一种新的RFID传感网络中多阅读器防碰撞协议
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密集RFID网络阅读器防碰撞协议能效分析唐立华摘要:密集射频识别(RFID)网络中,碰撞问题是影响RFID系统读取效率的关键因素。
阅读器防碰撞协议可以限制阅读器冲突,提高查询过程性能,其中集中式防碰撞协议具有较高的吞吐量,更适用于密集阅读器环境。
对三种应用较为广泛的集中式防碰撞协议(NFRA协议、GDRA协议、DRCA协议)在阅读器与标签的信息传输过程进行理论分析与仿真。
仿真结果表明,DRCA防碰撞协议吞吐量最大,能量效率最低,防碰撞效率最高,是在密集阅读器环境下RFID无线传感网络中解决阅读器碰撞问题的最优方案。
关键词:RFID能耗;集中式阅读器防碰撞协议;密集阅读器环境1引言射频识别是一种灵活性能较强的非接触式无线数据通信技术。
阅读器和标签是射频识别系统中最重要的两个组成部分[1]。
由于大多数阅读器需要供电设备为其提供所需能量,因此在RFID系统中能耗显得尤为重要。
RFID系统中,当两个阅读器发生碰撞时会导致阅读器无法正确读取,读取失败时会造成带宽下降,进而系统产生较长的延迟,在发送和接收电路中多次重新发送信息造成了大量能量消耗[2-3]。
尤其是在有大量阅读器密集分布的密集阅读器环境中,阅读器碰撞问题更为严重[4],当前已经提出了各种阅读器防碰撞协议来限制阅读器冲突并提高查询过程性能。
对三种集中式防碰撞协议进行比较,邻域友好阅读器防碰撞协议(Neighbor friendly reader anti-collision protocol,NFRA)、几何分布阅读器防碰撞协议(Geometric distribution reader anti-collision,protocol,GDRA)、基于距离的阅读器防碰撞协议(DISTANCE based RFID reader collision avoidance protocol,DRCA)[,通过分析三种集中式防碰撞协议信息传输过程并对其进行性能仿真来研究RFID系统中阅读器防碰撞协议的时间效率和能耗控制问题。
RFID防碰撞协议原理分析RFID(Radio Frequency Identification)是一种通过无线电波进行自动识别的技术。
它采用无线通信方式,将数据从标签传输到读写器,实现物品的快速识别和跟踪。
在实际应用中,由于多个标签同时进入读写器的通信范围,会产生碰撞问题。
为了解决这一问题,人们发展了RFID防碰撞协议。
本文就要对RFID防碰撞协议的原理进行详细分析。
RFID防碰撞协议主要是为了解决RFID系统中的碰撞问题。
碰撞是指在同一时间点有多个标签同时向读写器发送数据,导致数据的干扰和丢失。
尽管RFID技术的快速识别和追踪功能已经得到了广泛应用,但是在实际场景中,由于标签数量众多,存在碰撞问题是不可避免的。
为了解决碰撞问题,RFID防碰撞协议采用了不同的策略。
主要有以下几种常见的协议:1. ALOHA协议ALOHA协议是最早应用于无线通信的一种简单协议。
在RFID系统中,ALOHA协议通过不间断传输数据的方式实现碰撞检测和恢复。
当标签准备好发送数据时,会以一定概率进行传输。
如果发生碰撞,读写器能够检测到冲突并通过反馈机制通知标签重新发送。
虽然ALOHA协议简单易用,但是由于数据冲突率较高,效率较低。
2. Slotted ALOHA协议为了提高RFID系统的效率,Slotted ALOHA协议在ALOHA的基础上进行了改进。
该协议将时间划分为时隙,标签只能在特定时隙传输数据。
这样做可以减少碰撞率,提高系统吞吐量。
但是,在高标签密度的情况下,仍然存在较高的碰撞概率,效果有限。
3. 查询控制协议查询控制协议是目前应用最广泛的RFID防碰撞协议之一。
该协议主要分为两种:二进制查询算法(Binary Tree Algorithm)和动态查询算法(Dynamic Framed Slotted ALOHA,DFSA)。
二进制查询算法将标签标识号码划分为不同的区间,通过逐级查询检测和区分标签。
首先,读写器发送一个询问帧,包含当前查询的区间信息。
超高频RFID阅读器多相接收防碰撞技术【摘要】防碰撞处理是超高频RFID多标签识别的关键技术,多年来已经有很多研究,研究方法基本上都是采用时分的方法,解决碰撞问题。
本文提出并实现了一种全新的基于多相位的防碰撞处理方法,可以和现有的标签协议兼容,并在ISO18000-6C协议的阅读器上进行了测试,测试结果表明:采用了多相位解调技术的阅读器,其多标签处理性能提升了13.56%。
【关键词】RFID;超高频;防碰撞1.引言在超高频无源射频识别系统中,标签与阅读器通讯时,阅读器需要一直发送载波提供标签供电,标签通过调制反向散射将信息发送给阅读器。
阅读器接收标签信号,经过正交解调器解调成IQ两路基带信号,两路信号相位差90o,基带信号经过差分放大、滤波等处理后再通过ADC模数转换器,完成基带模拟信号到基带数字信号的转换,转换后的数字基带信号送入可编程逻辑器件或者中央处理机中,可编程逻辑器件或者中央处理机CPU中对IQ两路分别进行解码,选择符合反向链路编码规则的通路输出。
当多标签同时处于阅读器的信号覆盖区域时,通过协议规定的防碰撞处理算法,可以将所有可以读出的标签依次读出,无论是采用ALOHA[2]或二进制[4]树分裂方法处理碰撞都会消耗一定的时间,标签数越多,则碰撞处理消耗的时间越多。
实际处理时,不是所有的标签碰撞阅读器都不能解调出有效的标签信号。
由于各标签所处的空间位置不同,与阅读器天线的距离也不同,这样不同标签返回给阅读器信号的强度和相位不同,强度和相位差导致了基带IQ信号幅度差别。
当多个标签信号同时被阅读器收到时,如果在I路或Q路解调信号上,某一个标签信号的幅度明显大于其它标签信号的幅度,则即使存在标签碰撞的情况,此标签信号也能被单独解调出来。
这种情况的出现会减少阅读器对标签碰撞的处理时间,提高多标签的清点效率。
如果各标签信号在解调出的IQ基带信号上表现的幅度相当,则阅读器无法识别有效的标签信号。
本文提出了一种优化多标签处理性能的方法,通过移相接收的基带信号,生成多个相位接收信号,将被碰撞信号淹没的标签信号显现出来。
rfid多标签防碰撞原理与解决方法RFID技术在许多应用领域被广泛使用,例如库存管理、物流管理、智能交通等。
然而,在实际应用中,当多个标签同时处于RFID 读写器的范围内时,就会发生标签之间的碰撞,导致无法正确读取标签信息。
因此,RFID多标签防碰撞技术成为研究的热点之一。
RFID多标签防碰撞原理RFID多标签防碰撞技术是通过一种特殊的协议来解决标签之间的碰撞问题。
该协议被称为“ALOHA协议”,采用了一种随机接入的方式,使得每个标签都有机会发送数据,从而避免了碰撞的发生。
具体来说,当读写器将信号发送到附近的标签时,标签会接收到该信号并发送响应信号。
由于多个标签同时接收到读写器的信号,因此会同时发送响应信号,导致标签之间发生碰撞。
为避免这种情况,ALOHA协议将标签分为两类:有冲突的标签和无冲突的标签。
在接收到读写器的信号后,所有标签都会等待一个随机的时间,如果等待的时间相同,则会发生碰撞。
此时,所有有冲突的标签都会停止发送信号,并等待下一次发送机会。
而无冲突的标签则会继续发送信号,直到数据传输完成。
RFID多标签防碰撞解决方法除了ALOHA协议外,还有其他几种RFID多标签防碰撞技术:1.二进制反馈协议二进制反馈协议是一种比ALOHA协议更高效的多标签防碰撞技术。
在该协议中,读写器会向所有标签发送一个二进制编码,标签会根据收到的编码来判断是否发送响应信号。
如果标签收到的编码与自身ID码相匹配,则会发送响应信号,否则不发送。
如果发生碰撞,则读写器会向所有标签发送一个反馈信号,标签会根据反馈信号来判断是否重新发送响应信号。
2.时隙划分协议时隙划分协议是一种将时间划分为多个时隙,每个时隙只允许一个标签发送数据的技术。
在该协议中,读写器会将时间分为若干个时隙,并将时隙分配给标签。
标签只有在自己分配的时隙内才能发送数据,避免了碰撞的发生。
该协议的缺点是需要在系统中预留足够的时隙,否则会导致效率低下。
3.波束成形技术波束成形技术是一种通过调整天线方向来选择性地接收特定标签信号的技术。
RFID读写器中的碰撞避免与分时多路访问RFID(射频识别)技术可以通过无线电信号识别和跟踪物体,使传感器能够自动识别和跟踪特定标签的物品。
RFID系统由RFID读写器和RFID标签组成。
然而,当大量标签同时与读写器通信时,可能会发生碰撞问题,导致信号干扰和识别错误。
为了解决这个问题,RFID系统中采用了碰撞避免和分时多路访问技术。
碰撞避免技术的原理是基于ALOHA协议,它允许多个标签同时与读写器通信。
每个标签都有一个随机的传输延迟时间,当标签准备好时,它会在窗口期间发送数据。
窗口期间标签之间的碰撞是不可避免的,但是由于每个标签都有不同的传输延迟时间,所以在重新尝试时,它们会有不同的发送时间。
通过多次尝试后,每个标签都能在较少的碰撞情况下成功完成通信。
分时多路访问技术是另一种处理碰撞问题的方法。
在这种技术中,读写器将读写操作分为不同的时间片,并且在每个时间片中只与一个标签通信。
读写器会按照一定的顺序轮流与每个标签通信,确保每个标签都有平等的机会发送数据。
这种方法可以提高RFID系统的整体效率,并减少碰撞的发生率。
为了实现碰撞避免和分时多路访问,RFID系统中的读写器通常采用一些特定的协议和算法。
其中,树形算法(Tree-based algorithm)是一种常用的实现碰撞避免的方法。
树形算法将所有标签分为不同的组,每个组有一个唯一的ID。
读写器首先广播一个查询指令给所有标签,然后每个标签通过ID来判断是否在当前时间片中发送数据。
通过这种方式,标签的访问是有序的,碰撞的发生率得到显著降低。
此外,时隙嵌入算法(Slot Embedding)也是一种常见的分时多路访问技术。
在时隙嵌入算法中,读写器将时间分为不同的时隙,并根据时隙来进行通信。
每个时隙包含一个标签的读写操作,通过时隙之间的间隔来避免碰撞。
这种算法可以提高系统的并发性,减少通信时间,提高整体效率。
除了碰撞避免和分时多路访问技术,RFID系统中还应用了一些其他的优化方法来提高系统性能。
RFID多标签阅读防碰撞技术的简介Mifare 1非接触式IC卡又称射频卡,是世界上最近几年发展起来的一项新技术,它成功地将射频识别技术和IC卡技术结合起来,解决了无源(卡中无电源)和免接触这一难题,是电子器件领域的一大突破。
1、可靠性高非接触式IC卡与读写器之间无机械接触,避免了由于接触读写而产生的各种故障。
此外,非接触式卡表面无裸露的芯片,无须担心芯片脱落、弯曲损坏等问题,既便于卡片的印刷,又提高了卡片的使用可靠性。
2、操作方便,快捷由于非接触通讯,读写器在15cm范围内就可以对卡片操作,所以不必插拔卡,非常方便用户使用。
非接触式卡使用时没有方向性,卡片可以任意方向掠读写器表面,即可完成操作,这大大提高了每次使用的速度。
3、防冲突非接触式卡中有快速防冲突机制,能防止卡片之间出现数据干扰,因此,读写器可以“同时”处理多张非接触式IC卡。
这提高了应用的并行性,无形中提高了系统工作速度。
4、可以适合于多种应用非接触式卡的存储结构特点使它一卡多用,能应用于不同的系统,用户可根据不同的应用设定不同的密码和访问条件。
5、加密性能好非接触式卡的序列号是唯一的,北京旭航电子新技术有限公司在产品出厂前已将此序列号固化,不可再更改。
非接触式卡与读写器之间采用双向验证机制,即读写器验证IC卡的合法性,同时IC卡也验证读写器的合法性。
非接触式卡在处理前要与读写器进行三次相互认证,而且在通讯过程中所有的数据都加密。
此外,卡中各个扇区都有自已的操作密码的访问件。
常见的非接触式RFID卡中的防冲突机制包括面向比特的防冲突机制。
面向比特的防冲突机制高频的ISO14443A使用这种防冲突机制,其原理是基于卡片有一个全球唯一的序列号。
比如Mifare1卡,每张卡片有一个全球唯一的32 位二进制序列号。
显而易见,卡号的每一位上不是“1”就是“0”,而且由于是全世界唯一,所以任何两张卡片的序列号总有一位的值是不一样的,也就说总存在某一位,一张卡片上是“0”,而另一张卡片上是“1”。
第26卷第5期 航天器工程VO. 26No. 52017 年 10 月 SPACECRAFT EN G IN EERIN G57一种避免网络间数据碰撞的新型R F ID 阅读器设计王峰杨金禄赵振昊刘彦伟(中国空间技术研究院载人航天总体部,北京100094)摘要为解决航天器上无线射频识别(RF I D )网络和其他网络共存时的干扰和碰撞问题,文章提出了 一种避免碰撞的新型R F I D阅读器的设计,分析和验证了新型R F I D阅读器在R F I D和紫蜂技术(Z ig B e e )网络共存时的有效性。
新型的R F I D阅读器具备竞争接入机制和网络协调能力,在网络共存和互联互通中,起到了 一个协调器和中心控制节点的作用,降低了碰撞概率(在仿真分 析中可从40%左右降到几乎为0),提高了网络呑吐量。
新型R F I D 阅读器的使用和功效不限于这两种网络的共存情况,在R F I D和其他网络的共存时,同样有效。
关键词紫蜂技术;无线射频识别阅读器;干扰;碰撞;共存中图分类号:T N 915 文献标志码:A D O I :10. 3969/. issn. 1673-8748. 2017. 05. 010A Design of an Enhanced RFID Reader for AviodingCollisions Between Wireless NetworkW A N G F e n g Y A N G J in lu Z H A O Z h e n h a o L IU Y a n w e i (I n s titu te o f M a n n e d S p a c e S y s te m E n g in e e r in g , C h in a A c a d e m y ofS p a c e T e c h n o lo g y , B eijin g 100094, C h in a )Abstract :A n e n h a n c e d c o llisio n -a v o id a n c e R F ID re a d e r is d e sig n e d to so lv e th e p ro b le m ofin te rfe re n c e s a n d c o llisio n s in a e ro sp a c e w h e n R F ID c o e x is ts w ith o th e r w ire le s s n e tw o rk s in th e IS M b a n d s. A n d th e c o e x is te n c e of R F ID a n d Z ig B ee is illu s tr a te d to s ta te a n d v e rify th e e ffe c tiv e n e s s o f th e re a d e r. T h e n e w R F ID re a d e r a d o p ts a m e c h a n ism o f c o n te n tio n a c c e ss a n d is e q u ip p e d w ith an a b ility of n e tw o rk c o o rd in a tio n. W h e n c o e x is tin g a n d in te rc o n n e c tin g w ith Z ig B e e , it is w o rk in g a s a c o o rd in a to r a n d a c o n tro lle r to re d u c e th e c o llisio n p ro b a b ility (fr o m a ro u n d 40% to a lm o s t 0 in th e s im u la tio n ) a n d to in c re a s e th e n e tw o rk th r o u g h p u t. B e sid e s so lv in g th e c o e x is te n c e of R F ID a n d Z ig B e e , th e e n h a n c e d c o llisio n - a v o id a n c e R F ID re a d e r c o u ld a lso p la y a s ig n ific a n t ro le w h e n c o e x is tin g w ith o th e r w ire le s s n e tw o rk s.Key word s : Z ig B e e ; R F I D r e a d e r ; in te rfe re n c e ;1引言随着我国空间技术的发展和空间试验与应用的收稿日期=2017-07-14;修回日期:2017-09-12 基金项目:国家重大科技专项工程作者简介:王峰,男,博士,工程师,从事航天器信息系统设计工作。
1416传感技术学报2008阜and0ptimizingPowerconsumptionofAnti_ColliSionProto—colsforApplicationsinRFlDsyst唧s[c]//1SIJED’04,Ne—wport&l丑ch。
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JianWeiwang,Yupingzho.ANovelS0lution王建伟(1981一),男,北京大学信息科学与技术学院博士研究生,研究方向包括I『、犯通信,RFD系统,多载波通信,无线网络跨层设计与无线资源管理,、j17jw.pku@gmaiLtheReaderCollisionProbl锄inRFIDSysteITI[c]//IEEE2ndInterrlatio口lalCbnferenceWirelessCo聊unications,Net—w,0rkingandMobilecomputirIg,Sep,2006,WuHan,China.[8]J00ngheonKhn,wonjunLee,JieunYu.Effectoflocalized0ptimlausteringforReaderAntiQllisioninRFIDNet一、舶rks:FaimessAspectstheReaders[C]//ICCCNz005.Proceedings.14thInterllatiofIalConference17—19oct.2005Page(s):497—502.[9]Andrew&Tanenbaum,ComputerNetworks.[M]Pr髓ticeHall,1996.[10]JianWeiwallg,DDIlgwallg,Yupingzha.ANovelAnti—C0lli—sionAlgorithrn谢thDyfIamicTagN啪berEstimtion[c]//Ⅱ:EEInternationalConferenceCDmmunicationTechnolo—gy。
一种新的RFID传感网络中多阅读器防碰撞协议
王建伟;王东;TIMO Korhonen;赵玉萍
【期刊名称】《传感技术学报》
【年(卷),期】2008(021)008
【摘要】阅读器碰撞问题(RCP)是影响射频识别(RFID)系统读取效率的关键问题.提出了一种新的解决阅读器碰撞问题的协议--DREAM协议.新协议根据阅读器间的信号干扰情况在多个阅读器中动态产生若干个临时的控制中心作为簇首,合理安排各个阅读器的读取顺序,完全避免了阅读器间的信息碰撞.理论和仿真结果表明DREAM协议相对于现有性能较优的PULSE协议,在极大地提高系统读取效率的同时,大大地节省了阅读器的功率消耗.
【总页数】6页(P1411-1416)
【作者】王建伟;王东;TIMO Korhonen;赵玉萍
【作者单位】北京大学EDA实验室,北京,100871;北京大学EDA实验室,北
京,100871;北京大学EDA实验室,北京,100871;北京大学EDA实验室,北
京,100871
【正文语种】中文
【中图分类】TP393.03
【相关文献】
1.一种避免网络间数据碰撞的新型RFID阅读器设计 [J], 王峰;杨金禄;赵振昊;刘彦伟
2.RFID传感网络中多阅读器碰撞算法的研究 [J], 陈颖;张福洪
3.一种新的RFID传感系统的防碰撞算法的研究 [J], 陈颖;张福洪;廖彬彬
4.一种新的混合RFID质询树防碰撞协议 [J], 钟央;胡畔;凌力
5.基于RFID传感器网络的多阅读器低功耗防碰撞算法研究 [J], 武珠琳;孙瑞雪因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
一种分布式全类型RFID阅读器碰撞解决方案王宇;甘健侯【期刊名称】《电子技术应用》【年(卷),期】2016(42)4【摘要】The existing anti-collision algorithms for RFID reader can only resolve some types of reader collisions , or it has high delay due to adopting centralized control hardware , a distributed anti method for all types of RFID reader collision is proposed for that problem . A distributed multi-channel notification protocol is designed , which includes two parts of interrogation and receive , and the network resource for the readers is distributed reasonably . All types of collisions are considered by the proposal and the av-erage tag interrogation delay of all tags are reduced . Simulation experiments results show that the proposal can handle all types of collisions and realize a lower delay .%已有的 RFID 阅读器防碰撞算法一般仅可解决部分类型的阅读器碰撞,或者由于采用中心控制设备导致延迟较高,对此提出一种分布式的全类型 RIFD 阅读器碰撞解决方案。