采用分集技术的改进型二进制搜索算法的研究

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1、采用分集技术的改进型二进制搜索算法的研究　　摘要本文通过提出一种采用分集技术的改进型二进制防碰撞搜索算法，解决了二进制搜索算法的搜索次数多和传输时延大的问题，并对提出的算法进行了数学建模，得出结论。　　关键词分集；二进制搜索算法；搜索次数；传输时延；碰撞　　中图分类号TN92文献标识码A文章编号1674-670838-0225-02　　1问题的提出与改进思路　　现在RFID技术已经在很多领域得到了广泛的应用，但是在某些场合电子标签的分布很过于密集，如果采用应用比较的二进制搜索算法，算法的搜索次数多，传输时延大。这主要因为在电子标签的数量多或位数长，发生碰撞的电子标签数量和比特位数增加，因

2、此，在二进制搜索算法的基础上提出分集的二进制搜索算法。即把电子标签分成若干个集，每个集里面的电子标签都可以被阅读器单独地识别出来，各个集互不影响，电子标签之间发生碰撞的次数就会减少。由阅读器发射的信号到达电子标签的功率密度S和阅读器与电子标签间的距离R表示为：　　其中P代表阅读器的发射功率，λ代表信号的波长，σ代表散射的横截面积，G代表天线的增益，Pback代表阅读器接收的从电子标签所发射的信号的功率。　　由公式1、2可知，可以通过调节阅读器的发射信号的功率和发射天线的增益方式来改变阅读器和电子标签之间的距离。　　如图1所示，为这种分集思想的一个例子，阅读器工作区域被分为三个集：d，d1

3、，d2。首先，阅读器调节天线使集d内的所有电子标签运行改进的二进制搜索算法，当集d内的所有电子标签都被识别出来后，阅读器调节天线使作用范围扩大到集d1，当集d1内的所有电子标签被识别出来后，再识别集d2中的电子标签。各集间是互相独立、互不干扰的，在各集内运用的是改进的二进制搜索算法。阅读器对集的处理的次序是由近及远，不存在交集，因此避免了集间的冲突。　　改进的二进制搜索算法的描述　　首先我们来介绍几个命令：　　在改进的二进制搜索算法中用到一个REQUEST命令，该命令的含义是：在阅读器发送REQUEST命令后，根据译码结果发送REQUEST命令，电子标签只锁位不回送EPC。　　SELEC

4、T：选择命令，用于事先被确定的序列号作为参数传送给电子标签，也就是选中了这个电子标签。　　READ-DATA：数据读取命令，将被选中的电子标签中的数据传送给阅读器。　　UNSELECT：取消命令，取消事先已选中的电子标签，使其进入“静默”状态。处于该状态下的电子标签是非激活的，对接收到的REQUEST命令不作应答。　　算法的工作过程如下：　　1）阅读器发送REQUEST命令，所有EPC值小于或者等于的电子标签作出响应，然后所有电子标签将自己的EPC码发送出去；　　2）阅读器根据接收到的信号进行判断，如果为空，表示阅读器附近不存在电子标签，则转到步骤1，否则转到步骤3；　　3）阅读器对所有

5、电子标签作出的响应信号进行译码，根据译码结果判断碰撞是否发生及碰撞发生的位置。如果没有发生碰撞，阅读器发送SELECT和READ-DATA命令，对标签进行读写操作之后，阅读器发出UNSELECT命令，使该电子标签进入静默状态。发送如果有碰撞，则转到步骤4；　　4）阅读器将这几个碰撞的比特的值置为1，未发生碰撞的比特位置0，接着阅读器发送REQUEST命令，所有电子标签均对此命令作出响应，然后将自身的EPC与阅读器发出的序列号进行比较，与阅读器发出的EPC位中1对应的数据位进行锁定，在接下来各集内的防碰撞处理中，参与数据发送和比较的仅仅是被锁定的数据；　　5）阅读器根据电子标签的数量来确定

6、集的数量，集的数量的取值范围在[1，n]之间，根据实际情况来确定具体的取值；　　6）阅读器调节天线工作距离，由近及远在各个集内执行改进的二进制搜索算法。当所有的电子标签都被识别出来后跳转到步骤7；　　7）识别过程结束。　　采用分集技术的二进制搜索算法的性能分析　　阅读器搜索次数分析　　在采用分集技术的二进制搜索算法中，如果阅读器作用范围内有n个标签，并且阅读器的作用范围被分为n个具有相同大小的集，则采用分集技术的二进制搜索算法来识别m个电子标签需要的搜索次数为：　　S代表空集的数目，即集内没有电子标签的数量。　　证明：如果空集的数量为s，则非空集的数目为n-s，假设ni代表第i个非空集内

7、的电子标签的个数，则第i个非空集内执行改进的二进制搜索算法的搜索次数为S=2mi-1，则在所有非空集内运行改进的二进制算法所需要的搜索次数为：　　因为第一次阅读器发出REQUEST命令和REQUEST命令，所以得到识别m个电子标签需要的搜索次数为：　　选取集的数量是否合适对本算法的性能有着重大的影响，对于选取集的数目，有下面的结论：　　如果m个电子标签的EPC是均匀分布的，那么理想的集的数量n的最优取值在区间[1，m]内。　　3.传