RFID中防碰撞算法研究

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。

中 图 分 类 号 ： Ｐ ９ Ｔ ３３ 文献标识码：Ａ
ｄ ｉ ０３ ６ ０ｉ ｎ１０ ・４ ３ ０ ０ ． ｏ：１ ． ９ ．ｓ ． ３２ ８ ． １．９３ ９ ｓ ０ ２ １ ６
１ 引言
／
物联 网是继 计算机 、互联 网后又一次信息产业浪潮， 成为 当今世界 最重要Ｉ技术 之一，它通过射频识 别 Ｔ ＲＩ ＦＤ等信息传感设备， 按约定协议把物体与互联 网相联接，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和 管理． ＦＤ Ｒ Ｉ 系统由阅读器和众多标签组成， 标签存储物 品信息， ＦＤ阅读器通过无线信道读取标签 中信息， ＲＩ 达到 识 别物体 目的．
２１ 在 标 签 防碰 撞过 程 中面 临 的问题 与挑 战 ．
２１ 低成本标签 限制了无线通信技术在 Ｒ Ｉ ．１ ． ＦＤ系统应用 Ｃ ＭＡ 需标签产生并调制正交码来达到让阅读器 区分不同标签， Ｄ 但成本高， 对于低成本标签来说是不适合 的，因而 Ｃ ＤＭＡ 不适 合于 Ｒ Ｉ 签 防碰 撞 过程 ； Ｆ ＭＡ 由于 标签 无频道 选择 能力 和对 阅读 器接 收 部件 精 细处 ＦＤ标 Ｄ 理 能 力要 求 ，ＤＭＡ 也 不适合 于 Ｒ Ｉ 签 防碰撞 过程 ； Ｄ Ｆ ＦＤ标 Ｓ ＭＡ技术 通过 调整天 线 发射 功率和 发射 方 向来调 整 阅 读器周围标签数 目， 减少标签碰撞数， 增加阅读器天线复杂程度，Ｄ Ｓ ＭＡ仅可有选择地应用于标签防碰撞过程． Ｔ ＭＡ 通过分 时技术实现信道共享， Ｄ 它具有成本低的特点，因而 Ｔ ＭＡ 适合于 Ｒ Ｉ 标签防碰撞过程 ． Ｄ ＦＤ Ｔ ＭＡ协议主要包括 Ａ Ｏ Ａ、 Ｄ Ｌ Ｈ 载波侦 听多路访问 （ Ｓ ） 冲突检测 （ Ｄ 、 Ｃ ＭＡ 、 Ｃ ） 冲突避免 （ Ａ 、 Ｃ ） 确认机制 Ａ Ｋ Ｃ ． 下面分别对这几种 Ｔ ＭＡ技术应用于标签 防碰撞过程所面临的挑战进行分析， Ｄ 时隙并不是 Ａ Ｏ Ａ独有， Ｓ ＬＨ Ｃ ＭＡ 也可 以有 时隙 ． Ａ Ｏ Ａ 协议不检测是否发生冲突， ＬＨ 特点是只要有数据传输需求， 可随机选择时间向 目标方传输数据．由于 Ｒ Ｉ 系统主要为被动标签， ＦＤ 标签被阅读器的激活后， 阅读器命令控制下随机选择 时间向阅读器传送其数据， 在 该协议对标签成本要求低，因而 Ａ Ｏ Ａ 协议在标签防碰撞算法得以广泛应用， ＬＨ 成为标签防碰撞一个类型算法， 但它是一个竞争 （ 碰撞 ）的 Ｔ Ｍ 协议， Ｄ Ａ 研究降低碰撞率成为 Ａ Ｏ Ｌ Ｈ 协议有效性关键因素，由于标签低成本 Ａ 特点与要求， 与一 般无线通信 系统相比， 在标签防碰撞过程 中降低 Ａ Ｏ Ａ 协议碰 撞率受到较大限制， ＬＨ 这是 Ａ Ｏ Ａ协议研究难点， ＬＨ 研究者 目 前仍然在努力进行研究， 提出了众多改进算法， 得到高性能低成本 Ａ Ｏ Ａ算 ＬＨ 法 仍然 是 目前 重要 研 究 目标 ． Ｃ ＭＡ 在通信前感知无线信道， Ｓ 在传输前 由需要传输数据的通信发起主体主动检测是否可以传输的主动行 为， 检测信道是否忙， 这个过程无需接收节点和其它节点被动参与； 进入 Ｒ Ｉ 阅读器识别区域的所有标签从阅 ＦＤ 读器处电磁能量后被激活，由于标签功能弱， 作为需要传送数据的标签无法主动检测信道忙， Ｃ ＭＡ 技术无 故 Ｓ 法标签 防碰撞过程得 以应用． Ｃ Ａ为通信发起节点在通信前申请信道，由通信发起方主动与一个接收节点联系以便进行通信， 对其它节点 来说， 就是 申请信道， 告知其它节点不得 占用信道， 但此过程需要接收节点被动参与， 而且其它部分节点也会收 到Ｃ Ａ相关信息， 同样 由于标签低成本、 功能弱特点而无法主动申请信道， 也与无法参与阅读器发起 的 Ｃ Ａ过程， Ｃ Ａ技术无法在标签 防碰撞过程得以应用． Ｃ Ｄ技术是在通信 中由通信发起方检测是否与其它通信过程发生碰撞， 是一种事后主动行为，目的在于检测 不 当前通信 过程与其它通信过程是否发生碰撞， 如是则立即中止传输， 以节约时间资源；由标签发起的通信过 程， 低成本标签无法实现 Ｃ ， Ｄ 如果 由阅读器发起通信过程， 可以利用 Ｃ 技术中止当前通信过程， Ｄ 从而节省通 信 时间， Ｄ技术标签防碰撞过程运用受到限制． Ｃ 由上分析可知， 需要根据 Ｒ Ｉ ＦＤ系统特点应用 Ｔ ＭＡ技术于标签 防碰撞过程， Ｄ Ｄ Ｔ ＭＡ技��

下俸 上行 请求
≤１ １ １ １ １ １ １ １
问题 ， 如 果 在一 个有 效 识别 区域 内 出现 多个 阅读器 或
多个 Ｒ Ｆ Ｉ Ｄ就 会 出现 相 互干 扰 的 问题 ，被 称 为 Ｒ Ｆ Ｉ Ｄ 系统 碰撞 ，解 决 多个 目标 的识 别 问题 也就 是 Ｒ Ｆ Ｉ Ｄ系 统 防碰撞 算法 。 ［ １ １ 目前 主要有 两种 类 型 的 Ｒ Ｆ Ｉ Ｄ 防碰 撞
互 。在 完 成信 息交 互后 ， 读 写 器会 发 出一个 指令 使 标
引言
Ｒ Ｆ Ｉ Ｄ 技术 是物 联 网系 统 的基 础 ， Ｒ Ｆ Ｉ Ｄ系 统 硬件 签 进 入 休 眠 状态 ， 不 再 响应 读 写器 的 任 何请 求 （ 除 非 ，这 样 就不 会对 继 续搜 索 其 它标 签产 生 影 主要 由阅读器 和 Ｒ Ｆ Ｉ Ｄ标 签 构成 。阅读器 通 过 无线 信 重新 上 电）
（ ３ ） 读 写 器 将 上 述 重 新 编 制 的 识 别 号 发 送 给 标 执行 的 时 间长 度 ： 签 ，标 签接 收 到后 将序 列 号和 新 的识别 号 进行 对 比， 如 果小 于或 等 于该 识别 号 ， 则 产 生应 答将 序 列 号 发送
给读 写器 。
其 中 Ｃ是读 写 器识别 范 围 内有 效标 签 的个数 。
建
辟
Ｕ ｌ Ａ Ｎ Ｃ ｏ Ｍ Ｐ ＵＴ Ｅ
Ｒ Ｆ Ｉ Ｄ二进 制树 防碰撞算 法及 改进算法 的研 究
胡 海 锋 ，徐 飞
（ 闽西职 业技 术 学院 福 建 龙岩 ３ ６ ４ ０ ２ １）
【 摘 要】 － 本文针对 面的探讨 ， 首先是二进制树算
（ ５ ） 继续 循环 以上 过程 ， 就 可 以将 各 标签 按 序列 号 由小至 大逐 个识 别 出来 。

Ｃ ｍ ｕ ｒ ｎ ｉ ｅ／ ４ ｆ ｆ 计算机工程与应用 ｏ ｐ ｔ ｇ ｅｒ ｇ日 ， 口 ｅＥ ｎ ｎ ｃ
Ｒ Ｉ Ｆ Ｄ系宝
Ｓ ＵＮ ｅ ｓ ｅ ， Ｕ ａ ｂａ Ｗ ｎ ｈ ｎｇ ＬＩ Ｘｉｎ ｏ
杭州 电子科技大学 通信工程学院， 杭州 ３ ０ １ １０ ８
Ｃｏ ｌｇｅｏ ｍｍｕ ｃ ｔｏ ｌｅ ｆＣｏ ｎｉ ａｉ ｎ Ｅｎｇｎｅ ｒｎｇ Ｈａ ｚ ｕ Ｄｉ ｎ ｉ ｉ ｅ ｓｔ ， ｎ ｈｏ ０ ８ Ｃｈ ｎａ ｉ ｅ ｉ ， ｎｇ ｈｏ ａ ｚ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ Ｈａ ｇｚ ｕ ３１ ０１ ， ｉ ｙ
ＳＵＮ ｅ ｈｅ ，ＬＩ Ｘｉ ｎｂａ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ａ ｍ ｐｒ ｖｅ ｎ ｎ Ｗ ｎｓ ｎｇ， Ｕ ａ ｏ． ｓ ａ ｃ ｎｄ ｉ ０ ｏ ｍｅ ｔｏ ＲＦＩ ｓ ｔ ｍ ａ ｎ ｉｃ ｌｉｉ ｎ．Ｃｏｍｐｕｔ ｒＥｎ－ Ｄ ｙｓｅ ｔ ｇｓａ ｔ． ｏ ｌｓｏ － ｅ
端数据库。商业上 ， 射频系统 中存在一个 阅读器大 量标签 的这种情况 ， 当两个或两个 以上的标签 同时 向阅读器发送数据会发生通信冲突 ， 导致 阅读器无 法读出数据 ， 就引发了碰撞问题 。 现行研究的解决碰撞 问题 的方法主要分为帧时 隙Ａ Ｏ Ａ算法 ＬＨ 和二进制搜索算法口 。由于简单实 。
ｇｎ ｅｉｇ ｎ ｐｉａｉｎ ， ０ ２ ４ （ ６ ： ０ －０ ． ｉｅｒｎ ｄＡｐ ｌ ｔ ｓ ２ １ ， ８ １ ） １ ３１ ６ ａ ｃ ｏ ，
Ａｂ ｔ ｃ －Ｉ Ｉ ｓ ｓｅ ｓ ｔ ｇ ｃ ｌ ｓｏ ｓ ａ ｃ ｍ ｍｏ ｒ ｂ ｅ ． ｎ ｏ ｄ ｒｔ ｏ ｖ ｉ ｐ ｏ ｌｍ， ｎ ｉ ｒ ｖ ｄ ａ ｇ — ｓ ａ ｔ ｎ ＲＦ Ｄ ｙ ｔｍ ， ａ ｏ ｌ ｉ ｎ ｉ ｏ ｒ ｉ ｎ ｐ ｏ ｌｍ Ｉ ｒ ｅ ｏ ｓ ｌ ｅ ｔ ｓ ｒ ｂ ｅ ａ ｈ ｍｐ ｏ ｅ ｌ ｏ ｒｔｍ ａ ｅ ｎ ｔ ｅＧｅ ． ｒ ｔ ｃ ｌｊ ｐ ｏ ｏ ｅ ． ｉ ｌ ｏ ｔ ｍ ｏ ｓｄ ｒ ｅｄ ｆｅ ｅ ｔ ｍｅ ｆｒ ａ ｅ ’ ｅ ｐ ｎ ｅ ｔ ｉ ｈ ｂ ｓ ｄ ｏ ｎ． ｐ ｏ ｏ ｏ ｒ ｐ ｓ ｄ Ｔｈ ｓａ ｇ ｒ ｈ ｃ ｎ ｉ ｅ ｓ ｉ ｒ ｎ ｈ ２ ｔ Ｓ ｉ ｈ ｔ ｉ ｔ ｓｏ ｄ ｒ Ｓｒ ｓ ｏ ｓ ｏ ｅ

ｕ ｄ ｒｒ ｕ ｄ ｐ ｍｏ ｎ ｌ ｔ ｃ ｉｇ ｓ ｓｅ ， ｔ ｅ ａ ｔ ｃ ｌ ｓ ｎ ｌｏｉ ｍ ｏ ｅ ｅ ｓｖ ｉ ｄ ｘ ｎ ａ ｅ ｏ ｙ ａ ｃ ｎ ｅ ｇ ｏ ｎ ｅ ｎ ｅ ｒ ｋ ｎ ｙ ｔｍ ａ ｈ ｎ ｉ ｏｌ ｉ ａｇ ｒ ｈ — ｉｏ ｔ ｆ ｒ ｇ ｓ ｉｅ ｎ ｅ ｉ ｇ ｂ ｓ ｄ ｎ ｄ ｎ ｍｉ ｒ ｓ ａｃ ｉｇ ｉ ｐ ｏ ｏ ｅ ．Ｉ ｈ ｅ ｐ ｃｓｏ ｍｅ ａ ｄ ｓ ａ ｅ ｃ ｍｐ ｅ ｉ ｅ ｈ ｌ ｏｉ ｍ ｈ ｗｓ ｏ ｖｏ ｓ ａ ｖ ｎ ａ ｅ ｈ ｎ ｅ ｒ ｈ ｎ ｓ ｒ ｐ ｓ ｄ ｎ ｔ ｅ ｒ ｓ ｅ ｔ ｆ ｉ ｎ ｐ ｃ ｏ ｌ ｘｔ ｓ ｔ ｅ ａｇ ｒ ｈ ｓ ｏ ｂ ｉｕ ｄ ａ ｔ ｇ ｓｔ ａ ｔ ｉ ｔ
２１ ００年第５ 期
煤
矿
机
电
・ ３・ １
基 于 Ｒ Ｉ 术 的井 下 人 员定 位 ＦＤ技 系 统 防碰撞 算 法 研究
刘艳 昌， 余周 ， 张佳
（ 河南科技学 院 信息工程学院 ， 河南 新乡 ４ ３０ ） ５０ ３
摘 要 ： 为 了防止井 下人 员定 位 系统 中多个 射 频标 签 同时 向阅读 器 发送 识别 信 息 时产 生 的碰撞
ｃ ｌ ｓｏ ｏ ｌ ｉｎ；ｄ ｎ ｍｉ ｉａ ｙ ｓ ａ ｃ ｌｏ ｉ ｍ ；ｒ ｇｅ ｓ ｅ ｉ ｄ ｘ ｎ ｉ ｙ ａ ｃ ｂ ｎ ｒ ｅ ｒ ｈ ａｇ ｒ ｈ ｔ ｅ ｓｉ ｎ ｅ ｉ ｇ ｒ ｖ
１ 概述
位信息 ， 请求第 位为 ０的标签响应 ； ２ ａｔｅ ） ｃｖ 激活命令 ： ｉ 激活休眠标签 ， 使其能响应 ｒｑ ｅｔ ｅｕｓ请求命 令 ；
ｔ ｅ ｄ ｎ ｍｉ ｉ ａｙ ｓ ａｃ ｌｏ ｉｈ ，Ｓ ｈ ｏ ａ ｉｉ ｆｃ ｌ ｓｏ ｅ ｕｃ ｓｇｅ ｔｙ ａ ｄ ｔ ｒ ｂ ｅ ｏ ｏｌｓｏ ｙ ｈ ｙ ａ ｃ ｂ ｎ ｒ ｅ ｒ ｈ ａ ｇ ｒｔ ｍ Ｏ ｔ ｅｐｒ ｂ ｂ ｌ ｙ ｏ ｏｌ ｉｎ ｒ ｄ ｅ ａｌ ｎ ｈｅｐ ｏ ｌ ｍ ｆｃ ｌ ｉｎ ｍａ ｔ ｉ ｒ ｉ ｂ ｆｅ ｔｖ ｌ ｏ ｖ ｄ ｅ ｅ退式搜

电子标签 、 阅读器和数据处理子系统． 电子标签存
储 待 识 别 对 象 的 相 关信 息 ；阅 读 器 是 利 用射 频 信
号读／ 写电子标签信息的设备； 数据处理子系统对
阅读器读取的信息进行处理． 一般情况下，电子标
可以被阅读器激活． ２ 当 个或 ２ 个以上的 电子标签 被激活时， 就会发生争用信道传送数据的现象， 信
第 ２ 卷 第 ３期 ２
２ ０ 年 ９月 ０９
宁 波 大 学 学 报 （理 工 版 ）
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＮＩ ＯＦ ＮＧＢＯ ＮＩ Ｕ ＶＥＲＳ ＴＹ（ＮＳ Ｉ ＥＥ）
、０ ２ ＮＯ ３ ，ｌ ２ Ｓ ｐ ２ ０ ｅｔ ０９
文章 编号 ： ０ ． １２（ ０ ９） ３０ ０ ．４ １ １５ ３ ２ ０ ０ —３ ５０ ０
各位 置 １ ，构成抗 碰撞 命令 １０ １１ 并发送 ．标签 １０ １１ ３ 收该 命令后 ，判断 Ｄ 接 ４位 为 ０ ，与 自身标 识位不
理如图 ｌ 所示． 当电子标签进入阅读器视野时， 电 子标签被激活， 它们在同步信号的作用下， 向阅读
器发送 各 自的标签 标识号 ．设有 ２ 电子标 签进 入 个
法（Ｄ ） Ｃ ＭＡ 和时分多路法（Ｄ ） 前 ３种方法硬 Ｔ ＭＡ ． 件开销较多， 因此为节省成本， 防碰撞技术通常采
收 稿 日期：２０ ・３２ ． ０ ８０ —０ 宁 波大 学学报 （ 工版 ）网址 ：ｔ ： ｘ ｂ ． ｕｃ 理 ｈｔ ／ ｂｎ ｕ （ ０４ ９３）． ２０ ０ ８ ． 作 者简 介：林雪 明 （ ９４ ）， ， 江温岭 人 ， 士僵０ 授 ， 要研 究方 向：微处 理器 应 用． － ａｌｌ ｘｅ ｎ ＠ｎｕｅｕｃ １６ 一 男 浙 硕 教 主 Ｅｍ ｉ ｉ ｕｍｉ ：ｎ ｇ ｂ ． ｄ ｎ

在 多 状 态 二 进 制 搜 索 算 法 的基 础 上 进 行 了改 进 和 创 新 。新 算 法 根 据 标 签 碰 撞 的特 点 ， 分 利 用 已得 到 的 冲 突 信 息 ， 消 了 激 充 取
活命令 ， 大大节 省了算法 时间 ， 并且新算法能够动态选择分叉数量 ， 使得标 签的识别效 率得到 了提 高。性能分析 表明 ， 该算 法
ＥＥＡＣＣ ：６ ２ ４０
一
种 改 进 的 Ｒ Ｉ 系统 多 状 态 防碰 撞 算 法 ＦＤ
孙 文胜 ， 佩 佳 楚
（ 杭州电子科技大学通信工程学院 ， 杭州 ３０ １ ） １０８
摘 要 Байду номын сангаас 标签防碰撞技术是 Ｒ Ｉ ＦＤ系统中的关键技术和研究热点。详细分析了典型的二进制及其他改进防碰撞算法原理， 并
类算法 比较复杂 ， 识别时间较长 ， 但不存在 “ ａ ｔ ｖ・ Ｔ ｓｒ ｇ ａａ ｔ ｎ 问题 ， ｉ” ｏ 故被称为确 定性方 法 。本文 主要 针对 基于
比 已有 的二 进 制 及 动 态 二 进 制 反 碰 撞 算 法 具 有 更 明显 的优 势 。
关 键词 ： 无线射频识别 ； 防碰撞算法 ； 二进制搜索算法 ； 标签识别
中图分 类号 ： Ｎ １ ．２ Ｔ ９ １７
文献 标识 码 ： Ａ
文章 编号 ：０ ５－ ４ ０ ２ １ ） ３－ ３ ４－ ５ １０ ９ ９ （ ０ ０ ０ ０ ７ ０ 得到识 别 ， Ｔ ｇｓ ｒａ ｏ ” 即“ ａ ｔ ｖｔ ｎ 问题 ， 以这类 方法 被称 ａ ｉ 所 为可能性方法 。基 于二进 制树形 搜索算 法 ， 括 动态 包 二叉树搜索算法 ， 回式 二进制 树形搜 索算 法等。该 返
Ｓ Ｎ ｎｈｎ ，Ｃ ｅｉ Ｕ Ｗｅｓｅｇ ＨＵ Ｐ ￣ａ

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防 碰 撞 算 法 研 究
刘艳 昌 １ 张 佳 ， 志 广 ， 王
（． １ 河南科技学 院 信息工程学院 ， 河南 新 乡 ４ ３ ０ ； ． ５ ０ ３ ２ 河南天海 电器有 限公 司， 河南 鹤壁 ４ ３ ０ ） ５ ０ ０
摘 要 ： 了 防止 井 下 人 员跟 踪 定 位系 统 中多个 射 频 标 签 同时 向基 站 发送 识 别 信 息 时 产生 的 碰 撞 问题 ， 出 了一 种 基 于 搜索 矩 阵 的 自 为 提
２ Ｈｅ ａ ａ ｈ ｉ ｅ ｔｉｌ ｍｉｅ ｒ ｏ ａｉｎ Ｈｅ Ｉ ３ ０ ｉ ａ） ． ｎ ｎＴｉｎ ａ ｃｒａ Ｅｌ Ｌｉ ｔｄＣｏｐ ｒ ｔ ， ｂ ０ ０Ｃｈ ｎ ｏ ４５
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