基于后退式索引二进制树形搜索的RFID防碰撞算法_韩宪明

须经过多次迭代才 能 识 别 标 签 ， 并且在每次迭代中 读写器都必须发送整个序列号 。 这是一种无记忆的 标签防碰撞算法 ， 不能充分利用信道的记忆功能 ， 因 此造成大量的数 据 冗 余 和 空 闲 时 隙 。 目 前 ， 这种防 碰撞算法的识别效率在阅读器范围内有大量标签存 在的情况下能维持在 ５ ０％ 。
１ 引 言
射频识别技术 （ 是１ Ｒ Ｆ Ｉ Ｄ） ９ ９ ０ 年代出现并且得 到迅速发展的非接触式自动识别技术 ， 在物流 、 智能 停车场 、 不 停 车 收 费 等 领 域 得 到 广 泛 的 应 用。 在 不能排除读写器作用范围内多 Ｒ Ｆ Ｉ Ｄ 系 统 工 作 时， 个标签同 时 存 在 的 情 况 。 一 般 情 况 下 ， 一个 Ｒ Ｆ Ｉ Ｄ 系统中的 所 有 标 签 使 用 同 一 频 率 与 读 写 器 进 行 通 信， 因此存在碰撞的问题 。 碰撞有两种基本形式 ， 第 一种是一个标签与 多 个 读 写 器 同 时 通 信 ， 即阅读器 之间的碰撞 ， 另一种 是 多 个 标 签 同 时 与 一 个 读 写 器 通信 ， 即多个标签 之 间 的 碰 撞 。 如 何 解 决 这 两 种 形 式的碰撞是 Ｒ Ｆ Ｉ Ｄ 系统急需解决的问题 。 常用的多标签防碰撞算法主要有两种 。 一种是
；定稿日期 ： 收稿日期 ： ２ ０ １ ２ ０ ８ ０ １ ２ ０ １ ２ ０ ９ ２ ５ － － － －
，Ｆ 、 动态帧时 Ａ Ｌ ＯＨＡ （ Ｆ ｒ ａ ｍ ｅ Ｓ ｌ ｏ ｔ ｔ ｅ ｄ Ａ ｌ ｏ ｈ ａ Ｓ Ａ） － ， 隙 Ａ Ｌ ＯＨＡ （ Ｄ ｎ ａ ｍ ｉ ｃ ｒ ａ ｍ ｅ Ｓ ｌ ｏ ｔ ｌ ｌ ｏ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ － Ａ ｙ 、 ， 分群时隙 Ａ Ｄ Ｆ Ｓ Ａ） Ｌ ＯＨＡ（ Ｇ ｒ ｏ ｕ ｓ ｌ ｏ ｔ Ａ ｌ ｌ ｏ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ［ ］ １ ６ － 。Ａ 等 便 于 实 现。 但 Ｇ Ｓ Ａ） Ｌ ＯＨＡ 算 法 简 单 ， 是， 随着标签数量的增加 ， 读写器的搜索性能会急剧 恶化 ， 由于时隙是随机分配的 ， 可能造成一个标签在 很长的时间内无法被识别 ， 就是所谓的 “ 饿死 ” 现象 ， 这种方法称为不确定性算法 。 另一种方法是基于二 ，Ｂ ， 包括 进制树 的 搜 索 算 法 （ Ｂ ｉ ｎ ａ ｒ ｔ ｒ ｅ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｓ） － ｙ ， ） 、 动态二进制搜索算法 （ Ｄ ｎ ａ ｍ ｉ ｃ Ｂ ｉ ｎ ａ ｒ ｔ ｒ ｅ ｅ Ｄ Ｂ Ｓ － ｙ ｙ ， 自适应二叉树搜索算法 （ Ａ ｄ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｂ ｉ ｎ ａ ｒ Ｓ ｌ ｉ ｔ ｔ ｉ ｎ ｐ ｙ ｐ ｇ 、自 适 应 查 询 树 算 法 （ Ａ Ｂ Ｓ） Ａ ｄ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｕ ｅ ｒ Ｑ ｐ ｙ ，ＡＱ 、 后退式索引二进制树形搜索 Ｓ） Ｓ ｌ ｉ ｔ ｔ ｉ ｎ ｐ ｇ （ ， 算 Ｒ ｅ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｖ ｅ Ｉ ｎ ｄ ｅ ｘ Ｂ ｉ ｎ ａ ｒ ｔ ｒ ｅ ｅ Ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｉ ｎ Ｒ Ｉ Ｂ Ｓ） － ｇ ｙ ｇ
韩宪明 ，南敬昌
（ ） 辽宁工程技术大学 电子与信息工程学院 ，辽宁 葫芦岛 １ ２ ５ １ ０ ５
摘 要： 利用后退式索引二 在分析目前针对标签防碰撞问题采用的防碰撞算法优缺点的基础上 ， 进制树形搜索算法的基本原理 ， 设计了一 种 Ｒ Ｆ Ｉ Ｄ 标 签 防 碰 撞 算 法。 该 算 法 充 分 利 用 碰 撞 节 点 的 采取调整策略 ， 能有效减少数据的 传 送 量 ， 快速高效地识别 Ｒ 信息 ， Ｆ Ｉ Ｄ 标 签。 对 该 算 法 进 行 了 仿 结果表明 ， 该算法的执行效率达到 ５ 真分析 ， ０％ 以上 。 关键词 ： 防碰撞算法 ；后退式索引 ；二进制树 ；射频识别
，ＮＡＮ ＨＡＮ Ｘ ｉ ａ ｎ ｍ ｉ ｎ Ｊ ｉ ｎ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｇ ｇ
（ ， ， ） Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ Ｉ ｎ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ Ｌ ｉ ａ ｏ ｎ ｉ ｎ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ Ｈ ｕ ｌ ｕ ｄ ａ ｏ Ｌ ｉ ａ ｏ ｎ ｉ ｎ ２ ５ １ ０ ５ Ｐ． Ｒ． Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ｆ ｆ ｇ ｇ， ｇ ｙ， ｇ１
中图分类号 ： ＴＮ ９ ２ 文献标识码 ： Ａ （ ） 文章编号 ： １ ０ ０ ４ ３ ３ ６ ５ ２ ０ １ ３ ０ ５ ０ ７ ０ ８ ０ ５ － － －
Βιβλιοθήκη BaiduＡ ｎ ｔ ｉ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ Ａ ｌ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ｆ ｏ ｒ Ｒ Ｆ Ｉ Ｄ Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｒ ｅ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｖ ｅ Ｉ ｎ ｄ ｅ ｘ － ｇ ｇ Ｂ ｉ ｎ ａ ｒ Ｔ ｒ ｅ ｅ Ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｉ ｎ － ｙ ｇ
第４ ３ 卷第 ５ 期 ２ ０ １ ３年１ ０月
微 电 子 学
Ｖ ｏ ｌ ． ４ ３，Ｎ ｏ ． ５ Ｏ ｃ ｔ ． ２ ０ １ ３
Ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ

基于后退式索引二进制树形搜索的 Ｒ Ｆ Ｉ Ｄ 防碰撞算法
： ； ； Ｋ ｅ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ｎ ｔ ｉ ｃ ｏ ｌ ｌ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ； Ｒ ｅ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｖ ｅ ｉ ｎ ｄ ｅ ｘ Ｂ ｉ ｎ ａ ｒ ｔ ｒ ｅ ｅ Ｒ Ｆ Ｉ Ｄ Ａ － ｇ ｇ ｙ ｙ ： Ｅ Ｅ Ａ Ｃ Ｃ ６ １ １ ０ 基于时隙随机分配的 Ａ 包括括帧时隙 Ｌ ＯＨＡ 算法 ，
， ａ ｎ ａ ｌ ｚ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ａ ｎ ａ ｎ ｔ ｉ ｃ ｏ ｌ ｌ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ｆ ｏ ｒ Ｒ Ｆ Ｉ Ｄ ｔ ａ ｗ ａ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｅ ｄ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｓ ｉ ｃ ｏ ｆ ｒ ｅ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｖ ｅ ｉ ｎ ｄ ｅ ｘ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｌ ｅ － ｙ ｇ ｇ ｇ ｇ ｐ ｐ ｂ ｉ ｎ ａ ｒ ｔ ｒ ｅ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ｌ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ．Ｔ ｈ ｅ ａ ｌ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ｍ ａ ｄ ｅ ｆ ｕ ｌ ｌ ｕ ｓ ｅ ｏ ｆ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｂ ｏ ｕ ｔ ｃ ｏ ｌ ｌ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ｎ ｏ ｄ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ａ ｄ ｏ ｔ ｅ ｄ － ｙ ｇ ｇ ｇ ｐ ，ａ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｅ ｔ ｏ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｔ ｈ ｅ ａ ｍ ｏ ｕ ｎ ｔ ｏ ｆ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｅ ｒ ｒ ｅ ｄ ｄ ａ ｔ ａ ｎ ｄ ｉ ｄ ｅ ｎ ｔ ｉ ｆ Ｒ Ｆ Ｉ Ｄ ｔ ａ ｓ ｕ ｉ ｃ ｋ ｌ ａ ｎ ｄ ａ ｄ ｕ ｓ ｔ ｍ ｅ ｎ ｔ ｇ ｙ ｙ ｙ ｇ ｑ ｙ ｊ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｅ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ａ ｌ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ｄ ａ ｎ ｉ ｍ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ａ ｂ ｏ ｖ ｅ ５ ０％． ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ｌ ． Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｇ ｐ ｙ ｙ
２ 防碰撞算法原理
２． １ 曼彻斯特编码 对于 一 个 确 定 的 Ｒ 任意一个 Ｆ Ｉ Ｄ 系 统 来 说， Ｒ Ｆ Ｉ Ｄ 标签 都 有 一 个 唯 一 确 定 的 电 子 产 品 识 别 码 （ ， 。 识 别 过 程 中， 读 Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ Ｃ ｏ ｄ ｅ Ｅ Ｐ Ｃ） 写器通过获取 标 签 的 Ｅ Ｐ Ｃ 来 确 定 标 签 的 身 份。 如 果读写器的作用范 围 内 有 多 个 未 被 识 别 的 标 签 时 ， 每个标签都会响应 读 写 器 的 查 询 命 令 ， 向读写器发 送自己的 Ｅ Ｐ Ｃ。 这 样 就 会 出 现 多 个 标 签 之 间 的 干 即碰撞 。 为了能 够 快 速 准 确 地 确 定 发 生 碰 撞 的 扰， ／ 位置 ， 目前大多数 Ｒ Ｆ Ｉ Ｄ 系统都采用 国 际 标 准 Ｉ Ｓ Ｏ ） 编码 Ｉ Ｃ Ｅ １ ８ ０ ０ ０ ２ ６ 中规 定 的 曼 彻 斯 特 （ Ｍ ａ ｎ ｃ ｈ ｅ ｓ ｔ ｅ ｒ ［ １ １］ 方式 ， 用电 平 跳 变 （ 上 升 沿／下 降 沿 ） 来表示数值 位 。 这种编码方式能快速有效识别出碰撞发生的位 ” ， 置 。 本文采用下降沿编码为逻辑 “ 上升沿编码为 １ ” ， 逻辑 “ 若无状 态 跳 变 ， 则 被 识 别 为 非 法 数 据。当 ０ 两个或者多个标签返回的数据对应比特位为不同值 时， 就会出现上升沿和下降沿相互抵消的情况 ， 以至 于无法跳变 。 读写 器 可 知 该 比 特 位 发 生 了 碰 撞 ， 产 生了错误 ， 应 该 进 一 步 进 行 搜 索。 例 如， 有两个标 签， 标签 １ 为 １ 标签 ２ 为 １ 均采用 ０ １ １ １ ０ ０ １， ０ １ ０ ０ ０ ０ １， 第四和第五比特位由于上升 曼彻斯特编码的形 式 ， 以至于读写器无法 沿和下降沿相互抵 消 发 生 碰 撞 ， 识别 。 碰撞过程如图 １ 所示 。 ２． ２ 二进制树搜索算法 基本二进制树搜索算法是采用阅读器控制的防 碰撞方法
） ；辽宁省博士科研启动基金资助项目 （ ） 基金项目 ：国家自然科学基金资助项目 （ ６ ０ ９ ７ １ ０ ４ ８ ２ ０ ０ ９ １ ０ ３ ３
第５期
韩宪明等 ：基于后退式索引二进制树形搜索的 Ｒ Ｆ Ｉ Ｄ 防碰撞算法
７ ０ ９
， 法、 跳跃式二进制树形搜索（ Ｊ ｕ ｍ ｉ ｎ Ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｉ ｎ ｐ ｇ ｇ ［ ］ ７ １ ３ － ） 。 这种防碰 撞 算 法 比 较 复 杂 ， 算法等 识别时 Ｊ Ｓ 间长 ， 但不存在标签被 “ 饿死 ” 的 问 题， 能１ ０ ０％ 识 别 标签 ， 故称为确定性算法 。 由于 传 统 Ｂ 当利 Ｓ 算 法 是 一 种 无 记 忆 的 算 法， 用Ｂ Ｓ算 法 经 过 反 复 搜 索 而 成 功 识 别 出 一 个 标 签 后， 为进一步寻找 其 他 的 标 签 ， 算 法 又 回 到 根 节 点， 开始下一次与前面 相 同 的 搜 索 过 程 ， 但是不使用第 因此并未减少不必要的碰撞搜索 。 一次搜索的路径 ， 传统的 Ｒ 但是还需 Ｉ Ｓ Ｂ 算 法 虽 然 克 服 了 这 一 缺 陷， 数据传输量 要读写 器 发 送 Ｅ Ｐ Ｃ 码 全 部 ｎ 位 数 据， 大 。 针对以上 问 题 ， 本文设计了一种 Ｒ Ｆ Ｉ Ｄ 标签防 碰撞算法 ， 通过减少数据传输量 ， 能达到良好的标签 识别效果 。
： Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｈ ｅ ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｔ ａ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｄ ｉ ｓ ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｔ ａ ｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｉ ｓ ｔ ｉ ｎ ａ ｎ ｔ ｉ ｃ ｏ ｌ ｌ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ｆ ｏ ｒ ｔ ａ ａ ｎ ｔ ｉ ｃ ｏ ｌ ｌ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ｗ ａ ｓ Ｔ － － ｇ ｇ ｇ ｇ ｇ