RFID 标签防冲突技术研究张泉;宋君远【摘要】介绍解决RFID标签冲突问题的三种算法：使用ALOHA算法通过降低随机RFID标签发生冲突的概率解决问题；采用二进制树搜索手段解决确定性R F ID标签冲突问题；采用二进制树防冲突算法依次依据每一个电子标签独一无二的序号完成确定性的识别。
【期刊名称】《牡丹江师范学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】3页(P21-23)【关键词】物联网;R F ID标签;防冲突技术【作者】张泉;宋君远【作者单位】滁洲职业技术学院经贸系，安徽滁州 239000;滁洲职业技术学院经贸系，安徽滁州 239000【正文语种】中文【中图分类】TP391.7RFID标签防冲突技术研究张泉，宋君远（滁洲职业技术学院经贸系，安徽滁州239000）摘要：介绍解决RFID标签冲突问题的三种算法：使用ALOHA算法通过降低随机RFID标签发生冲突的概率解决问题；采用二进制树搜索手段解决确定性RFID 标签冲突问题；采用二进制树防冲突算法依次依据每一个电子标签独一无二的序号完成确定性的识别.关键词：物联网；RFID标签；防冲突技术［中图分类号］TP391.7［文献标志码］A［文章编号］1003－6180（2015）03－0021－02收稿日期：2015－02－19随着物联网技术的不断发展，RFID技术作为物联网的关键技术之一，也越来越多地应用于各行各业.如何正确识别每张RFID标签是防冲突技术要解决的问题.物联网RFID技术的一个优点是可以实现多类物品的自动识别，但在PCD机天线的可识别范围内，如果同时出现多张电子标签卡，且这些标签都需要识别时，如何准确识别每张卡，如何阻止标签对阅读器发出的指令产生重叠响应信息，是RFID电子标签防冲突技术要解决的重要难题——多标签的防冲突技术.物联网RFID标签防冲突技术使用防防冲突策略或防碰撞算法解决多标签冲突问题的发生，最终使阅读器在限定的时间内完成对所有标签的正常准确识别.目前，全球范围内都在研究物联网技术，并将物联网与云计算技术相结合应用到实际生产领域，组建智慧地球，发展智慧城市，所以研究RFID标签防碰撞技术具有应用价值，对全球物联网的发展有非常重大的意义.本文介绍解决RFID标签冲突问题的三种算法：使用ALOHA算法通过降低随机RFID标签发生冲突的概率解决问题；采用二进制树搜索手段解决确定性RFID标签冲突问题；采用二进制树防冲突算法依次依据每一个电子标签独一无二的序号完成确定性的识别.1 RIFD标签RFID（Radio Frequency Identification，射频识别）电子标签是一种新型无源电子卡片，其天线与卡被封装到卡上.阅读器与电子标签可以通过电磁场感应进行能量、时序与数据的无线通信.具体说，RFID是一种非接触式的自动识别技术，使计算机与信息系统能够通过射频信号自动识别目标对象，识别过程不要进行人工干预，识别时还能够获取其相关的数据信息，能够工作在不同的环境之中（包括恶劣环境）.电子标签使用专用的RFID Reader和特定的嵌在对象物体上的RFID标签，利用频率信号将物体信息由电子标签传送到读写器.RFID基本上是由标签（Tag）、阅读器（Reader）、天线（Antenna）3个部件构成.其中Tag由耦合元件和芯片构成，且每一个Tag的电子编码是独一无二的，可以嵌在物体上用来标识该目标；Reader为读取（偶尔用来写入）Tag信息的设备，通常有手持式Reader和固定式Reader两种，使用时可根据需求设计；Antenna在Tag和Reader之间传送射频信号.RIFD标签芯片可以嵌入到各种物体中，为每个物理实体创建唯一的数字化标识.通过RFID标签，识别系统与目标对象之间不用建立机械或光学接触就能够实现现实世界各种物体被标识、分类和跟踪等.RIFD标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，标签分为有源标签和无源标签，前者可主动发出射频信号，后者则依赖感应电流的能量传送出存储在芯片中的产品信息，解读器获取信息并对信息进行解码，随后传送到中央信息系统做相关数据处理.其中，采用有源标签方式的，阅读器发射特定频率的无线电波能量给Transponder，从而驱动Transponder电路将内部的数据传输出去，最终Reader按照一定的排列接收解读数据，传输到应用程序进行进一步处理.通过RFID标签，识别系统与目标对象之间不用建立机械或光学接触就能够使真实生活中的多个物体连成网，所有物品均能够被标识、分类与跟踪.RFID标签对于高速运动的物体也能识别，对于多个标签的物体能较快识别，且可以获取更精确、详细的物品信息，操作快捷方便.穿透性较强、不透水、防电磁波、能够实现远距离识别，读取速度较快、能够存储大量的数据信息，小巧轻便，使用寿命长，可实现加密、进行读写等操作也是这一技术的优点.基于RIFD标签的上述优势，RFlD被广泛采用，比如智能交通安全、智能医疗系统等，如果将RIFD技术与Internet、通信技术等相互结合，可以实现对整个地球物品的跟踪与信息共享.2 RFID标签防冲突技术研究2.1 时分多路TDMA方法时分多路TDMA（time division multiple access）方法常用来解决RFID系统标签冲突问题. TDMA把载频时域划分为帧，每帧划为多个话路时间间隙，同时含有定时、站地址识别、控制指令与话路分配等信号的报头，所有的RFID标签可以在阅读器的指令之下依据报头内容规定的时间间隙分别发送识别信号.时分多路TDMA方法是嵌入在阅读器中的防冲突算法软件，所以在无线通信技术中时分多路TDMA方法可以解决标签的冲突问题.2.2 ALOHA算法ALOHA算法能够降低随机RFID标签冲突概率，使RFID标签利用信道内的随机时间响应阅读器命令从而实现识别，这是一种随机接入方法.ALOHA算法的优点是速度快、效率高、实现容易.缺点是如果处理RFID电子标签数目很大时，会使得RFID标签持久接受不到阅读器的指令，最终出现通信不成功的现象，也可以说是产生Tag Starvation标签“饿死”现象.为解决这一问题，采用帧时隙方法可使识别系统容量更好，如果标签数目增多，依然可以有一定的识别成功率.ALOHA算法有两类：一是纯ALOHA算法，二是帧时隙ALOHA（FSA）算法.纯ALOHA算法较为简单，其信道利用率仅为18.4%.帧时隙方法中时间间隙大小是由帧的大小确定的.帧的长度与标签数量差不多时，系统的识别性能越好，识别正确率接近最好值，接近35.9%，识别效率也越高.如果长度比标签数量多，则会降低冲突产生的概率，却以时间间隙为代价；如果长度比标签数量少，则会增大碰撞产生的概率，识别时间变长.关于调整帧长度的问题，一些研究者提出依照标签数目动态地调整帧长度，可以使识别系统性能稳定.2.3 基于二进制树确定性算法该防冲突算法是典型的基于电子标签的方法，被用来解决RFID标签的冲突问题，方法中使用确定性时分多路机制，依次依据每一个电子标签的序号完成识别.具体步骤是：以递归的办法把存在碰撞的RFID电子标签逐步分配到两个电子标签的子集之中，当集合中仅剩最后一个等待识别电子标签被识别出来的时候停止划分，这种算法称为确定性识别算法.子集分配的技术手段分为：第一类，使用电子标签随机判定其所属的集合，这种方法称为随机二进制方法.第二类，以电子标签的标识符号为依据完成二叉树分裂分配，这种方法称为二进制树查询方法.表1显示，阅读器作用范围内有4个将要被识别标签，使用二进制树查询算法对RFID标签全部识别的处理过程如表1所示.使用二进制树搜索防冲突算法在一定程度上能够确定性识别出所有标签的信息，但是也存在一些不利之处，例如标签数量大时，标签与阅读器之间的通信数据量非常大，这会导致标签等待阅读器读取的延时过长.表1 二进制树查询算法对RFID标签的识别过程3 结语近年来物联网技术受到了人们的广泛关注，RFID技术作为物联网的关键技术之一，也越来越多地应用于各行各业，尤其是在各种卡中加入RFID标签进行识别为人们提供了方便快捷的识别手段.仿真结果表明，ALOHA算法和二进制树防冲突算法在一定程度上高效有利地解决了RFID标签的冲突问题，为RFID技术的实践应用提供了有价值的理论指导.未来，RFID标签应用的主流形式主要是RFID阅读器，在实际复杂的物联网系统中，阅读器冲突问题不可避免的存在，而对于阅读器产生的冲突问题研究尚少，成果也不多，这也是作者以后研究的方向.参考文献［1］王保云.物联网技术研究综述［J］.电子测量与仪器学报，2009，12（23）：1－7.［2］秦毅，彭力.基于RFID的超市物联网购物引导系统的设计与实现［J］.计算机研究与发展，2010，47：350－354.［3］刘云浩.物联网导论［M］.北京：科学出版社，2011.［4］陈涛.基于RFID的防冲突算法的设计与实现［D］.武汉：武汉理工大大学，2009.［5］沈苏彬，范曲立，宗平，等.物联网的体系结构与相关技术研究［J］.南京邮电大学学报，2009，29（6）：1－11.［6］张燕宁.物联网RFID标签防冲突方法解析［J］.物流技术，2014，5（33）：433－435.［7］魏欣.RFID标签及阅读器防冲突算法研究［D］.成都：电子科技大学，2009. ［8］江雨.物联网中RFID标签防碰撞算法研究［D］.西安：西北师范大学，2012.编辑：琳莉。
