防碰撞技术修改

RFID系统中的防碰撞技术一、碰撞产生的原因二、碰撞产生的类型三、防碰撞的主要方法四、ALODA防碰撞技术主要内容五、二进制树搜索防碰撞技术六、阅读器防碰撞技术一、碰撞产生的原因在RFID系统中，阅读器与所有标签共用一个无线信道，经常会有多个阅读器和多个标签的应用场合，造成的读写器之间或标签之间的相互干扰，这种干扰称为碰撞。什么是碰撞1、读写器碰撞2、标签碰撞防碰撞命令（算法）：为了防止碰撞的产生，在RFID系统中需要设置一定的相关命令，并通过适当的操作解决碰撞问题，这些操作过程被称为防碰撞算法。二、碰撞产生的类型碰撞的类型随着RFID技术的发展，出现了多个阅读器密集分布在同一个区域的RFID传感网络。在该传感网络中，存在两类信息碰撞问题：一类为多标签信息碰撞问题，即多个标签同时回复一个阅读器时产生的信息碰撞；另一类为多阅读器信息碰撞问题，即相邻的阅读器在其信号交叠区域产生相互干扰，导致阅读器的阅读范围减小，甚至无法读取任何标签。二、碰撞产生的类型标签的碰撞阅读器发出识别命令后，各个标签都会在某一时间做出应答，但是在标签应答过程中会出现两个或多个标签在同一时刻应答或在一个标签没有应答时其他标签就做出应答情况。这会使标签之间的信号相互干扰，降低阅读器接收信号的信噪比，从而造成标签无法被正常读取。Data1Data5Data4Data3Data5Data4Data3Data2Data2Data1标签碰撞示意图二、碰撞产生的类型TimeTime完全碰撞Time读写器TagATagB二、碰撞产生的类型阅读器的碰撞多阅读器与标签之间的干扰

当多个阅读器同时阅读同一个标签时会引起多阅读器与标签之间的干扰。阅读器与阅读器之间的干扰

当一个阅读器发射较强的信号与一个标签反射回的微弱信号相干扰时就引起阅读器与阅读器之间的干扰。二、碰撞产生的类型R1RrRrReader2Reader1读写器-读写器频率干扰

R1为Reader1的干扰范围

Rr为Reader1和Reader2的读取范围

从标签T反射到读写器Reader2的信号很容易被从Reader1发出的信号干扰。Tag二、碰撞产生的类型Tag3Tag2Tag1Reader1Reader2多读写器一标签干扰

标签1接收到的信息为两个读写器发射信号的矢量和,是一个未知信号。二、碰撞产生的类型解决多阅读器信号碰撞的方法协调计划算法主要思想：通过建立一个全网的体系结构，统一收集阅读器间的信息碰撞消息，将系统可用的资源合理分配给各个阅读器进行使用，其代表性算法有Colorwave算法、HiQ21eaming算法和PULSE算法等。三、防碰撞的主要方法空分多路法（SDMA）空分多路法：是指在分离的空间范围内进行多个目标的识别技术。空分多路法在RFID系统中的应用有两种方式：将阅读器和天线的作用距离按空间进行划分，把多个阅读器和天线放置在这个阵列中，这样当标签进入不同的阅读器范围时，就可以从空间上将所有电子标签区分开来。在阅读器上使用一个相控阵天线，并且让天线的方向性图对准某个电子标签，这样不同的电子标签可以根据它在阅读器工作区域的角度位置而区别开来。空分多路法：是指在分离的空间范围内进行多个目标的识别技术。空分多路法在RFID系统中的应用有两种方式：将阅读器和天线的作用距离按空间进行划分，把多个阅读器和天线放置在这个阵列中，这样当标签进入不同的阅读器范围时，就可以从空间上将所有电子标签区分开来。在阅读器上使用一个相控阵天线，并且让天线的方向性图对准某个电子标签，这样不同的电子标签可以根据它在阅读器工作区域的角度位置而区别开来。空分多路法ReaderTagTagTag

分离的空间范围内重新使用确定的资源（通信容量）1、自适应SDMA，电子控制定向天线，天线的方向直接对准某个标签2、减少单个读写器的作用范围三、防碰撞的主要方法三、防碰撞的主要方法频分多路法（FDMA）频分多路法：是把信道分解成若干个不同载波频率提供给多个用户使用的技术。采用该方法的RFID系统从阅读器到标签的频率均是固定的，用于能量供应和命令传输。从标签到阅读器，采用不同的副载波频率进行数据传输。阅读器有多个接收器，每个接收器都具有各自的工作频率，而每个接收器只响应和自己相同频率的电子标签，通过这种方式即可将工作区域内的电子标签区分开。缺点：阅读器的成本比较高，因为每个接收通路都必须有自己单独的接收器以供使用，电子标签的差异更为麻烦。读写器Tag1Tag3Tag5Tag4Tag2阅读器广播命令阅读器读写区域f1f2f3f4f5频分多址FDMA法三、防碰撞的主要方法三、防碰撞的主要方法时分多路法（TDMA）时分多路法：把整个可供使用的通路容量按照时间分配给多个用户的技术。在RFID系统中，TDMA构成了防碰撞算法中最大的一族。这种方法可分为电子标签控制法和阅读器驱动法。四、ALODA的防碰撞技术ALODA算法ALODA算法最初用来解决网络通信中的数据包拥塞问题，是一种非常简单的TDMA算法，被广泛应用在RFID系统中。基本思想：采取标签先发言的方式，当标签进入阅读器的识别区域内就自动向阅读器发送其自身的ID号，在标签发送数据的过程中，若有其他标签也在发送数据，则发生信号重叠并导致完全冲突或部分冲突，阅读器检测接收到得信号有无冲突，一旦发生冲突，阅读器就发送命令让标签停止发送，随机等待一段时间后再重新发送以减少冲突；存在严重问题：阅读器对于同一个标签，如果连续多次发生冲突，就将导致阅读器出现错误判断认为这个标签不在自己的作用范围；另一个问题，就是其冲突概率很大，假设其数据帧为F，其冲突周期为2F。四、ALODA的防碰撞技术时隙ALODA算法在该算法中，标签仅能在时隙的开始传输数据。用于传输数据的时隙数由阅读器控制，只有当阅读器分配完所有的时隙后，标签才能利用这些时隙传输数据。因此时隙ALODA算法是随机询问驱动的TDMA防碰撞算法。帧时隙ALODA算法帧时隙算法是指将多个时隙打包成为一帧，而标签必须选择一帧中的某个时隙向阅读器传输数据。帧时隙算法是指将多个时隙打包成为一帧，而标签必须选择一帧中的某个时隙向阅读器传输数据。四、ALODA的防碰撞技术动态帧时隙ALODA算法在帧时隙ALODA算法中，所有的帧具有相同的长度，即每一帧中的时隙数是相同且固定的。由于阅读器并不知道标签数量，所以当标签数量远大于一帧中的时隙数时，一帧中的所有时隙都发生碰撞，阅读器不能读取标签信息；当标签数量远小于一帧中的时隙数时，识别过程中将有许多时隙被浪费掉。动态帧时隙ALODA算法通过根据识别标签的数量来改变帧长度，从而克服了动态帧时隙的不足。五、二进制树搜索防碰撞技术二进制树搜索算法基本思想：将处于碰撞的标签分成左右两个子集0和1，先查询子集0，若没有碰撞，则正确识别标签，若仍有碰撞则分裂，把1子集分成00和01两个子集，直到识别子集1中所有标签。二进制树搜索算法是以一个独特的序列号识别标签为基础的。基本原理：阅读器每次查询发送的一个比特前缀P0P1…Pi，只有与这个查询前缀相符的标签才相应阅读器的命令。当只有一个标签相应，阅读器成功识别标签；当有多个标签相应的就发生冲突。011011100101二进制树搜索算法模型冲突节点非冲突节点1、RFID读写器冲突及解决途径

密集读写器环境中的读写器冲突六、阅读器防碰撞技术密集读写器环境就是指在RFID系统应用中，在预定区域内部署多个RFID读写器，以满足对区域内的所有标签进行完全的、高可靠的读取要求。系统网络中包含多个读写器和一个中央计算机，读写器与中央计算机之间一般采用局域网（LAN）或无线局域网（WLAN）方式进行通信连接。密集读写器网络拓朴结构分时传输解决读写器冲突

网络中的每个读写器通常具有不同范围的识读区域，各读写器的识读区域可能有交集，即识读区域有相互重叠的部分。为了便于说明，用图7-17近似地描绘了密集读写器环境下的读写器冲突。每个圆圈代表一个读写器的识读区域（实际应用中的识读区域可能为不规则形状），圆点代表相应的读写器。如果两个读写器的识读区域有相互重叠，如图7-17中的R1和R2，则当R1、R2同时工作时，如果不采取防冲突措施，就会产生读写器冲突，甚至使整个RFID系统无法正常工作。密集环境下读写器冲突示意图六、阅读器防碰撞技术分时传输解决读写器冲突

分布式时隙控制方法以防冲突算法Colorwave和IRCM为代表，时隙分配过程以网络中的每个读写器为中心，各读写器之间相互反复通信协商来确定各自的工作时隙，发生冲突时往往通过增加新的时隙来解决，结果使得时隙分配过程较长且需要的总时隙数目多；集中式时隙控制方法几乎不占用读写器的资源，通过中央计算机或服务器运行优化算法进行时隙分配问题的求解。这种方法求解速度快且不占用读写器资源。六、阅读器防碰撞技术平面图着色与读写器防冲突

图7-18读写器冲突问题的平面图,RFID读写器冲突问题类似于一个简单的平面图G=(R，E)。顶点集