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1、1 第第七七章章 RFIDRFID防碰撞技术防碰撞技术 一一、教学内容的引入教学内容的引入 二二、产生碰撞的原因产生碰撞的原因 三三、防碰撞防碰撞机制机制 主要内容主要内容 四四、防防碰撞算法碰撞算法 2 2 五、读写器防碰撞机制的实现五、读写器防碰撞机制的实现 2 一一、教学内容的引入教学内容的引入 多多个文件箱同时通过闸门读写器，如何正确识别？个文件箱同时通过闸门读写器，如何正确识别？ 3 3 二、二、产生碰撞的原因产生碰撞的原因 在在RFID系统应用中，因为多个读写器或多个标系统应用中，因为多个读写器或多个标 签，造成的读写器之间或标签之间的相互干扰，签，造成的读写器之间或标签之间的相互
2、干扰， 统称统称为碰撞。为碰撞。 1 什么是碰撞什么是碰撞 1、读写器碰撞、读写器碰撞 2、标签碰撞、标签碰撞 2 碰撞的类型碰撞的类型 4 4 3 Data 1 Data 5 Data 4 Data 3 Data 5 Data 4 Data 3 Data 2 Data 2 Data 1 RFID数据碰撞示意图数据碰撞示意图 二、二、产生碰撞的原因产生碰撞的原因 Time Time 完全碰撞完全碰撞 Time 读写器读写器 TagA TagB 5 5 tag1 阅读器阅读器 tag2 tag3 tag4 tag5 多标签碰撞多标签碰撞 二、二、产生碰撞的原因产生碰撞的原因 一个读写器的一个读写
3、器的 读写范围内有读写范围内有 多个标签存在，多个标签存在， 发生通信冲突。发生通信冲突。 6 6 4 二二、产生碰撞的原因产生碰撞的原因 Tag3 Tag2 Tag1 Reader1 Reader2 多读写器一标签干扰多读写器一标签干扰 标签标签1 1接收到的信息为两个读写器发射信号接收到的信息为两个读写器发射信号 的矢量和的矢量和, ,是一个未知信号。是一个未知信号。 7 7 如何解决碰撞如何解决碰撞 的问题呢？的问题呢？ 三三、防碰撞防碰撞机制机制 系统常用的反碰撞法有以下四种系统常用的反碰撞法有以下四种: 空分多路法空分多路法(SDMA)、频分多路、频分多路 法法 (FDMA)、时分多
4、路法、时分多路法(TDMA) 和码分多路和码分多路 法法(CDMA) 8 8 5 9 9 RFIDRFID系统中防碰撞算法分类系统中防碰撞算法分类 电子标签的低功耗电子标签的低功耗、低存储能力和有限的计算能力等限制低存储能力和有限的计算能力等限制， 导致许多成熟的防碰撞算法导致许多成熟的防碰撞算法（如空分多路法如空分多路法）不能直接在不能直接在 RFIDRFID系统中应用系统中应用。这些限制可以归纳为：这些限制可以归纳为： （1 1）无源标签没有内置电源，标签的能量来自于读写器，因）无源标签没有内置电源，标签的能量来自于读写器，因 此算法在执行的过程中，标签功耗要求尽量低；此算法在执行的过程中
5、，标签功耗要求尽量低； （2 2）RFIDRFID系统的通信带宽有限，因此防碰撞算法应尽量减少系统的通信带宽有限，因此防碰撞算法应尽量减少 读写器和标签之间传输信息的比特数目；读写器和标签之间传输信息的比特数目； （3 3）标签不具备检测冲突的功能而且标签间不能相互通信，）标签不具备检测冲突的功能而且标签间不能相互通信， 因此冲突判决需要读写器来实现；因此冲突判决需要读写器来实现； （4 4）标签的存储和计算能力有限，这就要求防碰撞协议尽可）标签的存储和计算能力有限，这就要求防碰撞协议尽可 能简单，标签端的设计不能太复杂。能简单，标签端的设计不能太复杂。 三三、防碰撞机制防碰撞机制 三、三、防
6、碰撞防碰撞机制机制 读写器读写器 Tag3 Tag5 Tag2 Tag6 Tag4 Tag7 Tag1 1 1、空分多路法（、空分多路法（空间空间分割多重分割多重存取）存取）(SDMA)(SDMA) 利用利用空间分割构成不空间分割构成不 同的信道同的信道。 如如：在一颗卫星上使：在一颗卫星上使 用多个天线用多个天线，每个天线每个天线 的波束射向地球表面不的波束射向地球表面不 同区域同区域。地面上不同地地面上不同地 区的地球站区的地球站，它们在同它们在同 一时间一时间，即使使用相同即使使用相同 的频率进行工作的频率进行工作，它们它们 之间也不会形成干拢之间也不会形成干拢。 空分多址空分多址（SD
7、MA） 是一种信道增容的方式是一种信道增容的方式， 可以实现频率的重复使可以实现频率的重复使 用用，充分利用频率资源充分利用频率资源。 1010 6 Reader Tag Tag Ta g 三、三、防碰撞防碰撞机制机制 分离的空间范围内分离的空间范围内 重新使用确定的资源重新使用确定的资源 （通信容量通信容量） 自自适应适应SDMA，电子控，电子控 制定向天线，天线的方向制定向天线，天线的方向 直接对准某个标签直接对准某个标签 空空分多路法的分多路法的缺缺 点点是天线系统复杂是天线系统复杂， 会大幅度提高成本会大幅度提高成本。 1111 三、三、防碰撞防碰撞机制机制 读读 写写 器器 Tag1
8、 Tag3 Tag5 Tag4 Tag2 阅读器广播命令阅读器广播命令 阅读器读写区域阅读器读写区域 f1 f2 f3 f4 f5 2、频分多路法频分多路法 （频率分割多重频率分割多重存取）存取） (FDMA) 将将信道频带分割为信道频带分割为 若干更窄的互不相交若干更窄的互不相交 的 频 带的 频 带 （ 称 为 子 频称 为 子 频 带带），划分后的每个划分后的每个 子频带分给一个用户子频带分给一个用户 专用专用（称为地址称为地址）。 1212 7 Reader Tag Tag Tag a a b b c c a b c 三、三、防碰撞防碰撞机制机制 把若干个使用不同载波频率的传输通把若干
9、个使用不同载波频率的传输通 路同时供给通信用户使用。路同时供给通信用户使用。 频频分多路法可将分多路法可将 需要传输的每路信需要传输的每路信 号调制到不同的载号调制到不同的载 波频率上波频率上，传输过传输过 程中不同频率的各程中不同频率的各 路信号不会相互干路信号不会相互干 扰扰，缺点是每个接缺点是每个接 收通路必须有自已收通路必须有自已 单独的接收器单独的接收器，阅阅 读器的费用高读器的费用高。 1313 3 3、时间时间分割分割TDMATDMA a b c a b c Reader Tag 1 Tag 2 Tag 3 a a b b c c 三、三、防碰撞防碰撞机制机制 TDMATDMA是
10、把整个可供使用的信道容是把整个可供使用的信道容 量按时间分配给多个同户的技术。量按时间分配给多个同户的技术。 1414 8 4 4、码码分多路分多路法法 三、三、防碰撞防碰撞机制机制 1515 1616 四、防碰撞算法四、防碰撞算法 1.RFID1.RFID中防碰撞算法分类中防碰撞算法分类 9 1717 四、防碰撞算法四、防碰撞算法 2 2、标签防碰撞算法标签防碰撞算法 RFIDRFID系统的标签防碰撞算法大多采用时分多路法系统的标签防碰撞算法大多采用时分多路法，该方法该方法 可分为非确定性算法和确定性算法可分为非确定性算法和确定性算法。 非确定性算法非确定性算法也称标签控制法也称标签控制法，
11、在该方法中在该方法中，读写器没有读写器没有 对数据传输进行控制对数据传输进行控制，标签的工作是非同步的标签的工作是非同步的，标签获得处标签获得处 理的时间不确定理的时间不确定，因此标签存在因此标签存在“饥饿饥饿”问题问题。ALOHAALOHA算法算法 是一种典型的非确定性算法是一种典型的非确定性算法，实现简单实现简单，广泛用于解决标签广泛用于解决标签 的碰撞问题的碰撞问题。 确定性算法确定性算法也称读写器控制法也称读写器控制法，由读写器观察控制所有标由读写器观察控制所有标 签签。按照规定算法按照规定算法，在读写器作用范围内在读写器作用范围内，首先选中一个标首先选中一个标 签签，在同一时间内读写
12、器与一个标签建立通信关系在同一时间内读写器与一个标签建立通信关系。二进制二进制 树型搜索算法树型搜索算法是典型确定性算法是典型确定性算法，该类算法比较复杂该类算法比较复杂，识别识别 时间较长时间较长，但无标签饥饿问题但无标签饥饿问题。 四、防四、防碰撞算法碰撞算法 1 防碰撞的基本算法防碰撞的基本算法ALOHA 1818 alohalohint.夏威夏威 夷人问候语，欢迎，再见夷人问候语，欢迎，再见; ALOHAALOHA算法算法是一种随机接入方法是一种随机接入方法，其基本思想是采取标其基本思想是采取标 签先发言的方式签先发言的方式，当标签进入读写器的识别区域内时就当标签进入读写器的识别区域内
13、时就 自动向读写器发送其自身的自动向读写器发送其自身的IDID号号，在标签发送数据的过在标签发送数据的过 程中程中，若有其他标签也在发送数据若有其他标签也在发送数据，将会发生信号重叠将会发生信号重叠， 从而导致冲突从而导致冲突。读写器检测接收到的信号有无冲突读写器检测接收到的信号有无冲突，一一 旦发生冲突旦发生冲突，读写器就发送命令让标签停止发送读写器就发送命令让标签停止发送，随机随机 等待一段时间后再重新发送以减少冲突等待一段时间后再重新发送以减少冲突。 10 1919 (1) 纯纯ALOHA(PureALOHA)法法 标签只要有数据发送请求就立即发送出去，而不管无线信标签只要有数据发送请求
14、就立即发送出去，而不管无线信 道中是否已有数据在传输。道中是否已有数据在传输。 它是无线网络中最早采用的多址技术，也是最为简单的它是无线网络中最早采用的多址技术，也是最为简单的 一种方法。在一种方法。在RFIDRFID系统中，这种方法仅适用于只读标签系统中，这种方法仅适用于只读标签 (Read only tag)(Read only tag)。 ALOHAALOHA系统所采用的多址方式基于系统所采用的多址方式基于TDMATDMA，是一种无规则的，是一种无规则的 时分多址，或者叫随机多址。用于实时性不高的场合。时分多址，或者叫随机多址。用于实时性不高的场合。 四、防碰撞算法四、防碰撞算法 202
15、0 四、防碰撞算法四、防碰撞算法 纯纯ALOHAALOHA算法算法 若读写器检测出信号存在相互干扰若读写器检测出信号存在相互干扰，读写器就会向电子标读写器就会向电子标 签发出命令签发出命令，令其停止向读写器传输信号；令其停止向读写器传输信号； 电子标签在接收到命令信号之后电子标签在接收到命令信号之后，就会停止发送信息就会停止发送信息， 并会在接下来的一个随机时间段内进入到待命状态并会在接下来的一个随机时间段内进入到待命状态，只有当只有当 该时间段过去后该时间段过去后，才会重新向读写器发送信息才会重新向读写器发送信息。 各个电子标签待命时间片段长度是随机的各个电子标签待命时间片段长度是随机的，再
16、次向读写再次向读写 器发送信号的时间也不相同器发送信号的时间也不相同，这样减少碰撞的可能性这样减少碰撞的可能性。 当读写器成功识别某一个标签后当读写器成功识别某一个标签后，就会立即对该标签下就会立即对该标签下 达命令使之进入到休眠的状态达命令使之进入到休眠的状态。而其他标签则会一直对读写而其他标签则会一直对读写 器所发出命令进行响应器所发出命令进行响应，并重复发送信息给读写器并重复发送信息给读写器，当标签当标签 被识别后被识别后，就会一一进入到休眠状态就会一一进入到休眠状态，直到读写器识别出所直到读写器识别出所 有在其工作区内的标签后有在其工作区内的标签后，算法过程才结束算法过程才结束。 11 2121 纯纯ALOHA
