电子标签防冲突研究与实现 陈雪娇

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1、《RFID与无线传感器网络》——电子标签防冲突研究与实现学院：自动化与信息学院专业：电子信息学院班级：电子信息工程096班姓名：陈雪娇学号：0902102B674摘要射频识另IJ(RFID，RadioFrequencyIdentification)是一种新兴的自动识别技术，这种技术能给工业在提高效率方面带来很大的好处，电子标签防冲突是RFID应用系统中的关键问题之一，一个基本的RFID系统由读写器、标签和天线三部分组成。。解决这个问题可以采用时分多路存取技术，其相关的算法有ALOHA法、时隙ALOHA法、二进制搜索法、动态二进制搜索

2、法等防冲突算法。RFID技术无需直接接触、无需光学可视、无需人工干预即可完成信息输入和处理，具有操作方便快捷、存储数据量大、保密性好、反应时间短、对环境适应性强优点，现在已广泛应用于工业自动化，商业自动化和交通运输管理等领域，成为当前IT业研究的热点技术之一。这几种算法在实现方式、应用效率上各有不同，本文对这几种算法进行了分析论证。关键词:RFID、防冲突、ALOHA、二进制搜索一、RFID系统简介RFID(RadioFrequencyIdemification)是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关

3、数据，识别工作无须人工干预。作为条形码的无线版本，RFID技术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等特点，其应用将给零售、物流等产业带来革命性变化。由于RFID的应用已经越来越普遍，并逐渐成为企业提高物流供应链管理水平、降低成本、企业管理信息化、参与国际经济大循环、增强竞争能力不可缺少的技术工具和手段，新加坡、韩国等国都明确将RHD技术列为国家重点发展技术。典型的RFID系统主要包括三个部分：电子标签（Tag）、阅读器（Reader）和数据处理子系统（见图1）。电

4、子标签放置在被识别的对象上，是RFID系统真正的数据载体。通常电子标签处于休眠状态，一旦进入阅读器作用范围之内就会被激活，并与阅读器进行无线射频方式的非接触式双向数据通信，以达到识别并交换数据的目的。此外，许多阅读器还都有附加的通信接口，以便将所获得的数据传送给数据处理子系统进行进一步的数据处理。二、系统防冲突研究与实现RFID系统工作的时候，当有2个或2个以上的电子标签同时在同一个阅读器的作用范围内向阅读器发送数据的时候就会出现信号的干扰，这个干扰被称为冲突(collision)，其结果将会导致该次数据传输的失败，因此必须采用适当

5、的技术防止冲突的产生。从多个电子标签到一个阅读器的通信称为多路存取，多路存取中有四种方法可以将不同的标签信号分开：空分多路法（SDMA）、频分多路法（FDMA）、时分多路法（TDMA）和码分多路法（CDMA）。针对RFID系统低成本、较少硬件资源和数据传输速度以及数据可靠性的要求，TDMA构成了RFID系统防冲突算法最为广泛使用的一族。TDMA是把整个可供使用的通路容量按时间分配给多个用户的技术，可分为电子标签控制法和阅读器控制法。电子标签控制法主要有ALOHA法，阅读器控制法有轮询法和二进制搜索法。2.1ALOHA法ALOHA算法

6、是一种信号随机接入的方法，采用电子标签控制方式，即电子标签一进入阅读器的作用范围内，就自动向阅读器发送自身的序列号，随即与阅读器开始通信。在一个电子标签发送数据的过程当中，如果其他的电子标签也在发送数据，那么发送的信号重叠引起冲突（如图2）。阅读器一旦检测到冲突产生，就会发送命令让其中一个电子标签暂停发送数据，随机等待一段时间以后再重新发送数据。由于每个数据帧的发送时间只是重复发送时间的一小部分，以致在两个数据帧之间产生相当长的间歇。所以存在着一定的概率，使两个标签的数据帧不产生冲突。公共信道上在单位时间T内平均发送的数据帧数G和传

7、输通路的吞吐率S的计算公式见式（1）和式（2）。其中：n是系统中标签的数量，nr是T时间内由电子标签n发送的数据帧数根据发送的数据帧数G和吞吐率S之间的关系，可以得出，当G＝0.5时，S的最大值为18.4%。这说明80％以上的数据通路没有被利用，该方法实现防冲突的效率代价较高。但是由于ALOHA算法实现的简单性，并且适于标签数量不定的场合，能够作为一种防冲突法较好的适用于只读电子标签系统。为了提高ALOHA算法的吞吐率，可以采用改进的ALOHA算法。时隙ALOHA算法在ALOHA算法的基础上将时间分成多个离散的相同大小的时隙，标签只

8、能在每个时隙的分界处才能发送数据。这样标签或发送成功或完全冲突，将原先ALOHA算法的产生冲突时间间隔T=2τ缩减到T=τ。根据公式S=G⋅e(−G)可以得到当G＝1时吞吐率S达到最大值为36.8%。时隙ALOHA算法比ALOHA算法