在有源RFID系統中，可靠通信是最重要的一個環節，幾乎左右了整個系統的性能。這里分別從幀標識替換算法，數據幀結構、防沖突處理和重傳機制等4個方面對數據可靠通信進行了研究。

2．1 幀標識替換算法

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

2．2 數據幀結構

讀寫器對標簽的操作為讀／寫，電子標簽器件內建有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系統結構的簡單性和高效性，對指令格式進行規格化，對數據幀格式的設計亦采用簡單和固定的規格，以提高通信效率。

在通信時，數據的幀格式如下：

引導區包含導言、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。校驗區通過CRC算法進行校驗，引導區和校驗區由CC2510硬件自動添加，在接收時由硬件自動去除。該設計中，地址區用于電子標簽的識別，命令區中的命令用于完成數據查詢功能或完成標簽信息的生成。數據區用于數據凈荷存儲。在發送模式下，地址區、命令區和數據區的數據被送入RAM中的緩存區進行相應的打包操作，CC2510添加4字節的導言和同步字，加入CRC校驗并發送出去。在接收模式時，包處理支持將會分解數據包，即首先進行同步字檢測，接著檢測地址、進行數據長度匹配并計算和檢查CRC，最后將操作命令和數據凈荷提交上層進行處理，從而完成1次發送和接收交互。

2．3 防沖突處理

有源RFID系統實現的重點是防碰撞算法的實現。目前。這類算法的實現方法有空分多址（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是一種分布式介質訪問控制協議，在讀寫器覆蓋范圍內，各有源電子標簽都能獨立地決定數據幀的發送和接受。

每個有源電子標簽在發送數據幀之前，首先要進行載波監聽，只有介質空閑時，才允許發送幀，與FDMA和TDMA相比，能更好地利用資源。因為這種通信方式在發送數據之前，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，就不發送數據；如果空氣中沒有相同頻率的載波，則表明現在的空間資源沒有被占用，可以發送數據。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CSMA。電子標簽初始化完成后，程序進入主循環程序。電子標簽開始載波監聽，當CCA不為1時，表示空氣中沒有相同的載波數據時便發送相應的數據，各個電子標簽采用競爭的方式發送。CSMA發送流程圖如圖3所示。

2．4 重傳機制

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

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

3 測試結果

在實際環境中，對有源RFID系統的讀寫器和有源電子標簽進行讀／寫測試，調制方式為MSK，數據傳輸率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收發操作。讀寫器的識讀結果如表1和表2所示。

從以上數據可以看出：

（1）在25 m可視距離內系統識別效果良好；

（2）加入可靠通信機制后，在可視通信距離60 m內，標簽與讀寫器之間的協議識別效果良好；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校驗錯誤數增多。

4 結語

有源RFID技術與無源RFID技術相比，在技術上的優勢非常明顯，具有通信距離長，傳輸數據量大，低發射功率等特點。有源RFID系統中數據的可靠傳輸是最為重要的部分。本文為有源RFID系統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技術不僅會在各行業中被廣泛采用，而且還將會與傳感器網絡（wSN）等普通計算機技術相結合，這將對信息化社會產生深遠影響。