基于碰撞预检测的分组动态帧时隙ALOHA防碰撞算法
改进的基于动态帧时隙ALOHA防碰撞算法
改进的基于动态帧时隙ALOHA防碰撞算法陈荣征【期刊名称】《齐齐哈尔大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(000)001【摘要】在 RFID 系统中，存在阅读器现多个标签同时通信的碰撞问题，标签防碰撞技术是解决标签防碰撞问题和提高标签识别率的关键。
在分析动态帧时隙ALOHA 算法的基础之是，提出了一种改进的基于随机数重新分组的动态帧时隙ALOHA 算法。
该算法证明了当引入一个随机数的时候，系统的吞吐率是最大的，并且同时利用标签唯一的ID号中的第一位的取值来同，进行重新分组，从而减少了标签碰撞的次数。
仿真实验结果表明，所提出的改进算法执行效率更高，碰撞次数更少，识别成功所需的时隙数更少，有效地提高了标签的识别速度。
%In the RFID system , the presence of multiple tags simultaneously reader collision problem of communication , tag anti-collision technology is the key to solve the problem and improve tag anti-collision tag identification rate . In the analysis of dynamic frame slotted ALOHA algorithm basis , proposed an improved dynamic frame slotted ALOHA algorithm based on random numbers regrouped . The algorithm proved that when introducing a random number when the throughput of the system is the largest , and the same time using different labels unique ID number of the first values , re-grouping ,thus reducing the number of tag collision . Simulation results show that the higher the efficiency of the improved algorithm proposed , fewer collisions , effectively improve the recognition speed label.【总页数】6页(P21-25,35)【作者】陈荣征【作者单位】广东职业技术学院信息工程系，广东佛山 528041【正文语种】中文【中图分类】TP301.6【相关文献】1.动态帧时隙Aloha算法防信息碰撞研究 [J], 曹高峰;卢建军;王晓路2.基于动态帧时隙Aloha的防碰撞算法研究 [J], 陈昊;高勤;安锡文3.基于碰撞预检测的分组动态帧时隙ALOHA防碰撞算法 [J], 陈卓4.改进的动态帧时隙ALOHA防碰撞算法 [J], 史长琼;肖瑞强;吴丹5.基于动态帧时隙ALOHA的危险品运输RFID防碰撞算法 [J], 魏福禄;刘攀;李志斌;孙锋;郭永青;曹宁博因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于动态帧时隙Aloha的防碰撞算法研究
基于动态帧时隙Aloha的防碰撞算法研究作者：陈昊高勤安锡文来源：《无线互联科技》2017年第17期摘要：在RFID系统中，多标签同时存在会引发标签碰撞问题，文章首先分析已识别标签的情况，对剩余标签的个数进行了估计，并依此动态匹配最佳帧长。
为了进一步提高系统的识别效率，构造了合适的哈希函数，将标签集合均匀地映射到帧时隙集合，降低了标签的冲突率。
仿真表明，该算法提高了系统的吞吐率和稳定性，对Aloha算法的后续研究工作以及工程实践应用具有一定的参考价值。
关键字：动态帧时隙；Aloha算法；防碰撞；哈希函数；标签估计1 RFID概述无线射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）作为新型无线非接触式自动识别技术[1]，具有存储容量大、识别速度快和安全系数高等优点，被作为感知层的关键技术广泛应用于物流、销售和定位等领域，并作为物联网领域的核心技术之一，得到极大关注[2]。
RFID系统一般由读写器、电子标签以及应用软件系统组成。
系统在工作的时候，读写器与标签之间利用电磁信号进行数据交换。
当多个标签共用相同的信道时，信号在空中媒介发生干扰，就会引发碰撞，导致标签识别和数据传送失败。
为了减小和消除这种碰撞问题，保证数据在传输过程中的完整性，许多科研工作者对RFID中的防碰撞机制进行了大量深入的研究。
目前，应用较广泛的防碰撞算法大多基于时分多址接入（Time Division Multiple Access，TDMA），主要有如下两类：基于二叉树的确定性算法和基于Aloha的概率性算法[3-5]。
前者优点是能识别出所有标签，没有遗漏现象，但是对读写器硬件要求较高且算法的空间和时间复杂度较高。
后者是Aloha及其改进算法，标签随机选择时隙与读写器通信，复杂度小且容易实现，但存在一定概率的某一标签长时间内所选择的时隙均发生碰撞，在有效时间内无法被读写器识别，存在标签“饥饿”问题。
基于ALOHA的分组动态帧时隙RFID系统防碰撞算法
０ 引 言
无 线射 频识 别技 术 Ｒ Ｉ ｒｄｏｆ ｑｅｃ ｅｔ ＦＤ（ａｉｒ ｕｎｙｉ ｎｉ ｅ ｄ — ｉ ｔｎ 是一 种非 接 触 式 自动 识 别 技 术 ． ＦＤ 系统 ｆａｉ ） ｃ ｏ ＲＩ
主要 由天线、 读写器、 电子标 签、 中间件和 系统应用
软件几部分组成． Ｒ Ｉ 在 ＦＤ系统 中阅读 器和电子标
ａ ｔ ａ ｄ ｒ ｅ ｕ ｒ ｍｅ ｔｉ ｏ ｉｈ ｗｈ ｎ ｔｇ ｎ ｍｂ ｒｉ ｃ ｅ ｓ ｓ Ｔｈｅ ｇ ｏ ｐ ｎ ｙ ｍｉ ａ ｄ ｓｏｔ ｄ ｎｄ ｉ ｈ ｒ ｗａ ｅ ｒ ｑ ｉｅ ｎ ｓ ｔｏ ｈ ｇ ｅ ａ ｕ ｅ ｎ ｒ ａ ｅ ． ｓ ｒ ｕ ｉ ｇ ｄ ｎａ ｃ ｆ ｍｅ ｌｔｅ ｒ
ｔｇｃｌｓ ｎｉ ｒｄｏｆ ｑ ｅ ｃ ｅ ｔ ｃｔ ｎ Ｒ Ｉ ｙｔｌ ｉ ａｉ ｒ ｕ ｎｙｉ ｎｉ ａ ｏ （ ＦＤ）ｓｓ ｍ ａ ｄｉ ｒｖｄｔ ｎｉ ａｉ ｆ ｉ ｃ ｎ ｉｏ ｎ ｅ ｄ ｆ ｉ ｉ ｅ ｍ ｈ ｄ ｆ ｏ ｆｅ ｉ ｉ
Ａ Ｏ Ａ ａ ｏｉ ｍ（ Ｄ Ｓ Ｌ Ｈ ｇｒｈ Ｇ Ｆ Ａ）ｗ ｓｐｏ ｏｅ ． ｅａ ｏ ｔｍ ｅｅ ｎｄ ｔｅｎ ｍ ｅ ｆ ｈ ａｓ ｒｕ ｎ ｌ ｔ ａ ｒｐ ｓｄ Ｔ ｇｒｈ ｄ ｔ ｍｉｅ ｈ ｕ ｂ ｒｏ ｅｔｇ ’ｇ ｐａ ｄ ｈ ｌ ｉ ｒ ｔ ｏ
基于汉明重分组的动态帧时隙ALOHA防碰撞算法
优先出版 计 算 机 应 用 研 究 第32卷--------------------------------基金项目：国家自然科学基金资助项目(61371113)，交通运输部科技项目(2012-319-813-270，2013-319-825-110)作者简介：杜宗印(1988-)，男，山东嘉祥人，硕士研究生，主要研究方向为射频识别技术、安全认证协议；章国安(1965-)，男，博士，教授，博导，主要研究方向为无线通信网络、车联网、认知无线电等(gzhang@)；袁红林(1971-)男，博士，副教授，主要研究方向为无线信号识别技术；杨振(1987-)，男，硕士研究生，主要研究方向为物联网，智能算法．基于汉明重分组的动态帧时隙ALOHA 防碰撞算法 *杜宗印，章国安，袁红林，杨 振(南通大学 电子信息学院，江苏 南通 226019)摘 要：针对射频识别（RFID ）系统中标签较多时动态帧时隙ALOHA 算法识别效率快速下降的问题，在动态帧时隙ALOHA 算法的基础上，利用标签ID 前M 位的汉明重量对阅读器范围内标签进行分组，提出了一种基于汉明重分组的动态帧时隙ALOHA 算法（LGDFSA ），并利用Matlab 对它进行了仿真模拟。
仿真结果表明，LGDFSA 算法与动态帧时隙ALOHA 算法相比，当标签数较多时系统吞吐量提高，并趋于稳定，总操作数有所减少，系统总体效率提高。
关键词：射频识别；ALOHA 算法；汉明重分组；吞吐量；总操作数 中图分类号：TP301.6 文献标志码：ADynamic framed slotted ALOHA algorithm based on Hamming weight groupingDU Zong-yin, ZHANG Guo-an, YUAN Hong-lin, YANG Zhen(School of Electronics & Information, Nantong University, Nantong 226019, China)Abstract: On count of the rapid decline of efficiency when more tags are in radio frequency identification system, we use the hamming weight of tags ID top M bits to group the tags which are in the scope of the reader, and come up with dynamic framed slotted ALOHA algorithm based on hamming weight grouping (LGDFSA). And this proposed algorithm is simulated by Matlab. Compared with dynamic framed slotted ALOHA algorithm, the results show the system throughput is improved and tends to be stable, the total number of operating in the system is cut down, the overall efficiency of RFID system has been advanced. Key Words: Radio Frequency Identification; ALOHA algorithm; throughput; total number of operating0 0 引言射频识别（Radio Frequency Identification, RFID ）系统是一种非接触式的自动识别技术[1]，它由标签、阅读器和带有后端数据库的服务器三部分组成。
帧时隙ALOHA反碰撞算法仿真及数据分析
专 业 推 荐↓精 品 文 档帧时隙ALOHA反碰撞算法仿真及数据分析邓晓，何怡刚，陈洪云，谢涛（湖南大学电气与信息工程学院，湖南长沙410082）摘要：用MATLAB模拟实际的无源标签反碰撞过程.设计了帧时隙ALOHA算法仿真及数据分析程序，对碰撞过程中的相关数据进行了统计分析，获得碰撞时隙中平均标签数目与碰撞时隙比例的关系，为动态调整帧长度，提高识别效率提供依据.关键词：射频识别；反碰撞；帧时隙ALOHA算法中图分类号：TN911文献标识码：A0引言标签反碰撞算法对于射频识别（RFID）系统的识别能力至关重要，同时还关系到阅读器的实现难度与标签成本，是RFID系统的关键技术之一.标签冲突问题和计算机网络冲突问题类似，但是由于RFID系统本身的一些限制，应用于传统网络中的很多反碰撞技术无法或很难在RFID系统中直接应用.目前，RFID系统的标签反碰撞算法以时分复用（TDMA）为主，主要可以分为基于ALOHA的算法和基于树的算法.基于树的反碰撞算法又可以分为二进制树算法和查询树算法两种类型[1-2].基于ALOHA 的算法是随机性算法，标签利用随机时间响应阅读器的命令.在基本ALOHA算法基础上，产生了时隙ALOHA、帧时隙ALOHA和动态帧时隙ALOHA算法等改进算法[3-5].帧时隙ALOHA算法对系统要求较简单，识别速度较快，在很多国际和国内RFID标准中被采用[6-7]，本文也基于该算法对标签反碰撞过程进行仿真和分析.1算法原理在基本ALOHA算法中，标签进入阅读器读写范围，随机等待一定时间后，向阅读器发送自身ID.在标签的发送过程中，如果其他标签也在发送数据，那么就会发生信号重叠，从而导致完全冲突或部分冲突，如图1所示.发生冲突后，阅读器无法接受正确的信号，标签没有被正确识别，标签随机等待一定的时间后重新发送信号.基本ALOHA算法的一个最大缺点就是发生冲突的概率很大.如果标签传送整个收稿日期：2008-06-30作者简介：邓晓（1975－），男，湖南浏阳人，博士研究生.E－mail：dengxiao＿***********基金项目：国家自然科学基金资助项目（50677014）；国家863计划资助项目（2006AA04A104）；高校博士点基金资ID 的时间为T ，那么其他标签在整个数据发送期T 以及之前的时间T 内发送数据，都会导致冲突的发生.时隙ALOHA （Slotted ALOHA ）算法对此进行了改进，它在基本ALOHA 算法的基础上把时间分成多个离散的时隙，标签只能在每个时隙开始的时候发送数据，这样标签要么就被识别，要么就发生完全冲突，避免了部分冲突，将冲突期减少了一半，提高了信道利用率.这种方法需要一个同步时钟使所有的标签同步，这个同步时钟可以由阅读器发出.帧时隙ALOHA （Frame Slotted ALOHA ）算法在此基础上将多个时隙组成一帧，在一帧中只允许标签发送一次数据，进一步减少了冲突.在一帧中，如果某个时隙没有标签应答，则这个时隙称为空时隙；如果只有一个标签应答，则标签将被识别，称为识别时隙；如果有两个或两个以上的标签应答，则发生标签碰撞，标签无法被识别，称为碰撞时隙.未识别的标签在下一帧时隙中继续参与反碰撞循环，直到所有标签被识别.一帧时隙中，识别时隙与帧长度之比定义为传输通路的（平均）吞吐率S ，吞吐率越高，RFID 系统的识别速度越快.在帧时隙ALOHA 算法中，设空时隙、识别时隙和碰撞时隙的数目分别为F 0、F 1和F C ，这些时隙与帧长度F 之比分别用P 0、P 1和P C 表示.P 0、P 1和P C 与读写范围内的标签数量n 及帧长度F 的概率关系可以表示为:P 0＝（F －1）n F n ，P 1＝C n 1（F －1）n －1Fn ，P C ＝1－P 0－P 1.图2表示三种时隙所占的比例与标签数量、帧长度之间的关系，图中G 为平均数据包交换量，代表标签总数n 与帧长度F 之比.由图可知，当标签数目等于帧长度，即G =1时，吞吐率S 最大，最大值为36.8%[7].因此，如果能根据标签数目动态地调整帧长度，可以使帧时隙ALOHA 算法获得最大的吞吐率.动态帧时隙ALOHA 算法允许根据需要，动态地调整帧长度.由于读写范围内的标签数量是未知的，而且在识别过程中未被识别的标签数目是改变的，因此，怎样估算标签数量，合理地调整帧长度成为动态帧时隙ALOHA 算法的关键.2算法仿真及数据分析本文用MATLAB 设计了一个帧时隙ALOHA 算法仿真和数据分析程序，模拟帧时隙ALOHA 算法的反碰撞过程，算法流程如图3所示. 部分冲突完全冲突共享介质标签3标签2标签1图1基本ALOHA 算法第3期邓晓等：帧时隙ALOHA 反碰撞算法仿真及数据分析592012-05-19########################2012-05-19########################2012-05-192012-05-19########################2012-05-19########################2012-05-19程序对不同帧长度的多个样本进行了模拟，同时，对不同情况下每个碰撞时隙中的平均标签数e 进行了统计.统计表明，不同帧长度碰撞时隙中的平均标签数e 与碰撞时隙所占比例P c 的关系基本相同，关系曲线如图4所示.可以利用如图4所示的曲线估算出未识别的标签数目，然后动态地调整帧长度，步骤如下：1）以帧长度F 进行一轮识别后，统计出碰撞时隙个数F C ；2）计算P C ＝F C /F ；3）根据如图4所示的曲线获得相应的e 值；4）估算未识别标签数目n u ＝e ·F C ；5）调整帧长度为n u 进行下一轮识别.图3程序流程图图4e 与P c 关系曲线汕头大学学报（自然科学版）第23卷602012-05-19########################2012-05-19########################2012-05-192012-05-19########################2012-05-19########################2012-05-19为了测试这种标签数目估算方法的效果，以帧长度等于64为例，对本文所提的估算方法和已有的两种估算方法进行仿真比较[8-9]，结果如图5所示，图中误差E error指估算数目与未识别标签实际数目的差，是对100000个样本进行估算的均方差，“free slots ”曲线和“collision slots ”曲线分别代表原有的利用空时隙和碰撞时隙与总标签数目的关系进行估算的结果，“e -P ccurve ”曲线代表利用本文提出的方法估算的结果.图5表明，本文提出的方法不仅简单快速，准确度也比原有方法有较大提高.当平均数据交换量G 小于1.5时，估算误差减少30%以上，当G 小于1时，误差减少50%以上.这一点非常重要，因为经过一两次帧长度调整后，数据包交换量G 通常会接近1.3结语本文用MATLAB 设计了一个模拟帧时隙ALOHA 算法的仿真和数据分析程序.通过模拟帧时隙ALOHA 算法并对相关数据进行统计和分析，获得了不同帧长度时每个碰撞时隙中平均数目与碰撞时隙比例之间的关系曲线，提出了利用该曲线进行未识别标签估算并动态调整帧长度的方法.与原有标签估算方法相比，用本文方法估算未识别标签的准确度有较大提高.参考文献:[1]Wang Tsanpin.Enhanced binary search with cut -through operation for anti -collision in RFID systems[J].IEEE Communications Letters ，2006，10（4）：236-238.[2]Gyorfi L ，Gyori S.Analysis of tree algorithm for collision resolution[C]//2005International Conference on Analysis of Algorithms ，DMTCS proc ，2005：357-364.[3]Schoute F C.Dynamic frame length ALOHA[J].IEEE Transactions on Communications ，1983，（31）：565-568.[4]Vogt H.Multiple object identification with passive RFID tags systems[C].IEEE International Confer -ence on Systems ，Man and Cybernetics ，2002（3）：651-656.[5]吴春华，陈军.动态ALOHA 法在解决RFID 反碰撞问题中的应用[J].电子器件，2003，26（2）：173-176.[6]Auto -ID Center.Operational specification for a class -1UHF radio -frequency identification （RFID ）tag ，class 1generation 2RFID tag specification ，revision number 0.27.6[S].October ，2003.[7]Finkenzeller K.RFID handbook fundamentals and applications in contactless smart cards and identi -fication[M].2nd ed.West Sussex ：John Wiley &Sons Ltd ，2003．[8]程文青，赵梦欣.改进的RFID 动态帧时隙ALOHA 算法[J].华中科技大学学报，2007，35（6）：14-16.[9]高乐，吴援明.一种用于R F I D 系统中的帧长度调整方法[J].微计算机信息，2007，23（2）：213-215.第3期邓晓等：帧时隙ALOHA反碰撞算法仿真及数据分析612012-05-19########################2012-05-19########################2012-05-192012-05-19########################2012-05-19########################2012-05-19（上接第57页）[14]马建华.水杨酸甲酯清除羟基自由基活性的研究[J].化学通报，2006，3（3）：228-230.[15]Hiroshi Kitagaki M T.1，1-Diphenyl -2-Picrylhydrazyl radical （DPPH ）scavenging ability of sake dur -ing storage[J].Journal of Bioscience And Bioengineering ，1999，87（3）：328-332.[16]Lizette G.Contribution to characterization of oxidative stress in HIV/AIDS patients[J].Pharmacolog -ical research ，2003（47）：217-224.Research on κ-Carrageenan Modified by Salicylic AcidGUO Xi -kun ，SUN Wen -bing ，LIN Shu -dong（Department of Chemistry ，College of Science ，Shantou University ，Shantou 515063，Guangdong ，China ）Abstract ：Low molecular weight （LMW ）κ-carrageenan with the number -average molecular weight of 10000was achieved by depolymerizing natural κ-carrageenan in mild hydrochloric acid condition ，and then was turned into tetrabutylammonium salt.O -salicyloyl LMW κ-carrageenan was obtained by the salt modified with salicylic acid.The fine structure of O -salicyloyl LMW κ-carrageenan was characterized by 1H NMR ，13C NMR ，IR and UV.The results indicated that salicylic acid was reacted with the Hydroxyl groups on G4S 6of κ-carrageenan and formed the O -salicyloyl LMW κ-carrageenan.The degree of acylation was worked out to be 0.69.Meanwhile ，modifying κ-carrageenan with salicylic acid could improve its antioxidative activity in vitro.Key words ：salicylic acid ；κ-carrageenan ；degree of acylation ；antioxidative activity in vitroSimulation and Data Analysis of Frame Slotted ALOHAAlgorithm for Anti -collision in RFID SystemsDENG Xiao ，HE Yi -gang ，CHEN Hong -yun ，XIE Tao（College of Electrical and Information Engineering ，Hunan University ，Changsha 410082，Hunan ，China)Abstract ：Tag Collision arbitration for passive RFID tags is significant for fast identification.A simulation and data analysis program imitating frame slotted ALOHA Algorithm is presented.The relationship between the average tags quantity in collision slots and the collision slots proportion in a frame is analyzed.A novel frame -size adjusting method was proposed based on the relationship for dynamic frame slotted ALOHA Algorithm.Key words ：RFID ；anti -collision ；dynamic frame slotted ALOHA汕头大学学报（自然科学版）第23卷622012-05-19########################2012-05-19########################2012-05-192012-05-19########################2012-05-19########################2012-05-19。
动态帧时隙Aloha算法防信息碰撞研究
天
１ ２ 系统 功 能 ．
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携带 标 签 的工 作人 员 携 带标 签 的工 作 人 员 携 带 标签 的 工作 人 员
化 了时隙数（ 根据外来标签数 ， 改变时隙数来 阅读标 签） 提 高 了信 道 的利 用 率 和 减短 了标 签 被 识 别 、
矿井人员定位系统包括井上 中心控制计算机 系
收稿 日期 ：０ １— ３ ９ ２ １ ０ —２
基金项 目： 陕西 省教育厅产业 化培养基金资助项 目（ ９Ｃ ５ ０Ｊ ０） 作者简介 ： 曹高峰（ ９ ４）男 ， １８ 一 ， 硕士研究 生 ， 研究 方向 ： 动通信 ，－ ｉ ３ ９ ６ ６ ９ ｑ ｏ 卢建军 （９ ２） 男 ， 移 Ｅ ｍａ ：４ ２ ９ ４ ＠ ￣ｃｍ！ ｌ １ ６ 一 ， 教授 ， 研究 方
个以上的标签同时处于阅读器的有效识别范崮内，
当这些标 签 同频且 同 时 向 阅读 器 发送 数 据 时 ， 会 就 产 生 的同频率 无线 电信 号 之 间 的 干扰 ， 致 标 签所 导 发送 的信 息无 法被 正确 识别 ， 最终将 产生 信息 碰撞 ； 在Ｒ Ｉ Ｆ Ｄ的许多 应 用 中 ， 时 由于 阅 读器 布置 的过 有
中 图 分 类 号 ： Ｄ７ １ Ｔ ７ 文献标识码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ ７ ２４ ２ １ ） ５ ０ ２ —０ １０ —３ ６ （０ １０ — ０ ３ ３
长期 以来 ， 因我 国矿 井 下地形 复 杂 ， 人员 位 置 和 数量难 以确定 等 实 际情况 ， 给煤矿 的管理 、 度及 矿 调
２ Ｄ Ｓ 算 法 ＦＡ
基于时隙预测的RFID防碰撞ALOHA算法
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔｈ ｒ ｐ ｓ ｄ ａｇ ｒｔ ｍ ｄ ｆ ｄ ｔ ｅ ｐ ｏ ｒ ｍｅ ｓｚ ｙ ｃ ｍｐ ｒ ｏ ｔ ｈ ｒ ｓ ｔ ｅ ｉｉ ｎ ｔ ｒ ｓ ｏ ｄ ａ ｄ ｓ ｒ ｃ ： ｅ ｐ ｏ ｏ ｅ ｌ ｏ ｉｈ ｍｏ ｉ ｅ ｈ ｒ ｒｆａ ｉ ｅ ｂ ｏ ａ ｉ ｎ ｗｉ ｔ ｅ ｐ ｅ ｅ ｃ ｓ ｈ ｅ ｈ ｌ ｎ ｉ ｉ ｓ ｈ ｄ ｏ ｉ ｅ ｔｆ ｄ ｔ ｅ ｅ ｄ ｃ ｎ ｉ ｏ ｓｂ ｓ ｄ Ｏ ｌ ｅｖ ｌ ｅｏ ｃ ｕ ｌ ｔ ｎ ｆ ｃ ｏ ｏ Ｃ ｐ ｏ ｏ ｏ ． ｈ ｌ ｔ ｒ ｄ ｃｉ ｇ ｂ ｎ ｒ ｅ ｄ ｎ ｉ ｅ ｎ ｏ ｄ ｔ ｎ ａ ｅ ｉ ｔ ａｕ ｆ ｃ ｍｕ ａｉ ａ ｔ ｒＣ ｆ ｉ ｈ ｉ ｈ ａ ｏ ＥＰ ｒ ｔ ｃ １ Ｔ ｅ ｓ — ｅ ｉ ｔ ｉ ａ ｙ ｓ 一 ｏ ｐ ｎ １ｃ ｉ ｎ ｓ ｈ ｍｅ ｗａ ｓ ｄ ｉ ａ ｈ ｆａ ｃ ｅ ｅ ａｅ ｉ ｌ ｌｔ ｎ ｏ ｖ ｏ ｌ ｉｎ ｔ ｉ ａ ｙ ｓ ｌｃ ｉ ｎ ｉ ｓａ ｔ ， Ｏ ｔａ ｅ ｔ ｃ ｅ ｓ ｕ ｅ ｎ ｅ ｃ ｒ ｍｅ ｔ ａ ｃ ｌ ｒ ｔ ｅ ｓｏ ｓａ ｄ ｓ ｌ ｅ ｃ ｌｉ ｏ ｓｗｉ ｂｎ ｒ ｅｅ ｔ ｔ ｌ Ｓ ｈ ｔ ｏ ｏ ｄ ｓ ｈ ｏ ｎ ｎ ｙ ｔ ｅ ｕ ｅ ｔ ｅ ｉ ｖ ｌ ｌ ｔ ． ｉ ｌ ｔ ｎ ｒ ｓ ｌ ｈ ｗ ａ ｅ ｐ ｏ ｏ ｅ ｇ ｒ ｈ ｃ ｎ ｉ ｃ ｅ ｓ ｈ ｙ ｔ ｍ ｈ ｏ ｇ ｐ ｔａ ｄ ｏ ｒ ｄ ｃ ｈ ｎ ａ ｉ ｓｏ ｓ Ｓ ｍｕ ａ ｉ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｔ ｔ ｈ ｒ ｐ ｓ ｄ ａ ｏ ｉ ｍ ａ ｎ ｒ ａ ｅ ｔ ｅ ｓ ｓ ｄ ｏ ｓ ｈ ｔ ｌ ｔ ｅ ｔｒ ｕ ｈ ｕ ｎ ｃ ｎ ｕ ｓ ｌｓ ｏ ｒａ ｄ ｆ ｗｅ ｉ ｌ ｔ ａ ｒ ｖ ｏ ｓ ｗｏ ｋ ｎ ｒ ｖ ｄ ｏ ｕ ｉ ｎ ｆ ｒｄ ｔ ｏｌ ｃ ｏ ｆＩ ｔｒ ｅ ｆ ｏ ｓ ｍｅ ｅ ｓｐ ｗｅ ｎ ｅ ｒｔ ｍｅ ｓｏ ｓｔ ｎ ｐ ｅ ｉ ｕ ｒ ，ａ ｄ ｐ ｏ ｉ ｅ ａ ｓ ｌ ｔ ｏ ａａ ｃ ｌ ｔ ｎ ｏ ｎｅ ｎ ｔ ｈ ｏ ｅｉ ｏ
最常用的防碰撞算法
最常用的防碰撞算法有：
1. 时隙ALOHA算法：通过将时间划分为多段等长的时隙，规定RFID 电子标签只能在每个时隙的开始时向RFID读写器发送数据帧，这样可以提高RFID系统的吞吐率。
2. 二分查找算法：当标签数量确定时，使用二分查找算法能够快速定位到某一特定标签，避免碰撞。
3. 动态帧时隙ALOHA算法：在固定帧时隙ALOHA算法的基础上，根据标签的实际情况动态调整时隙长度，以满足不同场景下的防碰撞需求。
4. 碰撞位检测算法：通过碰撞位检测技术，能够快速检测到发生碰撞的位，然后采取相应的策略进行碰撞避免或碰撞解决。
5. 树形搜索算法：通过逐层向下搜索的方式，在每一层进行标签的识别，避免在同一层发生碰撞，提高识别的成功率。
6. 虚拟环形防碰撞算法：通过建立虚拟环形空间，将所有标签按照一定的规则排列，然后在环形空间内进行顺序识别，避免了碰撞的发生。
7. 时隙二进制搜索算法：在搜索过程中，通过不断调整时隙长度和二进制的位数，逐渐逼近目标标签，最终实现碰撞避免和标签识别。
8. 动态帧时隙二进制搜索算法：结合了动态帧时隙ALOHA算法和时隙二进制搜索算法的特点，根据实际情况动态调整时隙长度和二进制位数，提高识别效率和准确性。
9. 随机退避策略算法：当发生碰撞时，标签会随机选择一个退避时间进行等待，然后重新发起识别请求。
通过不断随机退避和重试，最终实现标签的识别。
10. 优先级调度算法：根据标签的优先级进行识别，优先级高的标签可以优先获取资源进行识别，避免了碰撞的发生。
这些算法各有特点，适用于不同的应用场景。
在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的防碰撞算法来提高RFID系统的性能和可靠性。
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Ｃｈｅｎ Ｚｈｕｏ （ＸｉｎＹａｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ Ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ Ａｎｄ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ， ＸｉｎＹａｎｇ，４６４０００， Ｃｈｉｎａ）
现相互 干扰 的现 象，称为碰 撞 。深入 研究防碰 撞算法有助 于进一
基 于碰 撞预 检 测 的分 组 动 态 帧时 隙 ＡＬＯＨＡ 算法 （Ｐａｃｋｅｔ
步提升 ＲＦＩＤ系统对标签 的识别效率 。
Ｄｙｎａｍｉｃ Ｆｒａｍｅ Ｓｌｏｔｔｅｄ ＡＬＯＨＡ Ｂａｓｅｄ Ｏｎ Ｐｒｅ—ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，
进入 阅读器 的识 别范 围内时主动向阅读 器发送 自身信息，阅读器 组和休 眠组 ，规 定只允 许待命 组标签 响应且 待命组 标签 个数定
只有在准确识别 出一个标签后才 与该标 签进 行通 信。对于 多个不
同的标 签来说 ，由于发 送时 间随机 ，不 同标 签的数据 发送时 间就 可 能发生冲 突。这种算 法容 易实 现，但最 大吞吐率（系统效率 ）只
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｉＳ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｐｏｓｅｓ Ｕ ｐａｃｋｅｔ ｄｙｎａｍｉｃ ｆｒａｍｅ ｓｌｏｔｔｅｄ ＡＬＯＨ Ａ ａｎｔｉ—ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｐｒｅ～ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｂｙ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ＡＬＯＨＡ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ．Ｉｔ ｃａｎ ｌｉｍｉｔ ｔｈｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｔｕｇｓ ｔｈｒｏｕｇｈ ｇｒｏｕｐｉｎｇ，ａｎｄ ｓｅｎｄ ａ ｓｈｏｒｔ ｃｏｌ１ｉｓｉｏｎ—ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｆｒａ ｍ ｅ ｉｎ ａｄｖａｎｃｅ ｔｏ ｄｅｔｅｃｔ ｔｈｅ ｉｎ—ｆｒａｍｅ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ，ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｃｒｅａｔｅ ａ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ—ｆｒｅｅ ｃｈａｎｎｅｌ ｂｅｔｗｅｅｎ ｒｅａｄｅｒｓ ａｎｄ ｔａｇｓ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ，ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｔａｇｓ ｉＳ ｌａｒｇｅ，ｔｈｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄ ｄａｔａ ａｎｄ ｉｎｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ：ＲＦＩＤ：ａｎｔｉ—ｃｏｌ１ｉｓｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ；ｆｒａｍｅ ｓｌｏｔ：ｔａｇ ｐａｃｋｅｔ
２ｏｌ６。ｌ５
基于 碰撞 预检测 的分组 动态帧时 隙 ＡＬＯＨＡ防碰撞算法
陈 卓 （信 阳农林 学院，河南信 阳 ，４６４０００）
摘要 ：本文在 分析传统 ＡＬＯＨＡ 算法 的基础上 ，提 出了一种基于碰撞预检测 的分组动态帧时隙 ＡＬＯＨＡ 防碰撞 算法 。该算法通 过 分组限制 响应 的标 签数量 ，并且在 组 内预先发送一个 短暂的碰撞检测帧去检测 帧内的情况，达 到在阅读器与标签之间建立 一 个完全无碰撞 信道的 目的。仿真结果表 明，当标签数量较大时 ，该算法 能有效减少总数据传输量 ，提 高识别效率 。 关键词 ：射频识别 ；防碰撞算法 ：帧时 隙 ；标签分组
射 频识别 技术（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ＲＦＩＤ） 而保 证时 隙数 与标签数量相 当，使 系统获得最佳吞 吐率 。然 而在
是 ９Ｏ年代开始 兴起的一种 自动识别 技术 ，它利用无线射 频方式 实际应用 中，由于硬件限制 ，帧长度不能无 限增加 ，否则会导致系
表 １标签数、帧 长和 分组数之 间的关系
有 １８．４％，故实 际应用 中很少使用 。固定帧时 隙 ＡＬＯＨＡ 算法（Ｂａｓｉｃ
Ｆｒａｍｅｄ Ｓｌｏｔｔｅｄ ＡＬＯＨ Ａ ，ＢＦＳＡ）将信道 分成许多离散 帧，每一 帧
由若 干个时 隙组成，大 小固定不 变，帧 中每个时 隙长 度要 能够 完
系统耗时会大幅 度增 加 ；而 当标签数远小于 时隙数时 ，则会造成
时 隙浪 费 。动 态 帧 时 隙 ＡＬＯＨＡ 算 法（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｆｒａｍｅｄ Ｓｌｏｔｔｅｄ
ＰＤＳＡ）是在 ＤＦＳＡ算法 的基础上 提出 ，引入预检测和 分组 的环 节，
１ 传 统 ＡＬ０ＨＡ算法
是一种针对大规模标签 快速 识别 的改进型算法 。
目前 ，防碰 撞 算法 一般采 用时 分 多路方 式（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ ２．１ 算法原理及描述
Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ，ＴＤＭＡ），主要分 为 以下两类 ：基于二叉树 的确
本算 法识别 标签共 分为三 个阶段 ，分别为 ：标 签分组 、碰撞
定 性算法 和基 于 ＡＬＯＨＡ 的随机 性算法 。本 文主要 对后 者进 行分 检测 和信 息传输 。
析 。
首先估算待识 别的标签数，与设定 的最大 帧长度 Ｌ＝￣＝２５６进
纯 ＡＬＯＨ Ａ 算法 是最 简单最基 本 的一 种防碰撞 算法 。当标签 行对 比，当待识 别 的标签 数远大 于 Ｌ 时，将场 内标签 分为待命
成一个 标签 与阅读器 之间的通信。标签在每个 帧内随机选 择一个
时 隙向 阅读器 发送应答信 息，阅读器将成 功识别 的标 签“灭活 ”，
不 再 响应后 续 的操 作 。与纯 ＡＬＯＨＡ 算法相 比，ＢＦＳＡ使冲 突 时间
减 半，将最 大吞吐率提高到 ３６．８％。但当标签数远 大于时隙数时 ，
在阅读器和 电子标签之 间进行非接触 的双 向数据通信 ，以达到信 统耗 时呈指数增长 ，识别效率急剧下降。
息识别 的 目的。当 ＲＦＩＤ 系 统运 行时，常有很 多处于阅读器作用 ２ 基于碰撞预检测的分组动态 同一时刻 向阅读器传输信 息，就不可避免地 出