【总结】RFID二进制树防碰撞算法总结

1、南 阳 理 工 学 院本科生毕业设计（论文）学院（系）：运算机与信息工程学院专业：通信工程学生：乔军惠指导老师：路新华完成日期2021年 4月南 阳 理 工 学 院 本 科 毕 业 设 计（论文）rfid 二进制树防碰撞算法设计38 / 27学 院（系）：运算机与信息工程学院专业：通信工程学 生 姓 名：乔军惠学号：1指 导 教 师（职称）：路新华（讲师）评 阅 教 师：完 成 日 期：2021 年 4 月南阳理工学院nanyang institute of technologyrfid 二进制树防碰撞算法设计【摘要】射频识别技术 rfid 是目前正快速进展的一项新技术， 它通过射频信号进行非

2、接触式的双向数据通信，从而达到自动识别的目的；随着rfid技术的进展，如何实现同时与多个目标 之间的正确的数据交换，即解决 rfid 系统中多个读写器和应答器之间的数据碰撞，成为了限制rfid技术进展的难题， 采纳合理的算法来有效的解决该问题， 称为 rfid系统的防碰撞算法； 在各种算法当中，二进制树算法由于它识别应答器的确定性，成为了应用最广泛的一种，多个国际标准均对其进行了规定，这推动了防碰撞算法的进展，但是也带来明白决思路不统一的冲突；在传统思路中，一般是通过单片机来进行算法处理，随着rfid技术的进展，将来的一个重要方向是现场可编程门阵列 fpga，做为一种现场可编程的专用集成电路，

3、 fpga拥有高速度，可编程等多个适应于算法处理的优点， 从而为 rfid防碰撞算法问题开创了新的有效途径依据上述分析， 全文针对 rfid 系统二进制树防碰撞算法，进行了理论与实践方面的探讨，主要分为三个方面， 第一是二进制树算法的理论争论，将现有的二进制树算法进行了归纳，汇总为基本算法，动态算法，退避式算法三类，阐述了各个算法的思路，对其进行了性能评判；其次，在现有的三类 防碰撞算法的基础上，提出了一种新的改进型二进制树算法，该算法识别速度快，执行效率高， 极大的改进了识别成效；【关键词】： 射频识别；防碰撞算法；读写器；应答器；现场可编程门阵列abstractrfid is anewly

4、 developedtechnologywhich communicates through the contact rf signal ， so asto achieve objective automatic identification along with the development of rfid technology， how to realize data exchange accurately amongmultipletargets atthe same timebecomes the keyproblemofrfidtechnology rfid anti-collis

5、ion algorithm is the solution to the above mentioned problemsin all the algorithms ，binary algorithm is most widely used as an international standard fbr its exactness ofidentincation international standards have put forward manyregulations on binary algorithmit not onlypromotes the development of a

6、nticouision algorithm ，butalso b“ ngsthe conflictto a unilfiedsolution traditionalideasin general are handled bymcu alongwith the developmentofrfidtechnology ， an imponantdirectioninthe f utureis thefieldprogrammablegates arrayfpga as kindof integrated circuitsthatcanbe programmed in the field， fpga

7、 is fast and programmable all these advantagesopenup anewef active way ofrfidanti collisionarithmetic in viewof the above problems， this paperprobes into the rfid systembinary prevent collisionf rom the perspectives ofboth theory and practice it canbedivided into three aspects：6rstly ，theoretical re

8、searchon binary algorithm it sums up all thebinary algorithms inbeingandgathertothreecategoryssuchasbasicalgorithm ，dynamicalgorithmandbackoff algorithm moreover ，it expounds the idea of the various algorithms and evalues their perf6rmance； secondary， it introduces an improved version of algorithm o

9、nthe basis of specinc standardthis algorithm has f ast recognition ， high efnciency and greatly improvedthe identification results key words： rfid ； anticollision ； read write devices ； transponders； fpga目录1 引言 .511 rfid技术简介 .512 rfid系统 .5121 rfid 系统组成 .5122 rfid 系统分类 .6123 rfid 系统工作原理 .613 rfid技术现状

10、及其进展 .7131 rfid技术应用 .7132 rfid 标准统一化 .7133 rfid 防碰撞算法 .714 课题提出的背景及其意义 . .815 本文的主要工作 . .82 现有 rfid 二进制树防碰撞算法.921 rfid防碰撞算法概述 .922 rfid二进制树防碰撞算法概述 .9221 基本概念 .9222 性能指标 .10223 算法分类 .1123 基本二进制树防碰撞算法 . .12231 算法思路 .12232 实例演示 .13233 性能评判 .1524 动态二进制树防碰撞算法 . .16241 算法思路 .16242 实例演示 .17243 性能评判 .1825 退

11、避式二进制树防碰撞算法. .18251 算法思路 .18252 实例演示 .19253 性能评判 .2026 本章小结 . .213 改进型二进制树防碰撞算法.2131 涉及二进制树算法的国际标准 . .21311 is0 15693 . .21312 is014443 . .2132 is014443 标准二进制树防碰撞算法.22321 基本概念 .22322 算法思路 .2333 改进型二进制树防碰撞算法. .26331 改进方向 .26332 基本概念 .错误. 未定义书签；334 实例演示 .错误. 未定义书签；34 本章小结 . .错误. 未定义书签；4 fpga实现改进型二进制树防

12、碰撞算法 .错误. 未定义书签；41 fpga技术 .错误. 未定义书签；411 fpga简介 .错误. 未定义书签；412 fpga设计流程 .错误. 未定义书签；413 fpga设计工具 .错误. 未定义书签；414 fpga设计语言 .错误. 未定义书签；415 testbench 验证平台 .错误. 未定义书签；42 rfid系统中的防碰撞模块 .错误. 未定义书签；43 fpga实现算法流程 .错误. 未定义书签；44 曼彻斯特解码模块 . .错误. 未定义书签；45 命令处理模块 . .错误. 未定义书签；451 恳求命令处理 .错误. 未定义书签；452 防碰撞命令处理 .错误.

13、 未定义书签；453 挑选命令处理 .错误. 未定义书签；454 去挑选命令处理 .错误. 未定义书签；46 命令挑选模块 . .错误. 未定义书签；47 数据储备模块 . .错误. 未定义书签；48 密勒编码模块 . .错误. 未定义书签；49 模块连接 . .错误. 未定义书签；410 本章小结 .错误. 未定义书签；结论 .错误. 未定义书签；致谢 .错误. 未定义书签；1 引言1.1 rfid 技术简介自动设备识别技术是目前国际上进展很快的一项新技术，英文名称为 automatic equipment identif ication，简称 aei，它通过一些先进的技术手段，实现人们对各

14、种设备在不同状态下的自动识别和治理【 ll 】；目前，应用最广泛的自动识别技术大致可以分为光学技术和无线电技术两种，其中光学技术普遍应用于条形码和摄像两大类，而无线电技术在自动识别领域的应用更具体的名称为射频识别，英文名为 radio frequency identification，简写为 rfidi21；rfid 技术通过射频方式进行非接触的双向通信，达到自动识别的目的，它源起于上世纪四五十岁月，最初是基于雷达与微波理论的进展，自从上世纪九十岁月以来，rfid 技术快速进展，得到了广泛的应用，进入新世纪后，各个国家，组织仍有企业都加大了对rfid 技术的投入，生产了大批相应的产品，在多个领

15、域有了胜利的应用案例；rfid 被誉为二十一世纪的十大战略性产业之一，可以预想，将来 rfid 技术的进展空间是无限宽阔的；1.2 rfid 系统1.2.1 rfid 系统组成依据实际应用环境， rfid系统结构有多种不同分法， 一般来说， 一个典型 rfid系统包括三个部分：前端信息载体，数据交换环节，后端应用环境【3】；在具体应用中，前端信息载体有多个名称，如标签 tag ，智能标签 smart labels，射频卡 rf card 等，本文建议采纳应答器transponder 这种更具普遍意义的说法；在rfid 系统中，应答器放置在待识别的物体上， 它内部储备的信息表征着该物品的独一性；

16、通常来说，应答器由耦合元件和微电子芯片组成，主要电气性能为工作频率，读写才能，数据传输率，信息数据储备量，防碰撞才能，信息安全性能等，应答器的分类也是以这些性能为依据的，例如依据储备器可将应答器分为eepro，mfrom铁电储备器 ，sram静态随机储备器 ，依据信息注入方式可分为集成电路固化，现场线改写，现场无线改写，依据电源供应方式分为无源，半无源，有源；一般来说，应用最广泛的是无源+集成电路固化 +静态随机储备的应答器；由于在rfid 系统中，应答器是大规模生产的； 应答器的典型产品有 ti 公司的 6000 系列， philips公司的 i code等；数据交换环节即rfid系统中的读

17、出写入设备，它是系统的核心部件，是后端应用环境和前端信息载体的数据通道，在实际应用中，往往被称为查询器，扫描器，阅读器，编程器等，本文建议采纳读写器readwrite device 这种更具普遍意义的说法，这样既包括了从应答器中读出信息，同时也包括了向应答器中写入信息；依据天线与读写器模块的分别与否，读写器可以分为分别式和集成式，但无论哪种读写器，其基本结构都是类似的，从硬件部分来说，典型的读写器由三块组成：射频通道模块，掌握处理模块，天线；后端应用环境主要完成数据信息的储备及处理，它实质上就是一个数据治理系统，也是一个全局掌握系统，一般由pc机或者工作站组成，同时也包括了应用软件在内，整个后

18、端应用环境负责接收来自读写器的数据，并进行储备以及相应的处理，协同调剂多个读写器的工作，该部分在应用中常称为中间件 savant ，它扩展了 rfid系统的应用范畴和应用才能，是将来 rfid 系统智能化，大型化进展的有力技术支撑，是 rfid 技术进展的重要方式；微软公司近年来也介入了rfid技术领域，所瞄准的就是 rfid系统后端应用的相关软件和服务；综上所述，一个典型的 rfid 系统的组成如下列图：图 1.1 rfid系统组成1.2.2 rfid 系统分类rfid系统依据不同的标准， 可以分为很多类别， 各个不同的 rfid系统， 在工作方式和应用范畴上，有着各自不同的特点，在应用时要

19、依据实际需要来挑选；几种典型的分类方式如下所示：依据作用距离的远近， rfid系统可以分为如下三个方面：(1) 密耦合：典型的作用范畴为 0lcm；(2) 遥耦合：典型的作用范畴为 lcm1m；(3) 远距离系统：典型的作用范畴为l 10m；依据工作频率的大小， rfid系统可以分为如下四个方面：(1) 低频： 30300khz，典型应用为 134khz；(2) 高频： 330mhz，典型应用为 1356mhz(3) 超高频： 300mhz5 8ghz，典型应用为 24g；(4) 混频：多个频率的混合使用，典型应用为134khz+430mh；z依据应答器供电方式， rfid系统可以分为三个方面

20、：(1) 无源系统：由读写器负责给应答器供电；(2) 半无源系统：应答器内的电池仅做帮助作用；(3) 有源系统：应答器内置电池负责供应工作电压；1.2.3 rfid 系统工作原理rfid 是一门多学科综合技术，涉及到电磁场理论，数字电路，模拟电路，无线电广播，通信原理等多方面学问 rfld 系统中，读写器将要发送的信号调制到载波上，经由射频通道，通过天线发送出去，应答器上的电压依据载波的变化而变化，将该电压信号进行整流和滤波后，得 到解调后的数据，这是下行链路的过程，应答器传输的数据的变化掌握应答器天线上负载电阻 的通断，从而促使读写器天线上电压的变化，从而实现了数据的上行链路传输；在数据的双

21、向 传输过程中，是通过电磁场的相互感应来实现的，该过程也可以用变压器的模型来予以参考； 同时，依据 rfid系统的不同，在供电方式上有无源或者有源，调制方式上有幅度调制或者相位调制，数据读取上有电感耦合或者反向散射等区分【5】；1.3 rfid 技术现状及其进展1.3.1 rfid 技术应用做为一种新兴的自动识别技术，rfid近年来进展很快，在国内国外都取得了广泛的应用，主要表达在以下几个领域【6】；(1) 物流治理 物流治理是 rfid 技术最具应用前景的领域，近年来提出了一个物联网的概念，意在将全球全部的物品信息都用唯独的电子代码来表示，从而将这些物品都联系在一起，可以随时随地的 识别，追

22、踪，治理这些物品，最终在产品，用户，企业和政府之间建立但是该应用涉及到的方 面太广，技术难度很大，目前仍在争论当中；(2) 身份识别利用 rfid 技术，将应答器嵌入到身份证，护照等各种证件当中，甚至植入动物皮毛，用来跟踪和识别目标； 这方面应用的典型例子是我国目前实行的二代身份证，它基于 iso iec14443 标准定义的 type b 类型卡； rfid 在身份识别方面的主要问题是频段的局限性，一般使用的是l35khz 和 1356mhz的工作频率，这是由于过高的频段简洁带来对人体有害的电磁辐射；(3) 防伪应用应答器在防伪应用中有识别快速，伪造难，成本低等优点，再加上安全认证和加密功能

23、， 就可以大大提高伪造的难度和成本，同时，在识别的时刻，可以通过读写器的快速阅读功能， 在瞬时得出全部物品的信息，并加以记录和处理；目前在日本和欧洲已经有了类似的应用；(4) 交通治理交通治理是 rfid 最先应用的领域，目前已经拥有了成熟的技术，它利用了应答器便利快速识别，牢靠性高，安全性强的特点，目前主要应用范畴是电子车票，高速大路收费等方面，在我国深圳，基于 rfid技术的高速大路收费系统已经得到了胜利的应用；rfid 技术的应用远不止以上提及的四个方面，它在诸如生产线自动化治理，门禁系统，新生婴儿防错治理，地理信息标识等多个方面都有着广泛应用，可以毫不夸张的说，rfid 技术有着良好的

24、进展前景，它孕育的经济效益将是超乎想像的；1.3.2 rfid 标准统一化rfid 最初是各个厂家在各自的独立标准下开发出来的，缺乏统一的规范，因此制约了该项技术在大规模系统中的应用，随着rfid 技术的进展，参加到其中的国家，组织，企业也越来越多，目前形成了国际标准化组织iso，泛在 id 中心 uid，全球电子产品代码治理中心 epc三大标准体系，这些标准涉及到 rfid 系统的物理结构，通信协议，防碰撞算法，应用系统接口协议等等多个方面的内容，它们针对不同的频率，基于不同的工作原理，甚至在同样的应用背景下也有着庞大的协议上的区分；而要建立一个全球互联的rfid 产品网络，实现 rfid

25、技术的飞跃进展，就必需解决标准不统一的难题，近年来，随着rfid 技术的应用更加广泛，有识之士都意识到并着手解决这个问题，目前主要有两种思路，一是生产出适应于不同标准，多制式兼容的 rfid 产品，二是制定一个统一的 rfid 硕十学位论技术标准；但是rfid 本身的技术难度，以及标准带来的经济利益的冲突，使得该目标实施起来特别困难；由此可见，标准统一化问题的重要性与困难性是并存的，这将是一个任重而道远的过程；1.3.3 rfid 防碰撞算法随着 rfid 技术的进展，多目标识别成为了一个很重要的应用方向，特殊在目标跟踪，物品识别，拜访掌握等操作中， 利用 rfid 技术，对附着在不同目标上的

26、应答器快速牢靠的进行识别， 从而大大提高了定位的精确度，治理的自动化促进了整个产业链的进展；因此，如何保证快速快捷，又安全牢靠的同时识别多个目标，就成为了rfid 技术进展的关键性技术；在 rfid 系统中，当工作范畴内同时显现了多个读写器和多个应答器时，读写器与读写器之间，应答器与应答器之间的相互干扰，称rfid 系统发生了碰撞【 7】，从而导致数据不能正确的传输，信息无法得到正确的读取，一方面影响了产品的识别，另一方面仍可能导致信息的泄露；在全球信息安全意识广泛普及的背景下，牢靠的安全机制成为了rfid 技术进展的关键性制约因素，如何有效的解决 rfid 系统的碰撞问题，成为了技术的关键，

27、对此就需要采纳肯定的防碰撞算法来对其进行处理；目前关于防碰撞算法的争论仍在进行当中，理论成果已经得出了很多，很多国际标准也对一些成熟的算法进行了规定，但是无论在理论效率仍是实际应用上，都仍存在很大的改进空间；1.4 课题提出的背景及其意义早期的 rfid 技术很少涉及到防碰撞问题，而在近年来，随着rfid 技术的进展，应用范畴的扩大， 使得防碰撞问题日益成为制约 rfid进展的关键技术，缘由有两个，第一，早期的rfid 一般是近距离感应耦合式系统，其操作频率功率普遍较低，读取的速度慢，范畴小，所以也较少有发生碰撞的可能，而目前 rfid 应用中多目标识别成为了主流方向，这就要求实现在多个物品中

28、正确的识别出单个目标；其次，早期的rfid 应用没有统一的规范，各个厂家的rfid 产品也仅是应用在单个的系统当中， 不存在碰撞的可能， 而近年来 rfid应用快速进展，各个不同 rfid 制造商的产品之间的不兼容，也带来了碰撞问题；总之，由于多目标识别应用的需要，rfid 系统防碰撞问题成为了关键技术，为明白决碰撞，可以从硬件和软件两方面着手，由于rfid 系统的大规模应用限制了成本，所以，硬件实现是不实际的，因此就需要采纳肯定的防碰撞算法来予以解决；依前所述， rfid 系统碰撞主要有两种情形，读写器碰撞和应答器碰撞，读写器碰撞是一个应答器同时收到不同读写器发出的命令，应答器碰撞是一个读写

29、器同时给不同应答器发送命令；在实际的应用当中，应答器由于其低成本的优越, 从而得到大量的生产，而读写器往往是固定在系统的某处，来识别多个应答器，所以碰撞的主要情形是应答器碰撞，即一个读写器的工作范畴内同时显现了多个应答器，并且对该读写器发出的命令同时予以响应，从而导致读写器无法正确的识别出一个应答器，称该现象为发生了应答器碰撞；解决碰撞的过程相应的被称为防碰撞，如前所述，该防碰撞过程主要从软件的角度来予以解决，称为防碰撞算法【8】；在上述前提下，基于应答器的确定型二进制树防碰撞算法是目前最好的一种挑选，对其进行争论，是最有实际应用价值的，所以，本文将对其进行理论分析与具体实现，在争论过程中，留

30、意与新一代智能 rfid 系统的结合，应用拥有强大功能的fpgafieldprogrammable gatearray 做为算法运行的微处理器， 这种思路将是将来 rfid技术进展的重要方向， rfid 技术中的关键算法与先进的电子技术fpga的结合，将为 rfid 技术的应用拓开宽阔的前景；1.5 本文的主要工作本文将在 rfid 技术的前提下，结合当前数字电路设计的主流思路，重点争论rfid 的关键技术防碰撞算法，并主要着眼于其中基于应答器的确定性算法，即二进制树防碰撞算法，在理论分析的基础上，对其进行具体实现；基于上述考虑，论文将分四章来予以叙述，文章结构与内容支配如下：第 1 章：绪论

31、；系统的介绍了 rfid 技术，描述了典型 rfid系统的结构组成，提出了 rfid 系统的分类思想，叙述了 rfid 系统的工作原理，以及其应用范畴，重点强调了rfid 技术的现状和所面临的主要问题，由此表达了争论rfid 关键技术防碰撞算法的意义，明确了本文的主要争论内容；第 2 章：现有 rfid 二进制树防碰撞算法；概要性的描述了rfid 防碰撞算法，对其进行了分类，重点介绍其中的二进制树防碰撞算法，争论了三种最基本的二进制树算法，对其进行了原理阐述，性能分析，以及实例演示；第 3 章：改进型二进制树防碰撞算法；二进制树防碰撞算法在多个国际标准中均有规定，基于 is014443 标准的

32、 typea是其中的一个典型例子， 本章第一介绍了涉及到二进制树防碰撞算法的几个标准，其次具体争论了 isol4443 标准对二进制树防碰撞算法的规定，最终提出了在此基础上的改进算法，这也是本章的重点；第 4 章：fpga实现改进型二进制树防碰撞算法； fpga技术是目前数字电路设计的主流思路， 利用 fpga做主处理器，是 rfid技术进展的方向，本章探讨了这一想法，介绍了fpga技术的相关要点，并应用 fpga，实现了改进型二进制树防碰撞算法；2 现有 rfid 二进制树防碰撞算法2.1 rfid 防碰撞算法概述rfid系统的数据通信双方是读写器和应答器， 在实际的 rfid 系统工作时，

33、 可能会显现同时多个读写器和多个应答器共存的情形，毫无疑问，此时系统的数据交换就会显现信道与时序上的重叠，也就是发生了碰撞，在多个读写器与多个应答器的射频识别系统中，存在着两种形式的冲突方式，一种是同一应答器同时收到不同读写器发出的命令，另一种是同一个读写器同时收到多个不同应答器返回的数据，前者我们称为读写器碰撞，后者称为应答器碰撞【9】，在实际应用当中，一般是读写器做为主设备，来识别多个应答器，所以发生读写器碰撞的应用场合是不多的，因此下文将着重争论应答器碰撞；在上述前提下，有两种类型的通信方式，一种是读写器发送的数据同时被多个应答器接收，称为“无线广播”，另一种是多个应答器的数据同时传送给

34、读写器，称为“多路存取”，两者都是无线电技术中长期面临的难题，同时也进展出一系列相应的解决思路，一般来说分为四种，即空分多路 sdma， 码分多路 cdma,频分多路 fdma，时分多路 tdma，从 rfid 系统的通信形式、功耗、系统复杂性以及成本多方面综合考虑，时分多路法是最有实际应用价值的，它也 是目前 rfid 防碰撞算法应用中最广泛的一类， 时分多路法的基本思想是把整个可供使用的通路容量按时间安排给多个用户，从而达到在不同时隙将各个应答器一一识别出来的目的【 11】；时分多路法依据能量的供应者可以分为两大类，一类是应答器驱动型，另一类是读写器驱动型，这也正是对应了第一章中rfid

35、系统分类思路中的有源系统和无源系统，依据实际应用情形，无源系统是应用最广泛的一类，所以下文重点争论读写器驱动型的时分多路法；在该类读写器驱动型时分多路法中，目前最常用的防碰撞算法有两种，一类是基于时隙 aloha的统计型算法，另一类是基于二进制树的确定型算法，统计型算法的意义是在肯定的时隙范畴内，系统有可能识别出全部应答器，确定型算法的最大优点是，在肯定的时隙范畴内，系统肯定可以将全部的应答器一一识别出来【13】；从应用的角度来说，正确有效的识别是实际所需要的，因此下文将着重于二进制树防碰撞算法的争论；2.2 rfid 二进制树防碰撞算法概述2.2.1 基本概念在 rfid 防碰撞算法中，二进

36、制树算法是目前应用最广泛的一种，之所以称为“二进制树”， 是由于在算法执行过程中，读写器要多次发送命令给应答器，每次命令都把应答器分成两组，多次分组后最终得到唯独的一个应答器，在这个分组过程中，将对应的命令参数以节点的形式 储备起来，就可以得到一个数据的分叉树，而全部的这些数据节点又是以二进制的形式显现的， 所以称为“二进制树” ；为了便于描述算法，声明一些基本概念如下：第一，在rfid系统当中，每个应答器都是独一无二的，它们的独立性通过唯独的自身序列号来表达，该序列号在不同的标准中有不同的名称，如 epc标准中称其为电子产品代码 epc，即英文 electronicproductcode的缩

37、写， is014443 标准中称其为唯独标识码 uid，即英文 unique identmer的缩写【 15】；事实上，这些都是对应答器序列号的名称描述，由于下文涉及到的防碰撞算法是普遍意义上的，既包括了epc标准中的规定，也包括了 iso 标准中的规定，因此在本文对普遍意义上的防碰撞算法的描述过程中，统一用序列号 snserialnumber 来描述上述概念，同时，序列号的长度，格式，以及编码方式也是各个标准各自差异的，为了说明的便利，统肯定义为8 位长度的二进制码；如图 21 所示；图 2 1 应答器序列号数据格式读写器与应答器之间进行数据交换时，往往要传输序列号的部分或者全部位，此时的传

38、输次序定义为：先发送低位，再发送高位；在读写器或者应答器内部，对数据进行比较时，遵循这样的原就，即按位依次比较，先比较低位，再比较高位，商定01，依据这个比较次序，在判定大小时，低位数据优先，即两数 a，b 相比较，从低位开头的第一个不相等位的大小打算了两数的大小，只有当两个数的全部位均相等时，两数才相等；2.2.2 性能指标定义碰撞解决时期cri，即 collision resolution interval【16】，即解决一个读写器工作范畴内碰撞所需要的时隙数，对二进制树算法的评判，一些常用的性能指标如下所示【17】：第一是算法执行效率，定义如下：在算法执行过程，一共个时隙，识别了 n 个

39、应答器， 就 =n/表示算法的执行效率；分析如下： n=l ，显而易见，在第一个时隙内不发生碰撞，可以胜利识别该应答器，=1；n 2，由于应答器序列号的唯独性，将有碰撞发生，在一个时隙内发生碰撞的概率p 是一个随机大事，在 n 个应答器信息包中 i 个发生碰撞的概率为：给出 i 个碰撞，就 cri 的长度为：其中 1 是 n 个信息包最初的一个时隙，是 i 个碰撞的顺当传输的时隙，是 n-i个无碰撞传输的时隙；由上式可知，是逐步递归的，通过递归可得：依据式 2.3 ，上式可化为：由此可见，是关于 p 的函数，就 =n/也是关于 p 的函数，一般情形下，可以参考二项分布，将 p 取为 12；算法

40、的其次个重要的性能指标是稳固性，明显，基于tdma的二进制树防碰撞算法是沿着时间轴线来执行协议的，有一系列的碰撞解决时期cri，定义一个随机变量，表示第 k 个 cri 的长度，这些形成一个马尔可夫链 markovchain ，由于第个 cri 的长度由它开头的第一个时隙传输的信息，也就是在k 个 cri 区间内到达的信息包打算的，所以， 假如马尔可夫链满意遍历性分布，那么这个系统就可以说是稳固的；马尔可夫链遍历性分布要满意以下两个条件【18】：这里有：. 也就是 n 个信息包从发生碰撞开头传输的 cri 区间长度的数学期望， 是在一个时隙内到达这个系统信息包的期望值，该过程属于泊松过程【 l

41、9 】；一般来说，在二进制树防碰撞算法中，系统都能够满意马尔可夫链的两个遍历性分布条件，即作为一种确定型的算法，二进制树防碰撞算法是稳固的；算法的第三个重要性能是系统通信复杂度，显而易见，系统的通信双方是读写器与应答器，就通信复杂度也应当从这两方面着手考虑，即读写器与应答器各自发送的数据位的位数；该指标的评判标准是基于能量消耗的角度的，即发送的数据信息量越少，就整个系统消耗的能量也越少，这明显是一个抱负的成效；2.2.3 算法分类在基本的二进制树搜寻算法的基础上，有多种形式的二进制树搜寻算法，它们之间主要的区分在于命令的数据形式，主要有两点；(1) 命令参数是 1bit数据，仍是多 bit数据

42、；(2) 命令参数长度是固定的，仍是变化的；图 22 是一个二进制树搜寻算法的分类图，在基本二进制树的基础上，依据命令参数分为1bit和多 bit ，依据传输的命令参数的长度分为定长二进制树和动态二进制树两种，依据二进制树遍历时是一轮前进究竟的仍是退避返回的分为前进二进制树和退避二进制树两种；需要说明的是，这只是一个大略的分类法，主要目的在于说明二进制树分类的基本原就；事实上，分类所得的这些算法中也有相互重合的，如动态二进制树算法既可以采纳前进思路，也可以采纳退避思路；另外，在具体应用时，可能仍存在多种不同的说法，如lbit长二进制树中仍有修正二进制树 mbbt，加强二进制树 ebbt等区分【

43、 20】；图 2 2 二进制树算法分类2.3 基本二进制树防碰撞算法2.3.1 算法思路定义两个具有普遍意义的命令来描述算法：(1) 恳求命令 requestsn ：该命令携带一个参数 sn，应答器接收到该命令，将自身的sn 与接收到的 sn比较，如小于或者等于，就该应答器回送其sn给读写器；注： requestsn 初始值设为 request11111111 ；(2) 休眠命令 sleepsn ：该命令携带一个参数 sn，应答器接收到该命令，将自身的sn与接收到的 sn比较，如等于， 就该应答器被选中， 进入休眠状态， 也即是不再响应 request 命令， 除非该应答器通过先离开读写器工作

44、范畴再进入的方式重新上电，才可以再次响应request 命令；基本二进制树算法的流程图如图 23 所示：图 2 3 基本二进制树算法流程基本二进制树算法的步骤如下：(1) 应答器进入读写器工作范畴，读写器发出一个最大序列号，全部应答器的序列号均小于该最大序列号，所以在同一时刻将自身序列号返回给读写器；(2) 由于应答器序列号的唯独性，当应答器数目不小于两个时，必定发生碰撞发生碰撞时，将最大序列号中对应的碰撞起始位设置为o，低于该位者不变，高于该位者设置为l ；(3) 读写器将处理后的序列号发送给应答器，应答器序列号与该值比较，小于或等于该值者，将自身序列号返回给读写器；(4) 循环这个过程，就

45、可以选出一个最小序列号的应答器，与该应答器进行正常通信后，发出命令使该应答器进入休眠状态，即除非重新上电，否就不再响应读写器恳求命令；也就是说，下一次读写器再发最大序列号时，该应答器不再响应；(5) 重复上述过程，即可按序列号从小到大依次识别出各个应答器；注：第五步时，从步骤 1 开头重复，也就是说，读写器识别完一个应答器后，将重新发送原始的最大序列号；2.3.2 实例演示依据上述分析，下面给出一个基本二进制树搜寻算法的实例演示，如图24所示；假设 rfid 系统中有一个读写器 r，四个应答器 tl10100101 ， t2 10l01101 ，t311010101 ，t411101101 ，

46、在某一时刻，四个应答器同时进入读写器的工作范畴之内，读写器发出命令，四个应答器同时响应，由于其序列号 sn的唯独性，将发生应答器碰撞，从而启动防碰撞循环，分析如下：图 2.4基本二进制树算法实例注：图中共有四轮循环，依次识别出四个应答器，分别以不同格式的线条表示，并加有循环轮次的数字标识；(1) 启动第一轮循环，读写器发送 request1lll1111命令，全部应答器响应当命令，将自身序列号与该 sn1l1l1111 比较，均小于该值，于是全部应答器均返回自身序列号给读写器， 由于序列号的唯独性，应答器返回的序列号在读写器接收端发生碰撞，读写器检测到返回数据为 lxxxxl0l ，其中 x表

47、示该位发生了碰撞，读写器做如下处理：将碰撞起始位d4 位置 0，低于该位者不变，高于该位者置l ，得到 11ll0l01，作为下一次 request 命令携带的参数值，即request11110l01 ；(2) 读写器发送 request11110101 命令，全部应答器响应当命令，将自身序列号与该sn11110l01 比较，其中 t110l00101 ，t31l010101 的序列号小于该值，就 tl ，t3 返回自身序列号给读写器，在读写器接收端发生碰撞，读写器检测到返回数据为1xxx0l01，读写器做如下处理：将碰撞起始位 d5 位置 0，低于该位者不变，高于该位者置l ，得到 11l0

48、0l01 ，作为下一次 request 命令携带的参数值，即 request11100101 ；(3) 读写器发送 request11100101 命令，全部应答器响应当命令， 将自身序列号与该 sn11100l01 比较，其中 tl10100l01的序列号小于该值， 就 tl 返回自身序列号给读写器， 在读写器接收端不发生碰撞，读写器检测到返回数据为10100101，读写器做如下处理：将该数值作为下一次 sleep 命令携带的参数值，即 sleep10100101 ；(4) 读写器发送sleep10100101 命令，全部应答器响应当命令，将自身序列号与该sn10l00111 比较，其中 t110l00101 的序列号等于该值，就t1 执行该命令，进入休眠状态， 即除非重新上电，否就不再响应request 命令；(5) 启动其次轮循环，读写