第八章-RFID防碰撞技术PPT课件

.第1、8章RFID防碰撞技术，快速、准确、有效的防碰撞问题解决方案对RFID技术的发展起着重要作用。标签冲突预防算法是解决多个标签在阅读器的有效通信范围内同时与阅读器通信的方法。在高频(HF)频带中，标签的防碰撞算法通常使用ALOHA。UHF (UHF)频段主要使用二叉树搜索算法。本章重点介绍了两种类型的算法和扩展算法。2，8.1RFID系统中的冲突和冲突预防、RFID系统应用程序中由多个读取器或多个标记引起的读取器之间或标记之间的相互干扰统称为冲突。1、多个标记冲突2、多个阅读器冲突、电子标记1、电子标记2、电子标记4、电子标记3、电子标记5、(1)多个阅读器冲突、4，8.1RFID系统的冲突和冲突预防、多个读取器冲突相邻的读取器运动范围重叠时，多个读取器同时读取同一标签时，可能会发生多个读取器和标签之间的干扰。如果图片标签同时从3个读取器接收到信号，则标签无法正确解析读取器发送的查找信号。领导者本身有能源供应，可以进行更复杂的计算，因此领导者可以检测冲突的产生，并通过与其他领导者(如领导者调度算法或电源控制算法)的通信解决领导者的冲突问题。电子标签1、电子标签2、电子标签4、电子标签3、电子标签5、(2)多个标签冲突、6，8.1RFID系统中的冲突和冲突预防、多标记冲突多标记冲突指示读取器同时接收多个标记信号，从而导致无法正确读取标记信息的问题。如果图读取器发出识别命令，则在标签响应过程中两个或多个标签可以同时响应，或者如果一个标签未完成响应，则另一个标签可以响应。可以互相干扰标记之间的信号，阻止标签正确读取。本章稍后介绍的避免冲突是为了防止多标签冲突。如何解决冲突问题？8，无线通信技术中解决通信冲突的4种防碰撞方法：空气分离多连接(SDMA)公平分配多路径(FDMA)代码分割多连接(TDMA)，8.1RFID系统的防碰撞和防碰撞，(、领导者、Tag1、Tag3、Tag5、Tag4、Tag2、领导者广播命令、读写区域、缺点是读取设备和标记成本要求高。因此，RFID应用程序很少使用分频多路复用。不同用户用于发送信息的信号不是频率不同或时隙不同，而是分别被不同的编码序列或信号的不同波所区分。在频域或时域观察时，多个CDMA信号相互重叠。CDMA是一种多连接技术，它使用不同的代码序列分割到不同的通道。CDMA的频带利用率低、通道容量小、地址代码选择困难、接收时地址代码捕获时间长、通信频带和技术复杂性在RFID系统中难以应用。(3)代码分段多连接(CDMA)，(4)时间分段TDMA，TDMA是一种技术，它将总可用通道容量随时间分布到多个相同的假设中。13，8.1RFID系统的碰撞和碰撞预防，RFID系统的防碰撞算法对电子标签的低功耗、低存储容量和有限计算能力等限制进行分类，使得许多成熟的防碰撞算法(例如空分多路复用)不能直接在RFID系统中应用。这些限制可概括如下：(1)手动标签没有内置电源，标签能量来自读取器，因此在运行算法时标签功耗需求最小。(2)RFID系统的通信带宽有限，因此防冲突算法应尽量减少在阅读器和标记之间传输信息的比特数。(3)标签不具有检测冲突的功能，标签之间不能相互通信，因此需要读取器来执行冲突判定。(4)标签的存储和计算能力有限，因此防碰撞协议应尽可能简单，标签末端的设计不应太复杂。防止14，8.1RFID系统崩溃和崩溃，2 .RFID的防碰撞算法分类，15，8.1RFID系统的碰撞和碰撞预防，标记防碰撞算法RFID系统的标记防碰撞算法使用时分多路复用，该算法大部分可分为非确定性算法和确定性算法。在不确定性算法(也称为标记控制方法)中，标签存在“饥饿”问题，因为读取器不控制数据传输，标记的操作异步，标记获取处理时间不确定。ALOHA算法是简单实现的常见不确定性算法，广泛用于解决标签冲突问题。结晶度算法也称为领导者控制法，所有标记均由领导者观察控制。根据规定的算法，首先在阅读器范围内选择标记，在同一时间内建立阅读器和标记之间的通信关系。基于二叉树的搜索算法更复杂，识别时间更长，但这是未标记的饥饿问题。通过16，8.2 aloha算法，aloha算法是一种随机访问方法，在平板电脑的识别区域内引入标签后，自动将自己的ID号发送给读取器，在标签传输数据的同时，其他标签也传输数据，信号重叠，可能会发生冲突。读取器检测到接收到的信号的冲突后，发送一个命令，如果发生冲突，则禁止发送标签，并随机等待一段时间以减少冲突，然后发送回。多种ALOHA算法：纯ALOHA算法、插槽ALOHA算法、帧插槽ALOHA算法、动态帧插槽ALOHA算法。ALOHA算法的模型图，纯ALOHA算法思想：只要用户能发送数据，就让用户发送纯ALOHA算法的标签读取过程。(1)个别标签在特定时间随机发送信息。(2)识别器检测收到的信息，判断是否成功接收或冲突。(3)如果认为发生冲突，标签随机等待一段时间，然后发送信息。纯ALOHA的问题：(1)错误判断。如果对同一标签连续多次冲突，阅读设备将被错误地判断为超出阅读范围。(2)发送数据帧时发生冲突的概率很高。过度冲突导致吞吐量下降系统性能下降。解决方向：是否存在减少冲突发生次数以减少重新发送延迟的问题？-嗯？-嗯？吞吐量s-表示有效传输的实际总数据率，即在观察时间T0内标签成功通信的平均次数输入负载g -发送的总数据率，即在观察时间T0内标签的平均到达次数S=G*Pe，其中Pe表示到达的标签成功完成通信的概率、性能分析、概率论知识：Pe=e-2G，Pe纯ALOHA算法具有很大的冲突可能性，因此实际上，该算法仅适用于只读标签。也就是说，读取器仅接收标签发送的信号，而标签仅负责向读取器发送信号。插槽ALOHA算法基于ALOHA算法将时间划分为多个单独的插槽(ALOHA)，每个插槽长度大于标记回复的数据长度，标签只能在每个插槽内发送数据。每个时隙存在：a空闲时隙：此时隙没有标签发送b成功标识时隙：仅发送一个标签并正确识别c冲突时隙：发送多个标记，发生冲突，22，插槽ALOHA算法的吞吐量：S=G*e-G输入负载G=1时，系统的吞吐量达到最大值0.368，防止了纯ALOHA算法中的某些冲突，从而提高了通道利用率。要同步读取区域内所有标签的时隙，需要同步时钟。插槽Aloha算法图，FrameSlottedAloha(FSA)将n个时隙配置为一帧，一帧中包含的时隙数量固定，标签随机选择n个时隙之一与读取器通信，如果发生冲突，则等待下一帧，重新选择时隙重新传输信息。优点：简化插槽Aloha的随机退避机制。缺点：标签大于n时“饿死的现象”；如果标签比n小很多，则会有更多的时隙，从而导致浪费。RFID系统图中使用的固定帧插槽ALOHA、帧插槽ALOHA算法、动态帧插槽Aloha算法(DFSA)、RFID系统图中使用的动态帧插槽Aloha、当系统要识别的标记数很多时动态增加帧长度，可以降低时隙冲突率并提高系统性能。如果系统要识别的标签较少，则可以动态缩短帧长度，以减少空闲时间插槽百分比，提高时间插槽利用率，提高系统性能。基于26，8.3二叉树的搜索算法，基于二叉树的搜索算法由领导者控制，基本思想是不断分割引起冲突的电子标签，减少下一个搜索标签的数量，直到仅响应一个电子标签。1.实现碰撞位检测算法系统的必要前提是读取器可以识别数据碰撞位的准确位置。为此，必须有适当的位编码方法。这是NRZ编码与曼彻斯特编码冲突情况的对比图。27，8.3基于二叉树的搜索算法，1) 1)NRZ编码值之一在位窗口(tBIT)中表示为传输路径的静态级别，其中逻辑“1”是“高”级别，逻辑“0”是“低”级别。当两个电子标签中的一个发送子载波信号时，该信号被读取器解码到“高”级别，并被识别为逻辑“1”。但是，如果查看下一页的图(a)，则不知道读取者发送的多个电子标记发送的数据是相互重叠的结果，还是一个电子标记单独发送的信号。2)曼彻斯特编码值之一在位窗口(tBIT)中表示为级别变化(上升/下降)。逻辑“0”在上升方向上编码，逻辑“1”在下降方向上编码。如果两个或多个电子标签同时发送的数字具有不同的值，则接收的上升和下降将相互抵消，不允许“无更改”的状态，并被视为错误。使用此方法，您可以按位跟踪冲突的发生情况，请参阅下一页的图(b)。28，8.3基于二叉树的搜索算法使用NRZ编码和曼彻斯特编码的冲突情况(曼彻斯特编码可以按位置识别冲突)图。因此，选择曼彻斯特码实现了二叉树搜索算法。29，8.3基于二叉树的搜索算法，2 .基于二叉树的搜索算法进程基于二叉树的搜索算法的模型如图所示，将冲突标签分为左右两个子集0和1，首先查询子集0，如果没有冲突，正确标识标签，如果仍然存在冲突，则将子集0分为00和01两个子集，然后查询子集1，直到标识了子集0的所有标签。您可以看到标签的序列号是处理碰撞的标准。30，8.3基于二叉树的搜索算法，基于二叉树的搜索算法的实现步骤如下：(1)阅读器广播发送最大序列号查找条件q，范围内的标记在同一时间将该序列号发送给读取器。(2)读取器响应收到的标签，如果出现不一致(即，某些序列号为0，某些序列号为1)，则可以判断为存在冲突。(3)如果判断存在冲突，则输出具有不匹配位的最大位置0的查询条件q，依次排除序号大于q的标记。(4)识别序列号最小的标记后，如果在处理数据后使其处于“静音”状态，则读取器不会响应发送的查询命令。(5)重复步骤1，以选取序号末端的第二个标示。(6)重复多次，然后完成所有标记标识。31，8.3基于二叉树的搜索算法需要命令集来实现此算法。可以将这组命令视为电子标签(如下表所示)，每个标签都具有唯一的序列号(SNR)。是，a :10011，b :110101，c :111，d:110111101，REQUEST(111111111，r :111111-嗯？1？1，碰撞发生，算法设置碰撞的最高位置0，其他碰撞位置1，如下所示：以下REQUEST(10101111)、-嗯？r是领导者，improved anti-collision algorithm搜索进程，1010011，10110111，1011101，111111，101？-嗯？1？1，1010111，1010011，1010111，1010？111，1010011，1010011，taga标识，10110110101，1010111，10111101，1111111，101？-嗯？1？1，1010111，1010111，识别的tagb，improved anti-collision algorithm搜索进程，10110101，10111101，1111111？101，10110101，10110110101，1011101，111111，TagC标识，tagd标识，35，8.3基于二叉树的搜索算法需要多次迭代才能在更多数量的电子标记中检索唯一的电子标记。平均数量l取决于阅读器范围内的电子标签总数n。换句话说，使用基于二叉树的搜索算法，可以快速、简单地解决冲突问题。如果只有一个电子标签在阅读器范围内，则不会发生冲突，您可以通过一次迭代查找电子标签的序列号。如果多个电子标签在阅读器范围内，重复平均值将快速增加。36，练习P1328-5，37，8.3基于二叉树的搜索算法，基于动态二叉树的搜索基于二叉树的搜索算法发送大量重复数据以选择一个电子标签。在上述迭代中，以x表示顶层碰撞位置的位置，如下所示：命令中(x1) 0你们总是设置为“1”，因此不包含有关电子标签的其他信息。电子标签序列号的n x你们不包括读取器的补充信息。因为n x这些位是已知的，是给定的。检索4字节序列号时阅读器命令(第n次重复)和电子标签的响应，38，8.3基于二叉树的搜索算法，动态基于二叉树的搜索算法的操作步骤如下：(1)前导符为第一整个查询条件q，长度为n，每个位的代码均为1。强制所有标签返回其序列号。(2)读取器判断存在冲突的最高位x，并将该位置0。然后传输n x位的数据。标签接收此查找信号，然后验证自己的序列号是否匹配，如果匹配，则返回自己序列号的x1 0位。(3)读取器直接检测第二次返回的最大碰撞位数x 是否小于上一次测试返回的高碰撞位数，否则，直接检测该位置“0”。如果是，请将上一测试的“子高度”也设置为“0”。然后广播新的查询信息。表示查找条件的数字位数为n x ，满足查找条件的电子标记返回的信号只是序列号中最高碰撞位之后的数字，即x 1 0位。如果标签返回信号中没有冲突，