UHF频段RFID系统中的防碰撞算法研究

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射频识别(Radio Frequency Identification, RFID)技术是一种利用无线射频通信实现的非接触式自动识别技术。该技术具有准确率高、识别速度快、抗干扰能力强、使用寿命长、可穿透非金属材料及可工作于恶劣环境等特点,被广泛应用在物品识别和数据采集等领域。RFID技术作为物联网的关键技术之一,随着中国政府对物联网的高度重视与迅速推动,将得到大规模应用,在未来拥有广阔的发展前景。超高频(UHF)频段的RFID系统是在最近几年发展起来的新技术,它由于具有识别距离远、识别准确率高、识别速度快等特点,而被广泛应用于人员、动物、物品等方面的自动识别,是当前RFID系统研宄的热点。随着RFID技术的迅猛发展和应用需要,迫切需要阅读器在有限时间内高效准确地识别大量标签,而信号碰撞是影响RFID系统性能的关键。本文主要针对制约RFID系统发展的防碰撞问题进行了研宄,并提出相应的改进算法和设计思路,具体研宄工作如下:(1)简要介绍了UHF频段RFID系统使用较多的ISO/IEC18000-6号协议,并分别从编码、调制、防碰撞机制以及数据传输的命令和不同的标签状态等角度,对ISO/IEC18000-6号协议中的C类协议进行了分析。(2)分析了UHF频段RFID系统三种协议中的常用的防碰撞算法:Aloha算法、二进制树防碰撞算法及时隙随机防碰撞算法,并对其进行了仿真比较,通过实验我们知道二进制树算法和动态二进制树算法的对一个标签的平均需要搜索次数是log2#+l,而对后退式二进制树算法全部完成需要2N-1次的搜索。对于ALOHA类算法,A类协议的DFSA与C类协议的时隙随机防碰撞算法区别在于,DFSA中对时隙数N的改变发生在每次识别完一轮后,而时隙随机防碰撞算法则是通过阅读器与标签之间的Q值参数的传递,在对每一轮识别过程当中动态实时的改变,这样相对灵活,而且安全性高。但是有一点不足就是,由于Q值为整数,对Q值的调整,使得帧时隙数限制在2e,即{1,2,4,8,16,32,…,256}等数值中,这样又限制了对帧时隙数的动态调整。(3)对ISO/IEC18000-6C协议所使用的防碰撞算法做了进一步分析。当帧时隙数等于待识别标签的数量时,系统的吞吐率最高为0.3679,那反过来说,当系统的吞吐率最高时,帧长也就近似等于待识别标签的数量。而正是基于上述考虑,可以得出一种改进的算法,这种算法以系统的吞吐率最大为导向,为快速的调整帧时隙数提供了理论依据。通过使用Matlab软件,分别从占用的时隙和系统效率两个方面,对原有的时隙随机防碰撞算法和新改进的算法做了比较,显示出新算法在这两个方面的性能更加优越。(4)最后,针对本文提出的防碰撞算法中有待进一步完善之处提出了改进方案,并进行了描述,对今后RFID防碰撞算法的研宄方向进行了展望。
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