确定性标签防冲突的改进算法
一种BIBD编码的RFID防碰撞算法的改进
Ｌ ｉ Ｃａ ｎ Ｆ ｎ ｉＦｅ ｏ Ｄｕ ｕ Ｍｉ ｇ
（ ｃｏｌｆＣ ｍ ｕ ｒ ｎ ｏ ｕ ｉ ｔ ｎＥ ｇｎｅｉ Ｃ ａｇｈ ｎｖｒｔ Ｓｉ ｃ ｎ ｅｈ ｏ ｇ ，ｈ ｎｓａ４ ０ １ ， ｕ ａ ， ｈｎ ） Ｓｈｏ ｏ ｏ ｐ ｔ ｄＣｍｍ ｎｃ ｉ ｎ ｉｅｒ ｇ， ｈ ｎｓａＵ ｉ ｓｙｏ ｃ ｎｅａｄ Ｔｃｎ ｌ ｙ Ｃ ａｇｈ １１ ４ Ｈ ｎ ｎ Ｃ ｉ ｅａ ａｏ ｎ ｅｉ ｆ ｅ ｏ ａ
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 ， ，
ｅ ｐ ｃａｌ ｕ ｔ ｂｅ ｆ ｒｔ ｅ Ｒ Ｉ ｓ ｓ ｍ ｎ ｃ ｎ ｉ ｏ ｆ ｌ ． ｇ ａ ｄ ｌｎ Ｄ． ｓ ｅ ｉ ｙ ｓ ｉ ｌ Ｆ Ｄ ｙ ｔ ｉ ｏ ｄｔ ｎ ｏ ｔ ｔ ｎ ｏ ｇ Ｉ ｌ ａ ｏ ｈ ｅ ｉ ｍｕ ｉ ａ
Ｋ ｙ ｒｓ ｅｗｏｄ
产生信 道碰撞 ， 导致无法 进行有效 的快速 Ｉ Ｄ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 Ｒ Ｉ ＦＤ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
使用防碰撞算法避免多标签读取冲突的攻略
使用防碰撞算法避免多标签读取冲突的攻略随着物联网技术的快速发展，RFID（Radio Frequency Identification）技术被广泛应用于物流、供应链管理、仓储管理、智能交通等领域。
然而，在大规模标签的应用场景中，由于标签数量众多，同时读取多个标签时容易出现读取冲突的问题。
为了解决这一问题，防碰撞算法应运而生。
一、什么是防碰撞算法？防碰撞算法是一种用于解决多标签读取冲突问题的技术。
在RFID系统中，当读写器同时与多个标签进行通信时，由于标签之间的通信干扰，可能导致标签的识别出现错误。
防碰撞算法通过合理的调度和协调标签的通信，使得读写器可以准确地读取到每个标签的信息，避免读取冲突。
二、常见的防碰撞算法1. ALOHA算法ALOHA算法是一种最简单的防碰撞算法。
它采用随机的方式将标签的通信时间进行分割，使得每个标签在不同的时间段内进行通信，从而避免了标签之间的冲突。
然而，由于随机性较大，ALOHA算法的效率较低，且容易出现重复发送的情况。
2. Slotted ALOHA算法Slotted ALOHA算法在ALOHA算法的基础上进行了改进。
它将时间分割为固定的时隙，每个标签只能在一个时隙内进行通信。
通过这种方式，可以有效地避免标签之间的冲突，提高了系统的效率。
3. Binary Tree算法Binary Tree算法采用二叉树的结构来管理标签之间的通信。
读写器首先向所有标签发送一个询问信号，标签根据自身的ID进行回应。
读写器根据回应的结果，将标签分为两组，分别进行下一轮的询问。
通过不断地划分，最终可以准确地识别出每个标签的信息。
三、如何选择适合的防碰撞算法？在选择防碰撞算法时，需要综合考虑以下几个因素：1. 标签数量：不同的防碰撞算法适用于不同数量的标签。
对于少量标签的应用场景，简单的算法如ALOHA或Slotted ALOHA即可满足需求；而对于大规模标签的应用场景，复杂的算法如Binary Tree更为适用。
基于改进ALOHA算法的RFID抗冲突问题
２０ 年 １ ０８ ２月
合 肥 工 业 大 学 学 报 （自然 科 学 版 ）
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＨＥＦ ＥＩＵＮＩ ＶＥＲＳ ＴＹ ＣＨ ＮＯＬ Ｉ ＯＦ． ２
Ｄｅ ． ２ ０ ｃ ０８
（Ｄ Ｓ ＭＡ） 码分 多 路 （ Ｄ 及 Ｃ ＭＡ） 由于 电子标 签 自 ，
信， 达到识 别或数 据交换 的 目的 。近年来 ， 由于一
些 大公 司 如 Ｔ 、 ｌ ｒ 等 的 推 动 ， Ｉ 在 物 Ｉ Ｗａｍａｔ ＲＦ Ｄ 流、 跟踪 定位及 门禁 收 费 等在 多个 领 域 都有 广 泛
言
分层 Ｑ学 习算法 ［ ， ３ 由于 阅读 器之 间可 以相 互通 ］
信 ， 储量 大 ， 突容 易解 决 ， 存 冲 本文 重点 研究 标签
冲突 。
射频识 别技术 是 ２ 世 纪 ８ Ｏ Ｏ年代兴 起 的一 种 非 接触 自动识别 技 术 ， 利用 射 频方 式 进行 双 向通
在无 线 电技 术 中 ， 冲 突主要有 ４ 算法 ： 抗 类 时 分多 路 （ ＭＡ） 频 分 多 路 （ Ｄ ＴＤ 、 Ｆ ＭＡ） 空 分 多 路 、
针 对 系统 的抗 冲突 问题 进行研究 。
目前 ， 研究 较 多的主要 有 ＡＬ ０ＨＡ 算 法 和基 于位 的二进 制搜索算 法 ， 据编码 和频率 的不同 ， 根
ｒ ａ—ｉ ｅｎ ｍ ｂ ｒｏ ａ ｓａ ｃ ｒ ｉ ｇｔ ｈ ｏｌ ｉｎ Ｓ ｓｔ ｈ ｎ ｅｔ ｅｌｎ ｔ ｆ ｈ ｒ ｍｅｄ ｎ ｍｉａｌ． ｅ ｌ ｍ ｕ ｅ ｆ ｇ ｃｏ ｄｎ ｏｔ ｅｃ ｌ ｓｏ Ｏａ ｏｃ ａ ｇ ｈ ｅ ｇ ｈｏ ｅｆａ ｙ ａ ｃ ｌ ｔ ｔ ｉ ｔ ｙ
RFID 防冲突 算法 (1)
无线射频识别(RFID)是一种非接触式的自动识别技术，其基本原理是刺用射频信号和空间耦合(电感或电磁耦合)的传输特性，实现对特定物体的自动识别。
RFID技术可以追溯至第二次世界大战期间。
后来发展应用到铁路、军队的货物跟踪甚至宠物识别上。
在过去的半个多世纪里，RFID的发展经历了从技术探索、试验研究、商业应用和标准化建立等几个重要阶段。
从现有发展趋势看，RHD将构建虚拟世界与物理世界的桥梁。
可以预见在不久的将来，RFID技术不仅会在各行各业被广泛采用，最终RFID技术还将会与普适计算技术相融合，对人类社会产生深远影响。
RFID系统一般由电子标签和读写器两个部分组成，读写器具有同时读取多个电子标签的功能。
在多标签对一个读写器的RFID系统中，标签经常会同时向读写器传输数据，这就要求RFID系统建立一种仲裁机制来避免数据发生碰撞。
考虑到电子标签本身尺寸、能耗的限制，防碰撞机制在保障功能的同时还要求尽量简单易行，这正是RFID系统设计的挑战之一。
算法A基于随机避让、冲突检测的原理，使用1个8位寄存器和1个8位随机数产生器，最大可以仲裁标签的数量只有256个。
算法B基于二进制数的原理，使用1个8位寄存器和1个l位随机数产生器，理论上最大可以实现2256个标签的仲裁。
文献提出了对该算法的一个实现方案，文献对该算法做了很大改进。
算法C类似于算法A，使用1个16位寄存器和16个l位随机数产生器，最大可以仲裁标签的数量是65536个。
本文中，作者提出一种分群避让、群内冲突检测的算法和其改进算法，仅需要1个8位寄存器和1个1位随机数产生器就可以实现最大1048 576个标签的仲裁．而且碰撞次数相对干算法B要大大减少。
1 仲裁机制描述本方法的核心思想是：首先把电子标签随机分群，并将群随机排序以实现群问的随机避让，然后在群内进行冲突检测和标签的仲裁。
实现时标签仅需一个寄存器：利用其高位存储群号，低位存储冲突检测时退避的步数，实现极为简单。
RFID 标签防冲突技术研究
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。
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.。
一种改进的射频识别多标签抗冲突算法
一种改进的射频识别多标签抗冲突算法
赵田;彭蔓蔓;罗娟
【期刊名称】《计算机工程与应用》
【年(卷),期】2007(043)035
【摘要】基于帧时隙Aloha算法,针对目标识别和跟踪等特殊应用中阅读器需要对其阅读范围内的标签进行反复识别的要求,根据首轮识别过程中时隙碰撞率、空闲率的值来动态调整帧长度并将调整后的帧长度的值记录下来用于阅读器的后续查询过程,由此提出了一种改进的多标签抗冲突算法.通过仿真实验表明,该算法可以更加高效快速的识别标签,具有很好的应用前景.
【总页数】4页(P187-189,197)
【作者】赵田;彭蔓蔓;罗娟
【作者单位】湖南大学,计算机与通信学院,长沙,410082;湖南大学,计算机与通信学院,长沙,410082;湖南大学,计算机与通信学院,长沙,410082
【正文语种】中文
【中图分类】TP301.6
【相关文献】
1.一种改进的查询树射频识别防冲突新算法 [J], 周永明
2.射频识别系统中的多标签防冲突算法 [J], 常清泉;谈世哲
3.改进的基于多比特识别的射频识别标签防碰撞算法 [J], 金泽芬;武传坤
4.三维空间下的射频识别标签防冲突算法 [J], 于洁潇;刘开华;宫霄霖;闫格
5.一种用于射频识别标签的改进开口环谐振器天线 [J], 陈伟康;牛臻弋;李梦媛;徐千;顾长青
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
确定性标签防碰撞算法分析与改进
南京邮 电大 学 电子Biblioteka 科 学与 工程 学院［ 摘
周 沫
钱 晓华
要］ 射 频识别 （ Ｒａ ｄ ｉ ｏ Ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙＩ ｄ ｅ ｎ ｔ ｉ ｉ ｆ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， 简称 ＲＦ Ｉ Ｄ） 是基 于射频频段 的 电磁原理 的一 项 自动识别技术 。其优 点体现在 ： 非
，
锁定寻呼 Ｒｅ ｑ ｕ ｅ ｓ ｔ （ Ｕ Ｉ Ｄ， ０ ） ： 在进行 了第一次 的寻 呼操作 之后 ， 阅读 器会根 据译码所 得 出的结果 得到下 一次寻呼 的序列号 即为 Ｕ Ｉ Ｄ。Ｕ Ｉ Ｄ 的相关取值会有如下约定 ： 当阅读器通过 Ｍ ａ ｎ ｃ ｈ ｅ ｓ ｔ ｅ ｒ 编码进行判断得 出标 签信息 的数据 所发 生碰撞 的准确 比特位 置之后 ， 会提取出发生 了碰撞 的各个位所 在 ， 然后 再将 这些 有碰撞发 生 的位 都置 为… １ ’ ， 而那些无 碰撞 发生 的置于 “ ０ ” 。 这些通过 … ０ ’ 与“ １ ” 所组成的信息将会成为新 的锁定 寻呼指令 的序列号
接 触、 读写操作灵活且速度快 、 安全性较 高。伴 随着ＲＦ Ｉ Ｄ相关技术的飞快发展 ， 如何能够 实现 阅读 器与 多个标签之 间数据的正确 以 及快速传 输 ， 即处理 Ｒ Ｆ Ｉ Ｄ 系统 中标 签的碰 撞也成 为了限帮 ｊ Ｒ Ｆ Ｉ Ｄ技 术发展 的一 大难题。本论 文以此方面为切入 点 ， 在 基于 已有的 Ｒ Ｆ Ｉ Ｄ标签确 定性 防冲突算法 中， 提 出了一种改进的 时隙二进制 算法， 此改进 算法能够减小数据传输过程 中的 冗余 ， 通过性能分析 比 较能够得 出， 此算法相比较 以前的算法在标签被识别的效率上有很大的改进。 ［ 关键词］ ＲＦ Ｉ Ｄ 阅读器 标签冲突 防碰撞 算法 二进制 算法
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
确定性标签防冲突的改进算法
牛有田’ 王政’ 张志红 １ ． 河 南师范大学物理与电子工程学 院 河南新乡 ４ ５ ３ ０ ０ ７ ２ ． 新乡市小店镇初级中学
【 摘 要 】基于二进 制树搜 索方法的确 定性标签防冲突算法和基于
Ａ Ｌ Ｏ Ｈ Ａ 算法的随机标签防冲突算 法是 解决Ｒ Ｆ ｌ Ｄ 系统标签 防冲突问题 两种主 要方法。 针对确 定性标签防冲突算 法在标签 数 目 较多 及标签 与阅读器之 间 通信数据量较 大时， 读取标签延时较长的缺点， 本文提 出了 一种改进算法。
河南新乡 ４ ５ ３ ０ ０ ０
Ｓ （ Ｎ） ＝２ Ｎ一 １（ ５ ）
２ ． 改 进 型动 态＝ 进制 算 法 我们研 究二 进制 搜索算 法 的特 点后发现 ： 算 法 的迭代次 数 以及每 次迭 代传 输 的数据 量 的大小 决定 确定性 标 签算法 的性能 。 因此 ， 本 文
提 出一种改 进 的确 定性标 签防冲 突算 法一改 进 型动态二 进制搜索 算法 （ Ｉ ｍ ｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｍｅ ｎ ｔ Ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ Ｂ ｉ ｎ ａ ｒ ｙ Ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ，Ｉ Ｄ Ｂ Ｓ ） 。 当标 签出现 连续冲 突位 时， 该算法可有效 提高阅读 器辨识标签速 度， 我们对其规定 如下：
通过仿真比较 发现 ， 新算法的效率明显提 高。 【 关键 宇ｌ Ｅ Ｆ Ｉ Ｄ ； 标 签； 防冲突； 改进算 法
在ＲＦ Ｉ Ｄ 系统 中， 解 决标 签防冲 突问题 主要有两 种方 法 ： 确定性 标 首先 标 签必须 以曼彻斯 特码 作为返 回信号的 编码 ， 同时其 要具 备 签防冲突算法 （ 基 于二 进制树 搜索 方法 ） 和随 机标 签防冲突 算法 （ 基于 有 和 二进制 搜索 算法 相 同的重要 相关命令 （ “ 请 求” 、“ 选 择” 、“ 读／ ＡＬ Ｏ ＨＡ【 ｌ 】 算 法） 。 在Ｒ Ｆ Ｉ Ｄ 系统Ｉ Ｓ Ｏ ／ Ｉ Ｅ Ｃ 的标 准中， 有三种 确定性标 签 写” 和“ 去 选择” 命令） 。 此 改进型动态 二进制搜索 算法有以下两个主要 防冲 突算 法 ； 在Ｉ Ｓ Ｏ １ ４ ４ ４ ３ 标 准 中， Ｔ Ｙ Ｐ Ｅ Ａ 使 用的是二进 制树搜索 算 改进 ： 法【 ２ 】 ｌ 在Ｉ Ｓ Ｏ １ ８ ０ ０ ０ － ３ 标 准 中， ＭＯＤ Ｅ ２ 使 用的是 Ｆ Ｔ Ｄ ＭＡ（ Ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ 是 若冲突位 只有一 个， 由于二进制 位具 有互 斥性 ， 则发生冲突位 Ｔ ｉ ｍｅ Ｄｉ ｖ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｐ ｌ ｅ Ａ ｃ ｃ ｅ ｓ ｓ ） 算法 嘲 Ｉ 在Ｉ Ｓ Ｏ １ ８ ０ ０ ０ — ６ 标 准 中， 时， 阅读 器能辨别出来两个标 签而 不需要再 次发送请求信号。 Ｔ ＹＰ Ｅ Ｂ 使 用的是二进制 树搜索算 法 。 确定性标 签防冲突算法在 系统 二是发生连 续位 的冲突时， 不单 单将最高 冲突位 置 “ ０ ” ， 而是将所 中标 签数 目较多时仍能 够正确 的辨识标 签， 但其也有 自身不可 避免的缺 有位都置为 “ Ｏ ” ， 仅保 留最低 冲突位 的值 ， 并 将该值作为 第二次命令 的 点， 如 在标 签数 目 较 多及标 签与阅读 器之间通信数 据 量较大时 ， 读 取标 参数 。 若此 时只有最 后位有冲突 ， 则可以 同时辨识 出两个标 签。 阅读 器
一
签延时较 长。 鉴于的参 数加 １ 后作为下一个请 求命令进 行发送 ， 如此 重
复下去， 直至 所有标 签都被辨 识出来。 二进 制树 型 搜索 算法 （ Ｂ ｉ ｎ ａ ｒ ｙ Ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ， Ｂ Ｓ ） 是 时分多路算 法的 一 我们 假设某 种物 品标 签的最 高两位仅代表 其种 类 （ 如 超市 中的苹 种， 依 其运 算思 想 ， 每发 生一次 冲突 ， 就 进行一 次分 枝 （ 即形成 两个 子 果 ） ， 后八位 则代表该物 品的具体属性 （ 如此类 苹果的价 格等 ） ， 我们 的 集） ， 按 照这 种方 式递 归下去， 直 至 最下 面的分 枝只有一个 信息包或 无 目的就 是要从 这些 类似 的物 品标 签中辨识 出每 一个 物品的特 有属性 ， 剩 余信息包 。 若 在某 时隙 发生冲突 ， 所有 的包都 不再 占用信道 ， 直 到冲 现 以下 表中的５ 个标签为例来说明Ｉ Ｄ Ｂ Ｓ 算法 的过程 ： 突 问题 解决 ［ ５ 】 。 首先 ， 阅 读 器发送 请求 命令， 在此 我 们假 设其命 令 参数 为 “ ｌ ” ， 二 进制搜索 算 法的 核心 ， 是利 用逐步 减少 发生冲突 的位 的方法 来 接 收 到 该命 令 的所 有标 签都 响 应 阅读 器 ， 该 阅读 器 能 够 接收 到编 码 完成 对标 签的辨识嘲 。 该算 法的前提 条件是阅读 器能 够准确地找 到发生 为 “ １ ０ １ ０ ７ ７ ７ ０ ０ １ ”的数 据 。 依据 曼彻斯 特原 理 ， 阅读 器在 Ｂ ｉ ｔ ５ 、 Ｂ ｉ ｔ ４ 和 ｉ ｔ ３ 位检测 到标签的返 回信号， 并发现在在 此３ 个位 发生了冲突。 但 由于 冲 突的位 ， 因此 ， 在 二进制 搜索算 法中， 标 签返 回的信号编 码格 式使用 Ｂ 曼 彻斯 特 编 码 。 该 编码 是 通 过 在每 个 信号 比特 中间引入跳 变 的方 式 来表 示 不 同数值和 同步 信息： 逻辑 “ ０ ” 代表一 个 负电平 到正电平 的跳变 ， 而逻 辑 “ １ 则 相 反，“ 不 发生 变化 ” 的 这个 状 态在 数 据传 输 过 程 中是 不允许 存 在 的。 所 以， 当标 签返 回信号被 阅读 器接 收后， 阅读 器判断某 个 （ 某些 ） 位 发生相互 冲 突 的判 断 条件 ， 就 是 这些 位信 号 的状 态是 否发生 变化 ， 若没 发生变化 ， 则 此 位发 生了冲突 。 按 照该思 路。 采用Ｂ Ｓ 算 法 从Ｎ个标 签中辨 识 出一 个标 签 所需 的迭代次 数为 ：