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基于时隙的RFID防碰撞算法分析

无线射频识别技术(RFID)是一种非接触的自动识别技术,因其具有识别距离远、穿透能力强、多物体识别、抗污染等优点,现已广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理、产品证件防伪、防盗等众多领域,成为当前IT业研究的热点技术之一。

RFID系统一般由标签(Tag)和读写器(Reader)两个部分组成。在系统工作时,当有多个标签同时发送数据时就会出现碰撞,其结果会导致传输失败。因此需制定适当的防碰撞算法,避免或减少碰撞,从而有效地提高系统性能。一般防碰撞算法可以分为随机型和决定型。本文主要研究随机防碰撞算法中常见的两类算法:帧时隙ALOHA算法及其改进型的、时隙随机算法。

1帧时隙ALOHA算法

在RFID系统中,帧时隙ALOHA算法的“帧”是由读写器定义的一段时间长度,其中包含若干时隙。时隙指标签收到读写器命令后,发送标识的时间长度。标签被随机分配到一个时隙应答,当一个时隙中分配到多个标签时就产生碰撞。根据帧内时隙数是否变化分为固定帧时隙ALOHA算法和动态帧时隙ALOHA算法。

1.1固定帧时隙ALOHA算法

固定帧时隙ALOHA(FFSA)算法是最基本的一种算法,每帧时隙数的大小都一样。识别过程开始时,由读写器向识别场内所有标签发送一个包含时隙数L的命令。这些标签收到命令后,将其时隙计数器复位为1,开始记录时隙数,同时从1 ̄L中选择一个数做为其时隙数值。当时隙计数器值与标签随机选择的时隙数值相同时,标签向读写器发出应答信息。若标签被读写器成功识别,则退出识别系统。一个帧完成后,读写器开始时隙数同样为L的新帧。

FFSA算法设计简单,但缺点是如果标签数远远多于固定的时隙数,会产生过多碰撞;反之,会产生较多空闲时隙,造成资源浪费。只有在标签数与时隙数差不多的一段时间内,系统吞吐率最大。可见,由于FFSA算法的时隙数不能随着标签数而变化,系统无法获得稳定的吞吐率。为改善这一缺点,提出一种改进算法——

—动态帧时隙ALOHA算法。

1.2动态帧时隙ALOHA算法

动态帧时隙ALOHA(DFSA)算法是每帧时隙数都会根据标签数的不同而变化。为获得系统最大吞吐率, DFSA算法需要在识别过程中估算标签数,用以确定匹配时隙数。在标签总数未知的情况下,当初始时隙数L< 16时,第一次读取过程通常不能识别出标签。因此为节约初始时间,设置初始时隙数L init=16[1]。

标签估算的方法有很多种[2-4],例如:

(1)估算出参与识别的标签总数。设时隙数为L,标

签数为n,则一个帧中碰撞时隙率C ratio=1-(1-1

L

)n(1+ n

L-1

)[2]。在读写器识别过程中,已知当前帧时隙数为L,并且可以统计出该帧时隙碰撞率C ratio,采用逼近算法,可以估算出n。

(2)直接估算出未识别的标签数。当系统达到最大吞吐率时,一个时隙的碰撞率C tag s=0.4180[2],因此一个时

隙碰撞的标签数C tag s=1

C rate

=2.3922[2]。读写器在识别过程中,统计前一个帧的时隙碰撞数N co ll,则未识别标签数n est=2.3922×N co ll。

得到未识别标签估计数n est后,从理论上讲最优的时隙数L应该等于n est[2],但在实际应用中,读写器能够设定的时隙数是定值,通常为1,8,16,32,64,128,256。因此,读写器需要根据n est从以上几个数中选择一个数作为下一帧的时隙数。对250个以内不同数目的标签,选择不同时隙数,计算一个帧的吞吐率。对不同标签数选择吞吐率最大所对应的时隙数如图1所示,得到标
签数与匹配时隙数的对应关系如表1所示。这样就可以在估算出未识别标签数之后,在下一帧中选择匹配的时隙数,从而提高系统吞吐率。

得到未识别标签估计数n est后,从理论上讲最优的时隙数L应该等于n est[2],但在实际应用中,读写器能够设定的时隙数是定值,通常为1,8,16,32,64,128,256。因此,读写器需要根据n est从以上几个数中选择一个数作为下一帧的时隙数。对250个以内不同数目的标签,选择不同时隙数,计算一个帧的吞吐率。对不同标签数选择吞吐率最大所对应的时隙数如图1所示,得到标签数与匹配时隙数的对应关系如表1所示。这样就可以在估算出未识别标签数之后,在下一帧中选择匹配的时隙数,从而提高系统吞吐率。

1.3带延迟的帧时隙ALOHA算法

帧时隙ALOHA算法中,若帧时隙数远远小于标签

基于时隙的RFID防碰撞算法分析*

刘佳,张有光

(北京航空航天大学电子信息工程学院,北京100083)

摘要:介绍了几种常见的基于时隙的防碰撞算法:帧时隙ALOHA算法和时隙随机算法,并通过仿真,比较分析这些算法识别所用总时隙和对系统吞吐性能的影响。

关键词:RFID防碰撞时隙

*国家863计划:无线射频关键技术研究与开发,编号:2005AA420050

通信与网络Communication and Network

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《电子技术应用》2007年第5期欢迎网上投稿http://www.doczj.com/doc/cdab0520aaea998fcc220e7c.html http://www.doczj.com/doc/cdab0520aaea998fcc220e7c.html

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