第八章-RFID防碰撞技术
- 格式：ppt
- 大小：3.91 MB
- 文档页数：43
下载文档原格式
合集下载
RFID技术中常见的防碰撞算法解析
RFID技术中常见的防碰撞算法解析RFID（Radio Frequency Identification）技术是一种利用无线电波进行非接触式自动识别的技术，广泛应用于物流、供应链管理、仓储管理等领域。
在RFID系统中，防碰撞算法是解决多个标签同时被读取时发生的碰撞问题的关键。
一、RFID技术的基本原理RFID系统由读写器和标签组成。
读写器通过无线电波向标签发送信号，标签接收到信号后进行解码，并将存储的信息发送回读写器。
RFID标签分为主动式标签和被动式标签两种。
主动式标签内置电池，可以主动发送信号；被动式标签则依靠读写器发送的信号供电。
二、RFID系统中的碰撞问题在RFID系统中，当多个标签同时进入读写器的工作范围内时，它们可能会同时响应读写器的信号，导致信号碰撞。
碰撞问题会导致读写器无法准确识别标签，从而降低系统的可靠性和效率。
三、防碰撞算法的分类为了解决RFID系统中的碰撞问题，研究人员提出了多种防碰撞算法。
根据不同的原理和实现方式，这些算法可以分为以下几类：1. 随机算法随机算法是最简单的防碰撞算法之一。
它通过在读写器发送的信号中添加随机延迟来避免碰撞。
每个标签在接收到读写器信号后，随机选择一个延迟时间后再发送响应信号。
这样可以降低多个标签同时发送信号的概率，减少碰撞的发生。
然而，随机算法的效率较低，可能会导致系统的响应时间延长。
2. 二进制分割算法二进制分割算法是一种基于二进制编码的防碰撞算法。
它将标签的ID按照二进制编码进行分割，每次只处理一位二进制数。
读写器发送的信号中包含一个查询指令，标签根据自身ID的某一位和查询指令进行比较，如果相同则发送响应信号，如果不同则保持沉默。
通过逐位比较，最终可以确定每个标签的ID。
二进制分割算法具有较高的效率和可靠性，但对标签ID的编码方式有一定要求。
3. 动态算法动态算法是一种基于动态时间分配的防碰撞算法。
它通过读写器和标签之间的协调来避免碰撞。
读写器会发送一个时间窗口，标签根据自身ID的某一位和时间窗口进行比较，如果相同则发送响应信号，如果不同则保持沉默。
7.1RFID关键技术之一——RFID防碰撞技术.pptx
导读
RFID关键技术之一——RFID防碰撞技术
问题：如何不让boggers与其他地下车辆相撞呢？
该碰撞预警系统实际上是RFIDInc.公司“Extenda-Read”的一个延伸的生产线。这 些产品包括RFID标签和读写器，有源的和半有源的，频率为433.92MHz。这些产品应用 于如卡车和车辆的ID识别、门禁控制、员工考勤和跟踪、停车场管理等等。
碰撞产生的原因
RFID关键技术之一——RFID防碰撞技术
由于标签含有可被识别的唯一信息(序列号)，RFID系统的目的就是要读出这些信息。 如果只有一个标签位于阅读器的可读范围内，则无需其他的命令形式即可直接进行阅读， 如果有多个标签同时位于一个阅读器的可读范围内，则标签的应答信号就会相互干扰形 成所谓的数据冲突，从而造成阅读器和标签之间的通信失败。为了防止这些碰撞的产生， 在RFID系统中需要设置一定的相关命令，并通过适当的操作解决碰撞问题，这些操作过 程被称为防碰撞命令或算法（Anti-collision Algorithms）。
RFID关键技术之一 RFID防碰撞技术
湖南现代物流职业技术学院
主讲人2 碰撞产生的类型
导读
RFID关键技术之一——RFID防碰撞技术
案例7-1 采矿又添新助手，RFID碰撞预警系统问世
在澳大利亚采矿业中，那些地下车辆、拖拉机或运输车辆都被称为boggers。 可以想象这些车辆行驶在并非总是亮堂的隧道内，并且因为没有后视镜和侧视镜 而限制了视力范围，十字路口处又不能提供能见度，无法知道有什么车辆会冲撞 出来。漆黑的矿井里到处都可能有boggers横冲直撞。
RFID防碰撞问题与计算机网络冲突问题类似，但是，由于RFID系统中的一些限制， 使得传统网络中的很多标准的防碰撞技术都不适于或很难在RFID系统中应用。这些限制 因素主要有：标签不具有检测冲突的功能而且标签间不能相互通信，因此冲突判决需要 由阅读器来实现；标签的存储容量和计算能力有限，就要求防冲突协议尽量简单和系统 开销较小，以降低其成本。RFID系统通信带宽有限，因此需要防碰撞算法尽量减少读写 器和标签间传送的信息比特的数目。因此，如何在不提高RFID系统成本的前提下，提出 一种快速高效的防冲突算法，以提高RFID系统的防碰撞能力同时识别多个标签的需求， 从而将RFID技术大规模的应用于各行各业，是当前RFID技术亟待解决的技术难题。
RFID防碰撞协议原理分析
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。
《RFID标签防碰撞算法研究》范文
《RFID标签防碰撞算法研究》篇一一、引言随着无线通信技术的快速发展，射频识别（RFID）技术已成为现代物流、零售、医疗、交通等众多领域的重要应用之一。
然而，在RFID系统中，多个标签同时响应阅读器时，会引发所谓的“碰撞”问题。
碰撞问题不仅影响了RFID系统的识别效率和准确性，而且可能使整个系统出现工作瘫痪的隐患。
因此，RFID标签防碰撞算法的研究对于提升RFID系统的性能具有重要意义。
本文将重点研究RFID标签防碰撞算法的原理、应用及发展趋势。
二、RFID系统及碰撞问题概述RFID系统主要由阅读器、标签以及通信信道组成。
在阅读器和标签之间的数据传输过程中，若存在多个标签同时向阅读器发送信号，将导致阅读器接收到的信号相互干扰，从而无法正确解析出每个标签的信息，这就是所谓的碰撞问题。
碰撞问题主要分为两类：标签与阅读器之间的碰撞和标签之间的碰撞。
本文研究的重点在于标签间的防碰撞算法。
三、RFID标签防碰撞算法原理为了解决RFID标签碰撞问题，研究者们提出了多种防碰撞算法。
这些算法主要基于ALOHA类算法和树形算法两大类。
1. ALOHA类算法：ALOHA算法是一种随机性的算法，包括纯ALOHA、时隙ALOHA等变种。
其基本思想是通过随机化操作，如随机退避和重传，来避免标签间的信号冲突。
当检测到碰撞时，系统会命令相关标签在随机时间后再次尝试发送。
2. 树形算法：树形算法则是一种确定性的算法，其基本思想是将标签组织成树形结构，逐层进行信息传输和识别，直至找到唯一的标签信息。
常见的树形算法包括二进制搜索树算法（Binary Search Tree）和查询树算法（Query Tree）等。
四、RFID标签防碰撞算法应用RFID标签防碰撞算法在物流、零售、医疗、交通等领域有着广泛的应用。
例如，在物流领域，RFID技术可用于货物追踪和管理，防碰撞算法能提高货物识别效率，减少出错率；在医疗领域，RFID技术可用于病人管理和医疗器械追踪，防碰撞算法能确保信息的准确性和实时性；在交通领域，RFID技术可用于车辆识别和交通管理，防碰撞算法能提高道路交通的智能化水平。
《2024年RFID标签防碰撞算法研究》范文
《RFID标签防碰撞算法研究》篇一一、引言随着无线通信技术的发展，射频识别（RFID）技术因其高效、快速、准确的特性在各个领域得到广泛应用。
然而，在RFID系统中，多个标签同时与阅读器通信时容易发生碰撞，这会导致信息的混淆和数据的丢失。
因此，为了有效管理和准确识别RFID 标签，防碰撞算法的研究显得尤为重要。
本文将重点研究RFID 标签防碰撞算法的原理、应用及优化策略。
二、RFID系统概述RFID（Radio Frequency Identification）技术是一种利用射频信号进行非接触式信息传输和识别的技术。
其基本原理是利用射频信号及其空间耦合、传输特性，实现对物品的自动识别和追踪。
RFID系统主要由阅读器、标签（包括标签芯片和天线）等部分组成。
三、RFID标签防碰撞算法的原理RFID标签防碰撞算法的原理是通过特定的算法，解决多个标签同时与阅读器通信时产生的冲突问题。
根据实现方式和特点，可将防碰撞算法分为两类：基于ALOHA的算法和基于二进制搜索的算法。
其中，基于ALOHA的算法又分为纯ALOHA算法、时隙ALOHA算法等；基于二进制搜索的算法则包括二叉树算法、循环二叉树算法等。
四、常见的RFID标签防碰撞算法分析1. 纯ALOHA算法：该算法原理简单，实现方便，但识别效率较低。
在多个标签同时发送信息时，阅读器无法区分哪些标签发送了信息，导致碰撞发生。
2. 时隙ALOHA算法：该算法通过将时间划分为若干个时隙，使得每个标签在特定的时隙内发送信息，从而减少碰撞的概率。
但当标签数量较多时，仍存在较高的碰撞概率。
3. 二叉树算法：该算法通过二进制搜索的方式，逐位比较标签与阅读器之间的信息，以确定每个标签的身份。
该算法具有较高的识别效率，但实现较为复杂。
五、优化策略与改进方向针对现有防碰撞算法的不足，可以从以下几个方面进行优化和改进：1. 优化信道利用率：通过改进ALOHA类算法的信道分配策略，提高信道利用率，降低碰撞概率。
《RFID标签防碰撞算法研究》范文
《RFID标签防碰撞算法研究》篇一一、引言随着无线通信技术的飞速发展，射频识别（RFID）技术作为一种自动识别技术，已广泛应用于物流、医疗、零售等各个领域。
然而，在RFID系统中，多个标签同时与阅读器通信时会产生标签碰撞问题，这严重影响了系统的性能和效率。
因此，研究RFID标签防碰撞算法具有重要的现实意义和应用价值。
本文旨在探讨RFID标签防碰撞算法的研究现状、方法及未来发展趋势。
二、RFID系统概述RFID系统主要由阅读器、标签和后端处理系统三部分组成。
其中，标签是附着在物品上的无线通信设备，用于存储物品信息；阅读器负责与标签进行无线通信，读取或写入标签信息；后端处理系统则负责处理阅读器传输的数据。
在多个标签同时与阅读器通信时，若不同标签发送的数据产生冲突，则会出现标签碰撞问题。
三、RFID标签防碰撞算法研究现状为了解决RFID标签碰撞问题，研究人员提出了多种防碰撞算法。
这些算法主要分为两类：基于ALOHA的算法和基于树形结构的算法。
1. 基于ALOHA的算法：ALOHA算法是一种随机访问协议，通过随机化标签的发送时间来避免碰撞。
其中，最基本的ALOHA算法包括纯ALOHA和时隙ALOHA两种。
此外，还有改进型ALOHA算法，如帧时隙ALOHA、多帧时隙ALOHA等。
这些算法简单易实现，但当标签数量较多时，系统性能会受到较大影响。
2. 基于树形结构的算法：树形结构算法将标签按照某种规则组织成树形结构，通过逐层识别的方式降低碰撞概率。
其中，较为典型的算法包括二进制树形算法（BTA）和二进制搜索算法（BSA）。
这类算法具有较高的系统性能和识别效率，适用于标签数量较大的场景。
四、RFID标签防碰撞算法研究方法为了进一步提高RFID系统的性能和效率，研究人员不断探索新的防碰撞算法。
目前，主要的研究方法包括：1. 优化现有算法：针对现有算法的不足，通过改进算法参数、引入新思想等方法优化算法性能。
例如，可以通过调整ALOHA 算法的参数来提高系统吞吐量；或者通过优化树形结构来降低标签识别时间。
《2024年RFID标签防碰撞算法研究》范文
《RFID标签防碰撞算法研究》篇一一、引言随着无线通信技术的快速发展，射频识别（RFID）技术已成为现代物流、零售、医疗、交通等众多领域的重要应用之一。
然而，在RFID系统中，多个标签同时响应阅读器时，会引发所谓的“碰撞”问题。
这导致阅读器无法准确读取标签信息，从而影响了RFID系统的性能。
因此，研究有效的防碰撞算法，解决RFID 标签碰撞问题具有重要意义。
本文旨在深入探讨RFID标签防碰撞算法的原理及其应用，分析其优势和挑战。
二、RFID系统概述RFID系统主要由阅读器、标签和后端处理系统三部分组成。
阅读器负责发送信号给标签，接收来自标签的信号并进行解析；标签是一种射频电子标签，用于存储信息并响应阅读器的询问；后端处理系统负责管理标签信息，并进行数据处理和存储。
在RFID系统中，防碰撞算法是解决多个标签同时响应阅读器时发生碰撞的关键技术。
三、RFID标签碰撞类型及影响RFID标签碰撞主要分为两类：一类是标签间碰撞，即多个标签同时发送数据导致接收信号相互干扰；另一类是帧内碰撞，即一个标签在发送数据过程中由于信号传输时间过长导致数据分片在帧内发生碰撞。
这两种碰撞都会导致阅读器无法准确读取标签信息，降低RFID系统的性能。
四、RFID标签防碰撞算法研究为了解决RFID标签碰撞问题，研究者们提出了多种防碰撞算法。
下面将介绍几种常见的防碰撞算法及其原理。
1.ALOHA算法ALOHA算法是最早的防碰撞算法之一，它是一种随机性算法。
其主要思想是当检测到碰撞时，标签需要随机延迟一段时间后再次发送数据。
通过不断尝试和调整延迟时间，最终使所有标签的数据都能被阅读器正确接收。
ALOHA算法实现简单，但效率较低。
2.二进制树搜索算法二进制树搜索算法是一种基于二叉树原理的防碰撞算法。
它通过将标签组织成二叉树结构，并按照树形结构逐级进行查询和应答。
该算法可以有效地降低碰撞概率，提高系统的吞吐量。
然而，在标签数量较多时，算法的复杂度较高。
第八章 RFID技术标准体系-物联网识别技术及应用(第2版)-甘早斌-清华大学出版社
(2)RFID 应用标准
RFID 应用标准主要涉及到特定领域或环境中 RFID应用系统的构 建规则。
(3) RFID 数据内容标准
RFID 数据内容标准主要涉及数据协议、数据编码规则及语法，包 括编码格式、语法标准、数据符号、数据对象、数据结构和数据 安全等。
(4) RFID 性能标准
RFID 性能标准主要涉及设备性能及一致性测试方法，尤其是数据 结构和数据内容（即编码格式及其内存分配）。
适用于超高频段860～960MHz，规定了读写器与标签之间的物理 接口、协议和命令以及防碰撞方法。
(6) ISO/IEC 18000-7
适用于超高频段433.92 MHz，属于有源电子标签。规定了读写器 与标签之间的物理接口、协议和命令以及防碰撞方法。有源标签 识读范围大，适用于大型固定资产的跟踪。
第八章 RFID技术标准体 系
8.1 RFID标准化概述
8.1.1 RFID标准的社会影响因素 (1) 无线通信管理 (2)人类健康 (3) 个人隐私 (4) 数据安全
8.1.2 RFID标准化组织
目前，国际上形成了五大标准组织，分别代表了国际上不 同团体或者国家的利益。这五大标准化组织是：
(1)国际标准化组织和国际电工委员会(ISO/IEC) (2) EPC Global (3) 泛在识别中心(Ubiquitous ID Center) (4) AIMgloble (5) IP-X
8.1.3 RFID标准体系结构
射频识别技术标准化的目标在于通过制定、发布和实施标 准、解决编码、通信、空中接口和数据共享等问题，最大 程度地促进RFID技术及相关系统的应用。
(3) ISO/IEC 18000-3
适用于高频段13.56MHz，规定了读写器与标签之间的物理接口、 协议和命令以及防碰撞方法。
RFID 应用标准主要涉及到特定领域或环境中 RFID应用系统的构 建规则。
(3) RFID 数据内容标准
RFID 数据内容标准主要涉及数据协议、数据编码规则及语法，包 括编码格式、语法标准、数据符号、数据对象、数据结构和数据 安全等。
(4) RFID 性能标准
RFID 性能标准主要涉及设备性能及一致性测试方法，尤其是数据 结构和数据内容（即编码格式及其内存分配）。
适用于超高频段860～960MHz，规定了读写器与标签之间的物理 接口、协议和命令以及防碰撞方法。
(6) ISO/IEC 18000-7
适用于超高频段433.92 MHz，属于有源电子标签。规定了读写器 与标签之间的物理接口、协议和命令以及防碰撞方法。有源标签 识读范围大，适用于大型固定资产的跟踪。
第八章 RFID技术标准体 系
8.1 RFID标准化概述
8.1.1 RFID标准的社会影响因素 (1) 无线通信管理 (2)人类健康 (3) 个人隐私 (4) 数据安全
8.1.2 RFID标准化组织
目前，国际上形成了五大标准组织，分别代表了国际上不 同团体或者国家的利益。这五大标准化组织是：
(1)国际标准化组织和国际电工委员会(ISO/IEC) (2) EPC Global (3) 泛在识别中心(Ubiquitous ID Center) (4) AIMgloble (5) IP-X
8.1.3 RFID标准体系结构
射频识别技术标准化的目标在于通过制定、发布和实施标 准、解决编码、通信、空中接口和数据共享等问题，最大 程度地促进RFID技术及相关系统的应用。
(3) ISO/IEC 18000-3
适用于高频段13.56MHz，规定了读写器与标签之间的物理接口、 协议和命令以及防碰撞方法。
rfid多标签防碰撞原理与解决方法
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实验报告(防碰撞试验)
实验八：防碰撞功能一、实验目的：1、理解M1卡的状态转换；理解rf_request用IDLE或ALL模式寻卡的区别；理解rf_halt函数的功能。
2、理解RFID技术的防碰撞处理。
3、设计一个能够同时读取多张M1卡的程序。
二、实验准备：1、M1卡的状态转换图2、rf_request函数int rf_request(HANDLE icdev,unsigned char _Mode,unsigned __int16 *TagType); 功能：寻卡请求参数：icdev：rf_usbinit()返回的设备描述符_Mode：U寻卡模式0 IDLE mode, 只有处在IDLE 状态的卡片才响应读写器的命令。
1 ALL mode, 处在IDLE 状态和HALT 状态的卡片都将响应读写器的命令。
Tagtype：卡类型值，(Mifare std. 1k: 0x0004, UltraLight: 0x0044, FM005:0x0005,Mifare std. 4k: 0x0002, SHC1122: 0x3300)返回值: = 0: 成功 <>0: 失败例： #define IDLE 0x00int st;unsigned int *tagtype;st=rf_request(icdev,IDLE,tagtype);3、rf_halt函数int rf_halt(HANDLE icdev);功能：中止对该卡操作，执行这个指令后，在重新复位之前，不能再对卡进行通讯，除非rf_request（）的寻卡模式为ALL。
参数：icdev：rf_usbinit()返回的设备描述符返回值: =0: 成功 <>0: 失败例: st=rf_halt(icdev);三、设计要求：能够同时读取多个M1卡中某块的内容，并将其显示出来。
四、实验内容：1、用Microsoft Visual C++新建一个工程（MFC AppWizard[exe]），应用程序类型是基本对话框，应用程序向导创建完成之后，系统进入到对话框编译页面的主页面，用控件设计对话框，对话框的设计如下图所示：2、编写程序。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞
RFID系统中防碰撞算法分类
电子标签的低功耗、低存储能力和有限的计算能力等限制，导 致许多成熟的防碰撞算法（如空分多路法）不能直接在RFID系统中 应用。这些限制可以归纳为： （1）无源标签没有内臵电源，标签的能量来自于读写器，因此算 法在执行的过程中，标签功耗要求尽量低； （2）RFID系统的通信带宽有限，因此防碰撞算法应尽量减少读写 器和标签之间传输信息的比特数目； （3）标签不具备检测冲突的功能而且标签间不能相互通信，因此 冲突判决需要读写器来实现； （4）标签的存储和计算能力有限，这就要求防碰撞协议尽可能简 单，标签端的设计不能太复杂。
8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞
RFID系统中的碰撞
RFID系统经常会出现多个读写器以及多个标签的应用场合，从而 导致标签之间或读写器之间的相互干扰，这种干扰称为碰撞，也称 为冲突。 RFID系统存在两类碰撞问题： （1）一类称为多标签碰撞问题，即多个标签与同一个读写器同 时通信时产生的碰撞； （2）另一类称为多读写器碰撞问题，即相邻的读写器在其信号 交叠区域内产生干扰，导致读写器的阅读范围减小，甚至无法读取 标签。
8.2 ALOHA算法
动态帧时隙ALOHA算法
动态帧时隙ALOHA算法中一个帧内的时隙数目随着区域内标签 数目动态改变，或增加时隙数以减少帧中的碰撞数目。步骤如下： （1）进入识别状态，开始识别命令中包含了初始的时隙数N。 （2）由电子标签随机选择一个时隙，同时将自己的时隙计数器 复位为1。 （3）当电子标签随机选择的时隙数与时隙计数器对应时，标签 向读写器发送数据；若不相等，标签将保留自己的时隙数并等待下 一个命令。 （4）当读写器检测到的时隙数量等于命令中规定的循环长度N 时，本次循环结束，读写器转入步骤（2），开始新的循环。 该算法每帧的时隙个数N都是动态产生的，解决了帧时隙ALOHA 算法中的时隙浪费的问题，适应标签数量动态变化的情形。
频率的信号进行分离，从而实现对不同标签的识别。
频分多路法的缺点是导致读写器和标签成本要求较高。因此在 RFID应用中，频分多路法很少使用。
8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞
3）码分多路法
码分多路法（CDMA）是基于扩频通信技术发展起来的。 扩频技术包含扩频与多址两个基本概念。扩频目的是扩展信息 带宽，即把需发送的具有一定信号带宽的信息数据，用一个带宽远 大于其信号带宽的伪随机码进行调制，使原来的信息数据的带宽被 扩展，最后通过载波调制发送出去。解扩是指在接收端采用一致的 伪随机码，与接收到的宽带信号作相关处理，把宽带信号转换成原 来的信息。多址是给每个用户分配一个地址码，码型互不重叠。 码分多路法具有抗干扰性好，保密安全性高，信道利用率高等 优点。但是该技术也存在诸多缺点，如频带利用率低、信道容量 小，伪随机码的产生和选择较难，接收时地址码捕获时间长等，所 以该方法很难应用于实际的RFID系统中。
8.2 ALOHA算法
时隙ALOHA算法
时隙ALOHA算法的信道吞吐率S和帧产生率G的关系为
S Ge
G
当G=1时，吞吐量S为最大值1/e，约为0.368，是纯ALOHA算法的 两倍。 因为标签仅仅在确定的时隙中传输数据，所以该算法的冲撞发 生频率仅仅是纯ALOHA算法的一半，但其系统的数据吞吐性能却会增 加一倍。
8.2 ALOHA算法
ALOHA算法是一种随机接入方法，其基本思想是采取标签先发言
的方式，当标签进入读写器的识别区域内时就自动向读写器发送其 自身的ID号，在标签发送数据的过程中，若有其他标签也在发送数 据，将会发生信号重叠，从而导致冲突。读写器检测接收到的信号 有无冲突，一旦发生冲突，读写器就发送命令让标签停止发送，随 机等待一段时间后再重新发送以减少冲突。
条电路传输多路信号的。电路上每一短暂时刻只有一路信号存在。
因为数字信号是有限个离散值，所以时分多路复用技术广泛应用于 包括计算机网络在内的数字通信系统。
8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞
2.RFID中防碰撞算法分类
8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞
标签防碰撞算法
RFID系统的标签防碰撞算法大多采用时分多路法，该方法可分 为非确定性算法和确定性算法。 非确定性算法也称标签控制法，在该方法中，读写器没有对数 据传输进行控制，标签的工作是非同步的，标签获得处理的时间不 确定，因此标签存在“饥饿”问题。ALOHA算法是一种典型的非确定 性 算法，实现简单，广泛用于解决标签的碰撞问题。 确定性算法也称读写器控制法，由读写器观察控制所有标签。 按照规定算法，在读写器作用范围内，首先选中一个标签，在同一 时间内读写器与一个标签建立通信关系。二进制树型搜索算法是典 型确定性算法，该类算法比较复杂，识别时间较长，但无标签饥饿 问题。
第八章 RFID防碰撞技术
快速、准确、有效的防碰撞问题解决方案对 RFID技术的发展有着至关重要的作用。标签防碰 撞算法就是要解决在读写器的有效通信范围内， 多个标签如何同时与读写器进行通信的问题。在 高频（HF）频段，标签的防碰撞算法一般采用 ALOHA。在超高频（UHF）频段，主要采用二进制 树型搜索算法。本章将重点介绍这两类算法及其 扩展算法。
8.2 ALOHA算法
纯ALOHA算法
在纯ALOHA算法中，若读写器检测出信号存在相互干扰，读写器 就会以向电子标签发出命令，令其停止向读写器传输信号；电子标 签在接收到命令信号之后，就会停止发送信息，并会在接下来的一 个随机时间段内进入到待命状态，只有当该时间段过去后，才会重 新向读写器发送信息。各个电子标签待命时间片段长度是随机的， 再次向读写器发送信号的时间也不相同，这样减少碰撞的可能性。 当读写器成功识别某一个标签后，就会立即对该标签下达命令 使之进入到休眠的状态。而其他标签则会一直对读写器所发出命令 进行响应，并重复发送信息给读写器，当标签被识别后，就会一一 进入到休眠状态，直到读写器识别出所有在其工作区内的标签后， 算法过程才结束。
8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞
2.多标签碰撞
多标签碰撞是指读写器同时收到多个标签信号而导致无法正确 读取标签信息的问题。如图读写器发出识别命令后，在标签应答过 程中可能会两个或者多个标签同一时刻应答，或一个标签还没有完 成应答时其他标签就做出应答。它会使得标签之间的信号互相干 扰，从而造成标签无法被正常读取。本章后续讨论的防碰撞都是针 对多标签防碰撞。
8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞
1.多读写器碰撞
当相邻的读写器作用范围有重叠时，多个读写器同时读取同一 个标签时可能会引起多读写器与标签之间的干扰。如图标签同时收 到3个读写器的信号，标签无法正确解析读写器发来的查询信号。
读写器自身有能量供应，能进行较高复杂度的计算，所以读写 器能检测到碰撞产生，并通过与其他读写器之间的交流互通来解决 读写器的碰撞问题，如读写器调度算法和功率控制算法。
8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞
4）时分多路法
时分多路法（TDMA）是把整个可供使用的通路容量按时间分配 给多个用户的技术。 时分多路复用是按传输信号的时间进行分割的，它使不同的信 号在不同的时间内传输，将整个传输时间分为许多时间间隔，每个 时间片被一路信号占用。 TDMA就是通过在时间上交叉发送每一路信号的一部分来实现一
ห้องสมุดไป่ตู้S Ge2G
当G=0.5时，最大吞吐率S=1/(2e)≈18.4%。发送帧不会产生碰撞 （即发送成功）的概率P为
电子标签数量越多，帧时越长，则G越大，发送成功的概率越低。 纯ALOHA算法虽然算法简单，易于实现。但对于同一个标签， 如果连续多次发生碰撞，这将导致读写器出现错误判断认为这个标 签不在自己的作用范围内。同时其冲突概率很大。假设其数据帧长 度为F，则冲突周期为2F。
8.2 ALOHA算法
动态帧时隙ALOHA算法
动态帧时隙ALOHA算法允许根据系统的需要动态地调整帧长度， 由于读写器作用范围内的标签数量是未知的，而且在识别的过程中 未被识别的标签数目是改变的，因此，如何估算标签数量以及合理 地调整帧长度成为动态帧时隙ALOHA算法的关键。由理论推导可知， 在标签数目和帧长度接近的情况下，系统的识别效率最高，也就是 说标签的值就是帧长度的最佳选择。 在实际应用中，动态帧时隙算法是在每帧结束后，根据上一帧 的反馈情况检测标签发生碰撞的次数（碰撞时隙数），电子标签被 成功识别的次数（成功时隙数）和电子标签在某个时隙没有返回数 据信息的次数（空闲时隙数）来估计当前未被正确识别的电子标签 数目，然后选择最佳的下一帧的长度，把它的帧长度作为下一轮识 别的帧长，直到读写器工作范围内的电子标签全部识别完毕。
8.2 ALOHA算法
帧时隙ALOHA算法
帧时隙ALOHA算法工作过程如图所示。
该算法的缺点是当标签数量远大于时隙个数时，读取标签的时 间会大大增加；当标签个数远小于时隙个数时，会造成时隙浪费。
8.2 ALOHA算法
帧时隙ALOHA算法
一个典型的帧时隙ALOHA算法过程如图所示。
在每一帧初始时刻，读写器发出请求指令，向标签提供帧长等 信息。每个标签根据信息随机选择一个时隙向读写器发送信息。假 设标签的序列号为4比特，在第一帧中，标签1和标签3选择了时隙1 与读写器通信，标签2和标签4选择了时隙2。时隙1和时隙2都发生了 碰撞，而标签5在时隙3中被读写器成功识别。第二帧中标签3和标签 2被成功识别。如此循环直到所有标签被成功识别为止。
8.2 ALOHA算法
纯ALOHA算法
纯ALOHA算法中的信号碰撞分两种情况： （1）一种是信号部分碰撞，即信号的一部分发生了冲突； （2）一种则是信号的完全碰撞，是指数据完全发生了冲突。 如图所示，发生冲突的数据都无法被读写器所识别。
8.2 ALOHA算法
纯ALOHA算法
纯ALOHA算法的信道吞吐率S与帧产生率G之间的关系为