RFID防碰撞算法研究_王闯
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微处理机M I CROPROCE SSORS#微机软件#RFI D防碰撞算法研究王闯,孙军伟,张妍(军事经济学院襄樊分院基础部计算机教研室,襄樊441118)摘要:RFI D射频识别技术由于其技术简单,应用方便,当前在仓储,物流,图书管理,药品管理等各方面都广泛应用。
但实际应用中,很多情况是在射频场中存在一个阅读器和多个电子标签。
当阅读器同时清点多个电子标签时,就会出现信道争用。
现有的解决方案是ALOHA和B i n ary T ree 方法,以及在这两种方法基础上改进的方法。
但现有的方法清点效率较低,因此在现有的碰撞方法基础上,提出一种结合ALOHA和B i n ar y Tree方法的新的防碰撞方案,旨在进一步提高RFI D应用的多标签清点效率。
关键词:射频识别;防碰撞;清点效率中图分类号:TP39文献标识码:B文章编号:1002-2279(2009)06-0048-03The Research o f Anti-Co llisi o n A l g orith m i n RF I DWANG Chuang,SUN Jun-w e,i ZHANG Yan(C o mpu ter T eaching and R esearc h G roup,B as is D e part m ent of X iangfan College,M ilitary A cade my of E conom ics,X iangfan441118,China)Abstract:There are w i d espread app li c ations o f RFI D techno l o gy curren tl y i n such as storage, log istics,books,m ed ici n esm anage m ent and so on.Because it is so si m ple and convenien.t In practica l condition,t h ere are al w aysm ore than one tag ex isti n g i n the rad i o fie l d of t h e reader.So channel co llision is inev itab le and to be reso l v ed.ALOHA and B i n ary Tree A l g orit h m s are the t w o typ ical sche m es to resolve co llisi o n prob le m,bu t they are l e ss efficien.t I n t h is paper,w e propose a ne w anti-co llision algorithm based upon the co m b i n ati o n of the t w o m et h ods to i m prove the i n ventory e fficiency.K ey w ords:RFI D;Anti-Co llision;I nven tor y effic iency1RFI D技术简介及标准射频识别技术(RFI D:Radio Frequency I dentif-i ca ti o n)是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术,从广义上讲,RFI D技术是指通过检测目标物体对射频电磁场的扰动从而获得其相关特征信息的一种非接触式探测技术,是一种利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。
它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,识别工作无须人工干预,可工作于各种恶劣环境。
RFI D技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签,操作快捷方便。
RFI D系统包括阅读器(也称作查询器)、电子标签(也称作应答器)和后台数据处理软件。
电子标签放置在被识别的物体上,由芯片和天线组成,每个标签具有唯一的电子编码;阅读器的主要任务是当标签进入阅读器的作用范围时,阅读器以无接触的方式将标签信息读取出来,并将标签的相关信息传输到数据管理和处理系统进行处理,从而达到识别的目的[1]。
按照标签的供电方式进行划分,可分为有源系统和无源系统。
有源系统中,标签由电池提供能量;无源系统中,标签依靠吸收阅读器发射的电磁波为芯片电路供电。
按照工作频段,可分为低频,高频和超高频系统,该论文研究的是无源超高频系统。
在超高频段,射频协议主要分为I SO/I E C(国际标准化组织)标准体系和EPC G l o ba l(全球产品电子编码联盟)标准体系两大阵营。
其中ISO/I EC 18000-6标准定义了860MH z-960MH z空中接口作者简介:王闯(1982-),男,湖北武汉人,硕士研究生,主研方向:网络数据库及信息安全方面的研究。
收稿日期:2009-01-02第6期2009年12月No.6D ec.,2009王闯等:RF ID防碰撞算法研究标准,包括TYPE A和TYPE B两类。
EPC G lobal制定的EPC C1GEN2标准纳入18000-6标准,成为TYPE C类。
2RFI D应用情况随着RFI D理论基础的确立,RFI D技术逐渐从概念步入到商业应用阶段。
第一个实用的RFI D电子收费系统于1987年在挪威正式使用。
近年来在国外有很多公司都投入了一定的力量来研究。
韩国己经成功地将研究成果应用到了公交行业,1996年初韩国己经在汉城投入运营了非接触式电子车票系统;欧共体宣布1997年开始生产的新车型必须具有基于RFI D技术的防盗系统;德国汉莎航空公司对高频率乘客发放的M iles&M ore卡,也是应用了RF I D 技术,大大提高了机场的效率,节省了乘客的时间;德国的宝马公司将RFI D系统应用在生产流水线的生产控制过程中。
这些应用的成功标志着RFI D系统己经在信息系统中占据了举足轻重的地位。
在产业方面,T I、I nte l等美国集成电路厂商目前都在RF I D领域投入巨资进行芯片开发;Sy m bo l己经研发出同时可以识别条形码和RFI D芯片的扫描器;I B M、M icrosoft和HP等也在积极开发相应的软件及系统来支持RFI D的应用。
在物流方面,美国已有100多家企业承诺支持RFI D技术,其中包括:零售商沃尔玛、制造商吉列、强生、宝洁、物流行业的DHL公司以及政府方面的国防部等。
在我国,众多城市使用的/公交卡0,很多都内置了RF I D芯片,我国数以亿计的居民身份证内也被植入RFI D芯片,2008年的北京奥运会门票也采用RFI D技术进行防伪。
在物流领域,以RF I D为核心的集装箱自动识别系统已经逐渐成为主流。
在交通领域,我国铁路部门凭借RFI D技术已经实现在全国统一调度车辆,减少了管理层次,提高了管理效率。
而在我国消防器材管理、煤炭安全管理、城市公共设施管理、医疗管理、农产品管理等方面,RFI D也开始试水。
一系列的应用需求与具体应用案例证明,RFI D蓬勃发展的势头已不可挡。
从RFI D全球的应用范围来看,美国在RFI D标准的建立、相关软硬件技术的开发和应用等方面都走在世界前列;欧洲RFI D标准追随美国主导的EPC G l o ba l标准。
在封闭系统应用方面,欧洲与美国基本处在同一阶段。
在亚洲,日本很早就提出了U I D标准,而韩国政府也对RFI D技术给予了高度重视,在中国,RFI D联盟于2005年11月在北京宣告成立。
作为国家金卡工程2005的一项重要成果,中国RFI D联盟将在国内致力于发展射频识别技术,应用电子标签,积极推动RFI D技术与电子产品的自主创新与科学发展。
同时成立了电子标签标准工作组,旨在制定中国自主知识产权的RFI D标准。
3RFI D关键技术点及研究现状在RFI D实际应用中,很多情况下是在射频场中存在一个阅读器和多个电子标签。
当阅读器同时清点多个电子标签时,就会出现信道争用)))称之为碰撞,从而使电子标签无法将信息正确地发送给阅读器。
这样,就需要采取特定的机制避免或减少碰撞。
现有的RFI D国际标准I SO18000-6中,A类和C类采用时隙ALOHA算法,而B类采用B inary Tree(二叉树)算法解决碰撞问题。
时隙ALOHA算法,是把时间分成若干离散时隙,要求标签随机选择其中一个时隙,在时隙的分界处发送数据。
在I SO18000-6A类和C类协议中,使用时隙ALOHA算法实现防碰撞的过程为:在每次清点过程开始时,阅读器通知所有标签一个可选时隙的范围,标签从中随机选择一个时隙回复,标签或成功发送或完全碰撞,若发生碰撞则重新选择时隙并发送,直至所有标签全部成功发送。
B i n ar y Tree方法的基本思想是将处于碰撞的标签分裂成左右两个子集0和1,先查询子集0,若没有冲突,则正确识别标签,若仍有冲突则再分裂,把子集0分为00和01两个子集,依次类推,直到识别出子集0中的所有标签,再按此步骤查询子集1。
在I SO18000-6B类协议中,使用B inary T ree算法实现防碰撞的过程为:阅读器不断地将标签二分分裂,直到最左边分支上的标签为1个或0个,此时阅读器唯一清点左分支的标签,完成之后按照前面的过程依次清点后续分支上的标签,如此循环,直到所有的标签清点完成。
4改进的RFI D防碰撞解决方案4.1ALOHA算法中的标签数目估计针对ALOHA防碰撞方法,现有的研究提出了各种改进的ALOHA算法,比如固定帧时隙ALOHA 算法,动态帧时隙ALOHA算法等,不过这些算法都是基于场内的标签数目估计算法,如果场内标签数目估计准确,则改进的防碰撞算法清点效率明显提高,但如果标签数目估计不准,反而会因标签数目估#49#6期计过程带来的额外开销降低清点效率。
因此这些方法很大程度上依赖于标签数目估计的准确度,需要在标签数目估计上进一步考虑。
对于标签数目估计方法,文献[2]提出一种高准确度且可行的方法。
该文献利用在不同网络负载G情况下,标签回复情况概率P i的实测值与估算值之差,当导数绝对值|dp i/dG|越小时,偏差越大,估计可靠度越低,反之越高。
利用这个规律,文献[2]提出了DRCTE估计方法。
DRCTE方法综合考虑3个初步估计的结果,进行归一化处理,进一步提高估计的准确性。
文献[2]的标签数目估计过程如下:首先初始化估计时隙大小,标签随机选择时隙回复信息,阅读器将标签回复的情况分为三种:没有标签回复(空闲时隙),一个标签回复(正确时隙),2个以上标签回复(碰撞时隙)。
