RFID系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之防碰撞機(jī)制分析與實(shí)現(xiàn)

1、防碰撞機(jī)制分析與實(shí)現(xiàn)防碰撞機(jī)制分析與實(shí)現(xiàn)教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)設(shè)計(jì)信息技術(shù)學(xué)院信息技術(shù)學(xué)院 李斌李斌一一、教學(xué)內(nèi)容的引入教學(xué)內(nèi)容的引入二二、產(chǎn)生碰撞的原因產(chǎn)生碰撞的原因三三、標(biāo)簽的幾種狀態(tài)標(biāo)簽的幾種狀態(tài)四四、防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)主要內(nèi)容主要內(nèi)容五五、讀寫器讀寫器防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)一一、教學(xué)內(nèi)容的引入教學(xué)內(nèi)容的引入EPC class1 Gen2 Tag一一、教學(xué)內(nèi)容的引入教學(xué)內(nèi)容的引入1 1、ReservedReserved區(qū)：存儲(chǔ)區(qū)：存儲(chǔ)Kill PasswordKill Password（滅活口令）和（滅活口令）和Access PasswordAccess Password（

2、訪（訪問口令）。問口令）。 2 2、EPCEPC區(qū)：存儲(chǔ)區(qū)：存儲(chǔ)EPCEPC號(hào)碼等。號(hào)碼等。 3 3、TIDTID區(qū)：存儲(chǔ)標(biāo)簽識(shí)別號(hào)碼，每個(gè)區(qū)：存儲(chǔ)標(biāo)簽識(shí)別號(hào)碼，每個(gè)TIDTID號(hào)碼應(yīng)該是唯一的。號(hào)碼應(yīng)該是唯一的。 4 4、UserUser區(qū)：存儲(chǔ)用戶定義的數(shù)據(jù)。區(qū)：存儲(chǔ)用戶定義的數(shù)據(jù)。 HeaderFilter Value(Optional)Domain IdentifierEPCEPC編碼結(jié)構(gòu)編碼結(jié)構(gòu)Standard EPC Tag DataHeaderGeneralManagerNumberObject ClassSerial NumberGeneral Identifier (GID-

3、96)Header 8 bitsManufacture 28 bitsProduct 24 bitsSerial Number36 bits一一、教學(xué)內(nèi)容的引入教學(xué)內(nèi)容的引入1 1、上次我們實(shí)驗(yàn)中其讀寫距離是多少？、上次我們實(shí)驗(yàn)中其讀寫距離是多少？2 2、UHF EPC Gen2UHF EPC Gen2的標(biāo)簽有幾種種狀態(tài)？的標(biāo)簽有幾種種狀態(tài)？ 3、為什么每次讀寫的標(biāo)簽的數(shù)量會(huì)為什么每次讀寫的標(biāo)簽的數(shù)量會(huì)不一樣？各組之間的讀寫器之間是否不一樣？各組之間的讀寫器之間是否存在干擾？存在干擾？一一、教學(xué)內(nèi)容的引入教學(xué)內(nèi)容的引入問題探究問題探究二二、產(chǎn)生碰撞的原因產(chǎn)生碰撞的原因 在在RFID系統(tǒng)應(yīng)用中，

4、因?yàn)槎鄠€(gè)讀寫器或多個(gè)標(biāo)系統(tǒng)應(yīng)用中，因?yàn)槎鄠€(gè)讀寫器或多個(gè)標(biāo)簽，造成的讀寫器之間或標(biāo)簽之間的相互干擾，簽，造成的讀寫器之間或標(biāo)簽之間的相互干擾，統(tǒng)稱為統(tǒng)稱為碰撞碰撞。1、讀寫器碰撞、讀寫器碰撞2、標(biāo)簽碰撞、標(biāo)簽碰撞Data1Data5Data4Data3Data5Data4Data3Data2Data2Data1RFID數(shù)據(jù)碰撞示意圖數(shù)據(jù)碰撞示意圖二二、產(chǎn)生碰撞的原因產(chǎn)生碰撞的原因TimeTime完全碰撞完全碰撞Time讀寫器讀寫器TagATagB二二、產(chǎn)生碰撞的原因產(chǎn)生碰撞的原因R1RrRrReader2Reader1讀寫器讀寫器- -讀寫器頻率干擾讀寫器頻率干擾 R1R1為為Reader1Re

5、ader1的的干擾范圍干擾范圍 RrRr為為Reader1Reader1和和Reader2Reader2的讀取范圍的讀取范圍 從標(biāo)簽從標(biāo)簽T T反射到讀寫反射到讀寫器器Reader2Reader2的信號(hào)很容的信號(hào)很容易被從易被從Reader1Reader1發(fā)出的發(fā)出的信號(hào)干擾。信號(hào)干擾。Tag二二、產(chǎn)生碰撞的原因產(chǎn)生碰撞的原因Tag3Tag2Tag1Reader1Reader2多讀寫器一標(biāo)簽干擾多讀寫器一標(biāo)簽干擾 標(biāo)簽標(biāo)簽1 1接收到的信息為兩個(gè)讀寫器發(fā)射信號(hào)接收到的信息為兩個(gè)讀寫器發(fā)射信號(hào)的矢量和的矢量和, ,是一個(gè)未知信號(hào)。是一個(gè)未知信號(hào)。識(shí)別識(shí)別標(biāo)簽標(biāo)簽準(zhǔn)備準(zhǔn)備掉電掉電數(shù)據(jù)交互數(shù)據(jù)交互標(biāo)

6、簽的幾種狀態(tài)標(biāo)簽的幾種狀態(tài)三三、標(biāo)簽的幾種狀態(tài)標(biāo)簽的幾種狀態(tài)掉電掉電準(zhǔn)備準(zhǔn)備識(shí)別識(shí)別數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)交互交互上電上電選擇選擇取消取消選擇選擇碰撞碰撞仲裁仲裁讀操作讀操作讀操作讀操作讀操作讀操作復(fù)位復(fù)位標(biāo)簽狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖標(biāo)簽狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖四四、防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)三三、標(biāo)簽的幾種狀態(tài)標(biāo)簽的幾種狀態(tài) 如何解決碰撞如何解決碰撞的問題呢？的問題呢？四四、防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)四四、防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)讀寫器讀寫器Tag3Tag5Tag2Tag6Tag4Tag7Tag11 1、空分多址、空分多址SDMASDMA法法1、空間分割多重存取、空間分割多重存取ReaderTagTagTag四四

7、、防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn) 分離的空間范圍分離的空間范圍內(nèi)重新使用確定的資源內(nèi)重新使用確定的資源（通信容量）（通信容量）1、自適應(yīng)、自適應(yīng)SDMA，電子控，電子控制定向天線，天線的方向制定向天線，天線的方向直接對準(zhǔn)某個(gè)標(biāo)簽直接對準(zhǔn)某個(gè)標(biāo)簽2 2、減少單個(gè)讀寫、減少單個(gè)讀寫器的作用范圍器的作用范圍四四、防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)讀讀寫寫器器Tag1Tag3Tag5Tag4Tag2閱讀器廣播命令閱讀器廣播命令閱讀器讀寫區(qū)域閱讀器讀寫區(qū)域f1f2f3f4f52、頻分多址、頻分多址FDMA法法2、頻率分割多重存取、頻率分割多重存取ReaderTagTagTaga ab bc cabc四四

8、、防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn) 把若干個(gè)使用不同載波頻率的把若干個(gè)使用不同載波頻率的傳輸通路同時(shí)供給通信用戶使用傳輸通路同時(shí)供給通信用戶使用。3、時(shí)間分割、時(shí)間分割TDMAa b cabcReaderTag1Tag2Tag3aabbcc四四、防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn) TDMA TDMA是把整個(gè)可供使用的信是把整個(gè)可供使用的信道容量按時(shí)間分配給多個(gè)同戶道容量按時(shí)間分配給多個(gè)同戶的技術(shù)。的技術(shù)。掉電掉電準(zhǔn)備準(zhǔn)備識(shí)別識(shí)別數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)交互交互上電上電選擇選擇取消取消選擇選擇碰撞碰撞仲裁仲裁讀操作讀操作讀操作讀操作讀操作讀操作復(fù)位復(fù)位標(biāo)簽狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖標(biāo)簽狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖四四、防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)防碰撞機(jī)制的

9、實(shí)現(xiàn)四四、防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)算法算法 ISO18000-6協(xié)議中使用的協(xié)議中使用的是一種是一種類二進(jìn)制樹形防碰撞算類二進(jìn)制樹形防碰撞算法法，通過標(biāo)簽內(nèi)隨機(jī)產(chǎn)生，通過標(biāo)簽內(nèi)隨機(jī)產(chǎn)生0、1及內(nèi)置計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽的防碰及內(nèi)置計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽的防碰撞。撞。防碰撞的基本算法防碰撞的基本算法四四、防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)樹分叉算法樹分叉算法沖突節(jié)點(diǎn)沖突節(jié)點(diǎn)非沖突節(jié)點(diǎn)非沖突節(jié)點(diǎn)011011100101樹分叉算法樹分叉算法四四、防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)基本思想是：基本思想是：將處于碰撞的標(biāo)將處于碰撞的標(biāo)簽分成左右兩個(gè)子集簽分成左右兩個(gè)子集0 0和和1 1，先，先查詢子集查詢子集0 0

10、，若沒有碰撞，則，若沒有碰撞，則正確識(shí)別標(biāo)簽，若仍有碰撞則正確識(shí)別標(biāo)簽，若仍有碰撞則分裂，把分裂，把1 1子集分成子集分成0000和和0101兩兩個(gè)子集，直到識(shí)別子集個(gè)子集，直到識(shí)別子集1 1中所中所有標(biāo)簽。有標(biāo)簽。（1 1）所有處于）所有處于“識(shí)別識(shí)別”狀態(tài)且內(nèi)部計(jì)數(shù)器為狀態(tài)且內(nèi)部計(jì)數(shù)器為0 0的應(yīng)答器發(fā)送它們的識(shí)別碼。的應(yīng)答器發(fā)送它們的識(shí)別碼。（2 2）當(dāng)有一個(gè)以上的標(biāo)簽發(fā)送時(shí)，讀寫器因不能正確識(shí)別信號(hào)為發(fā)送）當(dāng)有一個(gè)以上的標(biāo)簽發(fā)送時(shí)，讀寫器因不能正確識(shí)別信號(hào)為發(fā)送FAILFAIL指令指令。（3 3）所有接收到）所有接收到FAILFAIL指令且內(nèi)部計(jì)數(shù)器不等于指令且內(nèi)部計(jì)數(shù)器不等于0 0的

11、標(biāo)簽計(jì)數(shù)器加的標(biāo)簽計(jì)數(shù)器加1 1。所有接收所有接收到到FAILFAIL指令且內(nèi)部計(jì)數(shù)器等于指令且內(nèi)部計(jì)數(shù)器等于0 0的標(biāo)簽將產(chǎn)生一個(gè)的標(biāo)簽將產(chǎn)生一個(gè)1 1或者或者0 0的隨機(jī)數(shù)，的隨機(jī)數(shù)，如果是如果是1 1，則標(biāo)簽計(jì)數(shù)器加則標(biāo)簽計(jì)數(shù)器加1 1，如果是，如果是0 0，則標(biāo)簽計(jì)數(shù)器保持不變，并再次發(fā)送其識(shí)別碼。，則標(biāo)簽計(jì)數(shù)器保持不變，并再次發(fā)送其識(shí)別碼。四四、防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn) 所有接收到所有接收到FAILFAIL指令且內(nèi)部計(jì)數(shù)器不等于指令且內(nèi)部計(jì)數(shù)器不等于0 0的標(biāo)簽計(jì)數(shù)器加的標(biāo)簽計(jì)數(shù)器加1 1。所有接收到。所有接收到FAILFAIL指令且內(nèi)部計(jì)數(shù)器等指令且內(nèi)部計(jì)數(shù)器等0 0的標(biāo)簽

12、將產(chǎn)生一個(gè)的標(biāo)簽將產(chǎn)生一個(gè)1 1或者或者0 0的隨機(jī)數(shù)，如果是的隨機(jī)數(shù)，如果是1 1，則標(biāo)，則標(biāo)簽計(jì)數(shù)器加簽計(jì)數(shù)器加1 1，如果是，如果是0 0，則標(biāo)簽計(jì)數(shù)器保持不變，并再次發(fā)送其識(shí)別碼。，則標(biāo)簽計(jì)數(shù)器保持不變，并再次發(fā)送其識(shí)別碼。（4）a、若有一個(gè)以的標(biāo)簽發(fā)送，則重復(fù)步驟（若有一個(gè)以的標(biāo)簽發(fā)送，則重復(fù)步驟（2 2）;b;b、若只有一個(gè)發(fā)送，、若只有一個(gè)發(fā)送，則讀寫器發(fā)送包含識(shí)別碼的則讀寫器發(fā)送包含識(shí)別碼的“DATA_READDATA_READ”，指令，標(biāo)簽正確接收此指令進(jìn)入，指令，標(biāo)簽正確接收此指令進(jìn)入“數(shù)據(jù)交互數(shù)據(jù)交互”，通信完成后，發(fā)送，通信完成后，發(fā)送SUCCESSSUCCESS指令；

13、指令；C C、當(dāng)標(biāo)簽沒有被正確接收，、當(dāng)標(biāo)簽沒有被正確接收，則讀寫器將發(fā)送一個(gè)則讀寫器將發(fā)送一個(gè)RESENDRESEND指令。指令。（1 1）REQUEST請求(序列號(hào))。此命令發(fā)送一序列號(hào)作為參數(shù)給射頻卡。應(yīng)答規(guī)則是，射頻卡把自己的序列號(hào)與接收到的序列號(hào)比較，如果自身序列號(hào)小于或等于REQUEST指令序列號(hào)參數(shù)，則此射頻卡回送其序列號(hào)給讀寫器。這樣可以縮小預(yù)選的射頻卡的范圍；如果大于，則不響應(yīng)。四四、防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn) 所有接收到所有接收到FAILFAIL指令且內(nèi)部計(jì)數(shù)器不等于指令且內(nèi)部計(jì)數(shù)器不等于0 0的標(biāo)簽計(jì)數(shù)器加的標(biāo)簽計(jì)數(shù)器加1 1。所有接收到。所有接收到FAILFAIL

14、指令且內(nèi)部計(jì)數(shù)器等指令且內(nèi)部計(jì)數(shù)器等0 0的標(biāo)簽將產(chǎn)生一個(gè)的標(biāo)簽將產(chǎn)生一個(gè)1 1或者或者0 0的隨機(jī)數(shù)，如果是的隨機(jī)數(shù)，如果是1 1，則標(biāo)，則標(biāo)簽計(jì)數(shù)器加簽計(jì)數(shù)器加1 1，如果是，如果是0 0，則標(biāo)簽計(jì)數(shù)器保持不變，并再次發(fā)送其識(shí)別碼。，則標(biāo)簽計(jì)數(shù)器保持不變，并再次發(fā)送其識(shí)別碼。 (2)SELECT(2)SELECT選擇選擇( (序列號(hào)序列號(hào)) )。用某個(gè)。用某個(gè)( (事先確定的事先確定的) )序列號(hào)序列號(hào)作為參數(shù)發(fā)送給射頻卡。具有相同序列號(hào)的射頻卡將以此作作為參數(shù)發(fā)送給射頻卡。具有相同序列號(hào)的射頻卡將以此作為執(zhí)行其他命令為執(zhí)行其他命令( (例如讀出和寫入數(shù)據(jù)例如讀出和寫入數(shù)據(jù)) )的切入開關(guān)

15、，即選擇的切入開關(guān)，即選擇這個(gè)射頻卡。具有其他序列號(hào)的射頻卡只對這個(gè)射頻卡。具有其他序列號(hào)的射頻卡只對REQUESTREQUEST命令應(yīng)答。命令應(yīng)答。 （3 3）READ-DATA讀出數(shù)據(jù)。選中的射頻卡將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)發(fā)送給讀寫器。 四四、防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn) (4)UNSELECT(4)UNSELECT 去選擇去選擇。取消一個(gè)事先選中的射頻卡，射頻卡進(jìn)入。取消一個(gè)事先選中的射頻卡，射頻卡進(jìn)入 無聲無聲 狀態(tài)，在這種狀態(tài)下射頻卡完全是非激活的，對收到的狀態(tài)，在這種狀態(tài)下射頻卡完全是非激活的，對收到的REQUESTREQUEST命命令不作應(yīng)答。為了重新話化射頻卡，必須先將射頻卡移出讀寫器

16、的作用令不作應(yīng)答。為了重新話化射頻卡，必須先將射頻卡移出讀寫器的作用范圍再進(jìn)入，以實(shí)行復(fù)位。范圍再進(jìn)入，以實(shí)行復(fù)位。 射頻卡進(jìn)入讀寫器的工作范圍，讀寫器發(fā)出一個(gè)最大序列號(hào)讓所有射射頻卡進(jìn)入讀寫器的工作范圍，讀寫器發(fā)出一個(gè)最大序列號(hào)讓所有射頻卡響應(yīng)；同一時(shí)刻開始傳輸它們的序列號(hào)到讀寫器的接收模塊。頻卡響應(yīng)；同一時(shí)刻開始傳輸它們的序列號(hào)到讀寫器的接收模塊。 讀寫器對比射頻卡響應(yīng)的序列號(hào)的相同位數(shù)上的數(shù)。讀寫器對比射頻卡響應(yīng)的序列號(hào)的相同位數(shù)上的數(shù)。出現(xiàn)不一致出現(xiàn)不一致的現(xiàn)象的現(xiàn)象即有的序列號(hào)該位即有的序列號(hào)該位為為0 0，而有的序列，而有的序列號(hào)該位為號(hào)該位為1 1 把有不一致位的數(shù)從最高位到低位

17、依次置把有不一致位的數(shù)從最高位到低位依次置O O再輸出系列號(hào)，再輸出系列號(hào)，即依次排除序列號(hào)大的數(shù)，至讀寫器對比射頻卡響應(yīng)的序列號(hào)即依次排除序列號(hào)大的數(shù)，至讀寫器對比射頻卡響應(yīng)的序列號(hào)的相同位數(shù)上的數(shù)完全一致時(shí)，說明無碰撞。的相同位數(shù)上的數(shù)完全一致時(shí)，說明無碰撞。選出序列號(hào)最小的數(shù)后，對該標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，然后使選出序列號(hào)最小的數(shù)后，對該標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，然后使該卡進(jìn)入該卡進(jìn)入“無聲無聲”狀態(tài)。狀態(tài)。YN四四、防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制搜索算法的工作流程是：二進(jìn)制搜索算法的工作流程是：1 10 01 11 10 00 00 00 01 11 11 10 0?射頻卡射頻卡1射頻卡射頻

18、卡2讀寫器譯碼讀寫器譯碼四四、防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn) 在二進(jìn)制搜索算法的實(shí)現(xiàn)中，起決定作用的是讀寫器所使用的信號(hào)編碼在二進(jìn)制搜索算法的實(shí)現(xiàn)中，起決定作用的是讀寫器所使用的信號(hào)編碼必須能夠確定碰撞的準(zhǔn)確比特位置必須能夠確定碰撞的準(zhǔn)確比特位置。曼徹斯特碼曼徹斯特碼(Mancherster)(Mancherster)可在多卡同時(shí)可在多卡同時(shí)響應(yīng)時(shí)，譯出錯(cuò)誤碼字，可以按位識(shí)別出碰撞響應(yīng)時(shí)，譯出錯(cuò)誤碼字，可以按位識(shí)別出碰撞。這樣可以根據(jù)碰撞的位置，。這樣可以根據(jù)碰撞的位置，按一定法則重新搜索射頻卡。按一定法則重新搜索射頻卡。范例：二元搜尋算法范例：二元搜尋算法A:10100111B:10110

19、101C:10101111D:10111101R:11111111R:11111111送送REQUEST（11111111）命令，要求區(qū)）命令，要求區(qū)域內(nèi)所有標(biāo)簽應(yīng)答，根據(jù)曼徹斯特編碼，域內(nèi)所有標(biāo)簽應(yīng)答，根據(jù)曼徹斯特編碼，解碼數(shù)據(jù)為解碼數(shù)據(jù)為101?1?1,發(fā)生碰撞，算法做發(fā)生碰撞，算法做下如下，下如下，將碰撞的最高置將碰撞的最高置0，其它碰撞位，其它碰撞位置置1。得下次的。得下次的REQUEST(10101111)?R R表示閱表示閱讀器讀器四四、防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)范例：二元搜尋算法范例：二元搜尋算法搜尋標(biāo)簽過程搜尋標(biāo)簽過程A:10100111C:10101111R:10101

20、111R:10101111 送送REQUESTREQUEST（1010111110101111）命令，標(biāo)）命令，標(biāo)簽簽A A和和C C應(yīng)答。解碼數(shù)據(jù)為應(yīng)答。解碼數(shù)據(jù)為1010?111,1010?111,發(fā)發(fā)生碰撞，算法做下如下，將碰撞的最高生碰撞，算法做下如下，將碰撞的最高置置0 0，其它碰撞位置，其它碰撞位置1 1。得。得1010011110100111?R R表示閱表示閱讀器讀器四四、防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)范例：二元搜尋算法范例：二元搜尋算法A:10100111C:10101111R:10100111R:10100111 送送REQUESTREQUEST（101001111010

21、0111）命令，只）命令，只有標(biāo)簽有標(biāo)簽A A應(yīng)答。解碼數(shù)據(jù)為應(yīng)答。解碼數(shù)據(jù)為1010?111,1010?111,沒沒有發(fā)生碰撞，閱讀器對標(biāo)簽有發(fā)生碰撞，閱讀器對標(biāo)簽A A進(jìn)行閱讀進(jìn)行閱讀操作。操作。R R表示閱表示閱讀器讀器可以識(shí)可以識(shí)別別A四四、防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)Improved Anti-collision Algorithm搜尋過程搜尋過程第一次搜尋第一次搜尋第二次搜尋第二次搜尋第三次搜尋第三次搜尋第四次搜尋第四次搜尋第五次搜尋第五次搜尋發(fā)送序號(hào)發(fā)送序號(hào)接收序號(hào)接收序號(hào)TagATagATagTagB BTagTagC CTagTagD D四四、防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)防碰撞機(jī)制的

22、實(shí)現(xiàn)1010011110110101101011111011110111111111101?1?11010111110100111101011111010?1111010011110100111識(shí)別識(shí)別TagATagA10110101101011111011110111111111101?1?11010111110101111識(shí)別識(shí)別TagBTagBImproved Anti-collision Algorithm搜尋過程搜尋過程第六次搜尋第六次搜尋第七次搜尋第七次搜尋第八次搜尋第八次搜尋第九次搜尋第九次搜尋第十次搜尋第十次搜尋發(fā)送序號(hào)發(fā)送序號(hào)接收序號(hào)接收序號(hào)TagATagATagTagB B

23、TagTagC C TagTagD D四四、防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)1011010110111101111111111011?10110110101101101011011110110111101識(shí)別識(shí)別TagCTagC識(shí)別識(shí)別TagDTagDRFIDRFID讀寫器防碰撞讀寫器防碰撞 1 1、RFIDRFID讀寫器沖突及解決途徑讀寫器沖突及解決途徑 v 密集讀寫器環(huán)境中的讀寫器沖突密集讀寫器環(huán)境中的讀寫器沖突 五、讀寫器防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)五、讀寫器防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn) 密集讀寫器環(huán)境就是指在密集讀寫器環(huán)境就是指在RFIDRFID系統(tǒng)應(yīng)用中，在預(yù)定區(qū)域系統(tǒng)應(yīng)用中，在預(yù)定區(qū)域內(nèi)部署多個(gè)內(nèi)部署多個(gè)

24、RFIDRFID讀寫器，以滿讀寫器，以滿足對區(qū)域內(nèi)的所有標(biāo)簽進(jìn)行完足對區(qū)域內(nèi)的所有標(biāo)簽進(jìn)行完全的、高可靠的讀取要求。系全的、高可靠的讀取要求。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中包含多個(gè)讀寫器和一統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中包含多個(gè)讀寫器和一個(gè)中央計(jì)算機(jī)，讀寫器與中央個(gè)中央計(jì)算機(jī)，讀寫器與中央計(jì)算機(jī)之間一般采用局域網(wǎng)計(jì)算機(jī)之間一般采用局域網(wǎng)（LANLAN）或無線局域網(wǎng)（）或無線局域網(wǎng)（WLANWLAN）方式進(jìn)行通信連接。方式進(jìn)行通信連接。 密集讀寫器網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)密集讀寫器網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)v 分時(shí)傳輸解決讀寫器沖突分時(shí)傳輸解決讀寫器沖突 網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)讀寫器通常具有不網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)讀寫器通常具有不同范圍的識(shí)讀區(qū)域，各讀寫器的識(shí)同范圍的識(shí)讀區(qū)域，各讀

25、寫器的識(shí)讀區(qū)域可能有交集，即識(shí)讀區(qū)域有讀區(qū)域可能有交集，即識(shí)讀區(qū)域有相互重疊的部分。為了便于說明，相互重疊的部分。為了便于說明，用圖用圖7-17近似地描繪了密集讀寫器近似地描繪了密集讀寫器環(huán)境下的讀寫器沖突。每個(gè)圓圈代環(huán)境下的讀寫器沖突。每個(gè)圓圈代表一個(gè)讀寫器的識(shí)讀區(qū)域（實(shí)際應(yīng)表一個(gè)讀寫器的識(shí)讀區(qū)域（實(shí)際應(yīng)用中的識(shí)讀區(qū)域可能為不規(guī)則形用中的識(shí)讀區(qū)域可能為不規(guī)則形狀），圓點(diǎn)代表相應(yīng)的讀寫器。如狀），圓點(diǎn)代表相應(yīng)的讀寫器。如果兩個(gè)讀寫器的識(shí)讀區(qū)域有相互重果兩個(gè)讀寫器的識(shí)讀區(qū)域有相互重疊，如圖疊，如圖7-17中的中的R1和和R2，則當(dāng)，則當(dāng)R1、R2同時(shí)工作時(shí)，如果不采取同時(shí)工作時(shí)，如果不采取防沖突

26、措施，就會(huì)產(chǎn)生讀寫器沖突，防沖突措施，就會(huì)產(chǎn)生讀寫器沖突，甚至使整個(gè)甚至使整個(gè)RFID系統(tǒng)無法正常工作。系統(tǒng)無法正常工作。 五、讀寫器防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)五、讀寫器防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)密集環(huán)境下讀寫器沖突示意圖密集環(huán)境下讀寫器沖突示意圖v 分時(shí)傳輸解決讀寫器沖突分時(shí)傳輸解決讀寫器沖突 分布式時(shí)隙控制方法分布式時(shí)隙控制方法以防沖突算法以防沖突算法ColorwaveColorwave和和IRCMIRCM為為代表代表，時(shí)隙分配過程以網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)讀寫器為中心，各讀寫，時(shí)隙分配過程以網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)讀寫器為中心，各讀寫器之間相互反復(fù)通信協(xié)商來確定各自的工作時(shí)隙，發(fā)生沖突器之間相互反復(fù)通信協(xié)商來確定各自的工作時(shí)隙，發(fā)

27、生沖突時(shí)往往通過增加新的時(shí)隙來解決，結(jié)果使得時(shí)隙分配過程較時(shí)往往通過增加新的時(shí)隙來解決，結(jié)果使得時(shí)隙分配過程較長且需要的總時(shí)隙數(shù)目多；集中式時(shí)隙控制方法幾乎不占用長且需要的總時(shí)隙數(shù)目多；集中式時(shí)隙控制方法幾乎不占用讀寫器的資源，通過中央計(jì)算機(jī)或服務(wù)器運(yùn)行優(yōu)化算法進(jìn)行讀寫器的資源，通過中央計(jì)算機(jī)或服務(wù)器運(yùn)行優(yōu)化算法進(jìn)行時(shí)隙分配問題的求解。這種方法求解速度快且不占用讀寫器時(shí)隙分配問題的求解。這種方法求解速度快且不占用讀寫器資源。資源。 五、讀寫器防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)五、讀寫器防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)v平面圖著色與讀寫器防沖突平面圖著色與讀寫器防沖突 圖圖7-18 讀寫器沖突問題的平面讀寫器沖突問題的平面圖圖,

28、RFID讀寫器讀寫器沖突問題類似于一沖突問題類似于一個(gè)簡單的平面圖個(gè)簡單的平面圖G=(R，E)。頂點(diǎn)。頂點(diǎn)集合集合R是是RFID讀寫器集合，即讀寫器集合，即R=r1，r2，rn)。邊集合。邊集合E描描述了述了RFID系統(tǒng)中讀寫器之間的沖突系統(tǒng)中讀寫器之間的沖突關(guān)系。也就是說，如果讀寫器關(guān)系。也就是說，如果讀寫器Ri和和讀寫器讀寫器Rj的識(shí)讀區(qū)域之間存在交集，的識(shí)讀區(qū)域之間存在交集，就將頂點(diǎn)就將頂點(diǎn)ri和和rj用一個(gè)無向線段連接用一個(gè)無向線段連接起來。據(jù)此建立圖起來。據(jù)此建立圖7-17中的讀寫器中的讀寫器沖突問題的平面圖沖突問題的平面圖G=(R，E)如圖如圖7-18所示。所示。五、讀寫器防碰撞機(jī)

29、制的實(shí)現(xiàn)五、讀寫器防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)讀寫器沖突的平面圖讀寫器沖突的平面圖v Hopfieid神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型 nn階對稱矩陣 n4階矩陣 五、讀寫器防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)五、讀寫器防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)讀寫器防沖突問題混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型讀寫器防沖突問題混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型 為了消除網(wǎng)絡(luò)中的讀寫器沖突問題，必須使網(wǎng)絡(luò)中存在沖突關(guān)系的讀寫器工作在不同的時(shí)隙。根據(jù)這樣的約束要求，讀寫器防沖突神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的能量函數(shù)如下： 當(dāng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的能量函數(shù)E的值等于0時(shí)，當(dāng)前的輸出矩陣v的值就是讀寫器防沖突神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的可行解。 五、讀寫器防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)五、讀寫器防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)讀寫器防沖突問題混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型讀寫器防沖突問題混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型二

30、維Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能量函數(shù)的一般表達(dá)形式： 比較式(3)和式(4)，可以得到： 因此，讀寫器防沖突神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的微分方程為： 五、讀寫器防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)五、讀寫器防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)v基于退火策略的混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型 Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型可以收斂到一個(gè)穩(wěn)定的平衡解，但會(huì)經(jīng)常陷入局部最優(yōu) 。因此，在上述建立的Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型基礎(chǔ)上，本文通過引入混沌機(jī)制和模擬退火策略，為讀寫器防沖突建立基于退火策略的混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型如下： 當(dāng)模擬溫度衰減至趨近于0時(shí)，混沌狀態(tài)消失，此后算法獲得一個(gè)較好的初值，并按照Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法繼續(xù)進(jìn)行搜索并逐漸收斂于有效解。 五、讀寫器防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)五、讀寫器防碰撞機(jī)制的實(shí)現(xiàn)v仿真流程仿真流程 采用MATLAB對基于退火策略的混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)讀寫器時(shí)隙分配算法進(jìn)行仿真。仿真流程如下：步驟1：設(shè)置A，B，C，0，k，a，z(0)， ，Z (0) 等參數(shù)的值，如表1。實(shí)驗(yàn)中， (0)取0，1區(qū)間 的隨機(jī)數(shù)。 步驟2：根據(jù)式(10)和(11)計(jì)算 (t)。 步驟3：根據(jù)式(3)計(jì)算能量函數(shù) 。 步驟4：根據(jù)式(12)計(jì)算Z (t+1)。 步驟5：判斷能量函數(shù) 是否滿足穩(wěn)定條件。如果滿足進(jìn)行步驟6，否則進(jìn)行步驟2。能量函數(shù)的穩(wěn)定判據(jù)為：1) 的值在連續(xù)l0次