RFID标签防碰撞算法研究
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图1 Si3N4薄膜仿真与实测结果对比图 本次实验测试的Si3N4薄膜，其厚度约为500nm。从图1可以看出，仿真 结果图与实测图的差别是比较大的，但此结果也是我们所预期的。因为仿 真实验时，设定的膜厚最大为0.15μm，即150nm，但实际Si3N4薄膜的膜厚 达到了500nm。Si3N4薄膜本身是一种红外吸收性能较好的薄膜材料，当其 膜厚增加了3倍时，其红外吸收能力出现成倍增长属于正常情况。同时推
RFID标签防碰撞算法研究
张丽娜 （云南省大理学院 古城校区 数学与计算机学院 云南 大理 671003）
摘 要： 射频识别（RFID）系统中的多个标签同时应答时会引起数据碰撞现象，使阅读器正确读取信息所使用的算法称为防碰撞算法，深入分析目前RFID系 统常用的防碰撞算法的特点，提出基于标签的唯一标志符的防碰撞算法，仿真结果表明该算法有明显的优越性，得到高吞吐率、低错误率。
PICC发送的请求应答ATQB将一系列有关PICC的重要信息参数传输给阅读 器 ， 为 了 能 够 选 择 PICC， 请 求 应 答 ATQB首 先 包 含 有 4字 节 序 列 号 。 B型 PICC的序列号可以是唯一的芯片序列号的缩短形式，或加电复位时PICC计 算所得的随机数（保持到断电），或PICC接收到每一REQB命令后计算所得 的随机数，即PUPI。此外，参数“应用数据”用于通知阅读器，PICC上安 装了哪些应用功能，供阅读器选择。如果PCD检测到碰撞，则发送PARAM参 数更大的REQB命令，使可使用的时隙总数更大，重新检测AFI参数，再次 执行防碰撞过程；如果PCD无碰撞地接收到PICC的ATQB，就可以有针对地 选择一个PICC，这是由PCD发送的第一个应用命令来完成的。命令的结构 与标准帧相符，而该帧的附加信息接在特殊的首标，即位于前面的 ATTRIB-Prefix中。如果PICC的标志符与首标的标志符（PUPI）相符，那 么通过ATTRIB的应用命令便可以选择一个PICC，然后进入Active状态。 ATTRIB-Prefix本身是由要选择的卡序列号（PUPI）和一个参数字节组成 的。参数字节包含有关PCD通信参数的重要信息，高层协议的相应命令可 使PICC进入IDLE或Halt状态，“下电-上电”操作则使之重新启动，进入 IDLE状态。
在本文仿真使用的是Matlab软件，主要理论是光学导纳矩阵法[1]， 文中的各种仿真均是以非晶硅微测辐射热计的双层微腔结构为基础，微腔 中的桥面是主要的红外吸收区域，在桥面上存在红外吸收层。仿真研究的 重点将集中在8～14μm红外波段，以溴化钾（KBr）为衬底的，然后在其 表面沉积所需薄膜。
1 薄膜的制备 使用PECVD[2]来制备Si3N4薄膜，制备此种薄膜的反应气体为SiH4及 NH3， 生 成 的 Si3N4薄 膜 沉 积 在 KBr基 片 上 。 使 用 电 子 束 蒸 发 台 [3]来 制 备 TiO2薄膜，沉积在KBr基片上，制备好的样品则用于测量其红外吸收谱，以 分析样品在红外光波段的红外吸收率。 2 薄膜性能的表征方法 薄膜样品制备完成后，使用傅立叶变换红外光谱仪（FTIR）[5]测量 其红外吸收谱，以分析薄膜在红外光波段的红外吸收率。在室温环境下进 行，测量波数范围是400～4000cm -1，测量精度2cm-1，所对应的波长范围是 2.5～25μm。 3 结果分析与讨论 选取了Si3N4、TiO2薄膜样品进行了测试。本文首先对红外吸收材料进 行了光学性能仿真，随后制备相应的薄膜样品进行了红外吸收率测试，以 下将把两种实验的结果进行对比研究。横坐标为响应波长范围（um），纵 坐标为红外线吸收率。
断Si3N4的膜厚较小时，其红外吸收能力不会特别强，并且Si 3N4材料一直以 来是作为支撑层或钝化层材料来使用，具有一定的红外吸收能力则会更好 完善其作为支撑层或钝化层的功能。
图2 TiO2薄膜仿真与实测结果对比图 本次实验测试的TiO2薄膜，其厚度约为150nm。从图2可以看出，在仿 真中设定的膜厚最大为0.15μm，即150nm，这与实际制备的TiO2膜厚是一 致的。TiO2自身具有较强的反射能力，不论在仿真还是实测中的红外吸收 能力均不强，这进一步表明TiO2材料不适合作为红外吸收材料来使用。 4 总结 制备成功的Si3N4、TiO2薄膜的红外吸收特性与仿真实验表现出来的结 果基本一致，但也存在着一定的偏差，究其原因与其薄膜厚度过厚存在着 一定关系，同时薄膜制备环境也对实验结果产生了一定的不利影响，并且 由于条件所限，我们并不能真正有效地对膜厚进行控制。不可否认的是， 实验表明，Si3N4材料非常适合作为器件功能薄膜的支撑层或钝化层材料， TiO2材料不太适合作为红外吸收材料。
摘 要： 重点采用Matlab软件进行氧化硅（SiO2）、氮化硅（Si3N4）材料仿真，在仿真的基础上，制备Si3N4 、TiO2薄膜，并与仿真结果对比研究，发现红外 吸收实测结果与仿真结果基本一致，从而一定程度上验证仿真结果的正确。
关键词： 仿真；红外吸收；薄膜材料；傅里叶变换 中图分类号：TN141.9 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）1120084－01
contactless identification technology and mobile computing.Proc.of the 7th Int'l Conf.on Telecemm.Zagreb,Croatia,2003.6,Vol.2:619-623.
[2]Bin Zhen,Mamoru Kobayashi,Nonmember,Masashi Shimizu.Framed ALOHA for Multiple RFID Object Identification[A].IEICETRANS COMMUN.[c].2005-03,E88-B(3):991-998.
关键词： 防碰撞；RFID；ALOHA；时分多址 中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）1120053－01
0 引言 射频识别技术（Radio Frequency Identification，缩写RFID）是一 项利用射频信号通过空间耦合实现无接触信息传递并通过所传递的信息达 到识别目的技术[3]。RFID系统主要由电子标签和读写器两部分组成，其 中电子标签是附着在被识别物体上的电子设备，读写器用来识别电子标签 和读取标签上数据。由于读写器和标签均共享同一无线信道，多个标签也 可能进入同一射频覆盖区，必然存在信道急用问题，即会发生碰撞。而防 碰撞技术主要是利用排队论及抗噪声技术来解决。 1 防碰撞算法简述 射 频 识 别 中 常 用 的 防 碰 撞 算 法 有 纯 ALOHA法 ， 时 隙 ALOHA法 、 动 态 ALOHA法。纯ALOHA法是最简单方法，采用完全随机的无规则方式工作，数 据量少时信道闲置时间较多，数据量多时碰撞几率迅速升高，其最大信息 吞吐率也仅为信道容量的18.4%[1]。时隙ALOHA（Slotted ALOHA）法是将 信道分成若干时隙（Slot），应答器只能在阅读器规定的同步时隙内发送 其序列号等信息，发送完必须等下一个时隙到来再继续发送，如果发生碰 撞数据会完全重叠。碰撞后随机延时重发。信道利用率最大为36.8%，但 硬件复杂[2]。S-ALOHA法中若时隙数过少，则可能经多次搜索仍未出现空 闲时隙的序列号；若时隙设置过多，则防碰撞的循环周期加长，性能下 降，造成浪费。动态时隙ALOHA法是S-ALOHA的变形，时隙数可变。时隙数 的动态改变有以下两种方式：一种是：阅读器最初的请求命令仅提供1或 2个时隙，供可能存在的应答器使用。如果此后阅读器发现所有时隙均发 生碰撞，就在下一请求命令增加时隙数（如4，8，16，……），直至发现 一无碰撞序列号。另一种方式是：阅读器通常提供较大时隙数（如4，8， 16，……），但只要阅读器一旦发现独处某时隙的未碰撞序列号，就立刻 发一中断命令，封锁此后时隙中其他应答器序列号的传输，以避免防碰撞 周期过长。动态时隙ALOHA法在符合国际标准ISO/IEC14443-3 TYPE B类型 非接触IC中得以应用。 2 基于标签标志符的防碰撞算法 如果一个B型IC卡被置入阅读器的作用范围内，那么IC卡在执行一些预 置程序后首先达到IDLE状态，并等待接受有效的REQB命令。对B型PICC来 说，通过发送 REQB命令可以直接启动防碰撞命令。使用的算法是动态 Slotted-ALOHA法。从而，阅读器设置的时隙槽数可以动态变化。可供使用 的时隙槽的数量编码在REQB命令的参数中设定。为了能够在选择PICC时先行 预选，REQB命令具有另外一个参数，即“应用系列标识符”（Application Family Identifier，AFI），用这个参数作检索准则可事先规定某些应用 [3-4]。 当PICC接收到有效的REQB命令后，就会查明在其存储的应用中是否有 表 1中 AFI中 预 选 的 应 用 组 存 在 。 若 有 ， 则 用 REQB命 令 的 参 数 PARAM中 bit2～bit0求出供防碰撞使用的时隙槽数N。如果可供使用的槽数为1，则 PICC应在该命令后的第一个时隙立即发送ATQB；如果可供使用的槽数大于 1， 那 么 必 须 在 每 个 PICC的 随百度文库机 数 发 生 器 中 规 定 槽 的 编 号 ， 为 了 保 证 PICC与槽同步，阅读器在每个槽开始时发送自己的槽标志。PICC现在处于 等待状态，直到事先规定的槽的标志被接收时，即发送其对REQB命令的应 答ATQB，进入“就绪-宣布”状态。槽标志发送后，阅读器经过很短的时 间就可以确定在当前的槽内是否有一个PICC已经开始传输对REQB的应答。 如果不是，那么该槽可借发送逐个槽标志简单地中断，来节省时间。
注：X＝‘1’～‘F’，Y＝‘1’～‘F’ 3 仿真结果分析 在MATLAB下得出的仿真结果，其中以Walsh码组的阶数N=4为例。从仿真
结果可以看出基于标识符的算法吞吐率远高于传统动态ALOHA防碰撞算法。
图1 吞吐量仿真曲线
（下转第84页） 513
红外吸收层膜系仿真与实验研究
黎文武 苏小惠 赵 敏 （电子科技大学 四川 成都 610054）
特性研究，真空科学与技术学报，2009，1672-7126（2009）02 213205. [5]翁诗甫，傅立叶变换红外光谱仪，化工工业出版社，2005，7：046-
401.
（上接第53页） 基金项目：大理学院青年教师科研基金项目（KYQN2009-29）
参考文献： [1]Flor T,Niess W,and Vogler G.RFID:the Integration of
表1 AFI编码
A F I高4位 ‘0’ X X ‘0’ ‘1’ ‘2’ ‘3’ ‘4’ ‘5’ ‘6’ ‘7’ ‘8’ ‘9’ ～ ‘F’
A F I低4位 ‘0’ ‘0’
Y Y ‘0’ ，Y ‘ 0’ ，Y ‘ 0’ ，Y ‘ 0’ ，Y ‘ 0’ ，Y ‘ 0’ ，Y ‘ 0’ ，Y ‘ 0’ ，Y ‘ 0’ ，Y
参考文献： [1]林永昌、卢维强，光学薄膜原理，北京：国防工业出版社，1990：23-
55. [2]廖乃镘、李伟、蒋亚东、匡跃军等，氢化非晶硅（a-Si：H）薄膜稳定
性研究进展，材料导报，2007，21（5）：21-27. [3]潘永强、朱昌、弥谦、宋俊杰，电子束蒸发TiO2薄膜的光学特性，应
用光学，2004，1002-2082（2004）05-0053-03. [4]曹晔、孟超、陈将乐等，TiO2/TiN/PI低红外发射率迷彩薄膜制备及其
备注 所有系列和子系列 系 列X的 所 有 子 系 列 系 列X的Y子 系 列 所 有 系 列 的Y子 系 列 交通（公共交通、巴士和飞机等） 金 融 （I E P、 银 行 和 零 售 ） 识别（访问控制等） 电 信 （ 公 用 电 话 和G S M） 医疗 多媒体（因特网服务等） 游戏 数据存储（便携式文件等） 备用
RFID标签防碰撞算法研究
张丽娜 （云南省大理学院 古城校区 数学与计算机学院 云南 大理 671003）
摘 要： 射频识别（RFID）系统中的多个标签同时应答时会引起数据碰撞现象，使阅读器正确读取信息所使用的算法称为防碰撞算法，深入分析目前RFID系 统常用的防碰撞算法的特点，提出基于标签的唯一标志符的防碰撞算法，仿真结果表明该算法有明显的优越性，得到高吞吐率、低错误率。
PICC发送的请求应答ATQB将一系列有关PICC的重要信息参数传输给阅读 器 ， 为 了 能 够 选 择 PICC， 请 求 应 答 ATQB首 先 包 含 有 4字 节 序 列 号 。 B型 PICC的序列号可以是唯一的芯片序列号的缩短形式，或加电复位时PICC计 算所得的随机数（保持到断电），或PICC接收到每一REQB命令后计算所得 的随机数，即PUPI。此外，参数“应用数据”用于通知阅读器，PICC上安 装了哪些应用功能，供阅读器选择。如果PCD检测到碰撞，则发送PARAM参 数更大的REQB命令，使可使用的时隙总数更大，重新检测AFI参数，再次 执行防碰撞过程；如果PCD无碰撞地接收到PICC的ATQB，就可以有针对地 选择一个PICC，这是由PCD发送的第一个应用命令来完成的。命令的结构 与标准帧相符，而该帧的附加信息接在特殊的首标，即位于前面的 ATTRIB-Prefix中。如果PICC的标志符与首标的标志符（PUPI）相符，那 么通过ATTRIB的应用命令便可以选择一个PICC，然后进入Active状态。 ATTRIB-Prefix本身是由要选择的卡序列号（PUPI）和一个参数字节组成 的。参数字节包含有关PCD通信参数的重要信息，高层协议的相应命令可 使PICC进入IDLE或Halt状态，“下电-上电”操作则使之重新启动，进入 IDLE状态。
在本文仿真使用的是Matlab软件，主要理论是光学导纳矩阵法[1]， 文中的各种仿真均是以非晶硅微测辐射热计的双层微腔结构为基础，微腔 中的桥面是主要的红外吸收区域，在桥面上存在红外吸收层。仿真研究的 重点将集中在8～14μm红外波段，以溴化钾（KBr）为衬底的，然后在其 表面沉积所需薄膜。
1 薄膜的制备 使用PECVD[2]来制备Si3N4薄膜，制备此种薄膜的反应气体为SiH4及 NH3， 生 成 的 Si3N4薄 膜 沉 积 在 KBr基 片 上 。 使 用 电 子 束 蒸 发 台 [3]来 制 备 TiO2薄膜，沉积在KBr基片上，制备好的样品则用于测量其红外吸收谱，以 分析样品在红外光波段的红外吸收率。 2 薄膜性能的表征方法 薄膜样品制备完成后，使用傅立叶变换红外光谱仪（FTIR）[5]测量 其红外吸收谱，以分析薄膜在红外光波段的红外吸收率。在室温环境下进 行，测量波数范围是400～4000cm -1，测量精度2cm-1，所对应的波长范围是 2.5～25μm。 3 结果分析与讨论 选取了Si3N4、TiO2薄膜样品进行了测试。本文首先对红外吸收材料进 行了光学性能仿真，随后制备相应的薄膜样品进行了红外吸收率测试，以 下将把两种实验的结果进行对比研究。横坐标为响应波长范围（um），纵 坐标为红外线吸收率。
断Si3N4的膜厚较小时，其红外吸收能力不会特别强，并且Si 3N4材料一直以 来是作为支撑层或钝化层材料来使用，具有一定的红外吸收能力则会更好 完善其作为支撑层或钝化层的功能。
图2 TiO2薄膜仿真与实测结果对比图 本次实验测试的TiO2薄膜，其厚度约为150nm。从图2可以看出，在仿 真中设定的膜厚最大为0.15μm，即150nm，这与实际制备的TiO2膜厚是一 致的。TiO2自身具有较强的反射能力，不论在仿真还是实测中的红外吸收 能力均不强，这进一步表明TiO2材料不适合作为红外吸收材料来使用。 4 总结 制备成功的Si3N4、TiO2薄膜的红外吸收特性与仿真实验表现出来的结 果基本一致，但也存在着一定的偏差，究其原因与其薄膜厚度过厚存在着 一定关系，同时薄膜制备环境也对实验结果产生了一定的不利影响，并且 由于条件所限，我们并不能真正有效地对膜厚进行控制。不可否认的是， 实验表明，Si3N4材料非常适合作为器件功能薄膜的支撑层或钝化层材料， TiO2材料不太适合作为红外吸收材料。
摘 要： 重点采用Matlab软件进行氧化硅（SiO2）、氮化硅（Si3N4）材料仿真，在仿真的基础上，制备Si3N4 、TiO2薄膜，并与仿真结果对比研究，发现红外 吸收实测结果与仿真结果基本一致，从而一定程度上验证仿真结果的正确。
关键词： 仿真；红外吸收；薄膜材料；傅里叶变换 中图分类号：TN141.9 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）1120084－01
contactless identification technology and mobile computing.Proc.of the 7th Int'l Conf.on Telecemm.Zagreb,Croatia,2003.6,Vol.2:619-623.
[2]Bin Zhen,Mamoru Kobayashi,Nonmember,Masashi Shimizu.Framed ALOHA for Multiple RFID Object Identification[A].IEICETRANS COMMUN.[c].2005-03,E88-B(3):991-998.
关键词： 防碰撞；RFID；ALOHA；时分多址 中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）1120053－01
0 引言 射频识别技术（Radio Frequency Identification，缩写RFID）是一 项利用射频信号通过空间耦合实现无接触信息传递并通过所传递的信息达 到识别目的技术[3]。RFID系统主要由电子标签和读写器两部分组成，其 中电子标签是附着在被识别物体上的电子设备，读写器用来识别电子标签 和读取标签上数据。由于读写器和标签均共享同一无线信道，多个标签也 可能进入同一射频覆盖区，必然存在信道急用问题，即会发生碰撞。而防 碰撞技术主要是利用排队论及抗噪声技术来解决。 1 防碰撞算法简述 射 频 识 别 中 常 用 的 防 碰 撞 算 法 有 纯 ALOHA法 ， 时 隙 ALOHA法 、 动 态 ALOHA法。纯ALOHA法是最简单方法，采用完全随机的无规则方式工作，数 据量少时信道闲置时间较多，数据量多时碰撞几率迅速升高，其最大信息 吞吐率也仅为信道容量的18.4%[1]。时隙ALOHA（Slotted ALOHA）法是将 信道分成若干时隙（Slot），应答器只能在阅读器规定的同步时隙内发送 其序列号等信息，发送完必须等下一个时隙到来再继续发送，如果发生碰 撞数据会完全重叠。碰撞后随机延时重发。信道利用率最大为36.8%，但 硬件复杂[2]。S-ALOHA法中若时隙数过少，则可能经多次搜索仍未出现空 闲时隙的序列号；若时隙设置过多，则防碰撞的循环周期加长，性能下 降，造成浪费。动态时隙ALOHA法是S-ALOHA的变形，时隙数可变。时隙数 的动态改变有以下两种方式：一种是：阅读器最初的请求命令仅提供1或 2个时隙，供可能存在的应答器使用。如果此后阅读器发现所有时隙均发 生碰撞，就在下一请求命令增加时隙数（如4，8，16，……），直至发现 一无碰撞序列号。另一种方式是：阅读器通常提供较大时隙数（如4，8， 16，……），但只要阅读器一旦发现独处某时隙的未碰撞序列号，就立刻 发一中断命令，封锁此后时隙中其他应答器序列号的传输，以避免防碰撞 周期过长。动态时隙ALOHA法在符合国际标准ISO/IEC14443-3 TYPE B类型 非接触IC中得以应用。 2 基于标签标志符的防碰撞算法 如果一个B型IC卡被置入阅读器的作用范围内，那么IC卡在执行一些预 置程序后首先达到IDLE状态，并等待接受有效的REQB命令。对B型PICC来 说，通过发送 REQB命令可以直接启动防碰撞命令。使用的算法是动态 Slotted-ALOHA法。从而，阅读器设置的时隙槽数可以动态变化。可供使用 的时隙槽的数量编码在REQB命令的参数中设定。为了能够在选择PICC时先行 预选，REQB命令具有另外一个参数，即“应用系列标识符”（Application Family Identifier，AFI），用这个参数作检索准则可事先规定某些应用 [3-4]。 当PICC接收到有效的REQB命令后，就会查明在其存储的应用中是否有 表 1中 AFI中 预 选 的 应 用 组 存 在 。 若 有 ， 则 用 REQB命 令 的 参 数 PARAM中 bit2～bit0求出供防碰撞使用的时隙槽数N。如果可供使用的槽数为1，则 PICC应在该命令后的第一个时隙立即发送ATQB；如果可供使用的槽数大于 1， 那 么 必 须 在 每 个 PICC的 随百度文库机 数 发 生 器 中 规 定 槽 的 编 号 ， 为 了 保 证 PICC与槽同步，阅读器在每个槽开始时发送自己的槽标志。PICC现在处于 等待状态，直到事先规定的槽的标志被接收时，即发送其对REQB命令的应 答ATQB，进入“就绪-宣布”状态。槽标志发送后，阅读器经过很短的时 间就可以确定在当前的槽内是否有一个PICC已经开始传输对REQB的应答。 如果不是，那么该槽可借发送逐个槽标志简单地中断，来节省时间。
注：X＝‘1’～‘F’，Y＝‘1’～‘F’ 3 仿真结果分析 在MATLAB下得出的仿真结果，其中以Walsh码组的阶数N=4为例。从仿真
结果可以看出基于标识符的算法吞吐率远高于传统动态ALOHA防碰撞算法。
图1 吞吐量仿真曲线
（下转第84页） 513
红外吸收层膜系仿真与实验研究
黎文武 苏小惠 赵 敏 （电子科技大学 四川 成都 610054）
特性研究，真空科学与技术学报，2009，1672-7126（2009）02 213205. [5]翁诗甫，傅立叶变换红外光谱仪，化工工业出版社，2005，7：046-
401.
（上接第53页） 基金项目：大理学院青年教师科研基金项目（KYQN2009-29）
参考文献： [1]Flor T,Niess W,and Vogler G.RFID:the Integration of
表1 AFI编码
A F I高4位 ‘0’ X X ‘0’ ‘1’ ‘2’ ‘3’ ‘4’ ‘5’ ‘6’ ‘7’ ‘8’ ‘9’ ～ ‘F’
A F I低4位 ‘0’ ‘0’
Y Y ‘0’ ，Y ‘ 0’ ，Y ‘ 0’ ，Y ‘ 0’ ，Y ‘ 0’ ，Y ‘ 0’ ，Y ‘ 0’ ，Y ‘ 0’ ，Y ‘ 0’ ，Y
参考文献： [1]林永昌、卢维强，光学薄膜原理，北京：国防工业出版社，1990：23-
55. [2]廖乃镘、李伟、蒋亚东、匡跃军等，氢化非晶硅（a-Si：H）薄膜稳定
性研究进展，材料导报，2007，21（5）：21-27. [3]潘永强、朱昌、弥谦、宋俊杰，电子束蒸发TiO2薄膜的光学特性，应
用光学，2004，1002-2082（2004）05-0053-03. [4]曹晔、孟超、陈将乐等，TiO2/TiN/PI低红外发射率迷彩薄膜制备及其
备注 所有系列和子系列 系 列X的 所 有 子 系 列 系 列X的Y子 系 列 所 有 系 列 的Y子 系 列 交通（公共交通、巴士和飞机等） 金 融 （I E P、 银 行 和 零 售 ） 识别（访问控制等） 电 信 （ 公 用 电 话 和G S M） 医疗 多媒体（因特网服务等） 游戏 数据存储（便携式文件等） 备用