读写器的防碰撞算法

摘要

射频识别（Radio Frequency Identify，RFID）技术是一种无线通信技术。多目标识别是RFID技术的优点，同时也是一项富有挑战性的技术。阅读器碰撞是RFID技术的关键性问题，它会影响RFID的读取速度。本文主要介绍基于调度和基于有效范围的阅读器反碰撞算法，如LLCR，Colowave，Pulse等，并对它们做了总体比较与评价。

关键词: 射频识别；阅读器碰撞；基于调度；基于有效范围

Abstract

RFID is regarded as a wireless communication technology, which possesses many advantages. Multi-target identification is both the advantage and the challenge of RFID technology. Reader collision ,which affects the speed of RFID,is a key problem of RFID technology. The main part of the paper focuses on the scheduling-based and coverage-based reader anti-collision algorithms, such as LLCR, Colorwave, Pulse, etc. Meanwhile the overall comparison and estimation of the algorithms is given Keywords: RFID; Reader collision; Scheduling-based; Coverage-based

I

第1章引言

1.1课题研究背景

无线射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术是一种从二十世纪90年代兴起的一种非接触的自动识别技术。它的工作原理是利用射频信号和空间耦合传输特性进行非接触式双向通信，实现对被识别物体的自动识别并获取相关数据[1]。

RFID系统由射频读卡器，标签和软件系统组成。随着物联网的兴起，RFID系统被广泛应用于物流，仓储等领域。例如，射频读卡器被安装在手机中，通过3G网络或者WiFi网络提供服务。用户可以通过查询贴在电影海报上的标签，从网上获得这部电影的相关信息，然后用户可以观看这部电影的预告片或者决定是否要购买电影票。另外，通过读取贴在超市货架产品上的RFID 标签，消费者可以获得产品的重要信息，诸如产地，使用方法，有效期等。

作为又快又准的信息采集与处理技术，RFID技术被世界公认为21世纪十大重要技术之一，它是继移动通讯技术，互联网技术之后影响全球经济与人民生活的一项革命性技术[2]。RFID系统有诸多的优点，如射频读卡器可以覆盖较大的范围，在这范围内获得多个标签的信息。同时RFID的标签包含的信息容量要比传统的条形码多。另外，它具有精度高，抗干扰能力强，使用寿命长，覆盖范围广，适应环境能力强等优点。随着RFID技术的不断发展，在物流，交通，零售等领域将占有举足轻重的地位，具有广阔的应用前景。

近年来，国内外都非常重视RFID技术的研发与运用[3]。自2003年，美国国防部与沃尔玛开始推动RFID应用以来，RFID取得了飞速的发展。2007年到2009年，全球RFID市场进入了快速增长阶段，其年均增长率超过50%，在此之后保持着平稳的增长态势[4]。在欧美等发达国家，RFID技术的研究与应用已经达到相当高的水平，例如，日本索尼公司利用RFID技术，将RFID标签与闭路电视摄像头相互整合来检测库存，提高了安全性[5]；西班牙利用RFID精简了医药供应链；荷兰采用RFID标签来监控花的栽培过程。

相对于发达的欧美国家，我国国内的RFID技术的研究与应用还处于落后阶段。但是在某些领域内已经有所应用，如交通，物流等领域。随着RFID的深入研究及应用普及，我国的RFID将大规模的运用。

II

1.2课题研究意义

作为一种新兴的技术，RFID虽然有着诸多优点，但是还存在一些不足，例如：RFID系统的识别率不高，标准不统一，标准进程缓慢，成本偏高等。现在，统一RFID技术的标准是当前的一个焦点问题。因为存在标签碰撞和阅读器碰撞，标签识别率较低，这对于研究快速，准确，有效的防碰撞问题是一个非常有意义的课题。

RFID系统中的碰撞问题主要有两类。第一种是标签碰撞，第二种是阅读器碰撞。本文主要探讨阅读器碰撞以及针对它的防碰撞算法。

在RFID应用系统中，阅读器是读取标签中的信息并将其输入软件系统来获取该产品对应信息的工具。由于功率的限制，每个阅读器的读写范围都是有限的，这个范围称作询问区，只有在询问区内，标签和阅读器才能进行通信。当需要大面积部署阅读器时，多个阅读器之间的询问区域会产生重叠，这样就产生了同频干扰，此时阅读器之间会出现信息碰撞问题。由阅读器的操作而引起的阅读器之间的相互干扰被称为阅读器碰撞。

在实际的应用中，由于阅读器网络的拓扑结构基本不变，所以可以通过给阅读器分配不同的频率或者时隙，碰撞问题将得到有效解决。另外，为了获得最优解，我们可以利用遗传算法来解决，从而将阅读器的网络布局最优化。

1.3国内外研究现状

1.3.1国内研究阅读器反碰撞现状

Kim.J等人将RFID阅读器网络分成具有一定层次的阅读器簇结构[6]，根据一定的权值动态调整每一簇间询问半径，在保证区域内所有标签均被覆盖的前提下，减少阅读器簇间的询问重叠区域，从而最小化阅读器网络中的阅读器碰撞。该方案在现实中难以实施，因为RFID应用环境非常复杂，阅读器簇间询问半径的动态调整策略难以确定。Anusha S.和Iyer S.针对仓储应用中大量物品的识别和追踪问题，采用手持阅读器策略来一次对所有物品进行识别[7]。在给定的应用环境和相应特性阅读器的情况下，该系统能自动生成关于所有阅读器数量，方位安排和移动式等布局信息。但是该方案在阅读器询问区一旦出现混淆情形下，就会失效。R.E.Bellamn和S.E.Dreyfus提出了Q-Learning算法，

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