RFID防碰撞算法研究 (1)

1.2 无线射频识别技术的发展
在 20 世纪 30 年代，美国的陆军和海军都面临着在地面、海上和空中识别目标的问题。 美国海军实验研究室在 1937 年开发了敌我识别系统（Identification Friend-or-Foe, IFF） ，它能 识别友军和敌军飞机。 这种技术在 20 世纪 50 年代后期成为了世界空中交通控制系统的基础。 这种识别技术在当时只能用于军事上或者实验室或者大的商业企业，这是因为它的成本高、 设备体积大。然而，这些昂贵的大块头的设备正是现在称为射频识别系统的前辈。当体积更 小、成本更低的技术出现以后，射频识别才逐渐成为广大商业应用的主流。按照 RFID 技术 的发展过程，可以将其划分为以下几个阶段[4]： （1）1941~1950 年 雷达的改进和应用催生了 RFID 技术，1948 年，Harry Stockman 的论文“利用能量的反射 的方法进行通信”的发表奠定了 RFID 技术的理论基础，成为了 RFID 理论发展的里程碑。 （2）1951~1960 年 早期 RFID 技术的探索阶段，主要处于实验室实验研究。 （3）1961~1970 年 RFID 技术的理论得到了发展，开始了一些应用尝试。20 世纪 60 年代，出现了 RFID 技术 的第一个商业应用系统——商品电子防盗系统（Electron Article Surveillance，EAS） 。贵重商 品被贴上 1bit 码的电子标签，并在商店门口装上一个探测器。当顾客携带被盗商品经过门口 的探测器时，探测器会自动报警。 （4）1971~1980 年 RFID 技术与产品研发处于一个大发展时期，各种 RFID 技术测试得到加速，RFID 技术在 动物追踪、车辆追踪、公交自动收费等系统得到了广泛应用。 （5）1981~1990 年 RFID 技术与产品进入商业应用阶段，各种封闭系统应用开始出现。 （6）1991~2000 年
南京邮电大学 硕士学位论文 RFID防碰撞算法研究 姓名：王珏 申请学位级别：硕士 专业：电路与系统 指导教师：刘陈 2011-03
南京邮电大学硕士研究生学位论文
中文摘要
摘 要
射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）是新一代的非接触式自动识别技术， 它可以实现物品的自动跟踪和自动识别。RFID 系统主要由阅读器和电子标签组成，通过 射频波在阅读器和电子标签之间传递数据。作为一项具有广泛应用前景的技术，RFID 技 术近年来已经被广泛应用于社会、经济、国防等众多领域。 论文主要研究 RFID 技术中的关键问题之一——防碰撞算法。论文首先从 RFID 系统 基本原理出发，通过 RFID 的相关知识引出研究防碰撞算法的意义。其次介绍了 RFID 系 统中两类主要的防碰撞算法——基于 ALOHA 算法的防碰撞算法和基于二进制算法的防碰 撞算法。在基于 ALOHA 算法的防碰撞算法中主要介绍了纯 ALOHA 算法、时隙 ALOHA 算法、 帧时隙 ALOHA 算法和动态时隙 ALOHA 算法， 并对这些算法做了性能分析和比较。 在基于二进制算法的防碰撞算法中主要介绍了二进制树型算法、二进制搜索算法、查询树 算法、二进制搜索算法的改进算法——动态二进制搜索算法和基于后退式索引算法，并对 各种算法进行了举例说明和性能分析。论文最后提出了一种新的改进型防碰撞算法，该算 法结合了 ALOHA 算法和二进制树算法的优点，克服了 ALOHA 算法由于随机接入带来的 在规定时间内某个标签未能识别的问题，利用分组功能改善了当标签数较大时查询树算法 树的高度增加，识别时延增大的问题。论文给出了改进算法的工作原理，通过性能分析比 较可以看出，该算法比先前的算法在识别效率上有了较大改进。
1.1 无线射频识别技术的概述
无线射频识别技术通常是以微小的无线收发器为标签 （Tag） 来标志某个物体， 这在 RFID 技术中常称为对象（Object） 。标签上携带关于这个对象的数据信息。作为标签的无线收发器 通过无线电波将这些数据发射到附近的阅读器（Reader） 。阅读器可以对这些数据进行收集和 处理，并通过计算机和网络传送它们。 射频识别技术的特点是利用无线电波来传送识别信息，不受空间限制，可快速的进行物 体追踪和数据交换。工作时，这种电子标签和阅读器的作用距离种对对象进行非接触式信息采集处理的方式，可实现对各类物 体（如设备、车辆和人员）在不同状态（高速移动或静止）下的自动识别，从而实现对对象 的自动化管理或控制。由于采用 RFID 电子标签技术可以免除物体跟踪过程中的人工干预， 在节省大量人力的同时可以大大提高工作效率， 因此对物流和供应链管理具有巨大的吸引力。 无线射频识别技术最大的优点在于非接触式的双向通信，可批量读取和远程读取，可识 别高速运动物体，可实现真正的“一物一码” 。这种系统可大大简化物品的库存管理，满足信 息流量不断增大和信息处理速度不断提高的需要。在物流业飞速发展的今天，无线射频识别 技术正以其特有的优势，成为一个耀眼的亮点。 由于在 RFID 标签与阅读器之间这种无接触方式的通信，使得众多需要有效探测、识别、 跟踪某些物体的应用成为可能。这些应用已经存在与多个行业中。2004 年，RFID 标签的数 量已经达到 15 亿个，2008 年标签的数量达到 120 亿个以上， 人们预期 RFID 的应用在未来几 年中还将有较大幅度的增长。
1
南京邮电大学硕士研究生学位论文
第一章 绪论
无线射频识别技术是革命性的，有人称之为“在线革命” ，即可将所有可能的物品信息通 过 RFID 连接到网络上。在可以预见的时间内，RFID 标签将广泛使用，但他可能会与其他的 识别方式（如条形码）长期共存。这种射频标签和条形码适用于不同场合，各具优势。对极 低成本物品的标识，条形码优 势显著[3] 。对于高速、多目标同时识别的环境和实现自动化， 无线射频识别技术则具有明显的优势。
Keywords: RFID, Tag-collision, Anti-collision algorithm, ALOHA algorithm, Binary algorithm, the
improved anti-collision algorithm
II
南京邮电大学学位论文原创性声明
本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的 任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
研究生签名：_____________ 日期：____________
南京邮电大学学位论文使用授权声明
南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送 交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论 文。本文电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文 外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括刊登）论文的全部或部分内容。 论文的公布（包括刊登）授权南京邮电大学研究生院（筹）办理。
研究生签名：____________ 导师签名：____________ 日期：_____________
南京邮电大学硕士研究生学位论文
第一章 绪论
第一章 绪论
无线射频识别技术 （Radio Frequency Identification, RFID）[1]是二十世纪 90 年代兴起的一 种非接触式自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合（电感或电磁耦合）传输 特性实现对被识别物体的自动识别[2]。 2004 年初， 美国 CNN 公布当年对人类生活产生巨大影 响的十项技术中，RFID 位列第三。2005 年 RFID 被著名 IT 技术咨询公司 Gartner 列为当年十 大热门技术之一。随着成本的下降和标准化的实施，RFID 技术的全面推广和普遍应用将是不 可逆转的趋势。 本章首先对无线射频识别系统进行了概述，然后介绍了其发展和应用，接着对无线射频 识别系统存在的问题进行了分析，最后介绍本文的内容安排。
关键词: 射频识别、标签冲突、防碰撞算法、ALOHA 算法、二进制算法、改进型防碰撞 算法
I
南京邮电大学硕士研究生学位论文
英文摘要
Abstract
The Radio Frequency Identification (RFID) is a new generation non-touching automatic identification technology for supporting an automatic tracking and identification of an item in the ubiquitous computing environment. RFID system is composed of readers and tags, transmitting data through radio frequency. As a promising technology, RFID has been widely applied in social, economic, national defence and many other fields over the past years. The thesis focuses on the anti-collision algorithm in RFID system. At the beginning, it introduces the basic principle of RFID systems, and raises the significance of rearch on anti-collision algorithms through the knowledge which related to RFID. Then it introduces the current tag anti-collision algorithms which are mainly separated into ALOHA-based algorithms and binary-based algorithms. In the ALOHA-based algorithms, the thesis introduces pure ALOHA algorithm, slotted ALOHA algorithm, framed slotted ALOHA algorithm and dynamic framed slotted ALOHA algorithm. In the binary-based algorithms, it introduces the binary tree algorithm, the query tree algorithm, the binary search algorithm and its improved algorithms—the dynamic binary algorithm and the back off index algorithm. The thesis gives the example of each algorithm and analysis each performance. In the end, the thesis proposes a new improved anti-collision algorithm which combined the advantages of the ALOHA algorithm and the advantages of the query tree algorithm. The new algorithm overcome the disadvantage of ALOHA which may can not identify a tag in a specified time, duo to it’s characteristic of random access. On the other hand, the new algorithm also use the grouping function to reduce the height of the query tree when the number of tags is large, which brings lower identification delay. The thesis gives the principle of the new algorithm. Through the features compared, we can find the new proposed algorithm is more effective than others introduced.