密集環(huán)境中有源RFID防沖撞算法的研究及應(yīng)用.pdf

1、相對(duì)無源射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)，有源RFID技術(shù)具有通信距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)和可攜帶傳感器等優(yōu)點(diǎn)。隨著IC技術(shù)的發(fā)展，制約其發(fā)展的三大因素--標(biāo)簽的成本、功耗以及尺寸等也都將逐步得到解決。但由于RFID系統(tǒng)中的閱讀器和標(biāo)簽通過相同的無線信道進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，所以存在信號(hào)沖撞的問題，特別是在有源標(biāo)簽密集環(huán)境中，數(shù)據(jù)沖撞可能導(dǎo)致嚴(yán)重的數(shù)據(jù)丟失，降低識(shí)別速度和增加標(biāo)簽的功耗等。目前，RFID防沖撞協(xié)議的研究工作主要是針對(duì)于無源RFID系統(tǒng)，為了

2、解決有源RFID中的數(shù)據(jù)沖撞問題，本文首先分析了造成數(shù)據(jù)沖撞的各種因素，引入了防沖撞算法的三個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，然后根據(jù)不同的沖撞因素和應(yīng)用場(chǎng)合提出了兩種防沖撞算法。最后，將提出的防沖撞算法模擬應(yīng)用于“家校通”系統(tǒng)中。本文的研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新總結(jié)如下：
　　 (1)本文首先在有源RFID硬件平臺(tái)上進(jìn)行通信測(cè)試，指出了造成其數(shù)據(jù)沖撞的原因。為了進(jìn)一步分析影響有源RFID通信的各種因素，采用MATLAB對(duì)其通信過程進(jìn)行仿真。測(cè)試和仿真結(jié)果表明，

3、空中信號(hào)沖撞和閱讀器處理能力不足是影響其通信的兩大重要因素。最后根據(jù)有源標(biāo)簽自身攜帶電池的特點(diǎn)，對(duì)其防沖撞算法提出了三個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別是通信延遲、信道利用率以及標(biāo)簽?zāi)芎摹?br>　　 (2)提出了一種主-從雙閱讀器的閱讀器改進(jìn)機(jī)制(MSDR)，用于解決閱讀器處理能力不足的問題。通過加入從閱讀器，可有效降低主閱讀器的處理負(fù)載，從而降低通信延遲、沖撞率和標(biāo)簽?zāi)芎?。在本文的?shí)驗(yàn)條件中，當(dāng)標(biāo)簽個(gè)數(shù)為25時(shí)，發(fā)送周期為100ms時(shí)，相對(duì)于單閱讀

4、器機(jī)制，MSDR的識(shí)別率提高了82.9％，通訊延遲和標(biāo)簽?zāi)芎木档土?7.0％。當(dāng)通訊負(fù)載足夠大時(shí)，該機(jī)制可望將識(shí)別率提高一倍。
　　 (3)提出了一種具有預(yù)約功能的雙閱讀器雙信道的防沖撞算法(DRDCMA)，用于解決有源標(biāo)簽密集環(huán)境下的長(zhǎng)數(shù)據(jù)包的空中沖撞問題。在DRDCMA中，由于預(yù)約機(jī)制的加入，將長(zhǎng)數(shù)據(jù)包的沖撞轉(zhuǎn)為短數(shù)據(jù)包的沖撞；又因?yàn)榭刂崎喿x器的加入，使數(shù)據(jù)閱讀器的處理能力不受到影響。因此該算法在不增加通信延遲的基礎(chǔ)上，有

5、效地降低了數(shù)據(jù)沖撞，使數(shù)據(jù)信道中的識(shí)別率幾乎達(dá)到100％。在本文的實(shí)驗(yàn)條件中，當(dāng)標(biāo)簽個(gè)數(shù)為25時(shí)，發(fā)送周期為100ms時(shí)，相對(duì)于具有預(yù)約功能的單閱讀器雙信道防沖撞算法(DCMA)，DRDCMA的通信延遲和標(biāo)簽?zāi)芎姆謩e降低了69.1％和78.3％。
　　 (4)將主-從雙閱讀器機(jī)制(MSDR)模擬應(yīng)用于“家校通”系統(tǒng)，驗(yàn)證了本文提出的有源RFID防沖撞算法的實(shí)用性。仿真得出，在“家校通”系統(tǒng)容量為500人時(shí)，保證標(biāo)簽壽命達(dá)到8～9