防碰撞技術修改

1、RFIDRFID系統(tǒng)中的防碰撞技術系統(tǒng)中的防碰撞技術一一、碰撞產(chǎn)生的原因碰撞產(chǎn)生的原因二二、碰撞產(chǎn)生的類型碰撞產(chǎn)生的類型三三、防碰撞的主要方法防碰撞的主要方法四四、ALODA防碰撞技術防碰撞技術主要內(nèi)容主要內(nèi)容五五、二進制樹搜索防碰撞技術二進制樹搜索防碰撞技術六六、閱讀器防碰撞技術閱讀器防碰撞技術一一、碰撞產(chǎn)生的原因碰撞產(chǎn)生的原因在在RFID系統(tǒng)中，閱讀器與所有標簽共用一個無線信道，系統(tǒng)中，閱讀器與所有標簽共用一個無線信道，經(jīng)常會有多個閱讀器和多個標簽的應用場合，造成的讀經(jīng)常會有多個閱讀器和多個標簽的應用場合，造成的讀寫器之間或標簽之間的相互干擾，這種干擾稱為寫器之間或標簽之間的相互干擾，這種

2、干擾稱為碰撞碰撞。1、讀寫器碰撞、讀寫器碰撞2、標簽碰撞、標簽碰撞防碰撞命令（算法）防碰撞命令（算法）：為了防止碰撞的產(chǎn)生，在：為了防止碰撞的產(chǎn)生，在RFID系系統(tǒng)中需要設置一定的相關命令，并通過適當?shù)牟僮鹘鉀Q統(tǒng)中需要設置一定的相關命令，并通過適當?shù)牟僮鹘鉀Q碰撞問題，這些操作過程被稱為防碰撞算法。碰撞問題，這些操作過程被稱為防碰撞算法。二二、碰撞產(chǎn)生的類型碰撞產(chǎn)生的類型隨著隨著RFID技術的發(fā)展，出現(xiàn)了多個閱讀器密集分布在同技術的發(fā)展，出現(xiàn)了多個閱讀器密集分布在同一個區(qū)域的一個區(qū)域的RFID傳感網(wǎng)絡。在該傳感網(wǎng)絡中，存在兩類傳感網(wǎng)絡。在該傳感網(wǎng)絡中，存在兩類信息碰撞問題：一類為信息碰撞問題：一

3、類為多標簽信息碰撞問題多標簽信息碰撞問題，即多個標即多個標簽同時回復一個閱讀器時產(chǎn)生的信息碰撞；另一類為簽同時回復一個閱讀器時產(chǎn)生的信息碰撞；另一類為多多閱讀器信息碰撞問題閱讀器信息碰撞問題，即相鄰的閱讀器在其信號交疊區(qū)即相鄰的閱讀器在其信號交疊區(qū)域產(chǎn)生相互干擾，導致閱讀器的閱讀范圍減小，甚至無域產(chǎn)生相互干擾，導致閱讀器的閱讀范圍減小，甚至無法讀取任何標簽。法讀取任何標簽。二二、碰撞產(chǎn)生的類型碰撞產(chǎn)生的類型閱讀器發(fā)出識別命令后，各個標簽都會在某一時間做出閱讀器發(fā)出識別命令后，各個標簽都會在某一時間做出應答，但是在標簽應答過程中會出現(xiàn)兩個或多個標簽在應答，但是在標簽應答過程中會出現(xiàn)兩個或多個標簽

4、在同一時刻應答或在一個標簽沒有應答時其他標簽就做出同一時刻應答或在一個標簽沒有應答時其他標簽就做出應答情況。這會使標簽之間的信號相互干擾，降低閱讀應答情況。這會使標簽之間的信號相互干擾，降低閱讀器接收信號的信噪比，從而造成標簽無法被正常讀取。器接收信號的信噪比，從而造成標簽無法被正常讀取。Data1Data5Data4Data3Data5Data4Data3Data2Data2Data1標簽碰撞示意圖標簽碰撞示意圖二二、碰撞產(chǎn)生的類型碰撞產(chǎn)生的類型TimeTime完全碰撞完全碰撞Time讀寫器讀寫器TagATagB二二、碰撞產(chǎn)生的類型碰撞產(chǎn)生的類型1. 多閱讀器與標簽之間的干擾多閱讀器與標簽之

5、間的干擾 當多個閱讀器同時閱讀同一個標簽時會引起多閱讀當多個閱讀器同時閱讀同一個標簽時會引起多閱讀器與標簽之間的干擾。器與標簽之間的干擾。2. 閱讀器與閱讀器之間的干擾閱讀器與閱讀器之間的干擾 當一個閱讀器發(fā)射較強的信號與一個標簽反射回的當一個閱讀器發(fā)射較強的信號與一個標簽反射回的微弱信號相干擾時就引起閱讀器與閱讀器之間的干微弱信號相干擾時就引起閱讀器與閱讀器之間的干擾。擾。二二、碰撞產(chǎn)生的類型碰撞產(chǎn)生的類型R1RrRrReader2Reader1讀寫器讀寫器- -讀寫器頻率干擾讀寫器頻率干擾 R1R1為為Reader1Reader1的的干擾范圍干擾范圍 RrRr為為Reader1Reader

6、1和和Reader2Reader2的讀取范圍的讀取范圍 從標簽從標簽T T反射到讀寫反射到讀寫器器Reader2Reader2的信號很容的信號很容易被從易被從Reader1Reader1發(fā)出的發(fā)出的信號干擾。信號干擾。Tag二二、碰撞產(chǎn)生的類型碰撞產(chǎn)生的類型Tag3Tag2Tag1Reader1Reader2多讀寫器一標簽干擾多讀寫器一標簽干擾 標簽標簽1 1接收到的信息為兩個讀寫器發(fā)射信號接收到的信息為兩個讀寫器發(fā)射信號的矢量和的矢量和, ,是一個未知信號。是一個未知信號。二二、碰撞產(chǎn)生的類型碰撞產(chǎn)生的類型協(xié)調(diào)計劃算法協(xié)調(diào)計劃算法主要思想：通過建立一個全網(wǎng)的體系主要思想：通過建立一個全網(wǎng)的體

7、系結構，統(tǒng)一收集閱讀器間的信息碰撞消息，將系統(tǒng)結構，統(tǒng)一收集閱讀器間的信息碰撞消息，將系統(tǒng)可用的資源合理分配給各個閱讀器進行使用，其代可用的資源合理分配給各個閱讀器進行使用，其代表性算法有表性算法有Colorwave算法、算法、HiQ21eaming算法和算法和PULSE算法等。算法等。三三、防碰撞的主要方法碰撞的主要方法空分多路法（空分多路法（SDMA）空分多路法：空分多路法：是指在分離的空間范圍內(nèi)進行多個目標是指在分離的空間范圍內(nèi)進行多個目標的識別技術。的識別技術?？辗侄嗦贩ㄔ诳辗侄嗦贩ㄔ赗FID系統(tǒng)中的應用有兩種方式：系統(tǒng)中的應用有兩種方式：u將閱讀器和天線的作用距離按空間進行劃分，把多

8、將閱讀器和天線的作用距離按空間進行劃分，把多個閱讀器和天線放置在這個陣列中，這樣當標簽進入個閱讀器和天線放置在這個陣列中，這樣當標簽進入不同的閱讀器范圍時，就可以從空間上將所有電子標不同的閱讀器范圍時，就可以從空間上將所有電子標簽區(qū)分開來。簽區(qū)分開來。u在閱讀器上使用一個相控陣天線，并且讓天線的方在閱讀器上使用一個相控陣天線，并且讓天線的方向性圖對準某個電子標簽，這樣不同的電子標簽可以向性圖對準某個電子標簽，這樣不同的電子標簽可以根據(jù)它在閱讀器工作區(qū)域的角度位置而區(qū)別開來。根據(jù)它在閱讀器工作區(qū)域的角度位置而區(qū)別開來?？辗侄嗦贩ǎ嚎辗侄嗦贩ǎ菏鞘侵冈诜蛛x的空間范圍內(nèi)進行多個目標指在分離的空間范圍

9、內(nèi)進行多個目標的識別技術。的識別技術?？辗侄嗦贩ㄔ诳辗侄嗦贩ㄔ赗FID系統(tǒng)中的應用有兩種方式：系統(tǒng)中的應用有兩種方式：u將閱讀器和天線的作用距離按空間進行劃分，把多將閱讀器和天線的作用距離按空間進行劃分，把多個閱讀器和天線放置在這個陣列中，這樣當標簽進入個閱讀器和天線放置在這個陣列中，這樣當標簽進入不同的閱讀器范圍時，就可以從空間上將所有電子標不同的閱讀器范圍時，就可以從空間上將所有電子標簽區(qū)分開來。簽區(qū)分開來。u在閱讀器上使用一個相控陣天線，并且讓天線的方在閱讀器上使用一個相控陣天線，并且讓天線的方向性圖對準某個電子標簽，這樣不同的電子標簽可以向性圖對準某個電子標簽，這樣不同的電子標簽可以根

10、據(jù)它在閱讀器工作區(qū)域的角度位置而區(qū)別開來。根據(jù)它在閱讀器工作區(qū)域的角度位置而區(qū)別開來。空分多路法空分多路法ReaderTagTagTag 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、自適應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某個標簽直接對準某個標簽2 2、減少單個讀寫、減少單個讀寫器的作用范圍器的作用范圍三三、防碰撞的主要方法碰撞的主要方法三三、防碰撞的主要方法碰撞的主要方法頻分多路法（頻分多路法（FDMA）頻分多路法：頻分多路法：是把信道分解成若干個不同載波頻率提是把信道分解成若干個不同載波頻

11、率提供給多個用戶使用的技術。供給多個用戶使用的技術。采用該方法的采用該方法的RFID系統(tǒng)從閱讀器到標簽的頻率均是固系統(tǒng)從閱讀器到標簽的頻率均是固定的，用于能量供應和命令傳輸。定的，用于能量供應和命令傳輸。從標簽到閱讀器，采用不同的副載波頻率進行數(shù)據(jù)傳從標簽到閱讀器，采用不同的副載波頻率進行數(shù)據(jù)傳輸。閱讀器有多個接收器，每個接收器都具有各自的輸。閱讀器有多個接收器，每個接收器都具有各自的工作頻率，而每個接收器只響應和自己相同頻率的電工作頻率，而每個接收器只響應和自己相同頻率的電子標簽，通過這種方式即可將工作區(qū)域內(nèi)的電子標簽子標簽，通過這種方式即可將工作區(qū)域內(nèi)的電子標簽區(qū)分開。區(qū)分開。缺點：閱讀器

12、的成本比較高，因為每個接收通路都必須有自己單獨的缺點：閱讀器的成本比較高，因為每個接收通路都必須有自己單獨的接收器以供使用，電子標簽的差異更為麻煩。接收器以供使用，電子標簽的差異更為麻煩。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f1f2f3f4f5頻分多址頻分多址FDMA法法三三、防碰撞的主要方法碰撞的主要方法三三、防碰撞的主要方法碰撞的主要方法時分多路法（時分多路法（TDMA）時分多路法：把整個可供使用的通路容量按照時間分配給多時分多路法：把整個可供使用的通路容量按照時間分配給多個用戶的技術。在個用戶的技術。在RFID系統(tǒng)中

13、，系統(tǒng)中，TDMA構成了防碰撞算法中構成了防碰撞算法中最大的一族。這種方法可分為電子標簽控制法和閱讀器驅(qū)動最大的一族。這種方法可分為電子標簽控制法和閱讀器驅(qū)動法。法。四四、ALODA的防碰撞技術碰撞技術ALODA算法算法ALODA算法最初用來解決網(wǎng)絡通信中的數(shù)據(jù)包擁塞問題，是算法最初用來解決網(wǎng)絡通信中的數(shù)據(jù)包擁塞問題，是一種非常簡單的一種非常簡單的TDMA算法，被廣泛應用在算法，被廣泛應用在RFID系統(tǒng)中。系統(tǒng)中?；舅枷耄夯舅枷耄翰扇撕炏劝l(fā)言的方式，當標簽進入閱讀器的識別采取標簽先發(fā)言的方式，當標簽進入閱讀器的識別區(qū)域內(nèi)就自動向閱讀器發(fā)送其自身的區(qū)域內(nèi)就自動向閱讀器發(fā)送其自身的ID號，在

14、標簽發(fā)送數(shù)據(jù)的號，在標簽發(fā)送數(shù)據(jù)的過程中，若有其他標簽也在發(fā)送數(shù)據(jù)，則發(fā)生信號重疊并導致過程中，若有其他標簽也在發(fā)送數(shù)據(jù)，則發(fā)生信號重疊并導致完全沖突或部分沖突，閱讀器檢測接收到得信號有無沖突，一完全沖突或部分沖突，閱讀器檢測接收到得信號有無沖突，一旦發(fā)生沖突，閱讀器就發(fā)送命令讓標簽停止發(fā)送，隨機等待一段旦發(fā)生沖突，閱讀器就發(fā)送命令讓標簽停止發(fā)送，隨機等待一段時間后再重新發(fā)送以減少沖突；時間后再重新發(fā)送以減少沖突；存在嚴重問題：存在嚴重問題：閱讀器對于同一個標簽，如果連續(xù)多次發(fā)生沖突，閱讀器對于同一個標簽，如果連續(xù)多次發(fā)生沖突，就將導致閱讀器出現(xiàn)錯誤判斷認為這個標簽不在自己的作用范圍；另就將導

15、致閱讀器出現(xiàn)錯誤判斷認為這個標簽不在自己的作用范圍；另一個問題，就是其沖突概率很大，假設其數(shù)據(jù)幀為一個問題，就是其沖突概率很大，假設其數(shù)據(jù)幀為F，其沖突周期為，其沖突周期為2F。四四、ALODA的防碰撞技術碰撞技術時隙時隙ALODA算法算法在該算法中，標簽僅能在時隙的開始傳輸數(shù)據(jù)。用于傳輸數(shù)據(jù)在該算法中，標簽僅能在時隙的開始傳輸數(shù)據(jù)。用于傳輸數(shù)據(jù)的時隙數(shù)由閱讀器控制，只有當閱讀器分配完所有的時隙后，的時隙數(shù)由閱讀器控制，只有當閱讀器分配完所有的時隙后，標簽才能利用這些時隙傳輸數(shù)據(jù)。因此時隙標簽才能利用這些時隙傳輸數(shù)據(jù)。因此時隙ALODA算法是隨算法是隨機詢問驅(qū)動的機詢問驅(qū)動的TDMA防碰撞算法

16、。防碰撞算法。幀時隙幀時隙ALODA算法算法幀時隙算法是指將多個時隙打包成為一幀，而標幀時隙算法是指將多個時隙打包成為一幀，而標簽必須選擇一幀中的某個時隙向閱讀器傳輸數(shù)據(jù)。簽必須選擇一幀中的某個時隙向閱讀器傳輸數(shù)據(jù)。幀時隙算法是指將多個時隙打包成為一幀，而標幀時隙算法是指將多個時隙打包成為一幀，而標簽必須選擇一幀中的某個時隙向閱讀器傳輸數(shù)據(jù)。簽必須選擇一幀中的某個時隙向閱讀器傳輸數(shù)據(jù)。四四、ALODA的防碰撞技術碰撞技術動態(tài)幀時隙動態(tài)幀時隙ALODA算法算法在幀時隙在幀時隙ALODA算法中，所有的幀具有相同的長度，即算法中，所有的幀具有相同的長度，即每一幀中的時隙數(shù)是相同且固定的。由于閱讀器并

17、不知道每一幀中的時隙數(shù)是相同且固定的。由于閱讀器并不知道標簽數(shù)量，所以當標簽數(shù)量遠大于一幀中的時隙數(shù)時，一標簽數(shù)量，所以當標簽數(shù)量遠大于一幀中的時隙數(shù)時，一幀中的所有時隙都發(fā)生碰撞，閱讀器不能讀取標簽信息；幀中的所有時隙都發(fā)生碰撞，閱讀器不能讀取標簽信息；當標簽數(shù)量遠小于一幀中的時隙數(shù)時，識別過程中將有許當標簽數(shù)量遠小于一幀中的時隙數(shù)時，識別過程中將有許多時隙被浪費掉。多時隙被浪費掉。動態(tài)幀時隙動態(tài)幀時隙ALODA算法通過根據(jù)識別標簽的數(shù)量來改變算法通過根據(jù)識別標簽的數(shù)量來改變幀長度，從而克服了動態(tài)幀時隙的不足。幀長度，從而克服了動態(tài)幀時隙的不足。五五、二進制樹搜索防碰撞技術二進制樹搜索算法二

18、進制樹搜索算法基本思想：基本思想：將處于碰撞的標簽分成左右兩個子集將處于碰撞的標簽分成左右兩個子集0和和1，先，先查詢子集查詢子集0，若沒有碰撞，則正確識別標簽，若仍有碰撞，若沒有碰撞，則正確識別標簽，若仍有碰撞則分裂，把則分裂，把1子集分成子集分成00和和01兩個子集，直到識別子集兩個子集，直到識別子集1中所有標簽。二進制樹搜索算法是以一個獨特的序列號識中所有標簽。二進制樹搜索算法是以一個獨特的序列號識別標簽為基礎的。別標簽為基礎的。基本原理：閱讀器每次查詢發(fā)送的一個比特前綴基本原理：閱讀器每次查詢發(fā)送的一個比特前綴P0P1Pi，只有與這個查詢前綴相符的標簽才相應閱讀，只有與這個查詢前綴相符

19、的標簽才相應閱讀器的命令。當只有一個標簽相應，閱讀器成功識別標簽；器的命令。當只有一個標簽相應，閱讀器成功識別標簽；當有多個標簽相應的就發(fā)生沖突。當有多個標簽相應的就發(fā)生沖突。011011100101二進制樹搜索算法模型二進制樹搜索算法模型沖突節(jié)點沖突節(jié)點非沖突節(jié)點非沖突節(jié)點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 六、閱讀器防碰撞技術六、閱讀器防碰撞技術 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)應用中，在預定區(qū)域系統(tǒng)應用中，在預定區(qū)域內(nèi)部署多個內(nèi)部署多個RFIDRFID讀寫器，以滿讀

20、寫器，以滿足對區(qū)域內(nèi)的所有標簽進行完足對區(qū)域內(nèi)的所有標簽進行完全的、高可靠的讀取要求。系全的、高可靠的讀取要求。系統(tǒng)網(wǎng)絡中包含多個讀寫器和一統(tǒng)網(wǎng)絡中包含多個讀寫器和一個中央計算機，讀寫器與中央個中央計算機，讀寫器與中央計算機之間一般采用局域網(wǎng)計算機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）方式進行通信連接。方式進行通信連接。 密集讀寫器網(wǎng)絡拓樸結構密集讀寫器網(wǎng)絡拓樸結構v 分時傳輸解決讀寫器沖突分時傳輸解決讀寫器沖突 網(wǎng)絡中的每個讀寫器通常具有不網(wǎng)絡中的每個讀寫器通常具有不同范圍的識讀區(qū)域，各讀寫器的識同范圍的識讀區(qū)域，各讀寫器的識讀區(qū)域可能有交集，即識

21、讀區(qū)域有讀區(qū)域可能有交集，即識讀區(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。每個圓圈代環(huán)境下的讀寫器沖突。每個圓圈代表一個讀寫器的識讀區(qū)域（實際應表一個讀寫器的識讀區(qū)域（實際應用中的識讀區(qū)域可能為不規(guī)則形用中的識讀區(qū)域可能為不規(guī)則形狀），圓點代表相應的讀寫器。如狀），圓點代表相應的讀寫器。如果兩個讀寫器的識讀區(qū)域有相互重果兩個讀寫器的識讀區(qū)域有相互重疊，如圖疊，如圖7-17中的中的R1和和R2，則當，則當R1、R2同時工作時，如果不采取同時工作時，如果不采取防沖突措施，就會產(chǎn)生讀寫器沖突，防沖突措施，就會產(chǎn)生讀寫器沖突，甚至使整個甚至使整個RFID系統(tǒng)無法正常工作。系統(tǒng)無法正常工作。 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六、閱讀器防碰撞技術六、閱讀器防碰撞技術v 分時傳輸解決讀寫器沖突分時傳輸解決讀寫器沖突 分布式時隙控制方法分布式時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，時隙分配過程以網(wǎng)