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ISO/IEC 14443 防碰撞协议 Type A Type B

ai 2025/6/20 14:09:47

ISO/IEC 14443是近场通信（NFC）和射频识别（RFID）领域的重要标准，定义了非接触式智能卡（PICC）与读卡器（PCD）之间的通信协议。其中，14443-3部分规定了防冲突（防碰撞）机制，确保多个卡同时进入读卡器场时能够被正确识别。该标准分为Type A和Type B两种通信模式，两者的防冲突算法差异较大。

1. 防冲突（防碰撞）的基本概念

当多个卡（PICC）同时处于读卡器（PCD）的射频场时，它们的响应信号会互相干扰（碰撞），导致读卡器无法正确识别。防冲突算法的目标是：

检测冲突：发现多个卡同时响应。
解决冲突：通过特定机制逐个选择卡，确保每次只与一张卡通信。

2. ISO/IEC 14443-3 Type A 防冲突机制

Type A 采用基于位冲突检测的动态二进制搜索算法（类似 ALOHA 改进版），核心步骤如下：

(1) 初始化（REQUEST / WUPA）

读卡器发送 REQA（短帧请求）或 WUPA（唤醒所有卡）。
所有卡进入 READY 状态，并返回 ATQA（Answer To Request，2字节），包含 UID（唯一标识符）长度信息（4/7/10字节）。

(2) 防冲突循环（ANTICOLLISION）

读卡器发送 ANTICOLLISION 命令（0x93/0x95/0x97，取决于UID长度），附带当前已知的UID部分（初始为空）。
所有卡比较读卡器发送的UID前缀：
- 匹配：继续发送后续UID位。
- 不匹配：静默，等待下一轮。

位冲突检测（Bit Collision Detection）

Type A 采用 Manchester编码，在传输UID时，如果多个卡同时发送不同电平（一个发“0”，一个发“1”），会导致 载波调制异常（冲突位）。
读卡器检测到冲突后：
1. 记录冲突位置（如第N位）。
2. 发送 SELECT 命令，强制该位为“0”或“1”，筛选部分卡。
3. 重复直到唯一UID被识别。

(3) 选择卡（SELECT）

读卡器发送 SELECT 命令，附带完整UID，目标卡返回 SAK（Select Acknowledge），确认进入 ACTIVE 状态，可进行后续通信（如ISO/IEC 14443-4）。

3. ISO/IEC 14443-3 Type B 防冲突机制

Type B 采用基于时隙的动态轮询算法（类似 时隙ALOHA），核心步骤如下：

(1) 初始化（REQUEST / WUPB）

读卡器发送 REQB 或 WUPB，附带参数：
- N（时隙数，1~16）。
- AFI（应用标识符，可选）。
卡随机选择一个时隙（1~N）响应。

(2) 时隙响应（SLOT-MARKER）

读卡器发送 SLOT-MARKER 命令，指定当前时隙（如时隙1）。
只有选择该时隙的卡回复 ATQB（Answer To Request B），包含：
- PUPI（伪唯一标识符，4字节）。
- 协议信息（比特率、帧大小等）。

冲突处理

如果多个卡选择同一时隙：
- 读卡器检测到冲突（信号叠加），但不明确具体PUPI。
- 读卡器调整 N（增加时隙数）并重试，降低碰撞概率。

(3) 选择卡（ATTRIB）

读卡器发送 ATTRIB 命令，附带目标卡的PUPI，将其激活进入 ACTIVE 状态。

4. Type A vs Type B 防冲突对比

特性	Type A	Type B
冲突检测方式	位冲突（Manchester编码）	时隙冲突（信号叠加）
UID处理	完整UID逐位匹配	动态生成PUPI（伪UID）
算法复杂度	较高（二进制搜索）	较低（时隙轮询）
抗干扰能力	较弱（易受噪声影响）	较强（时隙分散）
典型应用	MIFARE系列（如公交卡）	身份证、金融卡（如EMV）

5. 实际应用示例

(1) Type A（MIFARE Classic）

读卡器逐步获取UID，如：
1. 发送 ANTICOLLISION，收到部分UID [0x12, 0x34] 并检测到位冲突。
2. 发送 SELECT 强制下一位为“0”，筛选出UID [0x12, 0x34, 0x56]。
3. 最终获取完整UID [0x12, 0x34, 0x56, 0x78]。