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第1篇 物联网RFID系统架构1

第1章 物联网与RFID技术2

1.1 物联网起源于射频识别（RFID）领域2

1.1.1 物联网和RFID的概念2

1.1.2 RFID的发展历程3

1.1.3 物联网的历史与未来5

1.2 RFID是一种自动识别技术7

1.2.1 自动识别技术的概念7

1.2.2 自动识别技术的分类7

1.2.3 条码识别技术8

1.2.4 磁卡识别技术10

1.2.5 IC卡识别技术10

1.2.6 RFID技术11

1.3 物联网RFID的应用领域和应用前景12

1.3.1 物联网RFID的应用领域12

1.3.2 物联网RFID的应用前景13

1.4 本章小结14

1.5 思考与练习14

第2章 RFID系统的基本构成15

2.1 RFID系统概述15

2.1.1 RFID系统的基本组成15

2.1.2 RFID系统的“主-从”原则16

2.1.3 RFID系统的技术流程17

2.1.4 RFID系统的分类方法17

2.2 电子标签21

2.2.1 电子标签的基本组成21

2.2.2 电子标签的结构形式22

2.2.3 电子标签的工作频段和功能特点25

2.2.4 电子标签的技术参数28

2.2.5 电子标签的封装30

2.2.6 电子标签的发展趋势30

2.3 读写器32

2.3.1 读写器的基本组成32

2.3.2 读写器的结构形式32

2.3.3 读写器的工作特点34

2.3.4 读写器的技术参数35

2.3.5 读写器的发展趋势35

2.4 系统高层36

2.5 本章小结36

2.6 思考与练习37

第3章 物联网RFID体系架构38

3.1 物联网RFID体系的基本构成38

3.2 全球物品编码39

3.2.1 物品编码概述39

3.2.2 条码编码40

3.2.3 EPC码42

3.3 电子标签与读写器构成的RFID识别系统44

3.3.1 EPC标签44

3.3.2 EPC读写器47

3.3.3 EPC读写器与电子标签构成的系统48

3.4 中间件48

3.4.1 中间件的特性49

3.4.2 中间件的基本构成49

3.4.3 中间件的发展阶段50

3.4.4 中间件的应用和发展方向50

3.5 物联网名称解析服务和信息发布服务51

3.5.1 物联网网络服务概述51

3.5.2 物联网名称解析服务52

3.5.3 物联网信息发布服务53

3.6 基于物联网的RFID在我国的实施政策55

3.7 本章小结55

3.8 思考与练习56

第2篇 物联网RFID无线传输57

第4章 RFID使用的频率及电磁波的辐射58

4.1 频率及其分类58

4.1.1 电磁波谱58

4.1.2 无线电波的频谱分段法59

4.1.3 频谱分配和ISM频段60

4.1.4 RFID使用的频段62

4.1.5 我国800／900MHz频段射频识别（RFID）技术应用规定65

4.1.6 我国微功率（短距离）无线电设备的技术要求68

4.2 电磁波的电参数68

4.2.1 电磁波的传播速度68

4.2.2 RFID的工作波长70

4.2.3 波阻抗和能流密度矢量71

4.2.4 波的极化73

4.2.5 反射系数和折射系数74

4.3 电磁波的辐射76

4.3.1 赫兹偶极子产生的场76

4.3.2 磁基本振子产生的场80

4.3.3 任意长度偶极子天线产生的场82

4.3.4 不同波段RFID的电磁场特性84

4.3.5 各国RFID辐射功率87

4.4 本章小结89

4.5 思考与练习89

第5章 RFID电磁波传播及接收功率恢复91

5.1 RFID电磁波的传播91

5.1.1 自由空间的传输损耗91

5.1.2 弗里斯方程93

5.1.3 RFID工作环境对电波传播的影响95

5.2 电磁波的接收102

5.2.1 互易定理102

5.2.2 有效接收面积102

5.2.3 接收的电场强度104

5.2.4 失配与损耗107

5.2.5 RFID标签的最大工作距离110

5.3 电磁波的反向散射111

5.3.1 标签散射的功率111

5.3.2 雷达截面112

5.3.3 反向接收的功率113

5.3.4 RFID失配对反向接收的影响115

5.4 本章小结118

5.5 思考与练习119

第3篇 物联网RFID射频前端120

第6章 RFID天线技术121

6.1 天线概述121

6.1.1 天线的定义122

6.1.2 天线的分类122

6.1.3 天线的研究和设计方法122

6.1.4 天线的电参数124

6.1.5 天线阵132

6.2 RFID天线应用及设计现状135

6.2.1 RFID天线的应用现状135

6.2.2 RFID天线的设计现状137

6.3 低频和高频RFID天线技术138

6.3.1 低频和高频RFID天线的结构和图片139

6.3.2 低频和高频RFID天线的磁场140

6.3.3 低频和高频RFID天线的最佳尺寸143

6.4 微波RFID天线技术143

6.4.1 微波RFID天线的结构和图片143

6.4.2 微波RFID天线的应用方式145

6.4.3 多种类型的微波RFID天线145

6.5 RFID天线的制造工艺152

6.5.1 线圈绕制法152

6.5.2 蚀刻法153

6.5.3 印刷法154

6.6 本章小结156

6.7 思考与练习156

第7章 RFID电感耦合方式的射频前端158

7.1 线圈的自感和互感158

7.1.1 磁通量158

7.1.2 线圈的电感159

7.1.3 线圈间的互感159

7.2 RFID读写器的射频前端160

7.2.1 RFID读写器射频前端的结构160

7.2.2 串联谐振电路161

7.3 RFID电子标签的射频前端165

7.3.1 RFID电子标签射频前端的结构166

7.3.2 并联谐振电路166

7.4 RFID读写器与电子标签之间的电感耦合168

7.4.1 电子标签的感应电压168

7.4.2 电子标签的直流电压171

7.4.3 负载调制171

7.5 本章小结174

7.6 思考与练习174

第8章 RFID电磁反向散射方式的射频前端176

8.1 微波RFID射频前端的基本构成176

8.2 射频滤波器的设计177

8.2.1 滤波器的基本类型178

8.2.2 低通滤波器原型178

8.2.3 滤波器的变换及集总参数滤波器的设计180

8.2.4 分布参数滤波器的设计183

8.3 射频低噪声放大器的设计186

8.3.1 放大器的稳定性186

8.3.2 放大器的功率增益187

8.3.3 放大器输入、输出驻波比188

8.3.4 放大器的噪声188

8.4 射频功率放大器的设计189

8.4.1 A类放大器的设计189

8.4.2 交调失真190

8.5 射频振荡器的设计191

8.5.1 振荡器的基本模型192

8.5.2 射频低频频段振荡器的设计192

8.5.3 微波振荡器的设计194

8.6 混频器的设计196

8.7 本章小结199

8.8 思考与练习199

第4篇 物联网RFID数字通信201

第9章 RFID编码与调制202

9.1 信号与信道202

9.1.1 信号203

9.1.2 信道204

9.2 编码与调制208

9.2.1 编码与解码208

9.2.2 调制和解调209

9.3 RFID常用的编码方法210

9.3.1 编码应具有的预期性能210

9.3.2 编码格式211

9.3.3 RFID常用标准的编码方式216

9.3.4 编码方式MATLAB／Simulink仿真217

9.4 RFID常用的调制方法219

9.4.1 调制的目的和方式219

9.4.2 载波220

9.4.3 振幅键控221

9.4.4 频移键控222

9.4.5 相移键控223

9.4.6 副载波调制224

9.4.7 RFID常用标准的调制方式227

9.5 本章小结227

9.6 思考与练习228

第10章 RFID的数据完整性229

10.1 差错控制229

10.1.1 差错的分类和衡量指标229

10.1.2 差错控制的方式和原理230

10.1.3 检纠错码的分类233

10.2 常用的数据校验方法234

10.2.1 奇偶校验234

10.2.2 纵向冗余校验（LRC）236

10.2.3 循环冗余校验（CRC）236

10.2.4 RFID标准的误码检测方式238

10.3 数据传输中的碰撞问题及防碰撞机制239

10.3.1 标签碰撞和读写器碰撞239

10.3.2 防碰撞机制241

10.4 防碰撞算法及防碰撞协议242

10.4.1 碰撞的判别242

10.4.2 防碰撞算法242

10.4.3 RFID标准的防碰撞协议246

10.5 数据完整性实施策略248

10.5.1 RFID中数据完整性的实施策略248

10.5.2 编解码电路和校验电路FPGA设计249

10.5.3 RFID通信资源利用252

10.6 本章小结255

10.7 思考与练习256

第11章 RFID的数据安全性257

11.1 RFID的安全与隐私问题257

11.1.1 RFID的安全问题举例257

11.1.2 RFID的隐私问题举例258

11.1.3 RFID系统面临的安全攻击258

11.1.4 RFID系统的安全需求259

11.2 RFID系统的安全解决策略261

11.2.1 物理安全机制262

11.2.2 密码学基础262

11.2.3 基于加密算法的安全机制264

11.2.4 基于共享秘密和相互对称鉴别的安全机制267

11.2.5 基于哈希函数的安全机制268

11.3 RFID电子标签和应用系统的安全设计268

11.3.1 RFID电子标签的安全设计269

11.3.2 RFID应用系统的安全设计271

11.3.3 RFID安全策略举例272

11.4 本章小结274

11.5 思考与练习275

第5篇 物联网RFID体系标准276

第12章 标签的体系结构277

12.1 一位电子标签277

12.2 采用声表面波技术的标签279

12.2.1 声表面波的形成及计算279

12.2.2 声表面波器件概述和特点281

12.2.3 声表面波标签282

12.2.4 声表面波技术的发展方向284

12.3 含有芯片的电子标签285

12.3.1 电感耦合标签的基本功能模块285

12.3.2 电磁反向散射标签的基本功能模块286

12.3.3 控制部分的电路结构287

12.4 具有存储功能的电子标签288

12.4.1 地址和安全逻辑289

12.4.2 存储器290

12.4.3 具有密码功能和分段存储的电子标签291

12.4.4 非接触式IC卡和ID卡芯片介绍292

12.4.5 MIFARE技术295

12.5 含有微处理器的电子标签297

12.5.1 微处理器298

12.5.2 操作系统命令的处理过程298

12.5.3 含有微处理器的电子标签实例299

12.6 标签信息编码规则300

12.6.1 EPC码的标识类型300

12.6.2 EPC码的编码结构301

12.7 本章小结303

12.8 思考与练习304

第13章 读写器的体系结构305

13.1 RFID系统“主-从”原则中的读写器305

13.2 读写器的组成与设计要求306

13.2.1 读写器的组成306

13.2.2 读写器的设计要求309

13.3 低频读写器309

13.3.1 基于U2270B芯片的读写器309

13.3.2 考勤系统的读写器311

13.3.3 汽车防盗系统的读写器312

13.4 高频读写器314

13.4.1 MF RC500芯片314

13.4.2 基于MF RC500芯片的读写器317

13.5 微波读写器319

13.5.1 微波RFID系统射频前端的一般结构319

13.5.2 用于声表面波标签的微波读写器319

13.5.3 微波读写器的一个实例320

13.5.4 射频电路与ADS仿真设计322

13.6 本章小结327

13.7 思考与练习328

第14章 物联网RFID中间件329

14.1 RFID中间件概述329

14.1.1 中间件的概念329

14.1.2 RFID中间件的分类330

14.1.3 RFID中间件的发展历程331

14.1.4 RFID中间件的特征与作用332

14.2 RFID中间件的接入技术和业务集成技术333

14.2.1 RFID硬件设备与中间件架构333

14.2.2 RFID中间件的接入技术334

14.2.3 RFID中间件业务集成技术335

14.3 RFID中间件的基本结构337

14.3.1 中间件的系统框架337

14.3.2 中间件的处理模块338

14.4 RFID中间件实例341

14.4.1 IBM的RFID中间件341

14.4.2 微软的RFID中间件342

14.4.3 国内的RFID中间件343

14.5 本章小结345

14.6 思考与练习345

第15章 物联网RFID标准体系347

15.1 物联网RFID标准体系简介347

15.1.1 RFID标准化组织347

15.1.2 RFID标准体系构成349

15.1.3 标准的本质与作用350

15.1.4 标准与知识产权351

15.2 ISO／IEC RFID标准体系351

15.2.1 ISO／IEC技术标准352

15.2.2 ISO／IEC数据结构标准354

15.2.3 ISO／IEC性能标准354

15.2.4 ISO／IEC应用标准355

15.2.5 ISO／IEC其他标准357

15.2.6 ISO／IEC的RFID标准汇总表358

15.3 EPCglobal RFID标准体系361

15.3.1 EPC系统的框架结构362

15.3.2 EPC系统的标准体系框架364

15.3.3 EPC系统的工作流程365

15.4 日本泛在识别UID标准体系366

15.4.1 UID标准体系的架构366

15.4.2 泛在识别码367

15.4.3 Ucode标签367

15.4.4 泛在通信器368

15.4.5 信息系统服务器369

15.4.6 Ucode解析服务器369

15.5 我国物联网RFID技术标准370

15.5.1 制订我国RFID标准的必要性和基本原则370

15.5.2 我国RFID标准体系框架371

15.5.3 我国RFID的关键技术及标准373

15.5.4 我国RFID应用标准374

15.6 本章小结376

15.7 思考与练习377

第6篇 物联网RFID应用实例378

第16章 物联网RFID在交通领域的应用379

16.1 物联网RFID在民航领域的应用379

16.1.1 RFID在机场管理系统的应用优势379

16.1.2 RFID在机场管理系统的应用前景380

16.1.3 RFID在机场管理系统各个环节中的应用381

16.1.4 实施RFID需要考虑的几个问题384

16.1.5 RFID在世界各国机场的应用案例384

16.2 物联网RFID在铁路领域的应用385

16.2.1 RFID在铁路车号自动识别系统中的应用385

16.2.2 RFID在京津城际列车系统中的应用388

16.3 物联网RFID在公路领域的应用391

16.3.1 RFID在公交管理系统中的应用391

16.3.2 美国双子城RFID公交车库定位和管理系统393

16.3.3 RFID不停车收费智能化管理系统394

16.4 本章小结396

16.5 思考与练习396

第17章 物联网RFID在制造与物流领域的应用397

17.1 物联网RFID在制造领域的应用397

17.1.1 物联网RFID在制造业中的作用397

17.1.2 物联网RFID在德国汽车制造领域的应用实例400

17.1.3 物联网RFID在美国电路板制造领域的应用实例402

17.1.4 各国用于制造业的RFID产品实例403

17.2 物联网RFID在物流领域的应用406

17.2.1 物联网RFID在物流领域的实施效果406

17.2.2 物联网RFID在日本物品配送领域的应用实例407

17.3 本章小结410

17.4 思考与练习411

第18章 物联网RFID在防伪和安全领域的应用412

18.1 物联网RFID在防伪领域的应用412

18.1.1 物联网RFID电子票证在防伪系统中的作用412

18.1.2 南非世界杯预选赛RFID电子门票系统413

18.1.3 五粮液酒RFID防伪系统415

18.2 物联网RFID在安全领域的应用417

18.2.1 中国RFID门禁控制系统417

18.2.2 德国RFID医院信息系统422

18.2.3 RFID智能汽车钥匙防盗系统425

18.3 本章小结427

18.4 思考与练习427

习题答案429

参考文献431