基于rfid防碰撞算法綜述

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1、基于RFID防碰撞算法綜述摘要：無(wú)線射頻識(shí)別(RadioFrequencyIdentification,RFID)技術(shù)作為當(dāng)下最重要的科技之一，以其廣泛的應(yīng)用性將有越來(lái)越大的發(fā)展前景，RFID技術(shù)也由于其非接觸的特性，遇到了多目標(biāo)識(shí)別過(guò)程中的信息碰撞問(wèn)題?，F(xiàn)對(duì)Aloha類(lèi)防碰撞算法、二進(jìn)制樹(shù)防碰撞算法以及改進(jìn)算法進(jìn)行分析。關(guān)鍵詞：RFID；防碰撞算法；Aloha；二進(jìn)制樹(shù)RFID系統(tǒng)在識(shí)別過(guò)程中會(huì)有一個(gè)普遍的問(wèn)題，那就是對(duì)象沖突，當(dāng)在同一時(shí)間內(nèi)有若干個(gè)電子標(biāo)簽同時(shí)請(qǐng)求識(shí)別是，閱讀器不能正確區(qū)別出來(lái)，

2、這樣當(dāng)多個(gè)電子標(biāo)簽同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候，就會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)的干擾導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸失敗，這就是文章要研究的防碰撞問(wèn)題。為了解決這一問(wèn)題，提高系統(tǒng)的性能，需要制定有效的防碰撞算法，所以防碰撞算法是RFID系統(tǒng)的研究核心。現(xiàn)有的防碰撞算法包括：Aloha類(lèi)防碰撞算法，又稱(chēng)為隨機(jī)性算法；二進(jìn)制樹(shù)防碰撞算法，又稱(chēng)為確定性算法；改進(jìn)算法，在原有的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出性能更優(yōu)的算法。1基于Aloha類(lèi)防碰撞算法ALOHA(AdditiveLinkOnlineHawaii)算法算是出現(xiàn)比較早的防碰撞算法，它是采取隨機(jī)多址方式。作為無(wú)線

3、通信協(xié)議，ALOHA算法研究取得成功后被廣泛利用。在理想狀態(tài)下，利用ALOHA類(lèi)防碰撞算法，系統(tǒng)最高吞吐率是36.8%。但是在實(shí)際應(yīng)用中，由于各種因素的干擾，系統(tǒng)的識(shí)別效率很難迗到理想的狀態(tài)。1.1純Aloha算法純ALOHA算法也叫基本ALOHA算法，是一種比較容易的時(shí)分多址算法。當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入閱讀器的工作范圍內(nèi)，標(biāo)簽獲取能量被激活，向閱讀器發(fā)送儲(chǔ)存在標(biāo)簽內(nèi)部的數(shù)據(jù)信息。在這個(gè)過(guò)程中，假如有兩個(gè)標(biāo)簽一同向閱讀器發(fā)送信息，就會(huì)產(chǎn)生信息沖突，造成完全碰撞；而當(dāng)一個(gè)標(biāo)簽正在向閱讀器發(fā)送過(guò)程中，另一個(gè)標(biāo)簽開(kāi)始

4、信息傳送，這種情況下就會(huì)出現(xiàn)標(biāo)簽部分碰撞。只有標(biāo)簽單獨(dú)在一個(gè)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行信息傳輸時(shí)才能讓閱讀器正常識(shí)別，不會(huì)出現(xiàn)碰撞情況。使用純ALOHA算法，系統(tǒng)最大吞吐率只有18.4%,標(biāo)簽發(fā)生碰撞概率比能夠正確識(shí)別概率要大得多。1.2時(shí)隙Aloha算法與幀時(shí)隙Aloha算法由于ALOHA算法中，標(biāo)簽發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)間是隨機(jī)性的，導(dǎo)致完全碰撞或者部分碰撞。于是將純ALOHA算法進(jìn)行優(yōu)化，得到了時(shí)隙ALOHA算法。這種算法是把時(shí)間劃分成若干等長(zhǎng)時(shí)隙（每個(gè)時(shí)隙長(zhǎng)度滿足一個(gè)標(biāo)簽成功發(fā)送完數(shù)據(jù)），標(biāo)簽通過(guò)不同時(shí)隙向閱讀器發(fā)送數(shù)

5、據(jù)，如此一來(lái)，就能避免部分碰撞的產(chǎn)生，從而總體上縮減了產(chǎn)生碰撞的次數(shù)。時(shí)隙Aloha.算法采用分割時(shí)隙思想，避免了標(biāo)簽的部分碰撞，只有成功識(shí)別和完全碰撞情況，成倍地提高了信道利用率。但要?jiǎng)澐謺r(shí)隙就要解決一個(gè)同步問(wèn)題，在系統(tǒng)中要有同步時(shí)鐘，使閱讀器作用范圍內(nèi)的所有標(biāo)簽達(dá)到時(shí)隙同步。該算法的系統(tǒng)吞吐率可迗到36.8%，比純Aloha算法效果提高了一倍。盡管時(shí)隙ALOHA算法在信道利用率上比純ALOHA算法得到一定改進(jìn)，可是標(biāo)簽發(fā)生碰撞的概率依然很大，發(fā)生碰撞后的標(biāo)簽會(huì)隨機(jī)接著發(fā)送數(shù)據(jù)，進(jìn)而影響其他標(biāo)簽的

6、讀取，為了避免這種情況，于是研究出了幀時(shí)隙ALOHA算法。這種方法是把多個(gè)時(shí)隙組成一個(gè)幀，在每一個(gè)幀內(nèi)，標(biāo)簽任意選擇其中一個(gè)時(shí)隙發(fā)送數(shù)據(jù)，但只可以發(fā)送一次。在某一個(gè)時(shí)隙內(nèi)，當(dāng)標(biāo)簽發(fā)生了完全碰撞，將會(huì)處于休眠狀態(tài)，等到下一幀進(jìn)行讀取，這樣不會(huì)影響本幀內(nèi)其他標(biāo)簽的正常讀取。算法中每一幀的時(shí)隙數(shù)都是固定的，并且時(shí)隙長(zhǎng)會(huì)大于一個(gè)標(biāo)簽成功發(fā)送完信息的時(shí)間。這樣，閱讀器發(fā)送讀取指令后，假如一個(gè)時(shí)隙內(nèi)僅有一個(gè)標(biāo)簽響應(yīng)，則成功讀取標(biāo)簽數(shù)據(jù)；如果時(shí)隙內(nèi)沒(méi)有一個(gè)標(biāo)簽，就會(huì)掠過(guò)此時(shí)隙；如果存在許多標(biāo)簽的話，產(chǎn)生了碰撞后自

7、動(dòng)等到下一幀的到來(lái)，再選擇其他時(shí)隙。2基于二進(jìn)制樹(shù)防碰撞算法二進(jìn)制樹(shù)防碰撞算法通過(guò)電子標(biāo)簽具有唯一的二進(jìn)制編碼來(lái)查詢(xún)區(qū)別。此算法工作原理是將產(chǎn)生了碰撞的電子標(biāo)簽分為0、1兩個(gè)子集，首先從子集0開(kāi)始搜尋，要是沒(méi)有碰撞產(chǎn)生，說(shuō)明成功識(shí)別。如果產(chǎn)生了碰撞，就將碰撞的標(biāo)簽再分成00與01兩個(gè)子集，再?gòu)?0子集開(kāi)始搜尋，重復(fù)執(zhí)行操作。0子集的標(biāo)簽完全成功識(shí)別后，轉(zhuǎn)向1子集搜尋，直至把全部標(biāo)簽都識(shí)別完，任務(wù)結(jié)束。2.1二進(jìn)制搜索算法與動(dòng)態(tài)二進(jìn)制搜索算法與ALOHA類(lèi)算法不同的是，使用二進(jìn)制搜索算法需要用到標(biāo)簽自

8、身的序列號(hào)和閱讀器的查詢(xún)指令號(hào)。當(dāng)標(biāo)簽序列號(hào)與閱讀器查詢(xún)指令相同時(shí)，標(biāo)簽產(chǎn)生響應(yīng)。要是僅有一個(gè)標(biāo)簽做出響應(yīng)，那么成功識(shí)別。如果存在若干個(gè)標(biāo)簽一同做出響應(yīng)，閱讀器會(huì)根據(jù)碰撞位情況修正查詢(xún)指令，經(jīng)過(guò)不斷修正查詢(xún)命令來(lái)識(shí)別出所有標(biāo)簽。動(dòng)態(tài)二進(jìn)制搜索(DBS,DynamicBinarySearch)算法是對(duì)二進(jìn)制搜索算法進(jìn)行優(yōu)化的。使用二進(jìn)制搜索算法，整個(gè)標(biāo)簽序列號(hào)需要多次被傳輸，并且閱讀器發(fā)送的REQUEST指令數(shù)據(jù)位也多，從而會(huì)造成查詢(xún)時(shí)間增加，出錯(cuò)頻率也跟著提高。動(dòng)態(tài)二