料交換（1
）射頻標籤收到閱讀器傳送的射頻能量時，即被喚醒並向閱讀器反射標籤存貯的資料資訊；（2
）射頻標籤受到閱讀器傳送的射頻能量被激勵後，根據接收到的閱讀器的指令情況轉入傳送資料狀態或"睡眠
/休眠"狀態。
從工作原理上來說，第一種工作方式屬單向通訊，第二種工作方式為半雙工雙向通訊。
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