（通信与信息系统专业论文）rfid系统的防冲突算法研究与实现.pdf

r f i d 系统防冲突算法研究与实现 专业：通信与信息系统 姓名：郭雷勇 导师：谭洪舟 摘要 射频识另i j ( r f i d ，r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ) 是一种新兴的自动识别技 术，这种技术能给工业在提高效率方面带来很大的好处，在如j i t 环境下的高 端物流行业主要是用来跟踪货物，现在r f i d 技术应用越来越广泛，如自动化 生产线、仓储安全出入库、商店的智能货架管理等，此外r f i d 还可以在许多 极端环境下如工厂的高温作业等。相比条形码系统，r f i d 有很多的优势，如不 要求连续的通信，易于重新组织，能被使用于极端的环境，可以存储数据，可 以同时读取多个标签等。 一个基本的r f i d 系统由读写器、标签和天线三部分组成。在同一个r f i d 系统中所有的标签都工作在相同的频率，如果读写器的作用范围内存在多个标 签，很容易出现同时向读写器发送数据的现象，即发生冲突。为了防止这种数 据冲突导致的信息丢失，必须采取一定的方法以避免冲突发生，即防冲突算法。 防冲突算法分为标签防冲突算法与读写器防冲突算法，目前标签的防冲突算法 最多，但是随着r f i d 的应用越来越广，对r f i d 技术要求越来越高，读写器的 冲突问题丌始受到重视，所以本论文研究重点将是读写器防冲突算法。 目前标签防冲突算法主要集中在时分复用( t d m a ) 方面，分为基于a l o h a 和基于树两大类，其中基于树的标签防冲突算法是主流；读写器的防冲突算法 则分为基于调度的防冲突算法和基于有效范围防冲突算法，其中基于调度的读 写器防冲突算法比较多。 论文的主要贡献及创新点包括以下几个方面： 1 对现有的r f i d 系统的标签和读写器防冲突算法进行分类研究，比较其 仿真或者实验数据，为r f i d 系统的防冲突算法研究提供比较全面的参考。 2 提出一种基于稀疏信号处理的标签防冲突算法，由于包冲突的问题也可 以看成是信号分离的问题，因此本论文从全新的角度，即从信号层角度考虑去 解决标签冲突的问题。 3 提出一种基于盲辨识的r f i d 信号防冲突算法。该算法通过盲辨识先求 得r f i d 信号a r m a 模型的阶( 即标签的个数) ，再求系统的输入信号( 即标签的 i d ) ，最终达到防冲突目的。 4 提出一种改进的d i c a 读写器防冲突算法e d i c a ，该算法主要考虑了读 写器吞吐量和通信公平性，通过有效安排读写器读取数据的时隙，提高读写器 读取数据效率的同时改善读写器通信的公平性。e d i c a 继承了d i c a 算法的优 点，使用数据信道和控制信道分别传输数据信息和控制信息，同时防止了在传 统无线网络中存在的隐终端和暴露终端的问题。 5 结合基于调度和基于有效范围的读写器防冲突算法的方法，提出一种功 率自适应的新算法( a p a a ) ，a p a a 算法通过改变读写器的功率来调节读写器的 通信范围，减少读写器之间重叠的区域，从而减少读写器的冲突，a p a a 算法 与c s m a 算法比较，在时间上不需要退避；与l l c r 等算法比较，则克服了其 需要集中控制等的缺陷。 关键词：射频识别；标签防冲突；读写器防冲突；盲信号处理；能量控制 i i r f i da n t i - c o l l i s i o na l g o r i t h m sa n d i m p l e m e n t a t i o n s m a j o r ：c o m m u n i c a t i o n sa n di n f o r m a t i o ns y s t e m s n a m e ：g u ol e i y o n g s u p e r v i s o r ：t a nh o n g z h o u a b s t r a c t t h er f i d ( r a d i o f r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ) t e c h n o l o g y i sa n e m e r g i n g t e c h n o l o g yw h i c hc a np r o v i d eag r e a tb e n e f i tt ov a r i o u si n d u s t r i e s i tc o u l db e a p p l i e df o rc h e c k i n gs t o r a g eg o o d si na d v a n c e dl o g i s t i c sa p p l i c a t i o n ss u c ha sj i t e n v i r o n m e n t s m u c hm o r ec o m p l i c a t e da p p l i c a t i o n sc a nb ef o u n di nt h ea r e a ss u c h a sa u t o d i s t r i b u t i o np r o d u c t i o nl i n e ，w a r e h o u s es e c u r i t ym o v i n gi na n do u tc h e c k ， a n ds m a r ts h e l v e si nt h es h o p f u r t h e r m o r e ，i tc o u l db ea l s oe f f e c t i v e l yd e p l o y e d u n d e rt h ee x t r e m e l yh a z a r dc i r c u m s t a n c e sw h e r eh u m a nc a nn o tr e a c hah i g h t e m p e r a t u r ep r o d u c t i o np r o c e s s c o m p a r e dw i t ht h eb a rc o d es y s t e m , r f i dh a sl o t s o fs p e c i a la d v a n t a g e ss u c ha si td o e sn o tr e q u i r ep h y s i c a lc o m m u n i c a t i o nl i n e i tc a n b er e p r o g r a m m e de a s i l y , i tc a nb eu s e di nh a r s he n v i r o n m e n t ，i tc a ns t o r em o r ed a t a , a n di tc a nr e a dm a n yt a g ss i m u l t a n e o u s l y ab a s i cr f i ds y s t e mc o n s i s t so fr e a d e r s ，t a g sa n dt h ea n t e n n a i nr h d s y s t e m s a l lt h et a g sa r ew o r k i n gi nt h es a m ef r e q u e n c y , s of o ra p p l i c a t i o n ss u c ha ss u p p l y c h a i nm a n a g e m e n t ，i fa tt h es c o p eo fr e a d e rm a n yt a g sa tt h es a m et i m es e n dt ot h e r e a d e rd a t ao nt h ep h e n o m e n o n ，w h i c hw i l lr e s u l ti nc o l l i s i o n f o rp r e v e n t i n g i n f o r m a t i o nl o s sc a u s e db yt h ec o l l i s i o n ，ac e r t a i nm e t h o dm u s tb et a k e ni no r d e rt o a v o i dc o l l i s i o n ，w h i c hi ss oc a l l e da n t i - c o l l i s i o na l g o r i t h m a n t i c o l l i s i o na l g o r i t h m i i i i sd i v i d e di n t or e a d e ra n t i - c o u i s i o na n dt a ga n t i - c o l l i s i o n a tp r e s e n t ，t h et a g a n t i c o l l i s i o n a l g o r i t h m i sm o s to fa 1 1 h o w e v e r ,w i t hm o r ea n dm o r ew i d e a p p l i c a t i o no fr f i d ，t h et e c h n o l o g yh a v eb e c o m ei n c r e a s i n g l yd e m a n d i n g , t h e p r o b l e mo fr e a d e r sc o l l i s i o nb e g a nt ob e t a k e ns e r i o u s l y t h e r ea r el i t t l er e a d e r a n t i - c o l l i s i o na l g o r i t h m t h i sa r t i c l ei sa l s oam a j o rr e s e a r c hr e a d e ra n t i - c o l l i s i o n a tp r e s e n t ，a n t i - c o l l i s i o na l g o r i t h mf o rt a gc o n c e n t r a t e di nt h et d m a , t h et a g a n t i - c o u i s i o no p e r a t o rm a i n l yb a s e do nt h ea l o h aa n do nt h et r e e o nt h ec u r r e n t a n t i - c o l l i s i o n a l g o r i t h m b a s e do nt r e ei sm a i n s t r e a m e s r e a d e ra n t i - c o l l i s i o n a l g o r i t h mi sm a i n l ys c h e d u l i n g b a s e da n dc o v e r a g e b a s e d ，i nw h i c hr e a d e r - b a s e d s c h e d u l i n gm o r ea n t i - c o l l i s i o na l g o r i t h m t h i st h e s i s sm a i nc o n t r i b u t i o n si n c l u d et h ef o l l o w i n g p a r t s ： 1 t h et h e s i sw o u l dr e s e a r c ha n dc l a s s i f yt h em e t h o d st or f i dr e a d e r a n t i c o l l i s i o n i tp r o v i d e sam o r ec o m p r e h e n s i v er e f e r e n c ef o rt h ea n t i - c o l l i s i o n a l g o r i t h mb yc o m p a r i n gt h ed a t ao fe x p e r i m e n ta n ds i m u l a t i o n 2 t h et h e s i sd e s i g n e dan e wt a ga n t i - c o l l i s i o na l g o r i t h mt h a tb a s e do ns p a r s e s i g n a lp r o c e s s i n g t h ed i f f e r e n c eo ft h en e wa n t i - c o l l i s i o na l g o r i t h mi st h a tt h en e w o n ed o e sn o tu s et r a d i t i o n a lm e t h o dt od e a lw i t ht h ep r o b l e m ，w h i c hs e t t l e dt h e c o l l i s i o ni nt h ep r o t o c o ll a y e ro rm o d u l a t el a y e f t h en e wa n t i c o l l i s i o na l g o r i t h m d e a l sw i t ht h ep r o b l e mi nt h es i g n a ll a y e r f i r s t l y , t h es i g n a l so ft h et a g sa r e t r a n s f o r m e di n t os p a r s es i g n a l s s e c o n d l y , i tu s e st h em e t h o do fs p a r s ec o m p o n e n t a n a l y s i st os e p a r a t et h es i g n a l so ft a g s a tl a s t ，t h eo r i g i n a ls i g n a l sa r er e v e f l e d a t t h el a s to ft h ec h a p t e r , t h er e s u l to fs i m u l a t i o ni n d i c a t e st h a t ，w i t ht h ei n c r e a s eo ft a g n u m b e r , t h en e wa l g o r i t h mi sb e t t e rt h a nt h ee x i s t e da l g o r i t h mt h a ti sb a s e do n d e t e r m i n a t e ，f o re x a m p l eq t - b i n t r e e 3 f o rg e t t i n go v e rt h ed i s a d v a n t a g eo ft h ea l g o r i t h mt h a tb a s e do ns p a r s e s i g n a lp r o c e s s i n g ，n a m e l yw h i c hr e q u i r e st h es i g n a l sa r es p a r s e ，t h eo r i g i n a ls i g n a l m u s tb et r a n s m i ti n t os p a r s es i g n a l s w h e r e a s ，t h et r a n s m i t t i n gp r o c e s sn o ta l w a y si s s u c c e e d t h et h e s i sd e s i g n e dan e wt a ga n t i - c o l l i s i o na l g o r i t h mt h a tb a s e do nb l i n d i d e n t i f i c a t i o n t h en e wa l g o r i t h mi d e n t i f i e st a g sb yg e t t i n gp a r a m e t e rr a n ka n di n p u t o f a r m a i v 4 e d i c at h a tw a s d e s i g n e d i nt h et h e s i si sak i n d o fr f i dr e a d e r a n t i - c o l l i s i o na l g o r i t h m i tc o n s u l t e dt h ea l g o r i t h mo fd i c a c o m p a r e dw i t hd i c a , e d i c ae c o n o m i z et h er e a d i n gt i m ea n de n h a n c et h ee f f i c i e n c yo fr f i ds y s t e mb y i n t r o d u c i n gj u d g e m e n t sm e a s u r ea n dd i s c a r d i n gt h eu n n e c e s s a r yb a c k i n go f f o p e r a t i o ni nd i c a a c c o r d i n gt ot h i sj u g d e m e n t sm e a s u r e ，i ta d o p t st h er u l e so f “p r o p o s ef i r s t ，c o n t r o l f i r s t w i t h f u l l yc o n s i d e r a t i o no nt h er e q u i r e m e n to f c o n t r o l l i n gs i g n a lc h a n n e l ，w h i c hc o m p l e t e l ys h o w st h ee q u a l i t ya m o n gr e a d e r s f i n a l l y , t h es i m u l a t i o nr e s u l ti n d i c a t e st h er e a d e r sa b i l i t yo fe d i c ah a sb e e ng r e a t l y i m p r o v e d h o w e v e r , i t sc o n s u m p t i o ni sn e a r l ye q u a lt od i c a i nt h i st h e s i sw ea l s op r o p o s ean e wa n t i - c o l l i s i o na l g o r i t h m ( 铷p ：a a ) b a s e d o na d a p t i v ep o w e r , w h i c hr e d u c e st h ec o l l i s i o n si nr f i dr e a d e rn e t w o r kb y a d j u s t i n gt h er a n g eo fr e a d e r f r o mt h er e s u l to ft h es i m u l a t i o na n dt h ea l g o r i t h m a n a l y s i s ，w e c a nk n o wt h a tt h en e wa n t i c o l l i s i o na l g o r i t h mo v e r c o m e st h e s h o r t c o m i n go fc o v e r a g e b a s e da p p r o a c ha n di m p r o v e st h ee f f i c i e n c yc o m p a r e dw i t h s c h e d u l i n g b a s e da p p r o a c h k e y w o r d s ：r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ；t a ga n t i - c o l l i s i o n ：r e a d e r a n t i - c o l l i s i o n ；b l i n ds i g n a lp r o c e s s i n g ；e n e r g yc o n t r o l v 插图目录 图2 1 r f i d 系统原理2 图3 1 标签冲突1 2 图3 3 读写器与标签冲突1 3 图3 4 隐藏终端c 1 4 图3 5 暴露终端c 1 5 图4 1 防冲突算法研究路线路te 2 1 图4 2 r f i d 标签防冲突算法2 1 图4 3 r f i d 读写器防冲突算法分类2 9 图4 4 l l c r 算法模3 1 图4 5 d i c a 算法缺陷一3 5 图4 6 d i c a 算法缺陷二3 5 图5 - 1 基于m i m o 系统的标签冲突模型4 3 图5 2 k = 8 时的基于s c a 算法与0 t 二叉树算法通信复杂度4 8 图5 3 k = 6 4 时的基于s c a 算法与q t - 叉树算法通信复杂度4 8 图5 4 k = 9 6 时的基于s c a 算法与q t 二叉树算法通信复杂4 9 图6 1 r f i d 系统的标签冲突问题- 5 1 图6 2 r f i d 系统的m i m o 通信模型5 2 图7 1 d i c a 算法缺陷一6 1 图7 2 d i c a 算法缺陷二6 1 图7 3 读写器进入正在等待读写器区域的判6 3 图7 4 算法流程图6 4 图7 5e d i c a 的吞吐量7 0 图7 6 与其它防冲突算法比较7 1 图8 1 l l c r 算法示意图7 4 图8 2 a p a a 算法冲突模型7 5 图8 3 a p a a 算法防冲突模型7 6 图8 4 阅读器通信范围7 7 图8 5 算法流程图7 8 图8 6 算法吞吐量分析图7 9 i x 表2 1 表2 2 表4 1 表4 2 表4 3 表4 4 表7 1 表格目录 r f i d 发展历程表2 根据工作频段分类9 标签驱动防冲突算法2 3 基于a l o h a 防冲突算法2 5 基于树防冲突算法2 6 各种算法性能比较3 7 b e a c o n 的帧格式6 7 x 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文储虢树 日期：川年2 月够白 学位论文使用授权声明 本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的 电子版和纸质版，有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允 许论文进入学校图书馆、院系资料室被查阅，有权将学位论文的内 容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其他方法保存 学位论文。保密的学位论文在解密后使用本规定。 聊虢晦绷、 日期：呷 。月目 第1 章绪论 本章主要介绍论文的课题概述，论文的创新点和论文的总体结构。 1 1 课题概述 1 1 1课题来源 本课题旨在开展r f i d 系统的防冲突算法理论研究与其实现，以解决r f i d 系统由于标签或者读写器之间的冲突而造成数据传输效率低下的问题，最终提 高r h d 系统的总体性能。 本课题的研究内容来自2 0 0 8 年广东省教育部科技部产学研项目基于 r f i d 的中山市进出口物流业务信息系统研发及应用推广( 2 0 0 8 8 0 9 0 5 0 0 1 7 3 ) 、 2 0 0 9 年广东省教育部科技部产学研结合项目射频识别技术在汽车物流上的示 范应用( 2 0 0 9 8 0 9 0 3 0 0 1 0 2 ) 、2 0 0 9 年度广州市科技重大专项计划射频识别技 术在汽车物流上的示范应用及产业化推广( 2 0 0 9 a 1 d 2 0 1 ) 等项目。 1 1 2课题目的和意义 r f i d ( r a d i of r e q u e n c yi d e m i f i c a t i o n ) 是一种非接触式的自动识别技术，它通 过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预。作为 条形码的无线版本，r f i d 技术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、读 取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等特 点，其应用将给零售、物流等产业带来革命性变化【1 j 。 由于r f i d 的应用已经越来越普遍，并逐渐成为企业提高物流供应链管理 水平、降低成本、企业管理信息化、参与国际经济大循环、增强竞争能力不可 缺少的技术工具和手段，新加坡、韩国等国都明确将r h d 技术列为国家重点 发展技术。 r f i d 系统防冲突算法研究与实现 近年来，r f i d 在我国的应用越来越广，其中最具代表的是第二代身份证的 使用，以及各大城市交通智能卡的使用等。尤其是在2 0 0 6 年6 月份中国r f i d 技术政策白皮书【2 发表后，我国r f i d 的应用更是如火如荼地展开，如第1 6 届 亚运会( 广州) 【3 和上海世博会都准备使用电子标签门票。 应用的发展也带动了r f i d 技术研究的热潮，目前r f i d 研究的主要领域有 如下的一些方面： 系统的安全性研究； 防冲突算法的研究； 芯片设计方法研究； 标签天线设计方法的研究； 中间件技术的研究； 公共服务体系架构设计。 本论文的研究内容就是目前r f i d 研究的主要领域之一，多标签防冲突和 多读写器防冲突算法的研究。传统的无线电技术用已有的空分多路法( s d m a ， s p a c ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 、频分多路法( f d m a ，f r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s ) 、时分多路法( t d m a ，f r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 以及码分多路 ( c d m a ，c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 法来解决类似问题。但是r f i d 电子标 签由于成本限制，其功能是有限的。在和读写器通信的过程中既不能区分不同 的读写器，也不能在和读写器的通信过程中发挥一定的辅助作用，它不支持复 杂的通信协议，所使用的工作频带也有限制。另一方面，读写器只影响和它相 毗邻的通信媒体，标签内包含的信息量很少，读写器与标签之间的通信时间很 短。因此，射频识别标签和读写器冲突问题与传统的无线信道多路访问问题有 共同点，但也有很多不同之处，有必要对此问题进行深入研究。 1 2 本论文创新点 论文的主要贡献及创新点包括以下几个方面： 1 对现有的r f i d 系统标签与读写器防冲突算法进行分类研究，并比较其 仿真和实验数据，为防冲突算法的研究提供比较全面的参考素材【4 】。 2 提出一种基于稀疏信号处理的标签防冲突算法。由于包冲突的问题也可 2 绪论 以看成是信号分离的问题，此算法从信号层考虑去解决标签冲突的问题1 5 j 。 3 提出一种基于盲辨识的r f i d 信号防冲突算法，将r f i d 系统看成是 a r m a ( a u t o - r e g r e s s i v ea n dm o v i n ga v e r a g em o d e l ) 的m i m o ( m u l t i p l e i n p u t m u l t i p l e o u t p u t ) l h 题，该算法通过盲辨识先求得r f i d 信号a r m a 模型的阶( 即 标签的个数) ，再求系统的输入信号( 即标签的i d ) ，最终到达防冲突的目的。 4 提出一种改进的d i c a ( d i s t r i b u t e dt a ga c c e s sw i t hc o u i s i o n - a v o i d a n c e ) 读写器防冲突算法e d i c a ( e n h a n c e dd i s t r i b u t e dt a ga c c e s s w i t hc o l l i s i o n - a v o i d a n c e ) 。该算法考虑了读写器网络吞吐量和读写器之间通信的公平性，通过 有效地安排读写器读取数据的时隙，提高读写器读取数据效率的同时改善读写 器的公平性。e d i c a 继承了d i c a 算法的优点，设计两个信道分别传输控制信息 与数据信息，同时充分考虑了在传统无线网络中存在的隐终端和暴露终端的问 题f 6 7 l 。 5 结合基于调度的读写器防冲突算法和基于有效范围的读写器防冲突算 法。设计了一种功率自适应的新算法a p a a ( a d a p t i v ep o w e ra n t i c o l l i s i o n a l g o r i t h m ) ，a p a a 算法通过改变读写器的功率来调节读写器的通信范围，减少 读写器之间重叠的区域，从而减少读写器冲突的发生。a p a a 算法与 c s m a ( c a r r i e rs e n s em u l t i p l ea c c e s s ) 算法比较，在时间上不需要退避；与l l c r ( l o w e n e r g yl o c a l i z e dc l u s t e r i n gf o rr f i dn e t w o r k s ) 等算法比较，则克服了其需 要集中控制等的缺陷【8 j 。 1 3 本论文的内容与研究结构 1 3 1论文内容 本学位论文的主要工作包括了四个方面的内容：r f i d 系统防冲突算法的分 类，包括标签防冲突算法的分类与读写器防冲突算法的分类；提出了一种基于 稀疏信号处理的标签防冲突算法；提出了种改进的d i c a 的读写器网络防冲突 算法；提出了一种功率自适应的读写器防冲突算法。本论文除了第一、二章和 第三、四章内容外，其余部分都是根据作者己公开或即将发表的相关论文内容 3 r f i d 系统防冲突算法研究与实现 整理而成。 1 3 2 论文结构安排 本学位论文的安排如下： 第一章介绍论文研究课题的来源和论文的内容安排。 第二章介绍了r f i d 技术的研究背景以及目前存在的一些问题。 第三章主要阐述了r f i d 系统冲突的相关问题，r f i d 冲突分为标签的冲突 与读写器的冲突，同时r f i d 读写器网络也存在如同无线网络存在的隐藏终端 与暴露终端的问题。 第四章主要介绍了r f i d 系统的防冲突算法，研究包括标签防冲突算法与 读写器的防冲突算法。标签的防冲突算法比较多，本章做了简单的介绍，读写 器的防冲突算法比较少，但是本章会对其作重点介绍，因为本论文研究的核心 还是读写器的防冲突算法。 第五章提出一种基于稀疏信号处理的标签防冲突算法，一般标签的防冲突 算法都是在m a c ( m e d i aa c c e s sc o n t r 0 1 ) 层或者协议层考虑解决标签冲突的问 题，但是本章将从全新的角度，即从信号层考虑解决标签的冲突问题。 第六章提出一种盲辨识的标签防冲突算法，通过建立m i m o 的r f i d 通信 模型，实际上r f i d 就是一个a r m a 系统，从而把r f i d 系统防冲突的问题转 化为盲信号处理中盲辨识的问题，再求解a r m a 模型中输入的阶( 标签的个数) 与输入信号( 标签i d ) ，最后得到防冲突目的。 第七章在d i c a 算法基础上，提出了一种改进的d i c a 读写器网络的防冲突 算法，该算法在效率和通信的公平性方面都克服了d i c a 原有的缺点，通过仿真 可知新的算法性能得到了提高。 第八章提出一种功率自适应的读写器防冲突算法，该算法是在综合考虑基 于调度和基于范围的读写器防冲突算法的优缺点之后提出的一种折中的新方 法，因此该算法同时克服了这两种算法的不足，使效率得到提高，本章还对以 上算法做了一定的仿真，仿真的结果表明新的算法在效率方面有所提高。 第九章总结了本论文的工作，并对未来的工作作出展望。 4 第2 章r f i d 技术简介 本章内容简单介绍了学位论文的研究技术背景，包括r f i d 技术的基本原 理，r f i d 发展历程，r f i d 系统的分类以及目前技术上存在的一些问题。 2 1r f i d 含义 r f i d 是英文r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n 的缩写，即射频识别，也常称为 电子标签( 简称标签) 、感应式电子晶片或近接卡、感应卡、非接触卡、电子条 码等【2 1 9 。 r f i d 技术是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号识别目标对象并 获取相关数据，识别工作无须人工干预，目前作为条形码的无线版本，r f i d 技 术可工作于各种恶劣环境，具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用 寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更 改自如等优点。r f i d 技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快 捷方便，短距离射频产品不怕油渍、灰尘污染等恶劣的环境，可在这样的环境 中替代条码，例如用在工厂的流水线上跟踪物体，长距射频产品识别距离可达 几十米，多用于交通上，如自动收费或识别车辆身份等。 2 2r f i d 组成及原理 r f i d 系统通常由标签、读写器与数据传输和处理系统组成【9 | 。 r f i d 标签：被称为电子标签或智能标签，它是内存带有天线的芯片，芯片 中存储有能够识别目标的信息。 r f i d 读写器分为手持式和固定式两种，由发送器、接收仪、控制模块和收 发器组成，收发器和控制计算机或可编程逻辑控s f j 器( p l c , p r o g r a m m a b l el o g i c 5 r f m 系统防冲突算法研究与实现 c o n t r o l l e r ) 相连接从而实现它的沟通功能。读写器也有天线，用于接收和传输 信息。 图2 - ir f i d 系统原理 r h d 数据传输和处理系统：读写器通过接收标签发出的无线电波读取数 据。在最常见的被动射频系统中，当读写器遇见r h d 标签时，发出电磁波 周围形成电磁场，标签从电磁场中获得能量激活标签中的微芯片电路，芯片转 换电磁波，然后发送给读写器，读写器再把它转换成相关数据，控制计算器就 可以处理这些数据，从而进行管理控制。在主动射频系统中，标签中装有电池， 可在有效范围内活动，该标签称为有源标签。 2 3 r f i d 发展历程 r h d 直接继承了雷达的概念，并由此发展出一种生机勃勃的新技术 r h d 技术。1 9 4 8 年哈罩斯托克曼发表的“利用反射功率的通讯”奠定了射 频议别r h d 的理论基础。 r f d 技术发展的历程衷川。2 0 世纪，无线f 包技术的理论与应用研究是科 学技术发展最重要的成就之一。r f i d 技术的发展可按1 0 年期划分如下： 表2 - 1p i d 发展历程表 序号年代发屉状况 雷达的改进和鹰川催牛了r f i d 技术，1 9 4 8 年奠定了r f i d 1 9 4 1 1 9 5 0 技术的理论基础。 2 1 9 5 1 1 9 6 0r f i d 技术的早删探索阶段，主要还是实验宝的实验研究。 r f i d 技术简介 31 9 6 1 1 9 7 0 r f i d 技术的理论得到了初步的发展，开始了一些应用尝试。 41 9 7 1 ，1 9 8 0 r f i d 技术与产品研发进入一个人发展时期，各种r f i d 技术 测试得到加速，出现了一些最早的r f i d 应用。 r f i d 技术及产品进入商业应用阶段，各种规模应用开始出 51 9 8 1 1 9 9 0 现。 r f i d 技术标准化问题日趋得到重视，r f i d 产品得到广泛采 61 9 9 1 2 0 0 0 用，r f i d 产品逐渐成为人们生活中的一部分。 标准化问题目趋为人们所重视，r f i d 产品种类更加丰富，有 源标签、无源标签及半无源标签均得到发展，标签成本不断 7 2 0 0 1 一至今降低，应用行业规模扩大。r f i d 技术的理论得到丰富和完善。 单芯片标签、多个标签识读、无线可读可写、无源标签的远 距离识别、适应高速移动物体的r f i d 正在成为现实。 2 4r f i d 系统分类 目前国际上还没有统一的r f i d 标准，很多生产r f i d 产品的公司都采用自 己的标准。可供标签使用的几种标准有i s 0 1 0 5 3 6 ( i s 0 ，i n t e r n a t i o n a ls t a n d a r d s o r g a n i z a t i o n ) 、i s 0 1 4 4 4 3 、i s 0 1 5 6 9 3 和i s 0 1 8 0 0 0 。应用最多的是i s 0 1 4 4 4 3 和 i s 0 1 5 6 9 3 ，这两个标准都由物理特性、射频功率和信号接口、初始化和防冲突 以及传输协议四部分组成。同时e p c ( e l e c t r o n i cp r o d u c tc o d e ，这里指e p c g l o b a l 是国际物品编码协会e a n 和美国统一代码委员会1 、日本泛在以及欧洲都有自 己的标准，就当前的产品来看，绝大部分r f i d 产品都同时符合i s o 与e p c 这 两个标准，根据不同的标准，r f i d 系统可以分成如下的几种【1 l 且1 2 j ： 2 4 1根据标签的供电方式分 根据标签的供电方式可以分为有源、无源和半有源，该分类的主要依据是 射频标签工作所需能量的供给方式。有源系统的标签使用标签内的电池来供电， 系统识别的距离较长，可达到几十甚至上百米，但是其寿命有限而且成本较高， 有些标签达到几千元，另外由于标签带有电池，因此，有源标签的体积比较大， 无法制成薄卡。 无源射频标签不含电池，它把耦合的读写器发射的能量作为自己的能量， 具有重量轻、体积小，寿命非常长，成本低廉的特点。无源标签可以制成各种 7 r f i d 系统防冲突算法研究与实现 各样的薄卡或者挂扣卡，但是无源标签的发射距离受限制，一般只有几十厘米 到数十米，且需要较大的读写器发射功率。 半有源系统的标签带有电池，但是电池只起到激活系统的作用。标签一旦 激活，无需电池供电，即可进入无源标签的工作