常见的RFID标签估算方法及其统计分析

ｗｗ ｍｅ ｎ ｔ ｃ ｍ ． Ｉ ｗ． ｓ ｅ ． ｏ Ｃ １
专 题 论 述
成功发送 信息的时隙概率为 ：
ｃ 一 Ｂ
，
由１一 （一１ （ １ ） ）
（ ３ ）
（ ４ ）
２ 常 用 的标 签 估 算 方 法
ＲＦ Ｄ系 统 中对 标 签 数 目 的估 算 ， 要 依 靠 每 一 轮 中 Ｉ 主 阅读 器 帧 时 隙信 息 的 反 馈 ， 括 帧 时 隙 中 空 时 隙 数 目 ａ 、 包 。
图 １ 各 种 时 隙 概 率 与标 签 数 量 的 关 系
对 公 式 （ ） 导 数 ， 以得 到 ： ５求 可
ｄ Ｓ
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￡ Ｎ ，ｏ ａ ａ （ ａ ， ｌ， ） 一 ｍ ｉ ｎ
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１１ ） ＋ １ ）１１ ） 一１一 昔（ （ 一 一ｎ 一１一
其 中 ａ 、 ａ 表 示 实 际 测 到 的 空 闲 、 功 以 及 碰 撞 时 隙 。 ａ 、 成 数 。 在标 签 数 取 值 范 围 ｎ ｛ ａ＋２・ ， ， Ｅ （ ａ ） … ２・（ ２・ ａ＋
ｍ ｅ ｈ ｄｓ ｕ ｉ ｏ ｐｕ ｅ ｉ ｕ ａ ｉ ｘｐ ｒｍ ｅ ｎｄ ｓａ ｉｔｃ ｅ ｈｏ ． ｔ ｏ ｓｎｇ ｃ ｍ ｔ ｒ ｓｍ ｌ ｔｏｎ ｅ ｅ ｉ ｎｔａ ｔ ｔｓ ｉｓ ｍ ｔ ｄｓ Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ：ＲＦＩ ；ａ ｉｃ ｌｉｉ Ｄ ｎｔ— ｏ ｌ ｏｎ； ｔ ｇ ｕａ ｉｙ ｅ ｔｍ ａ ｉ ｓ ａ ｓ ｑ ｎｔｔ ｓ ｉ ｔｏｎ；ｓ ａ ｉｔｃ ｌａ ｌ ｉ ｔ ｔｓ ｉａ ｎａｙｓｓ
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ｐ Ｃ 一１ ｅ 。…． （ 一Ｎ１ （ Ｃ ） 兽 ￣ ｓ … ） 一 ２ ｚ。 ９ ～ 。
１ 一 ｎ
因此 标 签 数 目为 ａ ＋２ ３ ． ９・ａ 。
③ Ｋｈ ｎ ｅｗａ 预 测 ＿ 。通 过 空 闲 时 隙 概 率 公 式 （ ） ａ ｄｌ ｌ ｇ ］ ２
算 法 。其 中在 基 于 Ａ Ｏ Ｌ ＨＡ 的 算 法 中 使 用 最 为 广 泛 的 是
动 态 帧 时 隙 ＡＬ ＯＨＡ 算 法 。该 方 法 可 以 根 据 作 用 范 围 内
的标 签 数 量 对 系 统 帧 长 度 Ｎ 进 行 调 整 ， 系 统 效 率 保 持 使
最优状 态。由 于系统 作 用范 围 内的标 签 数量 是 未知 的 ， ＲＩ Ｆ Ｄ系 统 必 须 预 先 对 标 签 进 行 数 量 估 算 ， 后 根 据 估 算 然 结 果 对 帧 长 度 Ｎ 进 行 调 整 。 因 此 ， 签 估 算 方 法 的 估 算 标
≥
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。
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。＿ 。
常 见 的 ＲＦ Ｄ标 签 估 算 方 法 及 其 统 计 分 析 Ｉ
丁 晓 叶 ， 洪江 贺
（ 北 工 程 大 学 信息 与 电气 工 程 学 院 ， 郸 ０ ６ ３ ） 河 邯 ５ ０８
摘 要 ：随 着射 频 识 别技 术在 诸 多领 域 的 应 用 ， 反 碰 撞 问题 也 得 到 了广 泛 的 关 注 。标 签 估 算 作 为 动 态 帧 时 隙 ＡＬ 其 ＯＨＡ 算 法 中的 关 键 ， 估 算 精 确 度 对 系统 识 别 有 着 直接 的影 响 。在 对 常见 的标 签 估 算方 法进 行 介 绍 的基 础 上 ， 文 通 过 计 算 其 本
机 仿 真 实验 和 统 计 的 不 同方 法 ， 估 算 准 确 度 和 稳 定性 等 方 面进 行 了分析 和 对 比 。 在 关 键 词 ：ＲＦ Ｄ； 碰 撞 ； 签 估 算 ； 计 分析 Ｉ 反 标 统 中 图 分 类 号 ：ＴＰ ０ ． ３１６ 文 献 标 识 码 ：Ａ
Ｓ ａ ｉｔ ａ ａｙ ｉ ｏ ａ ａ ｔ ｙ Ｅ ｔ ｔｔ ｉ ｌ ｓ ｃ Ａｎ ｌｓｓ ｆＴ ｇ Ｑｕ ｎ ｉ ｓ ｉ ｔ ｎ Ｍｅ ｈ ｄ ｉ ＲＦ Ｄ Ｓ ｓｅ ｔ ｍａ ｉ ｔ ｏ ｎ ｏ Ｉ ｙ ｔ ｍ
发生碰撞 的时隙概率为 ：
Ｃ 一∑ ｎＢ卡ｒ一１ 。 １ ＿ （ 。 ． ） 一Ｃ一Ｃ
成功发送 信 息 的 时隙数 目 ａ以及 发 生 碰撞 的时 隙数 目 ａ 。 目前 经 常 使 用 的标 签 估 算 方 法 有 ： ① 最 小 预 测 （ｏ ｏ ｎ ） － 。 由 于 在 碰 撞 时 隙 中 至 １ ｂ ｕ ｄ Ｃ７ ｗ ６７ 少 有 两 个 以上 标 签 存 在 ， 此 阅 读 器 作用 范 围 内 的 标 签 数 因
频 分 多 址 （ ＤＭＡ） 码 分 多 址 （ ＤＭＡ） 时 分 多 址 （ Ｆ 、 Ｃ 和 ＴＤ—
本 文首 先 对 ＲＦ Ｄ 系 统 中 常 见 的 概 率 统 计关 系 进 行 Ｉ
了分 析 ， 后 介 绍 目前 经 常 使 用 的标 签 估 算 方 法 ， 后 在 然 最
计 算 机 仿 真 实 验基 础 上 利 用 统 计 方 法 对 不 同 标 签 估 算 方
（ ）［ ｎ－１ ］。 ｃ 一 ・ ～ 一 ｅ 一 ＋ ｎ ）
当标 签 数 量 ｎ很 大 时 ， 以得 到 ： 可
Ｎ ≈ 一 芒 专
也 就 是 说 ， 系 统 帧 长 度 Ｎ 与 标 签 数 量 ｎ基 本 相 等 当
时， 系统有着最 高的吞吐率 ：
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Ｓ 一 （ ） Ｎ－ 一 １ 一≈＿ － 一 ９￣ ｎ － ＿

Ｂ ， ： ） 一 ” 一（（ ） ｎ ｌ ） （
则空时隙概率为 ：
ｃ。一 Ｂ
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（ ２ ）
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１ ４
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２ ０ 第 ８期 １ １年
目至 少 为 ａ ＋２・ａ 。
图 １所 示 的是 在 系 统 帧 长 度 为 ２ ６ 标 签 数 目在 ０ ５、 ～
２０ ０ ０范 围 时 ， 时 隙 概 率 的 变 化 曲 线 。 系 统 吞 吐 率 可 以 各
表示为 ：
ｓ一 帧 长 度 Ｎ ～ ㈤
② Ｓ ｈ ｕ 预 测 ］ 考 虑 当 帧 长 度 Ｎ 与 标 签 数 相 等 ｃｏ ｔ 。 时 ， 到 每 个 碰 撞 时 隙平 均包 含 的 标 签 数 Ｂ 得 。
可 以得 到 本 轮 发 送 信 息 的标 签 数 目 。
ｎ 一 ～
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一
（ ｏ １）
（ ） 卜
值 得 注 意 的是 这 种 方 法 在 空 闲 时 隙 数 ａ为 零 时 无 法 使 用 。 。
当 这 种 情 况 发 生 时 经 常使 用 ｌｗ ｂ ｕ ｄ方 法 进 行 替 代 。 ｏ ｏ ｎ ④ Ｖｏ ｔ 测 ］ ｇ预 。通 过 Ｃ ｅ ｙ ｈ ｖ不 等 式 比较 实 际 ｈ ｂ ｓｅ 中的空 闲、 别 、 撞 时隙数 与理论 期望 的空 闲 、 别 、 识 碰 识 碰 撞 时 隙 数 的 差 距 ， 图找 到是 两 者 差 距 最 小 的 标 签数 ｎ 试 。
法 进行 了分 析 和 对 比。
ＭＡ） 在 大 多 数 ＲＦ Ｄ 系 统 中 ， 分 多 址 方 法 由 于 其 便 。 Ｉ 时 于 操 作 的优 点 而 得 到 了广 泛 的 应 用 。 基 于 时 分 多 址 的 反 碰 撞 算 法 主 要 分 为 两 种 ： 于 ＡＬ 基 ＯＨＡ 和 基 于 树 的
准 确 性 直 接 影 响 系统 的识 别 效 率 。
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在 目前 的标 签 估 算 算 法 研 究 中 ， 者 经 常 使 用 多 次 估 学 算 求 误 差 平 均 值 的方 法 得 到 该 方 法 的估 算 误 差 ， 使 用 该 并 平 均 值 作 为 衡 量 算 法 好 坏 的指 标 。但 是 在 现 实 应 用 中 ， 除 对 估 算 误 差 平 均 值 进 行 考 虑 外 ， 往 对 于不 同方 法 的估 算 往
信 时 共 享 同 一 信 道 ， 阅 读 器 作 用 范 围 内有 两 个 或 者 两 个 当 以上 标 签 同 时 向阅 读 器 发 送 信 息 时 就 会 产 生 干 扰 ， 致 阅 导
读器无法成功对标签进 行识别 ， 种 现象称 为标 签碰撞 。 这 解 决 这 一 问 题 的算 法 称 为 ＲＦ Ｄ标 签 反 碰 撞 算 法 。 Ｉ 反 碰 撞 算 法 中最 常 使 用 的方 法 有 空 分 多 址 （ ＤＭＡ） Ｓ 、
１ 动态帧时隙 Ａ Ｏ Ｌ ＨＡ算 法 概 率 分 析
在 动 态 帧 时 隙算 法 中 ， 设 帧 长 度 为 Ｎ， 签 数 为 ｎ 假 标 ， 由 于标 签选 择 各个 时 隙 的概 率相 同 ， 根 据 二项 式 分 布 原 则 理 ， 一 时 隙 内 出 现 ｒ 标 签 的概 率 为 ： 同 个
稳 定 性 以及 该 方 法 最 优 和 最 差 状 态 下 的 误 差 大 小 等 方 面 也有 着 一 定 的要 求 。
无 线射 频识 别 （ ｄｏ Ｆ ｅ ｕ ｎ ｙＩｅ ｔ ｉａｉｎ ＲＦ Ｄ） Ｒａ ｉ ｒｑ ｅ ｃ ｄ ｎ ｉ ｃｔ ， Ｉ ｆ ｏ 技 术 是 一 种 非 接 触 的 自动 识 别 技 术 ， 于 其 诸 多 优 点 ， 由 已 经 在 许 多 领 域 得 到 了 广 泛 的 应 用 。典 型 的 ＲＦ Ｄ 系 统 由 Ｉ 阅读 器 和 电 子 标 签 组 成 。 由 于 各 个 电 子 标 签 和 阅读 器 通
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如图 ２所示 ， 帧长 度 Ｎ不 同的条 件下 ， 当标签 数 量 ｎ
与帧长度相等时 ， 系统 具 有 最 高吞 吐 率 。