一种基于二进制码调制的射频识别防碰撞算法

文献标识码：Ａ
制码调制的射频识别防碰撞算法
李志坚，肖熠琳
（１．华南理工大学电子与信息学院，广州５１０６４０；２．广州市光机电技术研究院，广州５１０６６３；３．广东省现代控制与光机电技术公共实验室，广州５１０６６３）
的产生，提高系统识别效率。仿真结果表明，与常见的八又树算法相比，ＢＣＭＡ算法使系统吞吐率提高１６８％。关键词：射频识别；防碰撞算法；吞吐率；二进制码调制算法；多叉树；位跟踪技术
第４１卷第２期
Ｖｏ１．４１
计
算
机
工
程
２０１５年２月
Ｆｅｂｒｕａｒｙ２０１５
Ｎｏ．２
ＣｏｍｐｕｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
・
开发研究与工程应用・
文章编号：１０００．３４２８（２０１５）０２．０３０８．０５
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｉｄｅｎｔｉｉｆｃａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｒｅｄｕｃｅｔｈｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｏｖｅｒｈｅａｄ，ａｎｏｖｅｌａｌｇｏｒｉｔｈｍ，Ｂｉｎａｒｙ
ＢａｓｅｄｏｎＢｉｎａｒｙＣｏｄｅＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ
ＬＩＺｈｉｊｉａｎ，ＸＩＡＯＹｉｌｉｎ
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎａ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６４０，Ｃｈｉｎａ；
摘
要：针对射频识别（ＲＦＩＤ）标签防碰撞算法识别效率低的问题，提出一种基于二进制码调制的ＲＦＩＤ标签防碰
撞算法ＢＣＭＡ。对传统多叉树防碰撞算法进行改进，活动标签采用位编码技术把标签ＩＤ在多又数中的位置信息调制到一个２位的二进制数主控继电器（ＭＣＲ）上，并把ＭＣＲ回送给阅读器；阅读器采用位跟踪技术，定位ＭＣＲ碰撞发生的数位，从而解调出活动标签的分组信息。阅读器对待识别标签的分组是确定性的，进而避免空闲时隙
Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＣｏｍｐｕｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１５，４１（２）：３０８ — ３１２．
ＡＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩｄｅｎｔｉｉｃｆａｔｉｏｎＡｎｔｉ・ｃｏｌｌｉｓｉｏｎＡｌｇｏｒｉｔｈｍ
３．ＧｕａｎｇｄｏｎｇＰｕｂｌｉｃＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｏｄｅｒｎＣｏｎｔｒｏｌａｎｄＯｐｔｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｌｅｃｔｒｉｃｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６６３，Ｃｈｉｎａ）
中文引用格式：李志坚，肖熠琳．一种基于二进制码调制的射频识别防碰撞算法［Ｊ］．计算机工程，２０１５，４１（２）
３０８．３１２．
英文引用格式：ＬｉＺｈｉｊｉａｎ，ＸｉａｏＹｉｌｉｎ．ＡＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ．ＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎＡｎｔｉ — ｃｏｌｌｉｓｉｏｎＡｌｇｏｒｉｔｈｍＢａｓｅｄｏｎＢｉｎａｒｙＣｏｄｅ
ＣｏｄｅＭｏｄｕｌａｔｉｏｎＡｌｇｏｒｉｔｈｍ（ＢＣＭＡ）ｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．ＢＣＭＡｗｏｒｋｓａｓｆｏｌｌｏｗｓ：ｔｈｅａｃｔｉｖａｔｅｄｔａｇｇｅｎｅｒａｔｅｓａｎｄｓｅｎｄｓｂａｃｋａ２ｂｉｔｂｉｎａｒｙｃｏｄｅ，ＭａｓｔｅｒＣｏｎｔｒｏｌＲｅｌａｙ（ＭＣＲ），ｏｎｗｈｉｃｈｔｈｅｌｏｃａｔｉｏｎｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔａｇ’ ｓＩＤｉｎｔｈｅｍｕｌｔｉ — ｂｒａｎｃｈ
２．ＧｕａｎｇｚｈｏｕＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｌｅｃｔｒｉｃｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６６３，Ｃｈｉｎａ；

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RFID中基于二分叠加的二进制防碰撞算法

６２
华南师范大学学报（自然科学版）
２１年０１
围获得能量后通过读写器发ＧＯＰＳＬＣＲＵ — ＥＥＴ命令转换到ＩＤ状态，将自身的计数器置０出现碰撞并．时读写器发ＦＩ令，计数器不等于０的标签加ＡＬ命使１计数器等于０的标签会生成一个随机数０或１，。标签第１次收到ＦＩ令时计数器都为０，此每ＡＬ命因个标签都会生成１个随机数．成的随机数为０的生标签由于计数器仍然为０所以继续发送其Ｉ如有，Ｄ，
ＲＩＦＤ系统中，２种典型的防碰撞算法：种是基有一于ＡＯＡ的算法，ＬＨ包括ＡＯＡ算法、ＬＨ帧时隙ＡＯＬ—
树算法比传统的二叉树算法具有更好的系统识
别率．
ＨＡ算法、动态帧时隙ＡＯＡ算法等；ＬＨ另一种是
和ｍ一１个时，当于读写器识别出１个标签，相剩下
撞次数为÷ ０而其他３．种组合０、１２读写０１和２，
器无法识别标签，即存在碰撞的情况，此时碰撞次数
的ｍ一个标签发生碰撞，１这时ｍ一个标签的碰撞１次数，加上本次生成随机数产生的１次标签碰撞，就
随机数（，）０１的概率相同，叠加后分布的概率就不
完全相同，可从源头上降低碰撞概率，提高信道利用率；时，同该算法实现起来简单，标签和读写器原对

一种BIBD编码的RFID防碰撞算法的改进

ＬｉＣａｎＦｎｉＦｅｏＤｕｕＭｉｇ
（ｃｏｌｆＣｍｕｒｎｏｕｉｔｎＥｇｎｅｉＣａｇｈｎｖｒｔＳｉｃｎｅｈｏｇ，ｈｎｓａ４０１，ｕａ，ｈｎ）ＳｈｏｏｏｐｔｄＣｍｍｎｃｉｎｉｅｒｇ，ｈｎｓａＵｉｓｙｏｃｎｅａｄＴｃｎｌｙＣａｇｈ１１４ＨｎｎＣｉｅａａｏｎｅｉｆｅｏａ
息具体表现为：为了充分利用已经得到的冲突信息，该算法引
人了休眠计数的方法，其设定标签有三种状态：待命态，眠态休
（ｍ）ｔ
（５）
和去活态。标签中设有一个休眠计数器，数器的值为０时该计
际签处于待命态，大于０为休眠态，去活态是指阅读器已经识别出该标签，并发送去活化命令让其不再响应以后阅读器发送的命令的状态。阅读器在检测到最高冲突位后（假设为第位），那么一次发送请求命令的序列号参数格式是（）是一Ｆ，，
ｅｐｃａｌｕｔｂｅｆｒｔｅＲＩｓｓｍｎｃｎｉｏｆｌ．ｇａｄｌｎＤ．ｓｅｉｙｓｉｌＦＤｙｔｉｏｄｔｎｏｔｔｎｏｇＩｌａｏｈｅｉｍｕｉａ
Ｋｙｒｓｅｗｏｄ
产生信道碰撞，导致无法进行有效的快速ＩＤ识别，严重时甚至会造成电子标签无法被识别。因此如何合理地安排信道资源，防止标签的碰撞冲突是ＲＩＦＤ研究的重要方面。
为此，我们必须采取相关的措施来防止标签的碰撞，提高标

基于动态二进制的新防碰撞算法研究

基于动态二进制的新防碰撞算法研究近年来，在物联网系统中，节点之间存在大量的无线通信，使用节点若果出现碰撞，将导致数据包传输失败和系统效率降低。

因此，防止节点之间的碰撞，成为物联网系统发展的一个重要部分。

随着物联网系统功能日益增强，碰撞处理技术也变得越来越重要。

早期的碰撞技术需要基于静态的二进制码，比如以太网的以太码正反步算法。

然而，由于物联网中碰撞的复杂性，传统碰撞技术已经不再适用。

目前，研究者们正在开发新的动态二进制算法来处理碰撞情况，以提高传输效率和可靠性。

新的动态二进制算法通过检测节点的碰撞状态，以及它们的当前状态，然后根据它们的当前状态采取相应的措施来防止碰撞。

而且，这种新的碰撞处理技术不断完善，逐渐从单点的二进制算法发展到多点的动态二进制算法。

例如，目前的一种动态二进制算法可以使用两个算法，一种是基于局部拓扑结构的算法，另一种是基于全局拓扑结构的算法，它们可以有效检测节点之间的碰撞，并根据碰撞情况进行动态调节。

这种算法减少了碰撞检测时间，并且可以更好地处理节点之间的碰撞问题。

此外，动态二进制算法还可以改进抗干扰能力，通过改变碰撞检测的规则，提高系统的可靠性。

例如，在动态调节阶段，如果发现节点接收到的数据不一致，可以调整检测规则，以减少检测的失败率。

除此之外，动态二进制算法还可以通过改变数据包的大小来提高数据传输效率。

当碰撞检测器检测到碰撞后，它可以检测到受影响的节点，然后将它们的数据包大小减小，从而改善数据传输效率。

考虑到动态二进制算法的多种优势，该算法有可能成为下一代物联网系统的核心技术之一。

然而，这项技术还有待进一步的研究和完善，包括改进多点碰撞解决方案，改进动态调节模型，建立碰撞检测数据库等等。

综上所述，目前动态二进制算法已经取得了一些进展，但有很多功能和技术还有待进一步完善。

未来，随着技术进步，这项技术将会得到更多的应用。

RFID二进制树防碰撞算法总结

南阳理工学院本科生毕业设计（论文）学院（系）：计算机与信息工程学院专业：通信工程学生：乔军惠指导教师：路新华完成日期 2012 年 4 月南阳理工学院本科毕业设计（论文）RFID二进制树防碰撞算法设计学院（系）：计算机与信息工程学院专业：通信工程学生姓名：乔军惠学号： 1指导教师（职称）：路新华（讲师）评阅教师：完成日期：2012年4月南阳理工学院Nanyang Institute of TechnologyRFID二进制树防碰撞算法设计【摘要】射频识别技术RFID是目前正快速发展的一项新技术，它通过射频信号进行非接触式的双向数据通信，从而达到自动识别的目的。

随着RFID技术的发展，如何实现同时与多个目标之间的正确的数据交换，即解决RFID系统中多个读写器和应答器之间的数据碰撞，成为了限制RFID技术发展的难题，采用合理的算法来有效的解决该问题，称为RFID系统的防碰撞算法。

在各种算法当中，二进制树算法因为它识别应答器的确定性，成为了应用最广泛的一种，多个国际标准均对其进行了规定，这推动了防碰撞算法的发展，但是也带来了解决思路不统一的矛盾。

在传统思路中，一般是通过单片机来进行算法处理，随着RFID技术的发展，未来的一个重要方向是现场可编程门阵列FPGA，做为一种现场可编程的专用集成电路，FPGA拥有高速度，可编程等多个适应于算法处理的优点，从而为RFID防碰撞算法问题开辟了新的有效途径根据上述分析，全文针对RFID系统二进制树防碰撞算法，进行了理论与实践方面的探讨，主要分为三个方面，首先是二进制树算法的理论研究，将现有的二进制树算法进行了归纳，汇总为基本算法，动态算法，退避式算法三类，阐述了各个算法的思路，对其进行了性能评价；其次，在现有的三类防碰撞算法的基础上，提出了一种新的改进型二进制树算法，该算法识别速度快，执行效率高，极大的改进了识别效果。

【关键词】：射频识别；防碰撞算法；读写器；应答器；现场可编程门阵列AbstractRFID is anewly developedtechnologywhich communicates through the—contact RF signal，so asto achieve objective automatic identification．Along with the development of RFID technology，how to realize Data Exchange accurately amongMultiple Targets at the same time becomes the key problem of RFID technology．RFID anti-collision algorithm is the solution to the above mentioned problems．In all the algorithms，binary algorithm is most widely used as an international standard fbr its exactness ofidentincation．International standards have put forward manyregulations on binary algorithm．It not onlypromotes the development of anti．coUision algorithm，butalso b“ngs the conflict to a unilFied solution．Traditionalideas in general are handled byMCU．Along with the development ofRFID technology，an imponant direction in the f．uture is the field programmable gates arrayFPGA．As kindof integrated circuitsthatcanbe programmed in the field，FPGA is fast and programmable．All these adVantagesopenup anewef active way ofRFIDanti．collisionarithmetic．In viewof the above problems，this paperprobes into the RFID systembinary prevent collisionf．rom the perspectives ofboth theory and practice．It canbediVided into three aspects：6rstly，theoretical researchon binary algorithm．It sums up all thebinary algorithms in being and gather to three categorys suchas Basic algorithm，Dynamic algorithm and Backoff algorithm．MoreoVer，it Expounds the idea of the various algorithms and evalues their perf6rmance；secondary，it introduces an improved version of algorithm onthe basis of specinc standard．This algorithm has f．ast recognition，high efnciency and greatly improvedthe identification results．Key Words：RFID；Anticollision；Read／Write DeVices；Transponders；FPGA目录1 引言 (5)1．1RFID技术简介 (5)1．2RFID系统 (5)1．2．1 RFID系统组成 (5)1．2．2 RFID系统分类 (6)1．2．3 RFID系统工作原理 (6)1．3RFID技术现状及其发展 (7)1．3．1RFID技术应用 (7)1．3．2 RFID标准统一化 (7)1．3．3 RFID防碰撞算法 (7)1．4课题提出的背景及其意义 (8)1．5本文的主要工作 (8)2 现有RFID二进制树防碰撞算法 (9)2．1RFID防碰撞算法概述 (9)2．2RFID二进制树防碰撞算法概述 (9)2．2．1基本概念 (9)2．2．2性能指标 (10)2．2．3算法分类 (11)2．3基本二进制树防碰撞算法 (12)2．3．1算法思路 (12)2．3．2实例演示 (13)2．3．3性能评价 (15)2．4动态二进制树防碰撞算法 (16)2．4．1算法思路 (16)2．4．2实例演示 (17)2．4．3性能评价 (18)2．5退避式二进制树防碰撞算法 (18)2．5．1算法思路 (18)2．5．2实例演示 (19)2．5．3性能评价 (20)2．6本章小结 (21)3 改进型二进制树防碰撞算法 (21)3．1涉及二进制树算法的国际标准 (21)3．1．1 IS0 15693 (21)3．1．2 IS014443 (21)3．2IS014443标准二进制树防碰撞算法 (22)3．2．1基本概念 (22)3．2．2算法思路 (23)3．3改进型二进制树防碰撞算法 (26)3．3．1改进方向 (26)3．3．2基本概念................................ 错误!未定义书签。

电子标签中反碰撞二进制搜索算法浅析

科诺蠢
科技论坛
彭微１刘珊珊
电子标签中反碰撞二进制搜索算法浅析
ｆ、南南县教师进修学校，南南县４３０２北京市电力公司变电公司，京ｌ０５）１湖湖１２０、北００４
摘要：频识别系统工作时，射可能会有一个以上的电子标签同时处在读写器的作用范围内，果有两个或两个以上的电子标签同时发送数据时如就会同时出现通信冲突，据相互干扰（撞）碰撞是Ｒ１数碰；ＦＤ技术的常见问题，解决此问题的算法主要是二进制搜索算法，能够快速地识别所有标签。关键词：频识别系统；撞；进制搜索算法；子标签射碰二电
，
为反碰撞法
射频识别系统中面临的共同问题：某个数
筻重活电标・须仃：新化子签必进
：
１０：
五在
：
１
Ｏ。０。：
盖：
：
据包不能与在这个读写器的作用范围内的所有假设用四个在读写器范围内的电翟｛使用述命令，在Ｏ～Ｆ — ，ｉ它们０ｒｈ带其他电子标签的数据包一起读出。埘电子标签子标签，
瓦一一 — —
来说，首先应该能够发现存读写器作用场内的其他电子标签的存在。广泛使用的方法是 “ 最二进制搜索算法 ” 。电标：ｌ０子签２Ｏ０１ｌＯ１Ｕ．ｔＬＬＬ电标ｊＬ』ｆ子盐１现“ 实二进制搜索 ” 法的位编码方法算实现 “ 进制搜索 ” 法系统的必要前提二算是能辨认出在读写器中数据碰撞的比特的准确算法在重复操作的第一次 ”由读 … 一ｒ一一 … ¨ 一位置：必须有合适的位编码方法。选择ＡＫ凋写器送ＲＱＥＴ ≤ｌ１１ｌ）ＳＥＵＳ（１１１１命令ｔＩ十ｔＪＴ＋十Ｔ，数据的码流译制副载波的负载电感耦合系统作为电子标签系读写器作用范围内的所有电子标签的 … ・ ‘ ｔｔ ’ 一统。带编码中的 … ’ 使副载波接通，Ｏ使序列号都，、或等于１１ｌ１，从而基１电平 “” ｊ于１１ｌ１图１用Ｍａｔｔ编码时信息发生碰撞的情况ｎｉ副载波断开。了实现 “ 进制搜索 ” 法系统，为二算

基于二进制的RFID改进防碰撞算法

ＴＰ３９１中图分类号
ＩｍｐｒｏｖｅｄＲＦＩＤＡｎｔｉ－ｃｏｌｌｉｓｉｏｎＡｌｇｏｒｉｔｈｍＢａｓｅｄｏｎＢｉｎａｒｙ
ＬＩＮＲｉｍｉｎｇＺＨＡＯＰｉｎｇ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ ’ ａｎ７１０１２９）
ＡｂｓｔｒａｃｔＡｎｔｉｃｏｌｌｉｓｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＲＦＩＤ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ，ａｎｉｍｐｒｏｖｅｄａｎｔｉ — ｃｏｌｌｉｓｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎｂｉｎａｒｙｔｒｅｅｓｅａｒｃｈｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｉｎｔｈｅｐａｐｅｒ．Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇｔｈｅａｄａｐｔｉｖｅｐｏｗｅｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｂｉｎａｒｙ
总第２８０期
２０１３年第２期
计算机与数字工程

基于二进制搜索的RFID标签防碰撞算法研究

第２５卷
第４期
塔
里
木
大
学
学
报
Ｖ０Ｉ．２５Ｎｏ．４ＤｅＣ．２０１３
２０１３年１２月
ＪｏｕｎａｒｌｏｆＴａｒｉｍＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
文章编号：１００９— ０５６８（２０１３）０４— ００３０— ０６
是基于二进制问询的确定性算法。本文就基于二进
制的ＲＦＩＤ标签防碰撞算法进行了研究和改进。
触式双向通信，以达到自动识别目标并获取其相关数据的目的。但目前ＲＦＩＤ技术也存在着很多亟待解决问题，例如安全和隐私，数据存储和碰撞等。标
ｔａｇｓｈａｓｒｅｄｕｃｅｄａｎｄｔｈｅｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｈａｓｉｎｃｒｅａｓｅｄ．Ａｓａｒｅｓｕｌｔ，ｔｈｅｔａｇｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｐｅｅｄｈａｓｂｅｅｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｉｍ—
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＢｉｎａｒｙＳｅａｒｃｈＡｎｔｉ— — ｃｏｌｌｉｓｉｏｎＡｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒＲＦＩＤＳｙｓｔｅｍ
ＪｉａｎｇＸｉａＢａｉＴｉｅｃｈｅｎｇＺｈｅｎｇＨｏｎｇｊｉａｎｇ

基于后退式二进制搜索的RFID防碰撞算法的研究

Ｔ３２Ｐ１
文献标识码Ａ
ＲＥＳＥＡＲＣＨｏＮＲＦｍＡＮＴＩＣＯＬＬＳＯＮ．ＩＩＡＬＧ０ＲＩＴＨＭＢＡＳＥＤｏＮＲＥＧＲＥＳＩＳＶＥ．ＴＳＹＬＥＢＩＮＡＲＹＥＡＲＣＨＳ
ＦｎＷｅｊｇｈｎｈｎｈｎＴａｈｈｉａｎｉＺａｇＳａｓａｉＺｉｕｎｎ
（ＦＤｙｔ．ａｅｎａａｓｖｒｔｅｅｅｅｔｙｂｎｒｅｒｈａｇｒｈｎｔｖｒｕｖｌｄａｏｔｍｓａｍｒｖｄａｏｔｍＲＩ）ｓｓｍｓＢｓｄｏｎｌｉｏｅｌｍｎａｉａｓａｃｏｉｍａｄｉａｉｓｅｏｅｇｒｈ，ｎｉｐｏｅｌｒｈｅｙｓｈｒｙｌｔｓｏｖｌｉｇｉ
先判定标签的反馈信息碰撞位，然后把最高冲突位作为标签分组的依据，合利用前、向搜索方法来减少标签的搜索范围。仿真联后结果表明，算法能减少阅读器和标签之间的通信量，该有效地提高标签的识别速度。关键词
中图分类号
射频识别防碰撞算法二进制搜索
ｌｏｈｃｎｒｄｃｏａｇｒｔｍａｅｕｅｔｅｃｍｍｕｉａｉｎｖｌｍｅｂｔｅｎｒａｅｎａｓＡｓａｒｓｌ，ｈｄｎｉｃｔｎｓｅｄｏｇｓｅｆｃｉｅｙｐｏｔｄｉｈｎｃｔｏｕｅｗｅｅｄｒａｄｔｇ．ｅｕｔｔｅｉｅｔａｉｐｅｆｔｓｉｆｔｌｒｍｏｅ．ｏｓｉｆｏａｅｖＫｅｗｏｄｙｒｓＲａｉｒｑｅｃｄｎｉｃｔｎＡｎｉｏｌｉｎａｇｒｈｄｏｆｕｎｙｉｅｔａｉｔ — ｌｓｏｔｍＢｎｒｅｒｈｅｉｆｏｃｉｏｌｉｉａｙｓａｃ

一种基于二叉树形搜索的RFID防碰撞算法

二叉树形搜索防碰撞算法，在平均时延等性能上相比动态二进制搜索算法有明显改进，分别通过识别每个标签所其
图１曼彻斯特码按位识别碰撞原理
译码结果标签２。
作者简介：大光（９５，，南娄底人，士，星电子有限公司产品经理，究方向为通信与信息系统；仁坤（９７）男，辜１８一）男湖硕南研袁１６一，湖南绥宁人，士，星电子有限公司副总经理、程师，究方向为电路与系统；硕南工研范振粤（９３）男，东汕尾人，士，１８一，广硕南
二进制搜索算法由一个读写器和多个标签之间规定的一组命令和应答规则构成，目的在于从多卡中选出任一个实现数据通信。该算法关键在于选用适当的易于识别
的基带编码（曼彻斯特码（ｎｈｒｔｒ编码）利用标如Ｍａｃｅｓｅ）、签卡序列号唯一的特性和设计一组有效的指令规则，高效、速地实现选卡。迅
在二进制搜索算法的实现中，决定作用的是读写器起所使用的信号编码必须能够确定碰撞的准确比特位置。
曼彻斯特码（ｎｈｒｔｒＭａｃｅｓｅ）可在多卡同时响应时，出错译
误码字，以按位识别出碰撞。这样可以根据碰撞的位可

一种标签防冲突算法设计

一种标签防冲突算法设计周晓;曹美玲;李杰;边裕挺【摘要】To solve the problem of signal collision, which is caused by multiple labels using a shared channel with the tag reader communication signal, in RFID ( Radio Frequency Identification) system, a new tag anti-collision algorithm-SRPD-ABS(Self Regulation Piggyback Detect ABS) is proposed. It can read multi-tag signal and identify multi targets from them. SRPD-ABS algorithm is proposed based on ABS (Adaptive Binary Splitting). The piggyback detect technique is used in it. It can not only avoid conflict between the staying tags, but also avoid collision between the new arriving tags and the staying tags. It can also reduce the idle time slot and shorten the identification delay. Through simulation, SRPD-ABS has a better performance than ABS.%针对RFID系统中,多个标签使用共享信道与读写器通信引起的标签信号冲突问题,提出了具有捎带检测技术的标签防冲突算法SRPD-ABS,能够实现多标签信号的读取,完成多目标识别.SRPD-ABS算法基于ABS算法思想,采用捎带检测技术,不但能够避免滞留标签之间的冲突,还能避免新到标签和滞留标签的冲突,减少空闲时隙的产生,从而缩短识别延迟.通过仿真,和ABS算法对比发现,SRPD-ABS算法具有更好的识别性能.【期刊名称】《浙江工业大学学报》【年(卷),期】2011(039)006【总页数】4页(P679-682)【关键词】防冲突算法;RFID;智能交通;离开率;到达率【作者】周晓;曹美玲;李杰;边裕挺【作者单位】浙江工业大学信息工程学院,浙江杭州310032;浙江工业大学计算机科学与技术学院,浙江杭州310032;浙江工业大学信息工程学院,浙江杭州310032;浙江工业大学信息工程学院,浙江杭州310032【正文语种】中文【中图分类】TN911射频识别（Radio frequency identification，RFID）技术是一种自动识别技术，广泛应用在智能交通、物流、零售及医疗等领域，是物联网发展的重要技术之一.典型的RFID系统，通常包括一个读写器和若干个有唯一ID的标签.读写器和标签采用无线射频的方式通信，通过读取标签ID，获得标签数据信息［1］.通信时，在上行链路，多个标签共享同一条通信信道，可能会造成信道访问冲突，因此在通信过程中，需要有高效的防冲突算法，减少冲突，降低误读率和漏读率，提高系统的性能.现有的标签防冲突算法采用时分多址（Time division multiple access，TDMA）思想，分为两大类，分别是基于Aloha的防冲突算法和基于二进制树的防冲突算法.基于Aloha的防冲突算法有纯Aloha［2］、时隙 Aloha（Slotted aloha，SA）［2－3］、帧时隙Aloha（Frame slotted aloha，FSA）［3］和动态帧时隙Aloha（Dynamic framed slotted aloha，DFSA）［3］.基于 Aloha算法能够避免部分冲突，提高读写器的工作效率，但是随着标签数量的增加，该算法存在不稳定性，容易引起标签饥饿等问题，因此以二进制树为基础的算法获取了更好的应用.典型基于二进制树的算法有基本二进制树算法（Binary tree，BT）［4］、查询二进制树算法（Query tree，QT）［5］、动态二进制树分裂算法（Adaptive binary splitting，ABS）［6－7］.在RFID技术的应用中，通常读写器需要重复识别标签，并且读写器可读范围内标签的数量是变化的.在读写过程中，有些标签存在于当前读写周期，但不存在于下个读写周期，被称为离开标签；有些标签既存在于当前读写周期又存在于下个读写周期，叫做滞留标签；只存在于下个读写周期的标签被称为新到标签.Jihoon Myung和 Wonjun Lee提出的ABS算法能够完全避免滞留标签之间的冲突，但是不能避免滞留标签和新到标签的冲突，当离开标签较多时，会造成很多空闲时隙.因此笔者基于ABS算法思想，提出了具有捎带检测功能的标签防冲突算法（Self regulation piggyback detect ABS，SRPD-ABS），不但能够避免滞留标签的冲突，而且能够避免滞留标签和新到标签的冲突，还能够利用捎带检测技术，提前对下个时隙进行调整，在不增加冲突时隙的同时，能够更多的减少空闲时隙，缩短识别延迟，提高识别效率.ABS算法在基于二进制树的算法中，有较好的防冲突性能，但是该算法只能避免滞留标签之间的冲突，不能避免滞留标签和新到标签的冲突，并且离开标签过多时，会造成更多空闲时隙.笔者提出的SRPD-ABS算法不但能够避免滞留标签和新到标签的冲突，而且能够利用捎带检测技术，检测下个时隙是不是有标签响应.所谓捎带检测指在当前时隙，读写器除读取本时隙要读取的标签的ID外，还能根据是否收到下个时隙要发送ID的标签的“存在”信号，向标签发送一个指令，标签看到指令，如果下个时隙没有标签发送ID，新到达的标签自动进行调整，满足条件的标签发送ID，这样能够避免部分空闲时隙，提高信道的利用率.算法具体思想如下：第一个周期，SRPD-ABS和ABS执行过程相同.在Ci（i＝2，…，n）周期，每个标签有三个变量 PSC，ASC和TSC i－1，PSC表示在当前周期已经识别的标签的个数；ASC指示标签在哪个时隙发送自己的ID，TSC i－1标识上个周期识别结束时的TSC值.读写器有三个变量PSC，TSC和TSC i－1.读写器的PSC和TSC i－1变量定义同标签，并且有相同的值，TSC用来标识最大的ASC值.按照文献［8］的标签估计策略，估计新到标签的个数，新到标签的个数用New-count表示，新到标签的ASC为1～New-count中一个随机数加TSC值.滞留标签保留上个周期的ASC值.对读写器回馈信号作如下定义［9］：I，0：空闲时隙，且没有未被识别的新到标签.I，1：空闲时隙，且有未被识别的新到标签.C：冲突时隙，有两个或两个以上的标签响应.R，0：当前时隙可读，下个时隙没有标签响应.R，1：当前时隙可读，下个时隙有标签响应.识别过程中ASC＝PSC的标签发送ID，ASC＝PSC＋1的标签发送“存在”信号.读写器检测到标签的信号，根据标签信号发出回馈信号，标签根据回馈信号，调整PSC和ASC的过程如下：I，0：如果标签的ASC＞PSC，ASC＝ASC－1.I，1：如果标签的 ASC＝TSC i－1＋1，ASC＝PSC；如果标签的ASC＞TSC i－1＋1，ASC＝ASC－1.C：标签随机选择0或1，如果标签选择1，当PSC≤TSC i－1时，陷入冲突的标签 ASC＝TSC i－1＋1，没有陷入冲突且ASC＞TSC i－1＋1的标签，ASC＝ASC ＋1；当PSC＞TSC i－1时，如果标签ASC≥PSC，标签 ASC＝ASC＋1.如果标签选择0，ASC不变.R，0：标签的识别个数计数器PSC＝PSC＋1，当PSC≤TSC时，如果 ASC＝TSC i－1＋1，ASC＝PSC，如果ASC＞TSC i－1＋1，ASC＝ASC－1.R，1：标签的识别个数计数器PSC＝PSC＋1.读写器操作部分，当PSC≤TSC时，读写器收到标签的信号，判断当前状态.如果有两个或两个以上标签发送ID，发生冲突，读写器发送回馈信号“C”；如果只有一个标签发送ID，读写器接收标签ID，PSC＝PSC＋1，如果PSC＞TSC i－1＋1，TSC＝TSC＋1，读写器再检测有没有标签发送“存在”信号，如果有，读写器发送回馈“R，1”；否则，发送“R，0”.如果没有标签发送ID，当空闲时，如果有新到没被识别的标签，读写器发送“I，1”，如果新到标签都已识别完，读写器发送“I，0”，并令TSC－1.为了进一步研究SRPD-ABS算法性能，本节对ABS算法和SRPD-ABS算法识别延迟进行分析［9］.假设在C1识别周期，有n个标签，D ABS（C1）为C1周期的总的识别延迟，这个周期的识别延迟和BT算法相同，有式中：DC，D R，D I分别为冲突时隙、可读时隙和空闲时隙数，并且DR＝n，有标签的识别过程是一个马尔可夫过程［10］，因此在Ci（i＝2，…，n）周期，需要有上个周期的识别结果作为依据.在Ci（i＝2，…，n）周期，所有要识别的标签分为两类，滞留标签和新到标签，这两类标签的个数是影响识别延迟的重要参数，Ci周期的识别延迟不能简单用公式（2）来表示.文献［6－7］中，假设D ABS （Ci｜Ci－1）为Ci 周期总的识别延迟，离开的标签为β个，新到的标签为α个，则有在C1周期，SRPD-ABS算法和ABS算法具有相同的识别延迟，下面对Ci（i＝2，…，n）周期进行分析.在Ci 周期，假设D SRPD－ABS（Ci｜Ci－1）为Ci 周期总的识别延迟，离开标签为β个，新到标签为α个，有证明：Ci－1周期识别结束，因为有β离开标签，那么就会有n－β滞留标签，因此首先需要n－β可读时隙.当α＞β时，新到标签中，有β个填补离开标签所致的空闲时隙，剩下的α－β个新到标签的识别延迟等于采用ABS算法的识别延迟.当α＜β时，所有新到标签都在离开标签形成的空闲时隙完成，另外还会有β－α个空闲时隙.两种情况下，标签选择识别时隙均服从二项分布，因此得到公式（4）.下面通过算法仿真，对SRPD-ABS算法和ABS算法进行分析比较.RFID标签防碰撞算法通常把碰撞时隙、空闲时隙和可读时隙作为重要的衡量指标.在标签的识别过程中，到达率和离开率是影响识别时隙重要参数.定义：假设在Ci－1周期，共识别了n个标签，在Ci周期，滞留标签有n－β个，新到标签有α个，标签的离开率图1以离开率和到达率作为变量，模拟两个变量对SRPD-ABS算法和ABS算法的识别延迟的影响.图1中曲面2表示SRPD-ABS算法的识别延迟，曲面1表示ABS算法的识别延迟.假设上个周期识别500个标签，由图1可以知，离开率在0.64～1之间时，ABS在部分区域略胜一筹，离开率在0～0.64之间时，SRPDABS远远好于ABS.到达率和识别延迟之间呈线性关系，随着到达率的增加，识别延迟也在增加.在RFID系统中，由于多个标签同时与读写器通信引起冲突，导致更大的识别延迟，笔者基于ABS算法的基本思想，提出其改进算法SRPD-ABS算法，利用捎带检测技术，根据前一个周期的识别结果，提前一个时隙检测下个时隙标签的响应情况，如果发现空闲，可以提前做出调整，避免更多空闲时隙的产生.根据仿真结果，模拟实际应用环境，SRPDABS算法产生比ABS算法少的冲突时隙和空闲时隙，有效减少识别延迟，提高识别效率.【相关文献】［1］FINKENZELLER K.射频识别（RFID）技术［M］.陈大才，译.北京：电子工业出版社，2001. ［2］TAO Cheng，LI Jin.Analysis and simulation of RFID anti-collision algorithms［C］／／International Conference on Advanced Communication Technology.New York：IEEE Press，2007：697-701.［3］SHIH D H，SUN P L，YEN D C.Taxonomy and survey of RFID anti-collision protocols ［J］.Computer Communications，2006，29（11）：2150-2166.［4］CHEN W C，HORNG S J，FAN Ping-zhi.An enhanced anticollision algorithm in RFID based on counter and stack［C］／／Second International Conference on Systems and Networks Communications.New York：IEEE Press，2007：21-24.［5］WANG T P.Enhanced binary search with cut-through operation for anti-collision in RFID systems［J］.IEEE Communication Letters，2006，10（4）：236-238.［6］MYUNG J，LEE W J.Adaptive binary splitting for efficient RFID tag anti-collision ［J］.IEEE Communication Letters，2006，10（3）：144-146.［7］LAI Y C，LIN C C.Two blocking algorithms on adaptive binary splitting：single and pair resolutions for RFID tag identi？cation［J］.IEEE／ACM Transactions on Networking，2009，17（3）：962-975.［8］EOM J，LEE T J.Frame-slotted Aloha with estimation by pilot frame and identification by binary selection for RFID anti-collision［C］／／International Symposium on Communications and Information Technologies.New York：IEEE Press，2007：1027-1031.［9］CAO Mei-ling，ZHOU Xiao，ZHU Yi-hua.An anti-collision algorithm for RFID tags based on adaptive binary splitting［C］／／International Conference on Computer and Electrical Engineering.New York：IEEE Press，2010：307-311.［10］VOGT H.Efficient object identification with passive RFID tags［C］／／International Conference on Systems，Man and Cybernetics.New York：IEEE Press，2002：98-113.。

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