第八章RFID防碰撞技术
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（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。
（1）错误判决。即对同一个标签，如果连续多次发生碰撞，则将 导致阅读器出现错误判断，认为标签不在阅读器作用范围内。
（2）数据帧的发送过程中发生碰撞的概率很大。过多的碰撞导致 吞吐量下降系统性能降低。
解决方向： ✓ 减小碰撞发生次数 ✓ 缩短重发延时
ALOHA算法的模型图
纯ALOHA算法
思想：只要用户有数据要发送，就尽管让他们发送
纯ALOHA算法的标签读取过程： （1）各个标签随机的在某时间点上发送信息。 （2）阅读器检测收到的信息，判断是成功接收或者碰撞。 （3）若判断发生碰撞，则标签随机等待一段时间再重新发送信 息。
纯ALOHA存存在的在问的题：问题？？？
（2）多标签碰撞
电子标签1
电子标签2
电子标签4
电子标签3 电子标签5
8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞
多标签碰撞
多标签碰撞是指读写器同时收到多个标签信号而导致 无法正确读取标签信息的问题。如图读写器发出识别 命令后，在标签应答过程中可能会两个或者多个标签 同一时刻应答，或一个标签还没有完成应答时其他标 签就做出应答。它会使得标签之间的信号互相干扰， 从而造成标签无法被正常读取。 本章后续讨论的防碰撞都是针对多标签防碰撞。
第八章 RFID防碰撞技术
快速、准确、有效的防碰撞问题解决方案对 RFID技术的发展有着至关重要的作用。标签防 碰撞算法就是要解决在读写器的有效通信范围内， 多个标签如何同时与读写器进行通信的问题。在 高频（HF）频段，标签的防碰撞算法一般采用 ALOHA。在超高频（UHF）频段，主要采用二 进制树型搜索算法。本章将重点介绍这两类算法 及其扩展算法。
2、减少单个读写 器的作用范围
3、缺点是天线系统复杂， 会大幅度提高成本。
（2）频分多址FDMA法
阅读器广播命令 f1
读
f2
Байду номын сангаас
写
器
f3
f4
f5
Tag1
Tag2
Tag3
Tag5
Tag4 阅读器读写区域
1、RFID系统把 不同载波频率 的传输通道分 别提供给电子 标签用户 2、缺点是导致 读写器和标签 成本要求较高。 因此在RFID应 用中，频分多 路法很少使用。
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。
8.2 ALOHA算法
（4）时间分割TDMA
Tag1
Reader
a’ a
Tag2
a’ b’ c’ a b cb’ b
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。
Tag3
c’ c
8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞
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：
（3）码分多址(CDMA)
不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同或 时隙不同来区分，而是用各自不同的编码序列来区 分，或者说，靠信号的不同波形来区分。如果从频 域或时域来观察，多个CDMA信号是互相重叠的。 CDMA是利用不同的码序列分割成不同信道的多 址技术 。
CDMA的频带利用率低，信道容量较小，地址 码选择较难、接收时地址码捕获时间较长，其通信 频带和技术复杂性在RFID系统中难以应用。
如何解决碰撞的 问题呢？
8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞
无线通信技术中，通信碰撞的四种解决防碰撞方法： ü空分多址(SDMA) ü频分多址(FDMA) ü码分多址(CDMA) ü时分多址(TDMA)
（1）空分多址SDMA法
Tag Tag
Reader
Tag
1、自适应SDMA，电子控 制定向天线，天线的方向 直接对准某个标签
多读写器碰撞
当相邻的读写器作用范围有重叠时，多个读写器同时 读取同一个标签时可能会引起多读写器与标签之间的 干扰。如图标签同时收到3个读写器的信号，标签无法 正确解析读写器发来的查询信号。
读写器自身有能量供应，能进行较高复杂度的计算， 所以读写器能检测到碰撞产生，并通过与其他读写器 之间的交流互通来解决读写器的碰撞问题，如读写器 调度算法和功率控制算法。
8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞
2.RFID中防碰撞算法分类
8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞
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。
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
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。 各种ALOHA算法：纯ALOHA算法、时隙ALOHA算法、 帧时隙ALOHA算法、动态帧时隙ALOHA算法。
8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞
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。
2 碰撞的类型
1、多标签碰撞 2、多读写器碰撞
（1）多读写器碰撞
电子标签1
电子标签2
电子标签4
电子标签3 电子标签5
8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞
（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。
（1）错误判决。即对同一个标签，如果连续多次发生碰撞，则将 导致阅读器出现错误判断，认为标签不在阅读器作用范围内。
（2）数据帧的发送过程中发生碰撞的概率很大。过多的碰撞导致 吞吐量下降系统性能降低。
解决方向： ✓ 减小碰撞发生次数 ✓ 缩短重发延时
ALOHA算法的模型图
纯ALOHA算法
思想：只要用户有数据要发送，就尽管让他们发送
纯ALOHA算法的标签读取过程： （1）各个标签随机的在某时间点上发送信息。 （2）阅读器检测收到的信息，判断是成功接收或者碰撞。 （3）若判断发生碰撞，则标签随机等待一段时间再重新发送信 息。
纯ALOHA存存在的在问的题：问题？？？
（2）多标签碰撞
电子标签1
电子标签2
电子标签4
电子标签3 电子标签5
8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞
多标签碰撞
多标签碰撞是指读写器同时收到多个标签信号而导致 无法正确读取标签信息的问题。如图读写器发出识别 命令后，在标签应答过程中可能会两个或者多个标签 同一时刻应答，或一个标签还没有完成应答时其他标 签就做出应答。它会使得标签之间的信号互相干扰， 从而造成标签无法被正常读取。 本章后续讨论的防碰撞都是针对多标签防碰撞。
第八章 RFID防碰撞技术
快速、准确、有效的防碰撞问题解决方案对 RFID技术的发展有着至关重要的作用。标签防 碰撞算法就是要解决在读写器的有效通信范围内， 多个标签如何同时与读写器进行通信的问题。在 高频（HF）频段，标签的防碰撞算法一般采用 ALOHA。在超高频（UHF）频段，主要采用二 进制树型搜索算法。本章将重点介绍这两类算法 及其扩展算法。
2、减少单个读写 器的作用范围
3、缺点是天线系统复杂， 会大幅度提高成本。
（2）频分多址FDMA法
阅读器广播命令 f1
读
f2
Байду номын сангаас
写
器
f3
f4
f5
Tag1
Tag2
Tag3
Tag5
Tag4 阅读器读写区域
1、RFID系统把 不同载波频率 的传输通道分 别提供给电子 标签用户 2、缺点是导致 读写器和标签 成本要求较高。 因此在RFID应 用中，频分多 路法很少使用。
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。
8.2 ALOHA算法
（4）时间分割TDMA
Tag1
Reader
a’ a
Tag2
a’ b’ c’ a b cb’ b
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。
Tag3
c’ c
8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞
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：
（3）码分多址(CDMA)
不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同或 时隙不同来区分，而是用各自不同的编码序列来区 分，或者说，靠信号的不同波形来区分。如果从频 域或时域来观察，多个CDMA信号是互相重叠的。 CDMA是利用不同的码序列分割成不同信道的多 址技术 。
CDMA的频带利用率低，信道容量较小，地址 码选择较难、接收时地址码捕获时间较长，其通信 频带和技术复杂性在RFID系统中难以应用。
如何解决碰撞的 问题呢？
8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞
无线通信技术中，通信碰撞的四种解决防碰撞方法： ü空分多址(SDMA) ü频分多址(FDMA) ü码分多址(CDMA) ü时分多址(TDMA)
（1）空分多址SDMA法
Tag Tag
Reader
Tag
1、自适应SDMA，电子控 制定向天线，天线的方向 直接对准某个标签
多读写器碰撞
当相邻的读写器作用范围有重叠时，多个读写器同时 读取同一个标签时可能会引起多读写器与标签之间的 干扰。如图标签同时收到3个读写器的信号，标签无法 正确解析读写器发来的查询信号。
读写器自身有能量供应，能进行较高复杂度的计算， 所以读写器能检测到碰撞产生，并通过与其他读写器 之间的交流互通来解决读写器的碰撞问题，如读写器 调度算法和功率控制算法。
8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞
2.RFID中防碰撞算法分类
8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞
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。
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
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。 各种ALOHA算法：纯ALOHA算法、时隙ALOHA算法、 帧时隙ALOHA算法、动态帧时隙ALOHA算法。
8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞
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。
2 碰撞的类型
1、多标签碰撞 2、多读写器碰撞
（1）多读写器碰撞
电子标签1
电子标签2
电子标签4
电子标签3 电子标签5
8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞