PKE系統(tǒng)的防沖突設計

1、PKE 系統(tǒng)的防沖突設計摘要：本文設訃的 PKE 系統(tǒng)在通訊上采用高頻和低頻相結合的方式。在有效范用如果有 多個標簽，可以使用該方法解決標簽的防沖突。本文主要介紹了 AC 協(xié)議設汁的基本信息和注 意事項，討論了 AC 協(xié)議中使用二種不同的喚醒方式對 PKE 系統(tǒng)的不同時間響應。使用這二 種喚醒方案都可以實現標簽的防沖突，根拯使用環(huán)境的不同可以選擇不同的喚醒方式來提髙 系統(tǒng)的響應時間。本文網絡版地址：http： /關鍵詞：PKE：標簽：防沖突DOI： 10. 3969/j. issn. 1005-5517. 2014. 5. 009引言使用 RFID 技術的免持式被動無鑰匙門禁系統(tǒng) PKE (p

2、assive keyless entry),作為新 一代防盜技術正逐漸成為汽車門禁系統(tǒng)應用的主流，成為新車型的普遍選項。該方法無需用 手按動發(fā)送器按鈕來鎖上或者打開車門，只要擁有一個有效的應答器就可方便地進出車輛。1 RKE 和 PKE 的區(qū)別傳統(tǒng) RKE (remote key entry)鑰匙系統(tǒng)，是通過車主在找到自己的車輛時，主動在鑰 匙端按一下開鎖鍵，由鑰匙端主動發(fā)送打開車門的命令到車身控制模塊，車身控制模塊在識 別該條開門指令后，通過解密驗證后，車身控制模塊發(fā)出車門鎖打開指令給汽車，從而實現 開車門。關車門時，也是通過車主在鑰匙端按一下上鎖鍵，鑰匙端主動發(fā)送上鎖指令，車身 控制模塊收

3、到指令后，給汽車上鎖。PKE 開鎖過程是：由車主拉一下門把手使車身控制模塊發(fā)送激活命令，從而激活汽車周 圍的鑰匙，被激活的鑰匙主動發(fā)送開鎖指令到車身控制模塊，車身控制模塊打開車鎖。當汽 車熄火后，鑰匙離開汽車有效范國，因負載調制原理觸發(fā)車身控制模塊發(fā)送掃描車身周圍是 否有鑰匙存在，如果鑰匙已離開車身周用，則車身控制模塊發(fā)岀關鎖指令，關上車門?？梢?PKE 和 RKE 不同之處在于 PKE 開鎖或上鎖都不需要車主按相應的按鍵，控制模塊會 自動判斷鑰匙是否在有效范圍并進行開鎖或上鎖操作。2 PKE 工作原理車主拉門把手讓汽車產生開門的觸發(fā)條件?？刂颇K接收到觸發(fā)輸入條件后，基站系統(tǒng) 將發(fā)送一條編碼

4、的低頻報文(喚醒碼)。在該低頻信號范囤內的所有電子標簽均會被這條報文 喚醒，喚醒后，標簽會對編碼的數據段進行驗證，如果基站發(fā)射的信息被識別，標簽會使用 高頻發(fā)送一條加密的回答信號?；救绻邮盏竭@條回復的信號，并對其解碼，如果這條回 答能被識別，那基站和標簽之間就會建立起通訊，并進行后繼的操作，并打開車門鎖。當車主拉一下車門把手時，便觸發(fā)了 PKE 系統(tǒng)內的雙向通信，相應的低頻發(fā)射器天線被 激活并發(fā)出低頻信號。車主攜帶的標簽接收基站發(fā)出的低頻信號。如果這個信號與標簽中保 存的身份信息一致，標簽就會被喚醒。這個過程可以防止噪聲或干擾信號錯誤喚醒標簽，延 長電池壽命。標簽被喚醒后將分析由汽車上的基

5、站發(fā)出的認證口令，并發(fā)送相應的高頻信號 作為應答。這些信號都經過了加密處理。汽車將收到的應答信號和自己預存的信息進行對比， 如果驗證成功，則打開車門。在這個通訊過程中，雙向低頻（LF） /高頻（肝）數據產生并 執(zhí)行了一系列任務：防沖突，認證和場強測量。為了完成這些任務，英它的低頻（LF）發(fā)射 器天線可能會通過 PKE 基站模塊順次激活，并進行相同的通訊。如圖 1。通信由輪詢喚醒模式觸發(fā)，喚醒模式被傳送到當前 LF 場內所有電子標簽中。響應時，在 一個隨機的時隙中，特殊電子標簽的身份號（ID）通過髙頻（UHF）發(fā)送。假如特殊電子標簽 是該時隙中傳輸的唯一一個電子標簽，苴 ID 就可以被基站 UH

6、F 接收器安全接收。接收到的 ID 會用來屏蔽之后的電子標簽。3 標簽的備份和恢復一般每個標簽有 2 5 6 b i t 的 EEPROM 作為存儲系統(tǒng) ID 使用。其中 128bit 由車廠使 用，在出廠前由汽車制造商圧義，該儲存空間燒寫完成后無法更改。另外 128bit 由用戶立 義，該儲存空間可以反復燒寫。由這 128bit 區(qū)分為每個系統(tǒng) ID.車廠會根據每輛汽車的不 同編號（例如汽車的發(fā)動機編號），記錄對應的每個 PKE 系統(tǒng)的 ID 號。如果車主在使用過程 中鑰匙丟失或者損壞，想要重新配宜一把新的鑰匙，可以通過汽車的唯一編號，重新將相應 的程序及密鑰燒寫進新的鑰匙中，該鑰匙就可以成

7、為這個 PKE 系統(tǒng)中可用的新鑰匙。4 標簽的防沖突PKE 系統(tǒng)通常將會與多個 ID 設備通信（大于 1）,這些 ID 設備會一次性地出現在特殊 車輛入口各自的訪問區(qū)內。為了滿足這個需求，就要在 PKE 系統(tǒng)中執(zhí)行防沖突協(xié)議。由于 RFID 受到各種約束，傳統(tǒng)的信道爭用解決技術不能直接在 RFID 系統(tǒng)中應用。這些 約束主要有：標簽的電源有限，不能用復雜度髙的算法：標簽的數量可能是未知的：標簽間 不能互相通訊：標簽的存儲容量有限：RFID 系統(tǒng)帶寬有限。目前廣泛使用的防沖突算法主要 有：基于樹的算法和基于 Aloha 的算法。具體實現方式為優(yōu)先級算法，隨機二杈樹等。綜合 考慮算法的復雜度和成本

8、要求，本方案主要使用基于時隙的輪詢算法。輪詢方案可以使用標 簽 ID 作的喚醒碼或使用全局喚醒碼（WAKE_ALL）來喚醒標簽。采用標簽 ID 作為喚醒碼的方式：通常情況下拉一下車的門把手可觸發(fā)基站發(fā)送喚醒碼。 當PKE 系統(tǒng)的兩個遙控器都在激活區(qū)時， 基站首先發(fā)送第一個標簽的 ID 碼， 然后再發(fā)送認 證請求碼，將第一個標簽喚醒；第一個標簽被喚醒并接收到請求碼后，回送認證信息，結朿 認證過程。而處于激活區(qū)內的第二個標簽不會被喚醒，維持在休眠狀態(tài)。和處于激活區(qū)內兩 個遙控器必需同時喚醒且都要響應應答信號相比，可以采用這種認證時序的方案無疑可以VJ省大量功耗，延長電池的使用壽命；同時可以減小 L

9、F 發(fā)射時間，減少基站功率消耗。如果不 采用或無法采用標簽 ID 作為喚醒碼，基站必須發(fā)送 WAKE_ALL 信號以喚醒處于激活區(qū)內的所 有標簽，然后再發(fā)送標簽 1 和標簽 2 的 ID,之后再發(fā)送認證請求碼。 處于激活區(qū)內的所有標 簽必須按接收到的 ID 順序延時等待發(fā)射響應信息。這無疑加長了認證的時間并增加了標簽 電池消耗。 以下分別討論使用 ID 作為喚醒碼和使用 wake.all 作為喚醒碼時，第一標簽在 或者不在有效區(qū)的通訊情況。如果使用標簽 ID 作為喚醒碼，當有標簽 1 在激活區(qū)的時候，PKE 系統(tǒng)很快就進入雙 向通訊，不必再去喚醒第二個或第三個標簽。這樣大大縮短了系統(tǒng)響應時間。

10、如果標簽 1 不在激活區(qū)，標簽 2 在激活區(qū)時，使用標簽 ID 作為喚醒碼時，系統(tǒng)就會 等待一個通訊周期的時間（系統(tǒng)等待第一個標簽應答的最長時間）。然后再激活第二個標簽, 進入和第二個標簽的雙向通訊。如果使用 wake.al 1 作為喚醒碼，當標簽 1 在激活區(qū)時，先要等待系統(tǒng)將所有標簽都 激活后，才能接收第一個標簽的應簽，再進入到雙向通訊期。如果使用 wake.all 作為喚醒碼，當標簽 1 不在激活區(qū)時。系統(tǒng)要等待屬于第一個標 簽的通訊時隙結束后，才能響應第二個標簽的響應，然后再進入到和第二個標簽的雙向通訊 周期。經上討論：采用 ID 碼作為喚醒碼時，基站發(fā)送第一個標簽 ID 碼后，基站在

11、應該接收到 標簽頭碼時間內，沒有接收到頭碼信息時，可以立即發(fā)送第二個標簽 ID 碼（不需要等待超過 一幀完整 UHF 數據時間）：在收到第二個標簽 ID 碼之前，第二個標簽一直處于休眠狀態(tài)。第 二個標簽被喚醒且收到認證請求碼后， 回送應答信號。 認證結束后， 根據“l(fā)ast used ID device is expectedto be the next 的原則，第二個標簽自動升級為第一個標簽，之后在 認證時，首先發(fā)送此標簽ID 作為喚醒碼。不采用或無法采用 ID 碼作為喚醒碼時，基站發(fā)送喚醒碼同時喚醒兩個標簽，等待標簽 CPU初始化后再發(fā)送第一、第二個標簽序列碼和認證請求碼。為了避免髙頻信號

12、沖撞，第二 個標簽必須等待足夠的時間（超過一幀完整 UHF 數據時間）才能發(fā)送 UHF 信號。在被喚醒后 到發(fā)送 UHF 這段時間內 CPU-直運行，浪費電池。認證結束后，下次再需要認證時將最近認 證通過的標簽 ID 首先發(fā)送。對比以上四種情況，使用標簽的 ID 碼作為換醒碼可以減小系統(tǒng)等待時間，加快系統(tǒng)反應 速度。5 反應時間訃算如果使用 ID 作為喚醒碼，可以用式（1）作為反應時間的汁算。6 結論在 PKE 系統(tǒng)中使用防沖突協(xié)議，下列參數對系統(tǒng)反應時間和時序有很大的影響：1. 采用的 AC 方案（可使用鑰匙 ID 作為喚醒碼或基于 wake up all）;2. 在 PKE 系統(tǒng)中有效的 ID 設備（鑰匙）的最大數：3. LF 和俯 通道的數據速率;4. ID 設備在通訊過程中所占的位數；5. 協(xié)議初始化在通訊過程中的位數。在同樣情況下使用鑰匙 ID 作為喚醒碼可有效提髙系統(tǒng)的反應速度。參考資料：1 韋康，劉正瓊，吳璽.PKE 系統(tǒng)在汽車電子中的應用J：國外