RFID防碰撞技术

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四、防碰撞算法
(1) 纯ALOHA(PureALOHA)法 标签只要有数据发送请求就立即发送出去，而不管无线信
道中是否已有数据在传输。 它是无线网络中最早采用的多址技术，也是最为简单的
一种方法。在RFID系统中，这种方法仅适用于只读标签 (Read only tag)。
ALOHA系统所采用的多址方式基于TDMA，是一种无规则的 时分多址，或者叫随机多址。用于实时性不高的场合。
树分叉算法
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四、防碰撞算法
树分叉算法
0 10
基本思想是：将处于碰撞的标 签分成左右两个子集0和1，先 查询子集0，若没有碰撞，则 正确识别标签，若仍有碰撞则 分裂，把1子集分成10和11两 个子集，直到识别子集1中所 有标签。
1
11
100
101
冲突节点 非冲突节点
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四、防碰撞算法
2 二进制搜索算法 基于曼彻斯特编码 信号的曼彻斯特(Manchester)编码可以让读写器准确地判
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四、防碰撞算法
1 防碰撞的基本算法ALOHA
aloha[əˈloʊhə]int.夏威 夷人问候语，欢迎，再见;
ALOHA算法是一种随机接入方法，其基本思想是采取标 签先发言的方式，当标签进入读写器的识别区域内时就 自动向读写器发送其自身的ID号，在标签发送数据的过 程中，若有其他标签也在发送数据，将会发生信号重叠， 从而导致冲突。读写器检测接收到的信号有无冲突，一 旦发生冲突，读写器就发送命令让标签停止发送，随机 等待一段时间后再重新发送以减少冲突。
第七章 RFID防碰撞技术
主要内容
一、教学内容的引入 二、产生碰撞的原因 三、防碰撞机制 四、防碰撞算法 五、读写器防碰撞机制的实现
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1
一、教学内容的引入
多个文件箱同时通过闸门读写器，如何正确识别？
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二、产生碰撞的原因
1 什么是碰撞
在RFID系统应用中，因为多个读写器或多个标 签，造成的读写器之间或标签之间的相互干扰， 统称为碰撞。
非确定性算法也称标签控制法，在该方法中，读写器没有 对数据传输进行控制，标签的工作是非同步的，标签获得处 理的时间不确定，因此标签存在“饥饿”问题。ALOHA算法 是一种典型的非确定性算法，实现简单，广泛用于解决标签 的碰撞问题。
确定性算法也称读写器控制法，由读写器观察控制所有标 签。按照规定算法，在读写器作用范围内，首先选中一个标 签，在同一时间内读写器与一个标签建立通信关系。二进制 树型搜索算法是典型确定性算法，该类算法比较复杂，识别 时间较长，但无标签饥饿问题。
在每一帧初始时刻，读写器发出请求指令，向标签提供帧长等信息。每 个标签根据信息随机选择一个时隙向读写器发送信息。假设标签的序列号 为4比特，在第一帧中，标签1和标签3选择了时隙1与读写器通信，标签2 和标签4选择了时隙2。时隙1和时隙2都发生了碰撞，而标签5在时隙3中被 读写器成功识别。第二帧中标签3和标签2被成功识别。如此循环直到所有 标签被成功识别为止。
tag5 tag4
tag1 tag2
阅读器 tag3
6
3
二、产生碰撞的原因
多读写器一标签干扰
Tag3 Reader1
Tag2
Tag1
Reader2
标签1接收到的信息为两个读写器发射信号 的矢量和,是一个未知信号。
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三、防碰撞机制
如何解决碰撞 的问题呢？
系统常用的反碰撞法有以下四种: 空分多路法(SDMA)、频分多路 法 (FDMA)、时分多路法(TDMA)
下，经过多次搜索也可能没有发现序列号，因为没有唯一的 标签能单独处于一个时隙之中而发送成功。因此，需要准备 足够大量的时隙，这样做法降低了防碰撞算法的性能。
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四、防碰撞算法
2 二进制树型搜索算法
算法
二进制树型搜索算法由读写器控 制，基本思想是不断的将导致碰撞的 电子标签进行划分，缩小下一步搜索 的标签数量，直到只有一个电子标签 进行回应。
（2）曼彻斯特码 每一位的中间有一个跳变，跳变既作为时钟，又作为数据。 在半个位周期时的负跳变（即电平由1变为0）表示二进制“1
”，正跳变表示二进制“0”。 曼彻斯特码也是一种归零码。
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四、防碰撞算法
“识别”有多个标签----防碰撞指令规则 （1）REQUEST——请求(序列号)。此命令发送一序列号作为参 数给射频卡。应答规则是，射频卡把自己的序列号与接收到的 序列号比较，如果自身序列号小于或等于REQUEST指令序列号 参数，则此射频卡回送其序列号给读写器。这样可以缩小预选 的射频卡的范围；如果大于，则不响应。
TDMA是把整个可供使用的信道容 量按时间分配给多个同户的技术。
a’ a
Tag
1
Reader
a’ b’ c’ a b c
b’ b
Tag
2
c’ c
Tag 3
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三、防碰撞机制 4、码分多路法
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四、防碰撞算法
1.RFID中防碰撞算法分类
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四、防碰撞算法
2、标签防碰撞算法
RFID系统的标签防碰撞算法大多采用时分多路法，该方法 可分为非确定性算法和确定性算法。
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四、防碰撞算法
“识别”有多个标签----防碰撞指令规则
（3）READ-DATA——读出数据。选中的射频卡将存储的数据发 送给读写器。
(4)UNSELECT ——取消选择。取消一个事先选中的射频卡，射频卡进
入"无声"状态，在这种状态下射频卡完全是非激活的，对收到的REQUEST 命令不作应答。为了重新话化射频卡，必须先将射频卡移出读写器的作 用范围再进入，以实行复位。
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四、防碰撞算法
纯ALOHA算法 若读写器检测出信号存在相互干扰，读写器就会向电子标
签发出命令，令其停止向读写器传输信号； 电子标签在接收到命令信号之后，就会停止发送信息，
并会在接下来的一个随机时间段内进入到待命状态，只有当 该时间段过去后，才会重新向读写器发送信息。
各个电子标签待命时间片段长度是随机的，再次向读写 器发送信号的时间也不相同，这样减少碰撞的可能性。
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三、防碰撞机制 1、空分多路法（空间分割多重存取）(SDMA)
利用空间分割构成不
同的信道。
如：在一颗卫星上使
用多个天线，每个天线
的波束射向地球表面不 同 区 域 。 地 面 上 不 同 地 Tag4
区的地球站，它们在同
一时间，即使使用相同
的频率进行工作，它们
之间也不会形成干拢。
Tag6
空 分 多 址 （ SDMA ）
和码分多路 法(CDMA)
8
4
三、防碰撞机制
RFID系统中防碰撞算法分类
电子标签的低功耗、低存储能力和有限的计算能力等限制， 导致许多成熟的防碰撞算法（如空分多路法）不能直接在 RFID系统中应用。这些限制可以归纳为： （1）无源标签没有内置电源，标签的能量来自于读写器，因 此算法在执行的过程中，标签功耗要求尽量低； （2）RFID系统的通信带宽有限，因此防碰撞算法应尽量减少 读写器和标签之间传输信息的比特数目； （3）标签不具备检测冲突的功能而且标签间不能相互通信， 因此冲突判决需要读写器来实现； （4）标签的存储和计算能力有限，这就要求防碰撞协议尽可 能简单，标签端的设计不能太复杂。
2 碰撞的类型
1、读写器碰撞 2、标签碰撞
4
2
二、产生碰撞的原因 Time
完全碰撞
TagA Data
Data
Data
Data
Data
1
2
3
4
5
Time
TagB
Data
Time
1
Data 2
Data 3
Data 4
Data 5
RFID数据碰撞示意图
读写器
5
二、产生碰撞的原因 多标签碰撞
一个读写器的 读写范围内有 多个标签存在， 发生通信冲突。
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三、防碰撞机制
阅读器广播命令 f1
Tag1
2、频分多路法 （频率分割多重存取）
(FDMA)
读
f2
Tag2
写
Tag3
器
f3
Tag5
f4 Tag4
f5
阅读器读写区域
将信道频带分割为 若干更窄的互不相交 的频带（称为子频 带），划分后的每个 子频带分给一个用户 专用（称为地址）。
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三、防碰撞机制
缺点就是数据帧发送过程中碰撞发生的概率很大。 经过分析，ALOHA法的最大吞吐率只有18.4％，80％以 上的信道容量没有被利用。对于较小的数据包量，无线信道的 大部分时间没有被利用，而随着数据包量的增加，标签碰撞的 概率又会明显增加。
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四、防碰撞算法
（2）帧时隙ALOHA法 时间被分成多个离散时隙，电子标签必须在时隙开始处才可
(2)SELECT——选择(序列号)。用某个(事先确定的)序列号 作为所有参接数收发到送FA给IL射指令频且卡内。部具计有数器相不同等序于列0的号标的签射计数频器卡加将1。以所此有作接收到 F为AI执L指行令其且他内命部计令数(例器等如0读的标出签和将写产入生数一个据1)或的者切0的入随开机关数，，如即果选是择1，则标 这签个计数射器频加卡1，。如具果有是其0，他则序标列签计号数的器射保频持卡不变只，对并R再EQ次UE发S送T命其令识别应码答。。
把若干个使用不同载波频率的传输通 路同时供给通信用户使用。
a
Tag
Reader
b
Tag
c
Tag
a
频分多路法可将
需要传输的每路信