RFID的防衝突機制

rfid讀寫器正常情況下乙個時間點只能對磁場中的一張rfid卡進行讀或寫操作，但是實際應用中經常有當多張卡片同時進入讀寫器的射頻場，讀寫器怎麼處理呢?讀寫器需要選出特定的一張卡片進行讀或寫操作，這就是標籤防碰撞。

防碰撞機制是rfid技術中特有的問題。在接觸式ic卡的操作中是不存在衝突的，因為接觸式智慧卡的讀寫器有乙個專門的卡座，而且乙個卡座只能插一張卡片，不存在讀寫器同時面對兩張以上卡片的問題。常見的非接觸式rfid卡中的防衝突機制主要有以下幾種：

1、面向位元的防衝突機制

高頻的iso14443a使用這種防衝突機制，其原理是基於卡片有乙個全球唯一的序列號。比如mifare1卡，每張卡片有乙個全球唯一的32位二進位制序列號。顯而易見，卡號的每一位上不是「1」就是「0」，而且由於是全世界唯一，所以任何兩張卡片的序列號總有一位的值是不一樣的，也就說總存在某一位，一張卡片上是「0」，而另一張卡片上是「1」。

當兩張以上卡片同時進入射頻場，讀寫器向射頻場發出卡呼叫命令，問射頻場中有沒有卡片。這些卡片同時回答「有卡片」;

然後讀寫器傳送防衝突命令「把你們的卡號告訴我」，收到命令後所有卡片同時回送自己的卡號。

可能這些卡片卡號的前幾位都是一樣的。比如前四位都是1010，第五位上有一張卡片是「0」而其他卡片是「1」，於是所有卡片在一起說自己的第五位卡號的時候，由於有卡片說「0」，有卡片說「1」，讀寫器聽出來發生了衝突。

讀寫器檢測到衝突後，對射頻場中的卡片說，讓卡號前四位是「1010」，第五位是「1」的卡片繼續說自己的卡號，其他的卡片不要發言了。

結果第五位是「1」的卡片繼續發言，可能第五位是「1」的卡片不止一張，於是在這些卡片回送卡號的過程中又發生了衝突，讀寫器仍然用上面的辦法讓衝突位是「1」的卡片繼續發言，其他卡片禁止發言，最終經過多次的防衝突迴圈，當只剩下一張卡片的時候，就沒有衝突了，最後勝出的卡片把自己完整的卡號回送給讀寫器，讀寫器發出卡選擇命令，這張卡片就被選中了，而其他卡片只有等待下次卡呼叫時才能再次參與防衝突過程。

上述防衝突過程中，當衝突發生時，讀寫器總是選擇衝突位為「1」的卡片勝出，當然也可以指定衝突位為「0」的卡片勝出。

上述過程有點擬人化了，實際情況下讀寫器是怎麼知道發生衝突了呢?在前面的資料編碼中我們已經提到，卡片向讀寫器傳送命令使用副載波調製的曼側斯特(manchester)碼，副載波調製碼元的右半部分表示資料「0」，副載波調製碼元的左半部分表示資料「1」，當發生衝突時，由於同時有卡片回送「0」和「1」，導致整個碼元都有副載波調製，讀寫器收到這樣的碼元，就知道發生衝突了。

這種方法可以保證任何情況下都能選出一張卡片，即使把全世界同型別的所有卡片都拿來防衝突，最多經過32個防衝突迴圈就能選出一張卡片。缺點是由於卡序列號全世界唯一，而卡號的長度是固定的，所以某一型別的卡片的生產數量也是一定的，比如常見的mifare1卡，由於只有4個位元組的卡序列號，所以其生產數量最多為2的32次方，即4294967296張。

2、面向時隙的防衝突機制

iso14443b中使用這種防衝突機制。這裡的時隙(timeslot)其實就是個序號。這個序號的取值範圍由讀寫器指定，可能的範圍有1-1、1-2、1-4、1-8、1-16。當兩張以上卡片同時進入射頻場，讀寫器向射頻場發出卡呼叫命令，命令中指定了時隙的範圍，讓卡片在這個指定的範圍內隨機選擇乙個數作為自己的臨時識別號。然後讀寫器從1開始叫號，如果叫到某個號恰好只有一張卡片選擇了這個號，則這張卡片被選中勝出。如果叫到的號沒有卡片應答或者有多於一張卡片應答，則繼續向下叫號。如果取值範圍內的所有號都叫了一遍還沒有選出一張卡片，則重新讓卡片隨機選擇臨時識別號，直到叫出一張卡片為止。

這種辦法不要求卡片有乙個全球唯一序列號，所以卡片的生產數量沒有限制，但是理論上存在一種可能，就是永遠也選不出一張卡片來。

felica採用的也是這種機制。

3、位和時隙相結合的防衝突機制

iso15693中使用這種機制。一方面每張卡片有乙個7位元組的全球唯一序列號，另一方面讀寫器在防衝突的過程中也使用時隙叫號的方式，不過這裡的號不是卡片隨機選擇的，而是卡片唯一序列號的一部分。

叫號的數值範圍分為0-1和0-15兩種。其大體過程是，當有多張卡片進入射頻場，讀寫器發出清點請求命令，假如指定卡片的叫號範圍是0-15，則卡片序列號最低4位為0000的卡片回送自己的7位元組序列號。如果沒有衝突，卡片的序列號就被登記在pcd中。然後讀寫器傳送乙個幀結束標誌，表示讓卡片序列號最低4位為0001的卡片作出應答;之後讀寫器每傳送乙個幀結束標誌，表示序列號的最低4位加1，直到最低4位為1111的卡片被要求應答。如果此過程中某乙個卡片回送序列號時沒有發生衝突，讀寫器就可選擇此張卡片;如果巡檢過程中沒有卡片反應，表示射頻場中沒有卡片;如果有卡片反應的時隙發生了衝突，比如最低4位是1010的卡片回送卡號時發生了衝突，則讀寫器在下一次防衝突迴圈中指定只有最低4位是1010的卡片參與防衝突，然後用卡片的5-8位作為時隙，重複前面的巡檢。如果被叫卡片的5-8位時隙也相同，之後再用卡片的9-12位作為時隙，重複前面的巡檢，依次類推。讀寫器可以從低位起指定任意位數的序列號，讓卡號低位和指定的低位序列號相同的卡片參與防衝突迴圈，卡片用指定號前面的一位或4位作為時隙對讀寫器的叫號作出應答。由於卡片的序列號全球唯一，所以任何兩張卡片總有某個連續的4位二進位制數不一樣，因而總能選出一張卡片。需要指出的是，當選定的時隙數為1時，這種防衝突機制等同於面向位元的防衝突機制。

rfid工作原理圖

另外需要說明的是，ttf(tag talk first)的卡片一般是無法防衝突的。這種卡片一進入射頻場就主動傳送自己的識別號，當有多張卡片同時進入射頻場時就會發生不讀卡的現象。這時只有靠卡片的持有者自己去避免衝突了。

RFID的防衝突機制

非接觸式RFID卡中的防衝突機制

RFID學些（五）防衝突

IoT NFC 之選卡防衝突機制

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