防碰撞技术修改

1、RFIDRFID系统中的防碰撞技术系统中的防碰撞技术 一一、碰撞产生的原因碰撞产生的原因 二二、碰撞产生的类型碰撞产生的类型 三三、防碰撞的主要方法防碰撞的主要方法 四四、ALODA防碰撞技术防碰撞技术 主要内容主要内容 五五、二进制树搜索防碰撞技术二进制树搜索防碰撞技术 六六、阅读器防碰撞技术阅读器防碰撞技术 一一、碰撞产生的原因碰撞产生的原因 在在RFID系统中，阅读器与所有标签共用一个无线信道，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，这种干扰称为写器之间或标

2、签之间的相互干扰，这种干扰称为碰撞碰撞。 1、读写器碰撞、读写器碰撞 2、标签碰撞、标签碰撞 防碰撞命令（算法）防碰撞命令（算法）：为了防止碰撞的产生，在：为了防止碰撞的产生，在RFID系系 统中需要设置一定的相关命令，并通过适当的操作解决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。碰撞问题，这些操作过程被称为防碰撞算法。 二二、碰撞产生的类型碰撞产生的类型 随着随着RFID技术的发展，出现了多个阅读器密集分布在同技术的发展，出现了多个阅读器密集分布在同 一个区域的一个区域的RFID传感网络。在该传感网络中，存在两类传感网络。在该传感网络中，存在两

3、类 信息碰撞问题：一类为信息碰撞问题：一类为多标签信息碰撞问题多标签信息碰撞问题，即多个标即多个标 签同时回复一个阅读器时产生的信息碰撞；另一类为签同时回复一个阅读器时产生的信息碰撞；另一类为多多 阅读器信息碰撞问题阅读器信息碰撞问题，即相邻的阅读器在其信号交叠区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。法读取任何标签。 二二、碰撞产生的类型碰撞产生的类型 阅读器发出识别命令后，各个标签都会在某一时间做出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

4、个标签在应答，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。器接收信号的信噪比，从而造成标签无法被正常读取。 Data 1 Data 5 Data 4 Data 3 Data 5 Data 4 Data 3 Data 2 Data 2 Data 1 标签碰撞示意图标签碰撞示意图 二二、碰撞产生的类型碰撞产生的类型 Time Time 完全碰撞完全碰撞 Ti

5、me 读写器读写器 TagA TagB 二二、碰撞产生的类型碰撞产生的类型 多阅读器与标签之间的干扰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。器与标签之间的干扰。 阅读器与阅读器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微弱信号相干扰时就引起阅读器与阅读器之间的干 扰。扰。 二二、碰撞产生的类型碰撞产生的类型 R1 Rr Rr Reader2 Reader1 读写器读写器-

6、-读写器频率干扰读写器频率干扰 R1R1为为Reader1Reader1的的 干扰范围干扰范围 RrRr为为Reader1Reader1和和 Reader2Reader2的读取范围的读取范围 从标签从标签T T反射到读写反射到读写 器器Reader2Reader2的信号很容的信号很容 易被从易被从Reader1Reader1发出的发出的 信号干扰。信号干扰。 Tag 二二、碰撞产生的类型碰撞产生的类型 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

7、和, ,是一个未知信号。是一个未知信号。 二二、碰撞产生的类型碰撞产生的类型 协调计划算法协调计划算法主要思想：通过建立一个全网的体系主要思想：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 表性算法有表性算法有Colorwave算法、算法、HiQ21eaming算法和算法和 PULSE算法等。算法等。 三三、防碰撞的主要方法碰撞的主要方法 空分多路法（空分多路法（SDMA） 空分多路法：空分多路法：是指在分离的空间范围内进行多个目标是指在

8、分离的空间范围内进行多个目标 的识别技术。的识别技术。 空分多路法在空分多路法在RFID系统中的应用有两种方式：系统中的应用有两种方式： u将阅读器和天线的作用距离按空间进行划分，把多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。签区分开来。 u在阅读器上使用一个相控阵天线，并且让天线的方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向性图对准某个电子

9、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。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：空分多路法：是是指在分离的空间范围内进行多个目标指在分离的空间范围内进行多个目标 的识别技术。的识别技术。 空分多路法在空分多路法在RFID系统中的应用有两种方式：系统中的应用有两种方式： u将阅读器和天线的作用距离按空间进行划分，把多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不同的阅读器范围时，就可以从空间上将所有电子标

10、 签区分开来。签区分开来。 u在阅读器上使用一个相控阵天线，并且让天线的方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。根据它在阅读器工作区域的角度位置而区别开来。 空分多路法空分多路法 Reader 分离的空间范围分离的空间范围 内重新使用确定的资源内重新使用确定的资源 （通信容量）（通信容量） 1、自适应、自适应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 2 2、减少单个读写、减少单个读写 器

11、的作用范围器的作用范围 三三、防碰撞的主要方法碰撞的主要方法 三三、防碰撞的主要方法碰撞的主要方法 频分多路法（频分多路法（FDMA） 频分多路法：频分多路法：是把信道分解成若干个不同载波频率提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。供给多个用户使用的技术。 采用该方法的采用该方法的RFID系统从阅读器到标签的频率均是固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。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输。阅读器有多个接收器，

12、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。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。接收器以供使用，电子标签的差异更为麻烦。 读读 写写 器器 Tag1 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 频分多址

13、频分多址FDMA法法 三三、防碰撞的主要方法碰撞的主要方法 三三、防碰撞的主要方法碰撞的主要方法 时分多路法（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。在个用户的技术。在RFID系统中，系统中，TDMA构成了防碰撞算法中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。法。 四四、ALODA的防碰撞技术碰撞技术 ALODA算法算法 ALODA算法最初用来解决网络通信中的数据包拥塞问题，是算法最初用来解决网络通信中的

14、数据包拥塞问题，是 一种非常简单的一种非常简单的TDMA算法，被广泛应用在算法，被广泛应用在RFID系统中。系统中。 基本思想：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

15、，随机等待一段旦发生冲突，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；时间后再重新发送以减少冲突； 存在严重问题：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，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，其冲突周期为2F。 四四、ALODA的防碰撞技术碰撞技术 时隙时隙ALODA算法算法 在该算法中，标签仅能在时隙的开始传输数

16、据。用于传输数据在该算法中，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，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。因此时隙标签才能利用这些时隙传输数据。因此时隙ALODA算法是随算法是随 机询问驱动的机询问驱动的TDMA防碰撞算法。防碰撞算法。 帧时隙帧时隙ALODA算法算法 帧时隙算法是指将多个时隙打包成为一帧，而标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。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，而标帧时隙

17、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。签必须选择一帧中的某个时隙向阅读器传输数据。 四四、ALODA的防碰撞技术碰撞技术 动态帧时隙动态帧时隙ALODA算法算法 在帧时隙在帧时隙ALODA算法中，所有的帧具有相同的长度，即算法中，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；帧中的所有时隙都发生碰撞，阅读器不能读取标签

18、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。多时隙被浪费掉。 动态帧时隙动态帧时隙ALODA算法通过根据识别标签的数量来改变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。帧长度，从而克服了动态帧时隙的不足。 五五、二进制树搜索防碰撞技术 二进制树搜索算法二进制树搜索算法 基本思想：基本思想：将处于碰撞的标签分成左右两个子集将处于碰撞的标签分成左右两个子集0和和1，先，先 查询子集查询子集0，若没有碰撞，则正确识别标签，若仍有碰撞，若没有碰撞，则正确识别标签，若仍有碰撞 则分裂，把则分裂，把

19、1子集分成子集分成00和和01两个子集，直到识别子集两个子集，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。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基本原理：阅读器每次查询发送的一个比特前缀 P0P1Pi，只有与这个查询前缀相符的标签才相应阅读，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；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。当有多个标签相应的就发生冲突。 0 1 10 11 100 101 二进制

20、树搜索算法模型二进制树搜索算法模型 冲突节点冲突节点 非冲突节点非冲突节点 1 1、RFIDRFID读写器冲突及解决途径读写器冲突及解决途径 v 密集读写器环境中的读写器冲突密集读写器环境中的读写器冲突 六、阅读器防碰撞技术六、阅读器防碰撞技术 密集读写器环境就是指在密集读写器环境就是指在 RFIDRFID系统应用中，在预定区域系统应用中，在预定区域 内部署多个内部署多个RFIDRFID读写器，以满读写器，以满 足对区域内的所有标签进行完足对区域内的所有标签进行完 全的、高可靠的读取要求。系全的、高可靠的读取要求。系 统网络中包含多个读写器和一统网络中包含多个读写器和一 个中央计算机，读写器与

21、中央个中央计算机，读写器与中央 计算机之间一般采用局域网计算机之间一般采用局域网 （LANLAN）或无线局域网（）或无线局域网（WLANWLAN） 方式进行通信连接。方式进行通信连接。 密集读写器网络拓朴结构密集读写器网络拓朴结构 v 分时传输解决读写器冲突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，相互重叠的部分。为了便于说明， 用图用图7-17近似地描绘了密集读写器近似地描绘了密集读写器 环境下的读写

22、器冲突。每个圆圈代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果两个读写器的识读区域有相互重 叠，如图叠，如图7-17中的中的R1和和R2，则当，则当 R1、R2同时工作时，如果不采取同时工作时，如果不采取 防冲突措施，就会产生读写器冲突，防冲突措施，就会产生读写器冲突， 甚至使整个甚至使整个RFID系统无法正常工作。系统无法正常工作。 密集环境下读写器冲突示意图密集环境下读写器冲突示意图 六、阅读器防碰撞技术六、阅读器防碰撞技术 v 分时传输解决读写器冲突分时传输解决读写器冲突 分布式时隙控制方法分布式时隙控制方法以防冲突算法以防冲突算法ColorwaveColorwave和和IRCMIRCM为为 代表代表，时隙分配过