一種新穎的RFID防沖突算法

1、一種新穎的RFID防沖突算法    無線射頻識別(RFID)是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，其基本原理是刺用射頻信號和空間耦合(電感或電磁耦合)的傳輸特性，實(shí)現(xiàn)對特定物體的自動識別。RFID技術(shù)可以追溯至第二次世界大戰(zhàn)期間。后來發(fā)展應(yīng)用到鐵路、軍隊(duì)的貨物跟蹤甚至寵物識別上。在過去的半個多世紀(jì)里，RFID的發(fā)展經(jīng)歷了從技術(shù)探索、試驗(yàn)研究、商業(yè)應(yīng)用和標(biāo)準(zhǔn)化建立等幾個重要階段。從現(xiàn)有發(fā)展趨勢看，RHD將構(gòu)建虛擬世界與物理世界的橋梁?？梢灶A(yù)見在不久的將來，RFID技術(shù)不僅會在各行各業(yè)被廣泛采用，最終RFID技術(shù)還將會與普適計(jì)算技術(shù)相融合，對人類社會產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

2、RFID系統(tǒng)一般由電子標(biāo)簽和讀寫器兩個部分組成，讀寫器具有同時讀取多個電子標(biāo)簽的功能。在多標(biāo)簽對一個讀寫器的RFID系統(tǒng)中，標(biāo)簽經(jīng)常會同時向讀寫器傳輸數(shù)據(jù)，這就要求RFID系統(tǒng)建立一種仲裁機(jī)制來避免數(shù)據(jù)發(fā)生碰撞?？紤]到電子標(biāo)簽本身尺寸、能耗的限制，防碰撞機(jī)制在保障功能的同時還要求盡量簡單易行，這正是RFID系統(tǒng)設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)之一。 算法A基于隨機(jī)避讓、沖突檢測的原理，使用1個8位寄存器和1個8位隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器，最大可以仲裁標(biāo)簽的數(shù)量只有256個。算法B基于二進(jìn)制數(shù)的原理，使用1個8位寄存器和1個l位隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器，理論上最大可以實(shí)現(xiàn)2256個標(biāo)簽的仲裁。文獻(xiàn)提出了對該算法的一個實(shí)現(xiàn)方案，文獻(xiàn)對該算法做

3、了很大改進(jìn)。算法C類似于算法A，使用1個16位寄存器和16個l位隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器，最大可以仲裁標(biāo)簽的數(shù)量是65536個。本文中，作者提出一種分群避讓、群內(nèi)沖突檢測的算法和其改進(jìn)算法，僅需要1個8位寄存器和1個1位隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器就可以實(shí)現(xiàn)最大1048 576個標(biāo)簽的仲裁而且碰撞次數(shù)相對干算法B要大大減少。 1 仲裁機(jī)制描述 本方法的核心思想是：首先把電子標(biāo)簽隨機(jī)分群，并將群隨機(jī)排序以實(shí)現(xiàn)群問的隨機(jī)避讓，然后在群內(nèi)進(jìn)行沖突檢測和標(biāo)簽的仲裁。實(shí)現(xiàn)時標(biāo)簽僅需一個寄存器：利用其高位存儲群號，低位存儲沖突檢測時退避的步數(shù)，實(shí)現(xiàn)極為簡單。下面以8位寄存器為例具體說明本算法的仲裁機(jī)制。 當(dāng)讀寫器初始化標(biāo)簽時，所有標(biāo)

4、簽在015之間任選一個整數(shù)存人寄存器高4位(相當(dāng)于隨機(jī)選擇一個群)并把寄存器低4位設(shè)為全O，同時產(chǎn)生一個O或l的隨機(jī)數(shù)加到寄存器中。如果此時寄存器中的8比特?cái)?shù)為全0則圓傳該標(biāo)簽的ID(ID是指電子標(biāo)簽的惟一標(biāo)識，在不同的編碼系統(tǒng)中有不同的含義)。如果多個標(biāo)簽同時回傳數(shù)據(jù)，則沖突發(fā)生。發(fā)生沖突后，其他寄存器高4位為O的標(biāo)簽寄存器中的數(shù)加l，而寄存器中的8比特?cái)?shù)為全0的標(biāo)簽則再產(chǎn)生一個0或1的隨機(jī)數(shù)加到寄存器中。如果寄存器作加法后仍為全零。則繼續(xù)回傳該標(biāo)簽的ID；如果回傳時不發(fā)生碰撞，則其他寄存器高4位為O的標(biāo)簽僅把寄存器低4位減1后重復(fù)前面的回傳操作。當(dāng)寄存器高4位全為0的標(biāo)簽全部回傳完ID，則

5、所有其他標(biāo)簽把寄存器高4位減1后重復(fù)前面的操作。此外依本算法由于所有標(biāo)簽隨機(jī)選擇群，有可能會出現(xiàn)某個群中的標(biāo)簽數(shù)目過大，使該群中的標(biāo)簽在仲裁過程中始終發(fā)生碰撞，標(biāo)簽寄存器始終加1，導(dǎo)致寄存器低4位向高4位進(jìn)位。進(jìn)位意味著所有進(jìn)位的標(biāo)簽的寄存器低4位清零而高4位加1，這使得這些標(biāo)簽不再屬于原有的群而歸人到下一個群中，從而優(yōu)化了因隨機(jī)選擇而產(chǎn)生的分布不均勻的群標(biāo)簽數(shù)。 本算法中，標(biāo)簽最大退讓步數(shù)為24=16步，因此每個群最大能仲裁的標(biāo)簽數(shù)目為216=65536，則本算法能仲裁的標(biāo)簽數(shù)理論上限是16×216=1048576。 2 算法步驟 給出算法步驟，假設(shè)使用一個8位寄存器，則本算法包括

6、以下步驟： (1)在所述RFID系統(tǒng)的被動方一標(biāo)簽中設(shè)計(jì)一個4+4位的寄存器(Rel)和1個“0”、“l(fā)”隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器(RGI)，如圖l所示。 (2)在所述RFID系統(tǒng)的主動方一讀寫器向所有處在等待態(tài)的標(biāo)簽發(fā)送初始化命令。標(biāo)簽因此進(jìn)入仲裁態(tài)，用RGI產(chǎn)生4比特隨機(jī)數(shù)，加載到Rel高4位R7R4，低4位R3R0全部清零。 (3)讀寫器等待一定時間后發(fā)送允許回傳命令。 (4)Rel為全零的標(biāo)簽向讀寫器回傳標(biāo)簽ID。 (5)如果當(dāng)前只有一個標(biāo)簽回傳ID，讀寫器正確讀取該ID，則發(fā)送確認(rèn)命令，附加命令參數(shù)“低位減l”?；貍髁薎D的標(biāo)簽接收到該命令后，進(jìn)入確認(rèn)態(tài)，其他高4位為全零的標(biāo)簽Re1低4位減1，

7、回到步驟(4)重復(fù)操作。 (6)如果當(dāng)前有多個標(biāo)簽回傳ID，讀寫器通過CRC校驗(yàn)或碼長校驗(yàn)，檢測到錯誤的ID號，則發(fā)送確認(rèn)命令，附加命令參數(shù)“寄存器加1”。接收到讀寫器這個命令后，所有在仲裁態(tài)且Rel為全零的標(biāo)簽由RGI產(chǎn)生1比特隨機(jī)數(shù)和寄存器上的數(shù)相加后重新載入到寄存器中；其他仲裁態(tài)且Rel高4位為零而低4位不為零的標(biāo)簽Rel加1，回到步驟(4)重復(fù)操作 (7)如果當(dāng)前沒有標(biāo)簽回傳ID，讀寫器等待一定時間后發(fā)送確認(rèn)命令，附加命令參數(shù)“低位減1”。所有在仲裁態(tài)且高4為全零的標(biāo)簽Rel低4位減1，回到步驟(4)重復(fù)操作。 (8)低4位減1操作重復(fù)L次(L是一個系統(tǒng)參數(shù)，由系統(tǒng)設(shè)定，經(jīng)驗(yàn)值為4)后，讀寫器認(rèn)為所有在仲裁態(tài)且寄存器高4位為零的標(biāo)簽都已經(jīng)被正確讀取，則發(fā)送確認(rèn)命令，附加命令參數(shù)“高4位減l”，回到步驟(4)。 (9)標(biāo)簽接收到附加“高位減l”參數(shù)的確認(rèn)命令后，所有Rel高4位不為零的標(biāo)簽高4位減l，回到步驟4重復(fù)操作；在被要求高位減1前已為零的標(biāo)簽則回到等待態(tài)。 (10)重復(fù)15次高位減1操作后讀寫器認(rèn)為所有在仲裁態(tài)的標(biāo)簽都已經(jīng)被讀取，則仲裁過程停止，所有還處于仲裁態(tài)的標(biāo)簽返回等待態(tài)。 算法步驟中所述等待態(tài)是指電子標(biāo)簽上電后的初始狀態(tài)；仲裁態(tài)是指未被讀寫器鑒別的電子標(biāo)簽開始響應(yīng)讀寫器鑒別命令時進(jìn)入的狀態(tài)；確認(rèn)態(tài)是指已被讀寫器鑒別