RFID中用于解决信道争用问题的防碰撞算法read
第27卷第6期增刊 2006年6月
仪 器 仪 表 学 报
Chinese Journal of Scientific Instrument
Vol.27No.6
J une.2006
RFID中用于解决信道争用问题的防碰撞算法
吴京蓬1 刘 娜2 王爽心1
1(北京交通大学 北京 100044)
2(北京石油化工学院 北京 102617)
摘 要 针对RFID中经常出现的信道争用现象,介绍了解决这一问题常用的几种防碰撞算法,分析了优缺点及适用场合,展望了发展方向。旨在使初学者能够了解其研究现状,便于选用合适的算法。
关键词 射频识别 防碰撞 ALO HA法 二进制搜索算法
Anti2collision algorithms of RFID to solve the channel contention
Wu Jingpeng1 Liu Na2 Wang Shuangxin1
1(B ei j ing J iaotong Universit y,B ei j ing100044,China)
2(B ei j ing I nstitute of Pet ro2Chemical Technolog y,B ei j ing102617,China)
Abstract Channel contention often occurs in RFID.This paper introduces several common anti2collision algorit hms used to solve t his problem,analyzes their merit and shortcoming and the usage sit uation of each algorit hm,and views t he prospect of t he development.Our aim is to make t he junior know t he research act uality of anti2collision algorit hm,and select proper algorit hm when designing systems.
K ey w ords RFID anti2collision ALO HA manchester binary scout
1 引 言
射频识别(RFID)系统,主要由电子标签(Tag)和读写器(Reader)组成,是一种非接触式的自动识别系统。在信道共用、信号频率相同的情况下,多个电子标签同时将信号送入一个读写器的读通道会产生信道争用[1],各信号之间互相干扰,产生数据碰撞,为解决这种碰撞就要用到防碰撞算法[2]。防碰撞算法是射频识别系统中的多路存取法[2]。防碰撞技术是信号识别与处理的关键技术,主要有ALO HA[3]机制和二进制树形搜索机制。
2 ALOHA机制
2.1 普通ALOHA法
ALO HA法是最简单的一种多路存取法。电子标签只将ID送给读写器,并且是周期性循环的(标签发送数据的重复周期几乎相同)。一串ID即一个数据包的传输时间τ很短,只是周期的一小部分,因此数据之间的传输会存在相对校长的时间间隔。这样就存在一定的概率,使得若干个电子标签可以在不同的时间段上传送数据,避免数据碰撞。T时间内平均交换的数
据包量:G=6n1τn T r n,平均吞吐率,S=G3e-2G,G= 0.5时,S最大是18.4%。
采用这种方法的系统简单,但随机性大,碰撞率高,系统利用率低,仅适用于只读型电子标签。
2.2 时隙ALOHA法
时隙ALO HA法要求所有标签必须由读写器控制,在规定的同步时隙内传输数据。读写器在周期性循环时隙内发送读信号。标签被随机地分配到各个时隙。在每个时隙中,标签接到指令后把ID传给读写器。当一个时隙里分配了多个标签时,就会导致碰撞。读写器跳过发生碰撞的时隙直到找到有唯一标签的时隙。读完后,继续将时隙随机地分给标签,直到读完所有标签。
本方法由读写器控制在同步时隙内传送数据,可能发生碰撞的时间区就缩短了一半,G=1时,S增大
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为36.8%,但仍局限于只读型电子标签。
当遇到始终有碰撞发生的情况时,就要用到动态时隙ALO HA法。其时隙数可变,当读写器查询发生碰撞较多时,就提供更多的时隙,直到有唯一标签的时隙为止,这就大大提高了吞吐率。
3二进制树形搜索机制
3.1 普通二进制树形搜索算法
二进制树形搜索的前提是准确找到碰撞位,这需要有合适的位编码。Manchester/下降沿表示。当两个以上数据同时到达且值不同时,上升/下降沿叠加抵消,读写器只收到载波信号
这一特性就能较准确地找到碰撞位。
[4]是REQU EST +SEL ECT+READ_DA TA+UNSEL ECT。类似于二分法,按树形分枝进行搜索。
首先,读写器发送参考ID作为查询标准(REQU EST),标签将自己的ID与之相比较,小于或等于就回送自己的ID;然后,读写器就从最高位开始按位判断是否发生碰撞,将标准ID的碰撞位置零,重复若干次之后就可找到一个确定的ID;最后将确定的ID用SEL ECT发送给所有的电子标签,只有选中的标签回应READ_DA TA,将数据发给读写器,读完数据后,执行UNSEL ECT不再响应任何命令。
这样就完成了一次防碰撞,重复几次就可将所有的电子标签分拣出来。较高的稳定性是二进制树形搜索算法的最重要特征。这种算法也是一种时分复用,软件上易实现,吞吐率最高为36.4%。缺点在于ID 不能太长,ID越长所需时间就越长,当时间超过一定限度时,这种算法就不再实用。
3.2 动态二进制搜索算法
一旦标签的ID达到几个字节以上,上述处理不光时间上不能满足要求,还会增加系统负担。这时,可以用动态的二进制算法。ID总有相同的高位,假设10个ID中有3个的最高四位是相同的,REQU EST先发送这相同的高四位就可先处理这3个ID,再处理其他ID。这种动态查询ID已知部分的方法就是动态二进制算法。
这种算法具有随机性少、准确率高、吐率大、稳定性好、所用同步时隙少等优点。
3.3 修剪枝的二进制搜索算法[5]
在利用二进制法顺利读出第一个标签后,并不返回最高位,而是返回到最近的一级碰撞位,取相反方向上的ID;再返回更上一级碰撞位,处理另一方向上的碰撞。如此就可依次处理每个碰撞。
其程序稍复杂,但所需时间更短,更适合于标签数ID长的场合。可与动态二进制算法相结合得到更优化的搜索算法[6]。
4 结 束 语
评价算法优劣的指标有:防碰撞速度、准确率、信道利用率、稳定性、安全性和成本等。ALO HA法只适于中低频被动式只读电子标签,如校园一卡通;而高频和微波系统则多用二进制搜索算法。未来,防碰撞算法将向着更方便快捷、碰撞率更低、识别率吞吐率更高的方向发展。
参考文献
[1] POBANZ C.A microwave non2contact identification
transponder using sub2harmonic interrogation[J].
IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques.1995,43(7):167321679.
[2] PETER I2L AW KES.Anti—collision and Transponder
Selection Methods for Grouped Vicinity Cards and
RFID tags[J].RFID Technology,1999.
[3] J O HN SONNL,KO TZ S.Urn models and their
applications[M].Wiley,New Y ork,l977:144. [4] [德]K L AUS F.射频识别(RFID)技术———无线电感
应的电子标签和非接触IC卡的原理与应用[M].陈大才,译.北京:电子工业出版社,2001.
[5] 唐忠平.射频识别系统中数据传输完整性的研究[D].
广东:广东工业大学,2004.
[6] 鞠伟成,俞承芳.一种基于动态二进制的RFID抗冲
突算法[J].复旦学报,2005,2(1):46250