一种基于二叉树形搜索的RFID防碰撞算法
基于多叉树搜索算法改进的RFID防碰撞算法
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｃ ｏ ｍ ｐ ｕ ｔ ｒ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ， Ｇ Ｄ Ｕ Ｔ， Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ５ １ ０ ０ ０ ６ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ｉ
Ｃｏｍｐ ｕ ｔ ｅｒ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏｌ ｏ ｇ ｙ ａｎ ｄ Ｉ ｔ ｓ Ａｐｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎ ｓ
基于 多叉树搜 索算 法改进 的 Ｒ Ｆ Ｉ Ｄ 防碰撞算法
林 伟 ，李 景 霞 ，叶林 锋 （ 广 东 工 业 大 学 计 算机 学 院 ，广 东 广 州 ５ １ ０ ０ ０ ６ ）
ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｆ ｔ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｌ ｌ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ｂ ｉ ｔ ｓ ， ｉ ｔ ａ ｌ ｓ ｏ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ａ ｃ ｋ ｔ ｏ ｓ ｔ ｏ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｙ ｒ ｃ ｏ ｍｍａ ｎ ｄ ｓ ｔ ｏ ａ ｖ ｏ ｉ ｄ ｄ ｕ ｐ ｌ ｉ — ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｄ ｕ ｎ ｄ ａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ， ｍａ ｋ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｐ ｕ ｔ ｇ ｒ ｅ ａ ｔ ｌ ｙ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｓ ｅ ｏ ｆ ｖ ｅ ｒ ｙ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｎ ｕ ｍｂ ｅ ｒ ｏ ｆ ｔ ａ ｇ ｓ ．
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｍｕ ｌ ｔ ｉ － ｔ ａ ｇ ｓ ｃ ｏ ｌ ｌ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ｓ ｅ ｒ ｉ ｏ ｕ ｓ ｌ ｙ ａ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｔ ｈ ｅ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ Ｒ Ｆ Ｉ Ｄ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍｓ ， ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｂ ｅ ｔ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｌ ｖ ｅ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ，ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ — ｐ ｅ ｒ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｓ ｔ ｈ ｅ ａ ｎ ｔ ｉ —ｔ ｏ ｌ ｌ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｍｕ ｈ ｉ －ｂ ｒ ａ ｎ ｃ ｈ ｔ ｒ ｅ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ａ ｎ ｄ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｓ ｂ ｉ ｎ ａ ｒ ｙ ｔ ｒ ｅ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ａ ｎ ｄ ｑ ｕ ａ ｄ ｔ ｒ ｅ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ
《2024年RFID标签防碰撞算法研究》范文
《RFID标签防碰撞算法研究》篇一一、引言随着无线通信技术的快速发展，射频识别（RFID）技术已成为现代物流、零售、医疗、交通等众多领域的重要应用之一。
然而，在RFID系统中，多个标签同时响应阅读器时，会引发所谓的“碰撞”问题。
这导致阅读器无法准确读取标签信息，从而影响了RFID系统的性能。
因此，研究有效的防碰撞算法，解决RFID 标签碰撞问题具有重要意义。
本文旨在深入探讨RFID标签防碰撞算法的原理及其应用，分析其优势和挑战。
二、RFID系统概述RFID系统主要由阅读器、标签和后端处理系统三部分组成。
阅读器负责发送信号给标签，接收来自标签的信号并进行解析；标签是一种射频电子标签，用于存储信息并响应阅读器的询问；后端处理系统负责管理标签信息，并进行数据处理和存储。
在RFID系统中，防碰撞算法是解决多个标签同时响应阅读器时发生碰撞的关键技术。
三、RFID标签碰撞类型及影响RFID标签碰撞主要分为两类：一类是标签间碰撞，即多个标签同时发送数据导致接收信号相互干扰；另一类是帧内碰撞，即一个标签在发送数据过程中由于信号传输时间过长导致数据分片在帧内发生碰撞。
这两种碰撞都会导致阅读器无法准确读取标签信息，降低RFID系统的性能。
四、RFID标签防碰撞算法研究为了解决RFID标签碰撞问题，研究者们提出了多种防碰撞算法。
下面将介绍几种常见的防碰撞算法及其原理。
1.ALOHA算法ALOHA算法是最早的防碰撞算法之一，它是一种随机性算法。
其主要思想是当检测到碰撞时，标签需要随机延迟一段时间后再次发送数据。
通过不断尝试和调整延迟时间，最终使所有标签的数据都能被阅读器正确接收。
ALOHA算法实现简单，但效率较低。
2.二进制树搜索算法二进制树搜索算法是一种基于二叉树原理的防碰撞算法。
它通过将标签组织成二叉树结构，并按照树形结构逐级进行查询和应答。
该算法可以有效地降低碰撞概率，提高系统的吞吐量。
然而，在标签数量较多时，算法的复杂度较高。
一种基于二叉树形搜索的RFID防碰撞算法
图 １ 曼 彻 斯 特 码 按 位 识 别碰 撞 原 理
译码结果 标 签２ 。
作 者 简 介 ： 大 光 （ ９ ５ ， ， 南娄 底 人 ， 士 ， 星 电子 有 限公 司产 品 经 理 ， 究 方 向 为通 信 与 信 息 系统 ； 仁 坤 （９ ７ ） 男 ， 辜 １８ 一） 男 湖 硕 南 研 袁 １ ６ 一 ， 湖 南绥 宁人 ， 士 ， 星 电 子 有 限公 司 副 总 经理 、 程 师 ， 究方 向 为 电路 与 系 统 ； 硕 南 工 研 范振 粤 （９ ３ ） 男 ， 东 汕尾 人 ， 士 ， １８一 ， 广 硕 南
二 进 制 搜 索 算 法 由一 个 读 写 器 和 多 个 标 签 之 间 规 定 的一 组 命 令 和 应 答 规 则 构 成 ， 目的在 于 从 多 卡 中选 出任 一 个 实 现数 据 通 信 。该 算 法 关 键 在 于 选 用 适 当 的 易 于 识 别
的基 带 编 码 （ 曼 彻 斯 特 码 （ ｎ ｈ ｒ ｔｒ 编 码 ） 利 用 标 如 Ｍａ ｃ ｅｓｅ ） 、 签卡序列号唯 一的特 性 和设计 一 组有效 的 指令 规则 ， 高 效 、 速 地 实 现选 卡 。 迅
在 二 进 制 搜 索算 法 的实 现 中 ， 决 定 作 用 的 是 读 写 器 起 所使用的信号 编码必 须 能够 确定 碰撞 的准 确 比特位 置 。
曼 彻 斯 特 码 （ ｎ ｈ ｒｔｒ Ｍａ ｃ ｅｓｅ ）可 在 多 卡 同 时 响 应 时 ， 出 错 译
误 码 字 ， 以 按 位 识 别 出 碰 撞 。这 样 可 以 根 据 碰 撞 的 位 可
一种新型RFID动态多叉树查询防碰撞算法
由图 ２可 以看 出 ，完成 整个标 签的搜 索共需 １ ４ 个时 隙 ，其 中 ６个 是碰撞 时隙 ，搜 索深 度有 ３ 。 层
ｏ
＿算 ／ 动 态 四叉 树 查询 法 为 了避 免 频 频发 生 碰 撞 ，
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雌 娴 时 时 时
码分 多址 （ ｏ ｅＤ ｖｓ ｎＭｕｔ ｌ Ａｃｅｓ ＤＭＡ） Ｃ ｄ ｉｉ ｏ ｌｐ ｃｓ ，Ｃ ｉ ｉｅ
和 时 分 多 址 （ｉ ｖｓ ｎＭｕｔ ｌＡｃｅｓ ＴｍｅＤｉｉｏ ｌｐ ｃｓ， ｉ ｉｅ
Ｔ ＭＡ） 在 Ｒ Ｉ 系统 中 ，一 般 采 用 时 分 多址 法 Ｄ 。 ＦＤ
况 下 可 以充 分 利 用 碰 撞 位 信 息 ，规 定 当 检 测 到 某
㈨
比特 位发 生 碰 撞 时 ，再 检 测 下一 位 是 否发 生碰 撞 ，
如 果 没 有碰 撞 ，则 采 用 动 态 二 叉 树 ；如 果 碰 撞 则
田 口 田 口 口 曰 曰 田
Ｔ ｇ ａ６ Ｔ ｇ ａ３ Ｔｇ ａ８ Ｔｇ ａ２ Ｔｇ ａｌ Ｔ ｇ ａ５ Ｔ ｇ ａ４ Ｔ ｇ ａ７
应答器 １
即 碰 撞 。解 决 信道 冲 突 的方 法 有 四种 ：空 分 多址 （ｐ ｃ ｉｉ ｏ ｌｐｅＡ ｃｓ，Ｓ ＭＡ） 频 分 多 Ｓ ａｅＤ ｖｓ ｎＭｕｔ ｌ ｃｅｓ Ｄ ｉ ｉ 、
址 （ｒｑ ｅ ｃ ｖｓ ｎＭｕｔ ｌ Ａｃｅｓ Ｄ Ｆｅ ｕ ｎ ｙＤｉｉ ｏ ｌｐｅ ｃｓ ，Ｆ ＭＡ） ｉ ｉ 、
碰 撞 ，第二 比 特 位 没 有碰 撞 ，根 据 曼 彻斯 特 码 的 编 码 特 性 ，可 以 直 接 确 定 第 二 比特 位 ，采 用 二 叉
一种改进的查询树RFID标签防碰撞算法
一种改进的查询树RFID标签防碰撞算法姜武;杨恒新;张昀【期刊名称】《计算机技术与发展》【年(卷),期】2015(000)002【摘要】RFID技术是一种非接触式的自动识别技术。
随着RFID标签的大规模应用，标签的碰撞问题严重影响了RFID系统的性能，而防碰撞算法是解决该问题的关键。
基于查询树防碰撞算法查询次数多的特点，文中提出了一种混合查询树防碰撞算法( HQT)。
该算法结合动态二叉查询树和四叉查询树的优点，根据标签返回的碰撞信息动态地选择二叉查询树和四叉查询树的询问机制，提高了标签的识别效率，同时减少了阅读器识别标签所需的通信量。
仿真结果表明，其吞吐率提高到59%左右。
该算法能够提高系统的整体性能，特别是当标签数目多、标签ID位数长时，优势更加明显。
%RFID is a non-contactless automatic identification technology. With the large-scale application of RFID,tag collision problems affect the performance of RFID systems seriously,and the anti-collision algorithm is the key to solve the problem. Based on the binary-tree search algorithm which requires more times to indentify all tags,an Hybrid Query Tree ( HQT) anti-collision algorithm for RFID system is presented in this paper. The algorithm combines the advantages of binary query tree with 4-ary query tree,according to the in-formation return from label to choose different query mechanism between binary query tree and 4-ary query tree dynamically. So it can quickly identify all tags by reducing the number of query-responses,and improves the efficiency of the identification. Thesimulation re-sults show that throughput of the algorithm is increased to 59%. Moreover. This algorithm can improve the overall performance of the system,especially when the number of labels is large,the bit of tag ID is long.【总页数】4页(P86-89)【作者】姜武;杨恒新;张昀【作者单位】南京邮电大学电子科学与工程学院，江苏南京 210003;南京邮电大学电子科学与工程学院，江苏南京 210003;南京邮电大学电子科学与工程学院，江苏南京 210003【正文语种】中文【中图分类】TP301.6【相关文献】1.改进的二进制查询树的RFID标签防碰撞算法 [J], 单承赣;余春梅;王聪聪2.一种改进的混合查询树防碰撞算法研究与仿真 [J], 邓红卫;许航;廖瑾芸;彭丽蓉3.一种改进的二进制树RFID标签防碰撞识别算法 [J], 林为伟4.一种改进的二进制查询树RFID标签防碰撞算法 [J], 肖菲;杨恒新;刘蕾蕾5.一种改进的混合查询树防碰撞算法研究与仿真 [J], 邓红卫;许航;廖瑾芸;彭丽蓉因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于动态二进制的二叉树搜索结构RFID反碰撞算法_李兴鹤
收稿日期:2005-10-26基金项目:山东省自然科学基金(Y2004G05)作者简介:李兴鹤(1981-),男,硕士研究生,主要研究领域:自动识别技术,嵌入系统,物流系统。
文章编号:1002-4026(2006)02-0051-05基于动态二进制的二叉树搜索结构RFID 反碰撞算法李兴鹤1,胡咏梅1,王华莲2,付延安1,郭春花1(1.山东大学控制科学与工程学院,济南250061;2.山东劳动职业技术学院,山东济南250022)摘要:针对RFID 系统中最常见的反碰撞问题,提出一种基于动态二进制的二叉树搜索结构RFID 反碰撞算法,并用反证法证明整个搜索过程符合满二叉排序树结构,然后对比二进制及动态二进制算法,证明本算法的优越性,仿真结果表明本算法比已有的动态二进制反碰撞算法更具优势,而且随着标签数目与标签EPC 位数的增多,优势更明显。
关键词:RFID 反碰撞;二进制搜索;二叉树中图分类号:TP301.6 文献标识码:A射频识别技术(Radio Frequency Identification,RFID)是从20世纪90年代兴起并逐渐走向成熟的一项自动识别技术。
它利用射频(Radio)方式进行非接触双向通信,以达到目标识别和数据交换目的。
因为其自身优点,正被广泛应用于物流、跟踪、定位等领域。
1 RFID 系统的工作原理RFID 系统的基本模型如图1所示。
应答器又称标签,其中存储了需要识别、交互的数据;阅读器又称读头等。
应答器与阅读器之间通过耦合实现射频信号的空间(无接触)耦合;在耦合通道内,根据时序关系,实现能量的传递和数据的交换。
2 RFID 系统反碰撞问题在RFID 系统工作时,可能会有一个以上的标签处于阅读器的作用范围内,当它们同时向阅读器返回信息时,可能出现互相干扰,称为碰撞。
解决碰撞的算法称为反碰撞算法。
目前对于此问题有空分多址(SD MA)法、频分多址(FDMA)法、码分多址(C DMA)法、时分多址(TD MA)法,其中以TD MA 时分多址法最为常用,较成熟的ALOHA 、时隙ALOHA 法、动态时隙ALOHA 法、二进制搜索算法、动态二进制搜索算法等[1]都属于TDMA 时分多路法。
基于二叉树的RFID防碰撞算法的研究_王雪
2010年6月Journal on Communications June 2010 第31卷第6期通信学报V ol.31No.6基于二叉树的RFID防碰撞算法的研究王雪，钱志鸿，胡正超，李奕男（吉林大学通信工程学院，吉林长春130025）摘要：在二叉树算法的基础上提出了锁位后退防碰撞（BLBO）算法，增加了锁位寻呼指令，阅读器根据译码结果判断发生碰撞的比特，发送锁位寻呼指令锁定发生碰撞的比特，寻呼过程采用后退策略，每次识别一个标签之后返回到上一个发生碰撞的节点。
算法充分考虑了阅读器寻呼次数、传输时延、标签能耗以及吞吐量4个重要性能指标，仿真结果表明，BLBO防碰撞算法较其他二叉树算法性能有明显提高，更适用于RFID防碰撞协议。
关键词：RFID；锁位；二叉树；防碰撞中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1000-436X(2010)06-0049-09Research on RFID anti-collision algorithmsbased on binary treeWANG Xue, QIAN Zhi-hong, HU Zheng-chao, LI Yi-nan(College of Communication Engineering, Jilin University, Changchun 130025, China)Abstract: The bit-locking backoff (BLBO) anti-collision algorithm was proposed on the basis of binary algorithm, which puts forward the concept and orders of bit-locking. A reader recognizes the bits where there are collisions according to the results of decoding. Then the orders of bit-locking are transmitted to lock the bit collided, after which backoff strategy is adopted. When the reader recognizes one tag, it returns to the previous collided tag. The proposed algorithm fully takes the time of request into account, as well as transmission delay, power consumption and throughput of the system. The analysis on simulation result indicates that BLBO performs significantly better than the existing binary tree algorithms. It is suitable for the RFID anti-collision protocol in a greater deal.Key words: RFID; bit-locking; binary tree; anti-collision1引言RFID(radio frequency identification)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。
一种改进的二叉树型RFID防碰撞算法
１ ． 宁 夏大 学 数 学计 算机 学院 ， 银川 旭 日管 理学 院 ， 上海 ２ ０ ０ ０ ５ １
１ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍａ ｔ ｈ ． ａ ｎ ｄ Ｃｏ ｍｐ ｕ ｔ ｅ ｒ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ， Ｎｉ ｎ ｇ ｘ ｉ ａ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｙｉ ｎ ｃ ｈ ｕ ａ ｎ ７ ５ ０ ０ ２ １ ， Ｃｈ ｉ ｎ ａ ２ ． Ｇｌ ｏ ｒ ｉ ｏ ｕ ｓ Ｓ ｕ ｎ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｂｕｓ ｉ ｎ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ｄ Ｍａ ｎ ａ ｇ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ， Ｄｏ ｎ ｇ ｈ ｕ ａ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ ０ ０ ５１ ， Ｃｈ ｉ ｎ ａ
文献 标 志码 ： Ａ 中图分 类号 ： Ｔ Ｐ ３ １ １ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ７ ７ ８ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ２ － ８ ３ ３ １ ． １ １ ０ ９ — ０ ４ ８ ２
一种改进的二叉树型RFID防碰撞算法_侯胜宇
2013，49（4）基金项目：宁夏高等学校科研项目（宁教高[2011]263号）。
作者简介：侯胜宇（1985—）男，硕士研究生，CCF 会员，主要研究领域为信息系统工程，供应链与RFID 技术；冯锋（1971—）男，在读博士，教授，硕士生导师。
E-mail ：kingble_1@收稿日期：2011-09-22修回日期：2011-12-05文章编号：1002-8331（2013）04-0129-05CNKI 出版日期：2012-01-16/kcms/detail/11.2127.TP.20120116.0926.017.htmlComputer Engineering and Applications 计算机工程与应用1引言近年来，随着现代化工业的需求、芯片技术、天线技术以及计算机技术的不断发展；射频识别技术作为一种快速、实时、准确采集和处理信息的高新技术，在当代社会扮演着越来越重要的角色。
射频识别技术（RFID ）是一种非接触式自动识别技术，它通过射频信号识别目标对象，并获取相关信息；整个过程无需人工干预，被广泛应用于生产、零售、物流、交通等各个行业，是企业提高供应链管理水平、降低成本、实现信息化管理不可缺少的技术工具和手段。
射频识别系统一般由阅读器、标签、通信网络、主机处理系统组成。
阅读器通过射频信号获取目标对象物体的标签数据，依托通信网络交付给主机处理系统来实现某个特定应用。
在射频识别系统中一般存在三种通信方式：第一种是“无线广播”方式，即在一个阅读器的阅读范围内存在多个应答器（标签），阅读器发射的射频信号同时被多个应答器接收。
第二种是“多路存取”方式，即在阅读器的作用范围内有多个应答器（标签）同时传输数据给阅读器。
第三种方式是多个阅读器同时给多个应答器（标签）发送数据，这种情况在射频识别系统中很少遇到，不存在研究的意义，这里不过多赘述。
目前研究主要在前两种方式上，由于射频识别系统一般是一个静止的体系，对于“无线广播”方式的处理，只需在构建系统时从全局上合理分配时间和频率就可以解决。
基于二进制树的RFID系统开发防碰撞算法研究
（ ３ ） 读写器将处理后的序列号发送给 电子标签 ， 电子标签 序 列号与该值 比较 ， 小于或等于该值 者， 将 自身序列号返回给
读 写器 。
３ Ｒ Ｆ Ｉ Ｄ读 写程 序设计
读写器程序设计 的关键在于防碰撞 的处理 。碰撞处理 问 题 的解决依靠读写器发射 出去 的数据来控制 电子标签的响应 并分析来 自电子标签 的响应 ， 通过反复询 问， 调整控制 ， 最终
置为 ｌ 。
２ Ｒ Ｆ Ｉ Ｄ 系统 开发 的步 骤
Ｒ Ｆ Ｉ Ｄ 应 用 系 统 开 发 大致 可 分 两 部 分 ：Ｒ Ｆ Ｉ Ｄ 硬 件 部分 开
发， 包括 天线 、 Ｒ Ｆ Ｉ Ｄ 电子标签、 读写器硬件部分 ； 软件 部分包 括 Ｒ Ｆ Ｉ Ｄ 读程器程序和 Ｐ Ｃ 机端程序设计开发。整体 系统开
摘要 ： Ｒ Ｆ Ｉ Ｄ作为物联 网的感知与识别技 术处于体 系结构 中的感知层 ， 被誉 为 ２ １ 世纪最有前途的技 术之 一。由于 Ｒ Ｆ Ｉ Ｄ
技术在应 用中不可避免地存储标签数据碰撞 问题 ， 造成 了读 写器数据读取的不可靠和不正确 ， 导致 Ｒ Ｆ Ｉ Ｄ防碰撞 算法成
为系统开发的核心 问题 。经过 实验得 出结论 ， 基于二进制树的防碰 撞算法是常用的解决方法 ， 有效地解决 了冲突问题。
２ ０ １ ４ 年 第 ２ 期 （ 总第 １ ３ ４期）
信 息 通 信
Ｉ ＮＦ ＯＲＭＡ Ｔ Ｉ ＯＮ ＆ ＣＯＭ Ｍ ＵＮＩ ＣＡＴ １ ０ＮＳ
２ ０１ ４
（ Ｓ ｕ ｍ ．Ｎ ｏ １ ３ ４ ）
基于二进制树 的 Ｒ Ｆ Ｉ Ｄ系统开发 防碰撞 算法研 究
超高频RFID新型后退式二叉树防碰撞算法
超高频RFID新型后退式二叉树防碰撞算法摘要:这篇论文分析了一种新型的超高频RFID后退式二叉树防碰撞算法，它可以有效地减少系统中的冲突次数以及提高数据传输速率。
为了更好地展示该算法，我们使用数学分析和实验结果证明了它的有效性。
关键词：超高频RFID，后退式二叉树，防碰撞算法正文:本文提出了一种新型的超高频RFID后退式二叉树防碰撞算法，以解决多标签系统中冲突次数多以及传输速率低的问题。
该算法充分利用RFID中的折返机制，使之成为一个基于树的防碰撞算法。
算法包括标签片段加载、标签查找和冲突解决三个部分，分别用于加载时间片段、查找标签以及避免多标签冲突的解决方案。
该算法的特点是无需对标签进行排序，可以有效地减少系统中的冲突次数以及提高数据传输速率。
为了更好地展示该算法，我们进行了数学分析，并建立了详细的仿真实验来证明算法的有效性。
仿真实验的结果显示，该后退式二叉树防碰撞算法在不影响系统性能的情况下有效地减少了冲突次数。
在有效的算法空间下，该算法实现的数据传输速率明显高于其他算法，可以大大提高系统的性能。
在实际应用过程中，本文提出的算法可以更好地适应多标签场景，并且可以提高系统数据传输速率。
经过理论分析、实验评估以及数学模型分析，本文提出的超高频RFID后退式二叉树防碰撞算法具有良好的性能，能够有效地减少系统中的冲突次数以及提高数据传输速率。
未来研究方向，可以考虑对超高频RFID后退式二叉树防碰撞算法的电力消耗进行分析，以更好地提高算法的能耗性能，并考虑更多种类的多标签场景下应用。
同时，可以考虑分布式节点模型，以进一步减少系统中的冲突。
此外，在不影响系统精度和可靠性的情况下，优化算法空间是需要被讨论的重要问题，这样可以帮助系统更好地适应环境变化，并更好地实现可靠的数据交互。
另外，具有不同信号强度的多标签系统也是需要被考虑的因素。
本文提出的算法可以有效地处理不同信号强度的多标签，这一点也需要进一步研究和分析，以确保系统的性能可以得到提高。
一种改进的基于二叉树搜索的防碰撞算法
通信 。本文提 出的算法正是二进制搜索算法的一种改进形式。
３ 算法原理
３ 算法基本思 想 ． １
本算法采 用曼 彻斯特编码 ，可以有效识别标签的碰撞位
置 ，从而将标 签分段。例如标签在接到阅读器命令响应后碰 撞位为 １ １Ｘ１ Ｘｌ０ Ｘ，则可将 标签划分为 Ｉ Ｘ、１０ １Ｘ、１ 段 。 Ｘ３ 在 阅读器进行 搜索 时 ，不同于以往的二进制搜索算法每次仅 发送 ０或 １ ｂ 与标签进行 比较 ，而是发送成段前缀（ ｉ ｔ 以后称 为碰撞前缀） １ 、１０ 如 ０ ０与标签数据进行 比较 ，遇到碰撞位 １
Ｉ ｐ ｏ ｅ ｔ— ｏ ｌ ｉ ｎ Ａｌ ｏ ｉｈ ｓ ｄ ０ ｎ ｒ ・ｒ ｅＳ ａ ｃ ｍ ｒ ｖ ｄ Ａｎ ｉｃ ｌ ｓｏ ｇ ｒ ｔ ｍ Ｂａ ｅ ｎ Ｂｉ ａ ｙ ｔ ｅ ｅ ｒ ｈ ｉ
Ｓ ＵＮ ｅ －ｈ ｎ ， Ｕ ｉ ｇ Ｗ ｎ ｓ ｅ ｇ ＬＩ Ｔ ｎ
响应并判断是否发生碰撞 ，如果检测到碰撞 ，读写器发送命 令让 标签停止发送数据 ， 各个标签随机延迟一段 时间再发送 ， 由于延迟的随机数不 同，从而使再 次发 生碰 撞的概率 降低 。 如果没有发生碰撞 ，读写器在完成对标签识别后 ，发送一个 应答信号给标签 ，使标签从此转入休 眠状态 ，直到识别过程 结束 。在 此基础 上改进 的时隙 ＡＬ Ａ 算法把 时间分成多个 ＯＨ 离散时隙 ，每个时隙的长度等于一帧 撞位按照
２ ｂｔ一组划分 。例如标签碰撞位为 １Ｘ Ｘ１ ｉ ０ ＸＸ Ｘ，则分组为 １Ｘ ０ Ｘ、Ｘ Ｘ、１ Ｘ。这样逐段搜索 ，可 减少搜索 次数从而提高
作者简 介 ： 孙文胜（ ６ －） 男 ，副教 授、硕士 ， 研方向 ： １ ６ ， ９ 主 多媒体
闲时隙一样 。
一种改进的二叉树型RFID防碰撞算法侯胜宇
2013，49（4）基金项目：宁夏高等学校科研项目（宁教高[2011]263号）。
作者简介：侯胜宇（1985—）男，硕士研究生，CCF 会员，主要研究领域为信息系统工程，供应链与RFID 技术；冯锋（1971—）男，在读博士，教授，硕士生导师。
E-mail ：kingble_1@收稿日期：2011-09-22修回日期：2011-12-05文章编号：1002-8331（2013）04-0129-05CNKI 出版日期：2012-01-16/kcms/detail/11.2127.TP.20120116.0926.017.htmlComputer Engineering and Applications 计算机工程与应用1引言近年来，随着现代化工业的需求、芯片技术、天线技术以及计算机技术的不断发展；射频识别技术作为一种快速、实时、准确采集和处理信息的高新技术，在当代社会扮演着越来越重要的角色。
射频识别技术（RFID ）是一种非接触式自动识别技术，它通过射频信号识别目标对象，并获取相关信息；整个过程无需人工干预，被广泛应用于生产、零售、物流、交通等各个行业，是企业提高供应链管理水平、降低成本、实现信息化管理不可缺少的技术工具和手段。
射频识别系统一般由阅读器、标签、通信网络、主机处理系统组成。
阅读器通过射频信号获取目标对象物体的标签数据，依托通信网络交付给主机处理系统来实现某个特定应用。
在射频识别系统中一般存在三种通信方式：第一种是“无线广播”方式，即在一个阅读器的阅读范围内存在多个应答器（标签），阅读器发射的射频信号同时被多个应答器接收。
第二种是“多路存取”方式，即在阅读器的作用范围内有多个应答器（标签）同时传输数据给阅读器。
第三种方式是多个阅读器同时给多个应答器（标签）发送数据，这种情况在射频识别系统中很少遇到，不存在研究的意义，这里不过多赘述。
目前研究主要在前两种方式上，由于射频识别系统一般是一个静止的体系，对于“无线广播”方式的处理，只需在构建系统时从全局上合理分配时间和频率就可以解决。
一种基于二叉树的RFID防碰撞改进算法
一种基于二叉树的RFID防碰撞改进算法
江岸;姚幼敏
【期刊名称】《广东农工商职业技术学院学报》
【年(卷),期】2016(32)2
【摘要】电子标签防碰撞是RFID系统中的一个关键问题,该文提出一种基于标签识别码分组的防碰撞算法.该算法根据标签识别码按位异或的结果,将待识别标签分为两个集合,通过分散阅读器识别的标签数目、简化识别码数据的传输、动态调整冲突检测过程,有效的降低了标签冲突概率和系统通信量.再利用并行处理策略,使阅读器同时识别两个标签子集.理论分析和仿真结果显示,该算法较其他二叉树算法性能有明显提升,具有良好的应用前景.
【总页数】5页(P63-67)
【作者】江岸;姚幼敏
【作者单位】广东农工商职业技术学院计算机系,广东广州510507;广东农工商职业技术学院计算机系,广东广州510507
【正文语种】中文
【中图分类】TP273
【相关文献】
1.一种基于二叉树形搜索的RFID防碰撞算法 [J], 辜大光;袁仁坤;范振粤;杨晓东
2.一种改进的二叉树型RFID防碰撞算法 [J], 侯胜宇;冯锋
3.一种基于二叉树形搜索的RFID防碰撞算法 [J], 辜大光;袁仁坤;范振粤;杨晓东
4.一种改进的基于二叉树的防碰撞算法 [J], 王春华;刘迟时;徐浩;涂羽翔
5.一种基于二叉树与多叉树搜索的RFID防碰撞算法研究 [J], 吴劲松
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一种基于二叉树形搜索的RFID防碰撞算法摘要：在RFID防碰撞算法中，平均时延是影响识别性能的关键因素。
平均时延主要取决于识别每个标签所需的平均比特数。
在二进制搜索防碰撞算法的基础上，提出了一种新的二叉树形搜索算法,该算法显著减少了识别标签的平均比特数，且当阅读器检索到树的底层时,可向二叉树的上层回溯，最终连续识别出所有的标签。
对算法进行了仿真分析，证明该算法在性能上有明显提高。
关键词：平均时延；平均比特数；防碰撞算法；二叉树形搜索；射频识别(RFID)0 引言射频识别(Radio Frequency Identification, RFID)的主要思想是通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。
RFID系统一般由电子标签( Tag)和阅读器(Reader)组成。
阅读器负责发送广播并接收标签的标识信息;标签收到广播命令后将自身标识信息发送给阅读器。
在数据传输的过程中从阅读器到标签的数据传输称作下传,从标签到阅读器的数据传输称作上传。
随着RFID的发展，其应用也越来越广泛，当阅读器识别区域内存在两个或者两个以上的标签在同一时刻向阅读器发送标识信息时,将产生碰撞问题。
解决碰撞问题的方法主要有空分多址（SDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）、频分多址（FDMA）四大类。
而其中时分多址方法在RFID防碰撞问题上是普遍采用的，它在复杂度和成本等方面都比其它3种方法更具优越性。
目前存在的基于TDMA 的反碰撞算法主要有两种: 二进制搜索算法和ALOHA 算法。
ALOHA 算法采用无规则的时分多址，或者叫随机多址。
ALOHA 算法操作简便，成本低。
但在应用中随着标签数量的扩大，性能将会急剧恶化。
二进制搜索算法的电路实现要比ALOHA 算法复杂，但算法识别率较高。
动态二进制搜索防碰撞算法以其简明的思想、稳定的系统性能和较少的系统资源需求在ISO/IEC14443A标准中被推荐为抗碰撞算法。
本文提出一种二叉树形搜索防碰撞算法，在平均时延等性能上相比动态二进制搜索算法有明显改进,其分别通过识别每个标签所需传输的平均比特数来反映。
验结果可以证明该算法是一种有效的防碰撞算法。
1 二进制搜索算法1.1 二进制搜索防碰撞算法二进制搜索算法由一个读写器和多个标签之间规定的一组命令和应答规则构成,目的在于从多卡中选出任一个实现数据通信。
该算法关键在于选用适当的易于识别的基带编码(如曼彻斯特码(Mancherster)编码)、利用标签卡序列号唯一的特性和设计一组有效的指令规则,高效、迅速地实现选卡。
在二进制搜索算法的实现中,起决定作用的是读写器所使用的信号编码必须能够确定碰撞的准确比特位置。
曼彻斯特码(Mancherster) 可在多卡同时响应时,译出错误码字,可以按位识别出碰撞。
这样可以根据碰撞的位置,按一定法则重新搜索标签。
图1 曼彻斯特码按位识别碰撞原理二进制搜索法的实现需要每一个标签都拥有唯一的一个ID号，算法的工作流程是:(1) 首先读写器发送一个与标签位数相同，数值全为1（即可能出现的最大码）到标签，所有标签均发回它们的序列号。
(2) 对比标签返回的各序列号相同位置上的位值（0或者1），如果某一位上同时出现0和1，则译码将出现无法判断的位，即认为该位是碰撞的。
(3) 确定有碰撞后,把有不一致位的数从最高位到次低位依次置0 再输出序列号,即依次排除序列号大的数,至读写器对比标签响应的序列号的相同位数上的数完全一致时,说明无碰撞。
这时就选出序列号最小的数。
(4) 选出序列号最小的数后,对该卡进行数据交换,然后使该卡进入“无声”状态,则在读写器范围也不再响应(移动该范围后移入可再次响应)。
(5) 重复步骤（1）,选出不是无声状态的标签中序列号最小的标签进行数据交换。
(6) 多次循环后可完成所有标签的读取。
1.2 动态二进制搜索算法考虑到RFID标签中的序列号长度标签的序列号可能很长，如EPC 编码的3 个版本中的编码长度分别为64 位、96 位和256位，而UID(Ubiquitous Identifications) 编码长度128 位，随着今后的发展可能需要扩展到更长的长度。
如此看来，若每次读写器发送的命令请求和标签的回复均以全部序列号进行，会造成传输的数据量太大，降低了防碰撞算法的效率。
动态二进制搜索算法提出的主要思想在于减少在识别过程中传输的数据量，其每一次读写器发送和标签回复总共发送的位数是ID的总长度。
这在一次收发中使传输的数据量相比基本二进制搜索算法减少了50％。
下面介绍动态二进制搜索算法及其工作过程。
设有M个标签，每个标签中ID码的长度为N。
(1) 首先读写器发送一个完整的N位ID码,每个位上的码全为1,让所有标签都发回响应。
(2) 读写器判断所有返回的标签序列号，并把最高的碰撞位X 找出并置0。
然后传输N～X位的数据后即中断传输。
标签接到这段数据与自己的标签从高到低比较,若相同则回传该标签ID的X-1～0，可看出一次收发以最高碰撞位为界，传输数据量减少一半。
(3) 读写器检测返回的序列号，若无碰撞则直接跳入步骤(4)；若仍有碰撞，检测出最高碰撞位X\-1并置其为0，把上次发送的N～X位前缀加上这一次的N\-1～X\-1位数据发送后中断传输。
标签把收到的码与其自身的N～X\-1位比较，若相同则返回其X\-1～0位，不同则不响应。
重复步骤(3)。
(4) 若无冲突位则可以通过发送READ-DATA命令读取数据，并把该标签置“无声”状态，以后不再响应。
(5) 重复步骤(1),直到所有标签识别出来。
1.3 标签预处理算法在RFID系统的实际应用中，标签的ID号中的碰撞位是不一定紧邻的，也就是说在两个相邻的碰撞位中，很可能存在着若干位不冲突的位值。
显然这些位在防碰撞算法中是无关紧要的，所以如果在开始防碰撞算法前把所有标签中不冲突的位排除出去，之后不再传输这些位置上的数值，对ID号进行了压缩，这将减少防碰撞算法所需传输的数据量，提高防碰撞算法的效率。
标签预处理算法的过程如下：(1) 读写器发送查询信号(2) 所有标签均发回它们的完整ID号。
(3) 读写器检测这些ID号中的碰撞位，产生一个与ID号同等长度的序列记录碰撞的位置，0代表该位无冲突，1则代表该位有冲突。
(4) 读写器发送产生的冲突位置序列到标签，标签中的存储器记录冲突的位置，之后标签的ID被压缩，只有冲突的位被保留在ID 中。
2 二叉树形搜索防碰撞算法在动态二进制搜索防碰撞算法中，每一次读写器与标签之间的通信所传输的数据是以一个碰撞位为界，读写器发送ID的前缀部分，标签发送ID的后续部分。
由于标签ID一般比较长，希望能更进一步减少在标签识别过程中传输的数据量。
本文提出一种二叉树形搜索防碰撞算法，因其搜索路径类似数据结构中二叉树而命此名。
其最大的特点是每次读写器与标签的通信，两者均只需发送一比特有效数据。
这极大程度的减少了平均最小时延和平均功率消耗，大大提高了防碰撞算法的识别效率。
下面详细介绍该算法。
2.1 算法约定(1) 每个标签中的ID都是唯一的。
(2) 每个标签中包含一个位置计数器P(用于记录当前响应读写器的是哪一位)。
(3) 每个标签中包含一个睡眠程度计数器S(用于记录该标签的睡眠程度)。
(4) 每个标签中包含一个已读标志位R(用于记录标签是否已经被读)。
2.2 指令规则(1) REQ_0 ：0请求，该命令无参数，标签接收该命令后先检查S，若S>0则S加1，P不变；若S=0则检测ID(P)(ID中第P位数值)，若ID(P)=1则把S加1；若为ID(P)=0则把该标签的P增加1且发回P增加后所指的那位数值到读写器，特殊的是当P增加后已经指向ID的最后一位，则发回P所指的最后位再加上一位1表示P已经指在最后位。
(2) REQ_LONG：长请求，该命令无参数，设标签总长度为N，标签收到命令后发回其ID的P～N位。
(3) READ_X:读数据，带一位参数，X为参数(0或1)。
标签收到命令将第P位与X比较，相等则将存储的数据发送给读写器，并把标签中的R置1,表示该标签已被读取,之后不再响应任何命令；不相等则不做反应。
(4) REQ_1 ：1请求，该命令无参数，所有R=0、S>0的标签收到命令都把S减1。
如果R=0、S=0，则该标签的P增加1且发回位置P+1上的那位数值到读写器。
特殊的是当标签是发送最后一位时，再加上一位1表示P已经指在最后位。
(5) CHG_POS：更改位置，该命令带一个位数为|log 2 N|+1(表示不小于log 2 N的最小整数，N为标签ID长度)的二进制数P'，表示响应的标签中P需要增加的数值。
响应命令的标签把P 改为P+P'-1 ，发回此时的第P位的值，特殊的是如果此时P为最后位，则发回最后位上的值再加上一位1表示已是最后。
2.3 算法流程说明算法的流程图如图2所示。
结合流程图对算法的流程说明如下：首先，只有R=0的标签才对上述指令规则中的命令响应；其中只有S=0且R=0的标签才对REQ_LONG、READ_X、CHG_POS命令响应。
识别过程开始前先进行初始化，使所有标签中的S=0,R=0,P=1。
表示均处于非睡眠未读状态，且当前P指向ID中的第1位。
其次，对流程图中5个分支判断过程说明如下：(1) 是否有停止位？该判断分支的输入是标签发送给读写器的回复，如果有停止位，说明发回信息的标签中P已经指向最后一位；没有停止位则说明发回信息的标签中的P还没有指向最后位。
(2) 是否碰撞？该判断分支的输入是判断(1)的N分支，也就是无停止位的情况。
此时仅判断收到的这位数值信息是否有碰撞发生，如果有碰撞则使用REQ_0命令继续分离碰撞的标签；如果无碰撞，说明发回信息的标签中P所指的数值是相同的，但不能断定P以后的位置上的数值不发生碰撞，所以使用REQ_LONG命令来使标签发回ID的P~N位，用于获取P以后的最近碰撞位。
(3) 是否碰撞？REQ_LONG命令后，响应命令的标签发回ID 的P~N位。
如果无碰撞出现，根据ID的唯一性，可以断定此时仅一个标签响应，接下来便可使用READ_X命令读取数据，参数X显然就是发回的信息中的首位数值信息；如果有碰撞出现，则计算到最早出现的碰撞位，使用CHG_POS命令把这些标签中的P增加到最早出现碰撞的位置，标签发回新的P所指的位置上的数值信息，并根据P是否指向最后位来决定是否加停止位。
(4) 是否碰撞？该判断分支的输入是判断(1)的Y分支，也就是确定标签的回复中包含停止位的情况。
此时对数值位检测碰撞发生情况：如果有碰撞，可以确定此时发回信息的标签只有两个，且它们的ID的最后一位不同，即可连续使用READ_0、READ_1读取这两个标签的数据；如果无碰撞，则可断定只有一个标签发回信息，直接使用READ_X命令读取该标签的数据，参数X显然是两位回复信息中的第一位(数值位)。