RFID系統(tǒng)中的信號(hào)防沖突有哪些
為使讀寫(xiě)器能順利完成其作用范圍內(nèi)的標(biāo)簽識(shí)別和信息讀寫(xiě)等操作,防止碰撞,RFID主要采用時(shí)分多路法(TDMA),每個(gè)標(biāo)簽在單獨(dú)的某個(gè)時(shí)隙內(nèi)占用信道與讀寫(xiě)器進(jìn)行通信。然而,在多讀寫(xiě)器、多電子標(biāo)簽的系統(tǒng)中,信號(hào)之間的沖突與干擾在所難免,這會(huì)導(dǎo)致信息疊混,嚴(yán)重影響RFID的使用性能。信號(hào)之間的沖突分為標(biāo)簽沖突和讀寫(xiě)器沖突兩類(lèi),解決沖突的關(guān)鍵在于使用防碰撞算法。
1.標(biāo)簽沖突
當(dāng)多個(gè)電子標(biāo)簽處于同一個(gè)讀寫(xiě)器的作用范圍時(shí),在沒(méi)有采取多址訪問(wèn)控制機(jī)制的情況下,信息的傳輸過(guò)程將產(chǎn)生干擾,這將導(dǎo)致信息讀取失敗。
(1)隨機(jī)性解決方案
對(duì)于標(biāo)簽沖突,一般采用ALOHA搜索算法。例如,目前高頻頻段(HF)的電子標(biāo)簽都使用ALOHA 算法來(lái)處理。ALOHA 算法在一個(gè)周期性的循環(huán)中將數(shù)據(jù)不斷地發(fā)送給讀寫(xiě)器,數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)間只占重復(fù)時(shí)間的很小部分,傳輸間歇長(zhǎng),電子標(biāo)簽重復(fù)時(shí)間小,各電子標(biāo)簽可在不同的時(shí)段上傳輸數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)包傳送時(shí)不易發(fā)生碰撞。改進(jìn)型的ALOHA算法還可以對(duì)標(biāo)簽的數(shù)量進(jìn)行動(dòng)態(tài)估計(jì),并根據(jù)一定的優(yōu)化準(zhǔn)則,自適應(yīng)選取延遲的時(shí)間及幀長(zhǎng),顯著地提高了識(shí)別速度。由于同類(lèi)型的電子標(biāo)簽工作在同一頻率,共享同一通信信道,ALOHA 算法中電子標(biāo)簽利用隨機(jī)時(shí)間響應(yīng)讀寫(xiě)器的命令,其延遲時(shí)間和檢測(cè)時(shí)間是隨機(jī)分布的,是一種不確定的隨機(jī)算法。
(2)確定性解決方案
除隨機(jī)性方案外,還有一種確定性解決方案,主要用于超高頻頻段(UHF)。確定性解決方案的基本思想是,讀寫(xiě)器將沖突區(qū)域的標(biāo)簽不斷劃分為更小的子集,根據(jù)標(biāo)簽 ID 的唯一性來(lái)選擇標(biāo)簽進(jìn)行通信。在確定性解決方案中,最典型的是樹(shù)型搜索算法,這種算法由讀寫(xiě)器發(fā)出請(qǐng)求命令,N個(gè)標(biāo)簽同時(shí)響應(yīng)造成沖突后,檢測(cè)沖突位置,逐個(gè)通知不符合要求的標(biāo)簽退出沖突,最后一個(gè)標(biāo)簽予以響應(yīng)。余下的 N−1 個(gè)標(biāo)簽重復(fù)上述步驟,經(jīng)過(guò) N−1 次循環(huán)后,所有標(biāo)簽訪問(wèn)完畢。確定性解決方案的缺點(diǎn)是標(biāo)簽識(shí)別速度較低。
2.讀寫(xiě)器沖突
在實(shí)際應(yīng)用中,有時(shí)需要近距離布局多個(gè)RFID讀寫(xiě)器,一個(gè)標(biāo)簽同時(shí)接收到多個(gè)讀寫(xiě)器的命令,從而導(dǎo)致讀寫(xiě)器間相互干擾。
讀寫(xiě)器沖突有兩種,一種是由多個(gè)讀寫(xiě)器同時(shí)在相同頻段上運(yùn)行而引起的頻率干擾,另一種是由多個(gè)相鄰的讀寫(xiě)器試圖同時(shí)與一個(gè)標(biāo)簽進(jìn)行通信而引起的標(biāo)簽干擾。解決干擾最簡(jiǎn)單的做法是,將相鄰的讀寫(xiě)器分配在不同的頻率或時(shí)隙,而將物理上足夠分離的讀寫(xiě)器分配在同一頻率或時(shí)隙。例如,目前已提出的Colorwave算法提供了一個(gè)實(shí)時(shí)、分布式的MAC協(xié)議,該協(xié)議可以為讀寫(xiě)器分配頻率與時(shí)隙,從而減少了讀寫(xiě)器間的干擾。
在歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)(European Telecommunications Standards Institute,ETSI)的標(biāo)準(zhǔn)中,讀寫(xiě)器在同電子標(biāo)簽通信前,每隔100 ms 探測(cè)一次數(shù)據(jù)信道的狀態(tài),采用載波偵聽(tīng)的方式來(lái)解決讀寫(xiě)器的沖突。在EPC的標(biāo)準(zhǔn)中,在頻譜上將讀寫(xiě)器傳輸和標(biāo)簽傳輸分離開(kāi),這樣,讀寫(xiě)器僅與讀寫(xiě)器發(fā)生沖突,標(biāo)簽僅與標(biāo)簽發(fā)生沖突,簡(jiǎn)化了問(wèn)題。
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