RFID系统防碰撞协议的设计和实现

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  RFID是射频识别技术的英文(radio frequency identificatiON)的缩写,射频识别技术是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术,射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。从信息传递的基本原理来说,射频识别技术在低频段基于变压器耦合模型(初级与次级之间的能量传递及信号传递),在高频段基于雷达探测目标的空间耦合模型(雷达发射电磁波信号碰到目标后携带目标信息返回雷达接收机)。1948年哈里斯托克曼发表的利用反射功率的通信奠定了射频识别射频识别技术的理论基础。

  无线射频识别技术(rfid)已经成为一个很热门的话题。据业内人士预测,rfid技术市场将在未来五年内在新的产品与服务上带来30至100亿美金的商机,随之而来的还有服务器、资料储存系统、资料库程序、商业管理软件、顾问服务,以及其他电脑基础建设的庞大需求。 或许这些预测过于乐观,但rfid将会成为未来的一个巨大市场是毫无疑问的。许多高科技公司正在加紧开发rfid专用的软件和硬件,这些公司包括英特尔、微软、甲骨文、sap和sun,而*近全球*大的零售商沃尔玛的一项要求其前100家供应商在2005年1月之前向其配送中心发送货盘和包装箱时使用rfid技术,2006年1月前在单件商品中使用这项技术的决议,把rfid再次推到了聚光灯下。因此可以说无线射频识别技术(rfid)正在成为全球热门新科技。

  1 RFID系统中防碰撞协议

  为了解决碰撞问题,产生了很多的防碰撞算法,目的就是把众多的标签按照某种方式分隔开进行逐个读取,主要有频分多路法(FDMA)、空分多路法(SDMA)、时分多路法(TDMA)和码分多路法(CDMA)四种方法。防碰撞算法结构图如图1所示。

  空分多路法由于其复杂的天线系统的高费用使得应用不是很广泛,频分多路法由于其阅读器的费用比较高,应用也受到了限制。码分多路法的多路方式软件设计困难,读写器每一路都需要相应的硬件或软件支持,非常复杂,所以不适合RFID系统。因此,TDMA成为反碰撞算法*广泛的选择,该方法又分为标签驱动法和阅读器驱动法,标签驱动法中具有代表性的算法是Aloha算法。阅读器驱动法需要准确的同步进而无错误的检测出碰撞位,它再划分为"轮询法"和"分裂法".由于Aloha算法不能有效地解决标签饿死的问题,所以本文的研究主要在分裂法的基础上进行。

  1.1 二进制防碰撞协议

  二进制防碰撞协议中,阅读器应用二进制搜索算法能够成功地读取它范围内的所有标签。标签含有**的ID序列号(由一些二进制码构成),阅读器在每次查询过程中只发送一位0或1,标签中与接收的位相同的才会发生应答,并发送自己的下一位直至所有ID序列号传完。标签中与接收到的位不相同的就会转到待机状态,直到某个标签被识别剩余的标签重置。在一个识别过程中,如果阅读器发现冲突就会发0,否则发送从标签接收的那一位作为下一个查询位。状态转换图如图2所示。

  1.2 查询树防碰撞协议

  查询树算法是一种无记忆标签防碰撞算法。读写器发送一个前缀查询信息,与这个前缀相匹配的标签做出响应。读写器发出的前缀决定了碰撞的标签如何分裂。标签除了其自身的ID号以外无需记忆其他额外的信息。一旦一个标签被成功识别,读写器就开始新一轮的读取操作。协议原理:读写器发送长度为k的前缀;ID中前k bit和前缀匹配的标签反馈第(k+1)bit至*后1 bit.如果阅读器收到的ID碰撞,再先后将前缀加"0"或 "1",作为新的前缀发送出去。如果没有发生碰撞,就表明有一个标签被识别了。状态转换图如图3所示。