RFID中基于二分叠加的二进制防碰撞算法

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华 南 师 范 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）
２ １ 年 ０１
围获 得 能量 后 通 过读 写器 发 Ｇ Ｏ Ｐ Ｓ Ｌ Ｃ Ｒ Ｕ — Ｅ Ｅ Ｔ命 令 转换到 Ｉ Ｄ状 态 ， 将 自身 的 计数 器 置 ０ 出 现 碰撞 并 ． 时读 写器 发 Ｆ Ｉ 令 ， 计数 器不 等 于 ０的标 签加 ＡＬ命 使 １计数 器 等 于 ０的标 签 会 生成 一 个 随机 数 ０或 １ ， 。 标 签第 １次收 到 Ｆ Ｉ 令 时计 数器 都 为 ０， 此 每 ＡＬ命 因 个 标 签都 会生 成 １个 随机 数 ． 成 的随 机 数 为 ０的 生 标 签 由于计 数 器仍 然 为 ０ 所 以继续 发送 其 Ｉ 如有 ， Ｄ，
ＲＩ ＦＤ系统 中 ， ２种 典 型 的防 碰 撞 算 法 ： 种 是 基 有 一 于 Ａ Ｏ Ａ 的算法 ， ＬＨ 包括 Ａ Ｏ Ａ算法 、 ＬＨ 帧时 隙 Ａ Ｏ Ｌ—
树 算 法 比 传 统 的 二 叉 树 算 法 具 有 更 好 的 系 统 识
别率．
Ｈ Ａ算法 、 动态帧时隙 Ａ Ｏ Ａ算法 等； ＬＨ 另一种是
和 ｍ 一１个 时 ， 当于读 写 器 识 别 出 １个 标 签 ， 相 剩下
撞次数为÷ ０而其他 ３ ． 种组合 ０ 、１ ２读写 ０ １ 和２ ，
器无 法识 别标 签 ， 即存 在碰撞 的情 况 ， 此时碰 撞 次数
的 ｍ一 个标签发生碰撞 ， １ 这时 ｍ一 个标签 的碰撞 １ 次数 ， 加上本次生成随机数产生的 １ 次标签碰撞 ， 就
随机数 （ ，） ０ １ 的概率相 同， 叠加后分布 的概率就不
完 全相 同 ， 可从 源头上 降低 碰撞 概率 ， 提高 信道 利用 率 ； 时， 同 该算 法 实现 起 来 简 单 ， 标 签 和读 写 器 原 对
搜索树算法 （ Ｂ ） 、 Ｄ Ｓ Ｊ查询树算法 （ Ｔ 等； Ｑ） 另一
时， 标签的组合有 ４种 ：００ 、 、１ 其中 ０ ０ 、１ １ １ ， ０ ｌ和 １ ０ 两种 情况 是 已经识 别 到 唯一 标 签 的 ， 发生 的概 率 是
１２ 碰撞 次 数 为 ０ 而 其他 ２种 组 合 ０ ／， ． ０和 １ ， 生 １发 概率 也是 １２ 此时读 写 器无 法 识 别 标签 ， ／， 即有 碰 撞 发 生 的情 况 ， 需要 标 签继续 生成 随机 数 ． ２次生 成 第 随机数 时读 写器 能识 别标 签 的概率 是在 第 １次不 能
碰撞 则读 写 器 再 发 Ｆ Ｉ Ａ Ｌ命 令 ， 到 读 写 器 识 别 出 直 唯一 的标 签 为止 ． 数 器 大 于 ０的标 签 不 发 送 并 等 计 待读 写 器 的 命 令 ． 写 器 读 写 完 一 个 标 签 后 就 发 读
照这 种思 路 ， 把所 有 组合 形 式 的碰 撞 次数 相 加 就 是 总 的碰撞 次数 ． 论 ｍ 为 多 大 ， 无 总存 在 ２种 情 况 是 没有 把标 签 分为 ２个 子 集 的 ， 即全 部 标 签都 生 成 随 机数 ０或 １这种 情况 下 ， 部 标 签必 须 再 次生 成 随 ． 全
基 于树 的算 法 ， 基本 思 想 是 将 待识 别 的标 签 不 断 其 分裂子 集 都 只有 一 每 个标 签． 于树 的 防碰撞 算法 主要 有 ２种 实现 方案 ： 基
一
本 文提 出 的基 于二分 叠加 的二进 制树 防碰 撞算
法 （ Ａ Ａ算法 ） 是基于第 ２种方 案的． 比文献 ＢＢ ， 相
率， 提高信 道利 用率 的 目标 ．
关 于第 ２种 实现 方 案 ， 献 ［ ］ 出 了 自适 应 文 ６提 二 进制 分裂 算 法 （ Ｂ ） 该 算 法分 别 在 标 签 中设 置 ＡＳ， ２个计 数 器 ， 度 时 隙计 数 器 Ｐ Ｃ和分 配 时 隙计 数 进 Ｓ 器 Ａ Ｃ， Ｓ 只有 当 Ｐ Ｃ值 和 Ａ Ｃ值 相 等 时 ， 签 才 能 Ｓ Ｓ 标
［ ］ 出 的多 叉 树 分 支 算 法 ， 算 法 仍 然 是 基 于二 ８提 该 进 制树 算法 的思 想 ， 用二 次叠 加 的方法 ， 采 每次 生成
种 是使用 标 签 Ｉ 即 Ｅ Ｃ代 码 ） 分 割 子集 的方 Ｄ（ Ｐ 来
法 ， 型代 表有 二 叉 搜 索 树 算 法 （ Ｓ Ｌ 、 态 二叉 典 Ｂ ）２ 动 Ｊ
收 稿 日期 ： ０ １一 ３一Ｏ ２１ Ｏ ２
本算法 的基本思想取 自于文献 ［ ］ 采用生 成 ５， 随机数 的方法 ， 即标签进入读 写器 的电磁场覆盖 范
基金项 目： 广东省 自然科学基金项 目（ ０５ ３ ） 广东省教育厅优秀青年创新人才 培养计划项 目（ Ｙ １ ６ ） ７０ ８ ３ ； Ｌ Ｍ ０ ４ ０ 通 讯作 者，ｘｏ０ ０ ＠ ｕ．ｄ ． ｎ ‘ ｈ ｔ ４ ５ ｔｅｕ ｃ ３
机数 ， 样又 重复 上述 过程． 这
２ 基 于二 分 叠 加 的 二 进 制 搜 索树 防 碰
撞 算 法 （ Ａ Ａ算 法 ） Ｂ Ｂ
２ １ 算 法思 想 ．
ＳＣＥＳ Ｕ Ｃ Ｓ 命令使所有标签 的计数器减 １ 以及计数 ，
器 为 ０的 标 签 发 送 其 Ｉ 如 有 碰 撞 则重 复 上 述 发 Ｄ， Ｆ Ｉ 令 的过程 ． Ａ Ｌ命 如果 标 签 的计 数 器均 为大 于 ０ 则 ， 没有标 签会 发送 自身 的 Ｉ 读 写器 收 不 到信 号 就 会 Ｄ，
数器 中的值 相加 ， 即把 ０子 集分 成 ３个新 的子 集． 由
于标签每次生成随机数的概率相等 ， 因此在叠加后 分成 的 ３个 子 集 概 率 各 不 相 同 ， 别 为 １４ １２ 分 ／ ，／ ，
１４ 即 ｎ个 标签 同 时进 入 ０子 集 的 概率 为 （ ／ ， ／． １４）
种 是 ＩＯ Ｉ Ｃ， ０ Ｏ一 Ｂ标 准 中采用 的使 用 随机 二 Ｓ ／Ｅ １ Ｏ ６ ８
进 制数 （ １ 来 分 割 子 集 的方 法 ｊ该 方 法 由 于其 ０，） ， 实 现 简单且 发送 的数 据 量 小 ， 实 际 应 用 中得 以广 在
泛应 用．
有实现上不需要做大 的改动 ， 就可达到降低碰撞概
是首 先 按 照 时 隙 Ａ Ｏ Ａ 的思 想 给 标 签 分 配 时 隙 ＬＨ 数 ， 后在 当某 个 时 隙发 生 碰 撞 时再 采 用 随 机 二进 然 制数 的方法 来解 决 碰 撞 问题 ． 理论 和仿 真 证 明 多叉
读率 ， 射频识 别 技术发 展 的一项 关键 技术 ． 是 目前在
华南师范大学学报 （ 自然科 学版 ）
２１ ０ １年 ８月
Ａｕ ． ２ １ ｇ ０１
Ｊ ＯＵＲＮＡＬＯＦ Ｓ ＯＵＴ Ｃ ＮＡ ＮＯＲＭＡＬ ＵＮＩ Ｈ ＨＩ ＶＥＲＳＴＹ Ｉ
２１ ０ １年 第 ３期
Ｎｏ ３，２ ． ０１１
（ Ａ Ｕ Ａ ＣＥ Ｃ Ｄ ＴＯ Ｎ Ｔ Ｒ ＬＳ ＩＮ ＥＥ ＩＩ Ｎ）
相 比普 通 的二进 制搜 索 防碰撞 算法进 入 ０子集 的概 率 （／ ） 小 得多 （ １２ 要 尤其 在大 标签 数 目的场 合 ） 因 ，
识别的情况下生成 ０ １和 １ ０两种情况 ， 概率为÷
此该算法可以从源头上降低碰撞概率 ， 提高信道利
用率 ．
２ ２ 性能 分析 ． ２ ２ １ 碰撞 次数 的 分析 ．． 下 面 对 基 于二 分 叠 加 的
发 Ｓ Ｃ Ｅ Ｓ命令使 所 有 标 签 的计数 器 减 少 ， 到有 Ｕ ＣＳ 直 标签 的计数器为 ０ 不断循 环 ， ． 直到所有 标签读 写完．
ＢＢ Ａ Ａ算 法 同样 采 用 生 成 随机 数 的方 法 ， 法 算 思 想及 实现 过程 与普 通 的二 进制 搜索 树算 法基 本相 似． 相对 于普 通 的二进 制搜 索树算 法 ， 改进之 处 主 其 要 体现 在 ： Ｂ Ｂ 在 Ａ Ａ算法 中 ， 每个标 签一 次生 成 ２个
摘 要 ： 出 了基 于二分叠加的二进 制搜索树防碰撞 算法． 提 对标 签生成 随机 数的过程进 行优 化， 签每 次生成 随机 数 标 （ ，） ０ １ 的概 率都相 同， 经过二 次叠加后分布 的概 率就 不 完全 相 同， 可从 源头上 降低碰撞 概率 ， 高信 道利用 率． 提 仿真 结果表 明， 于二分叠加 的二进 制搜 索树 防碰 撞算法能减少碰撞次数 ， 高信道 利用率． 基 提 关键词 ： 射频识别 ；防碰撞 ；二进 制搜 索树 算法；二分叠加
６种 情 况 是 已经 识 别 到 唯 一 的标 签 ， 这种 情 况 下 碰
． ０（） ＋ ） ＋ ）３ ｓ ＋ （ ２（ 。 ＋ ： ＝ ｝
…＋ … ． （） １
标签 数 目为 ｍ （ ＞２ 的情 况 下 ， 签 生 成 随 ｍ ） 标
机数 时会 把标 签分 成 ２个 子 集． 当把 标 签 分成 １个
文 章 编 号 ：１０ ５ ６ （０ １ ０ ０ ０— ４ ３ ２ １ ）３—０６ ０ ０ １— ５
ＲＩ ＦＤ中基 于 二分 叠加 的二 进 制 防碰 撞 算 法
何 晓桃 ， 郑文丰
（． １ 广东 －业大学计算机学 院， ［ 广东广州 ５ ０ ０ ２ 广东省科普信 息中心 ， 东广州 ５ ０ ４ １０６； ． 广 １０ ０）
随机数 ， 全部 随机数 相加 存储 在计 数器 中 ， 把 即将标
签分成 ３个 非等 概率 的子集 ． ０子集 的标 签 发送 Ｉ Ｄ， 如发生 碰撞 ， 除 了 ０子 集 以外 的 子集 的标 签 的 计 则
数器加 上 ２， ０子集 的标签 生成 ２个 随机数 然后 与 计
１２ 算 法 的理论 分 析 ． 当只 有 ２个 标 签 进 入 读 写 器 电磁 场覆 盖 范 围
向读 写 器发送 自己 的 Ｅ Ｃ， Ｐ 如果 冲 突 ， 冲突标 签 的 将