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1、硕士学位论文RFID 防 冲 突 算 法 研 究 与 仿 真STUDY A D SIMULATION OF RFIDANTI-COLLISION ALGORITHM虞阳哈尔滨工业大学2010 年 12 月国 内 图 书 分 类 号 ： TN912 学 校 代 码 ： 10213国 际 图 书 分 类 号 ： 621.39 密 级 ： 公 开工学硕士学位论文RFID 防 冲 突 算 法 研 究 与 仿 真硕 士 研 究 生 ： 虞 阳导 师 ： 姚 勇 教 授申 请 学 位 ： 工 学 硕 士学 科 ： 物 理 电 子 学所 在 单 位 ： 深 圳 研 究 生 院答 辩 日 期 ： 2010 年
2、 12 月授 予 学 位 单 位 ： 哈 尔 滨 工 业 大 学Classified Index: TN912U.D.C: 621.39Dissertation for the Master Degree in EngineeringSTUDY A D SIMULATION OF RFIDANTI-COLLISION ALGORITHMCandidate： Yu YangSupervisor： Prof. Yao YongAcademic Degree Applied for： Master of EngineeringSpeciality： Physical ElectronicsAffil
3、iation： Shenzhen Graduate SchoolDate of Defence： December, 2010Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology哈 尔 滨 工 业 大 学 工 学 硕 士 学 位 论 文摘 要RFID 技 术 作 为 自 动 识 别 技 术 的 一 个 重 要 分 支 ， 近 年 来 得 到 了 非 常 快 速 的 发 展 ，并 被 应 用 到 多 个 领 域 。 但 是 对 于 RFID 系 统 ， 目 前 还 存 在 着 许 多 的 问 题 需 要 解 决 ，这些问题正是
4、阻碍 RFID 系统获得广泛应用的绊脚石，解决多标签的冲突问题是RFID 重 要 的 一 个 环 节 。 本 论 文 正 是 从 这 些 多 标 签 的 防 冲 突 算 法 着 手 ， 深 入 研 究 了RFID 系统中的这个关键问题。主要工作如下：首 先 ， 介 绍了本 课 题 的研究 背 景 、研究 意 义 以及国 内 外 的研究 现 状 。详细 介绍 了 RFID 系 统 组 成 及 原 理 ， 以 及 RFID 目 前 的 以 标 签 供 电 方 式 、 标 签 的 数 据 调 制方 式 、 标 签 工 作 频 率 、 标 签 可 读 性 、 标 签 感 应 距 离 等 分 类 方 式
5、 ， 并 对 针 对 RFID 最基本的理论知识，如 RFID 能量和信号的传输过程以及天线技术进行了简单的说明 。其 次 ， 着 重 介 绍 了 TDMA 算 法 中 目 前 流 行 的 ALOHA 算 法 ， 详 细 的 描 述 了 纯ALOHA 算 法 、 时 隙 ALOHA 算 法 、 帧 时 隙 ALOHA 算 法 、 动 态 帧 时 隙 ALOHA 算法 的 工 作 原 理 、 算 法 的 优 点 和 弊 端 ， 并 且 经 过 MATLAB 仿 真 通 过 。 接 着 证 明 了 当帧 的 长度等于标 签的数目的 时候，算法 的效率最高 。所以，算 法的关键是 估计系统 中 标签
6、的数目 。提出一种 标签的估算 方法，并且 结合动态帧 时隙算法， 形成了一 种 基 于 ALOHA 的新的 RFID 防 冲 突 算 法 ， 最 后 通 过 对 比 理 论 值 和 仿 真 值 对 改 进算 法 的 性 能 进 行 了 分 析 。最 后 ， 引 入 了 TDMA 算 法 中 又 一 个 重 要 的 算 法 分 支 二 进 制 搜 索 算 法 ， 详细 的 给出了二进 制搜索算法 、返回式二 进制搜索算 法、动态二 进制搜索算 法的工作 原 理，并且给 出实际的例 子作为考察 这些算法的 依据。最后 ，结合这三 种算法的 优 点，提出了 “锁位”的 概念，进而 提出了一种 改进
7、的算法 。在冲突处 理过程中 ， 只对发生冲 突的比特进 行锁定，采 用后退策略 ，在锁定的 比特上再进 行二叉树 防 冲突处理。 并且对这种 改进的算法 的性能进行 分析和仿真 ，结果表明 ，锁位后 退 算法。在阅 读器的寻呼 次数、传输 时延、标签 能耗以及系 统吞吐量方 面，都明 显 优 于 二 叉 树 搜 索 防 冲 突 算 法 等 二 叉 树 算 法 。关键词：R FID； 标 签 ； 阅 读 器 ； 防 冲 突-I-哈 尔 滨 工 业 大 学 工 学 硕 士 学 位 论 文AbstractRFID （ Radio Frequency Identification） is an im
8、portant branch of automaticidentification technology, which has been under rapid development and applied in manyfields in recent years . To solve multi-tag collision is an important step of RFID system.This paper concerns the multi-tag anti-collision algorithm and learns the key problemsof the RFID
9、system. The main works are as follows:Firstly, this dissertation reviews the RFID background, the significance and currentglobal and domestic status of RFID study. The detailed composition and principle ofRFID systems are introduced. RFID systems can be classified by different aspects oftags, e.g.,
10、tag power-supply modes, tag working frequency, modulation method of tags,readability of tags, and the induction distance of tags. Also the basic theoreticalknowledge of RFID, such as RFID energy and the signal transfer process, and antennatechnology are explained brieflyParticularly, this dissertati
11、on introduces the ALOHA algorithm, one of the mostpopular TDMA (Time Division Multiple Access) algorithm nowadays. We give adescription of the working principle, the advantages and disadvantages of variousALOHA algorithms, which include pure ALOHA, Slotted ALOHA, FSA（ Frame SlottedALOHA） , and DFSA(
12、Dynamic Frame Slotted ALOHA). By Matlab simulation of all ofthese algorithms, it is proved that when the frame length equals to the number of tags,the efficiency of the algorithm is the best. So the key issue is to estimate the number oftags in the system. We then present a method which is to estima
13、te the tags. Combinedwith the DFSA, we propose a new anti-collision algorithm which is based on theALOHA. Furthermore, we compare the theoretical analysis and simulations to improvethe algorithm.Finally, an important branch of TDMA - binary search algorithm is studied. Wedescribe the working princip
14、les of binary search algorithm, recoverable binary searchalgorithm, and dynamic binary search algorithm. We present several practical examplesfor investigating these algorithms. In this regard, we put forward a concept of “lockbits” which combines the merits of all the three algorithms, and propose
15、an improvedalgorithm. To deal with the conflict, we just lock the bits that are in confliction andinvoke a step back strategy, then use a confliction avoiding scheme for the bits that arelocked. Performance analysis and simulation on the proposed algorithm show that it isobviously better than the bi
16、nary tree search anti-collision algorithm and the dynamic- II -哈 尔 滨 工 业 大 学 工 学 硕 士 学 位 论 文binary search algorithm in terms of reader call number, energy consumption,transmission delay, and system throughput.Keywords: RFID, tag, reader, anti-collision- III -哈 尔 滨 工 业 大 学 工 学 硕 士 学 位 论 文目 录摘 要 . IAbs
