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基于空闲时隙消除的超高频RFID防碰撞算法

更新时间：2019-12-24 00:37:57 大小：2M 上传用户：zhiyao6查看TA发布的资源 标签：RFID防碰撞算法 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

标签防碰撞是射频识别系统中的一项重要研究课题.为了进一步提高射频识别系统的性能和降低复杂度,提出了一种基于空闲时隙消除的二进制分裂算法.该算法在二进制分裂算法中引入了单比特状态标识位,在识别过程中,标签在ID数据传输之前先发送单比特随机信号,用于判定时隙是否碰撞,从而避免了冗余的信息传输.由于该算法彻底消除了传统二进制随机数分裂方法中的空闲时隙,因此节省了识别过程中的协调时间开销.最后通过理论分析和仿真结果证明:ISE-BS算法的吞吐率稳定在40.65%左右,时间效率稳定在32.46%左右,ISE-BS算法相比于现有的防碰撞算法性能更优.从实现的角度,比较了各个算法的浮点运算成本,结果显示提出的算法可以极大的降低系统复杂度.


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2
Vol． 45 No． 2  
Feb． 2017  
第
期
电
子
学
报
2017  
2
ACTA ELECTRONICA SINICA  
年
月
RFID  
基于空闲时隙消除的超高频  
防碰撞算法  
1，2  
2
3
2
4
， ， ， ，  
苏 健 谢良波 杨 颖 文光俊 孟庆微  
( 1．  
，
南京信息工程大学计算机与软件学院 江苏南京  
210044; 2．  
，
611731  
电子科技大学通信与信息工程学院 四川成都  
710077)  
空军工程大学信息与导航学院 陕西西安  
3． ， 610059; 4．  
成都理工大学管理科学学院 四川成都  
:
．
标签防碰撞是射频识别系统中的一项重要研究课题 为了进一步提高射频识别系统的性能和降低复杂  
摘
要
， ． ，  
度 提出了一种基于空闲时隙消除的二进制分裂算法 该算法在二进制分裂算法中引入了单比特状态标识位 在识别  
，
ID  
， ， ．  
数据传输之前先发送单比特随机信号 用于判定时隙是否碰撞 从而避免了冗余的信息传输 由于  
过程中 标签在  
该算法彻底消除了传统二进制随机数分裂方法中的空闲时隙 因此节省了识别过程中的协调时间开销 最后通过理论  
: ISE-BS 40． 65% 32． 46% ，ISE-BS  
算法相比于现  
，
．
，
分析和仿真结果证明  
算法的吞吐率稳定在  
左右 时间效率稳定在  
左右  
． ， ，  
有的防碰撞算法性能更优 从实现的角度 比较了各个算法的浮点运算成本 结果显示提出的算法可以极大的降低系  
．
统复杂度  
关键词  
中图分类号  
URL: http: / /www． ejournal． org． cn  
:
;
;
;
射频识别 防碰撞 吞吐率 时间效率  
:
TP399  
:
A
: 0372-2112 ( 2017) 02-0307-08  
DOI: 10． 3969 /j． issn． 0372-2112． 2017． 02． 007  
文献标识码  
文章编号  
电子学报  
Idle Slots Elimination Based Anti-collision Algorithm for UHF RFID  
1，2  
2
3
2
4
SU Jian ，XIE Liang-bo ，YANG Ying ，WEN Guang-jun ，MENG Qing-wei  
( 1． School of Computer and Software，Nanjing University of Information Science and Technology，Nanjing，Jiangsu 210044，China;  
2． School of Communications and Information Engineering，University of Electronic Science and Technology of China Chengdu，Sichuan 611731，China;  
3． School of Management Science，Chengdu University of Technology，Chengdu，Sichuan 610059，China;  
4． Information and Navigation College，Air Force Engineering University，Xi＇an，Shaanxi 710077，China)  
Abstract: Tag collision avoidance is a critical issue in RFID system． In order to further improve the performance of RFID  
system and reduce the computation complexity，an efficient idle slots elimination anti-collision algorithm based on binary splitting  
( ISE-BS) is proposed． In ISE-BS，one bit control flag signal is introduced to transmit before data exchange，where tag collision  
can be informed by control signal and the unnecessary data exchange between a reader and tags can be further avoided． Since the  
idle slots during BS algorithm are eliminated by ISE-BS，coordination transmission time of identification process is saved． Simula-  
tion results show that the proposed ISE-BS algorithm achieves throughput of 0．4065 and time efficiency of 0．3247，outperforms the  
existing anti-collision algorithms． To the view of implement，we compare the floating point operations( FLOP) cost of various al-  
gorithms． The results show that the proposed algorithm significantly reduces the system＇s complexity．  
Key words: radio frequency identification; anti-collision; throughput; time efficiency  
［2，3］  
( UHF)  
RFID  
， ，  
由于其通信距离长 识别速度快 存储  
1
引言  
， ， ．  
容量大 低成本等优点 更受青睐 要实现多目标快速同  
RFID( Radio frequency Identification)  
作为物联网感  
，
时识别 就需要解决由于多标签竞争同一信号而导致  
，
知层的关键技术之一 能实现多目标快速识别而被广  
．
的多标签碰撞问题 而解决标签碰撞问题就需要引入  
， 、 ，  
泛应用于各个领域 特别是物流管理 供应链管理 食品  
，
防碰撞算法 通过防碰撞算法来实现多目标产品的追  
［1］  
， ，  
生产 生物 电子及 制药 工 业自 动 化 等 领 域  
．
在 在  
． UHF RFID  
频段的  
踪与识别  
产品由于读写器覆盖范围  
， ， UHF  
广 处于读写器工作域内的标签数目很多 就使得  
RFID  
，
技 术 所 涵 盖 的 众 多 频 段 中 无 源 超 高 频  
: 2015-09-11;  
: 2015-12-29; :  
责任编辑 马兰英  
收稿日期  
修回日期  
:
基金项目 国家自然科学基金  
( No． 61371047，No． 61401499)  
308  
2017  
年
电
子
学
报
RFID  
RFID  
实现  
． ，  
系统的 标 签 碰 撞 问 题 更 为 突 出 因 此 在  
UHF  
0 /1，  
碰撞的标签其计数器值随机加上 其余标签计数器  
、 、  
系统中引入高效 稳定 且易实现的防碰撞算法是  
1， ，  
值加 直到某个分组仅包含一个标签 读写器就可以  
UHF RFID  
．
产业化的关键  
．
识别该标签 尽管  
BS  
‘ ’ ，  
算法不存在 标签饥饿 问题 但  
［4 ～ 6］  
，
典型的 标签防碰撞算法可以分为概率性算法  
是由于标签群分裂所引起的空闲时隙会造成较高的识  
［7 ～ 9］  
．
( query  
和确定性算法  
确定性算法又称为查询树  
． ，  
别延迟 近年来 有研究者提出了一种自适应二进制树  
［15］  
tree，QT)  
， ．  
算法 主要基于碰撞比特识别和追踪技术 然  
Aloha( ABTSA)  
，
Alo-  
隙
的混合防碰撞算法 该算法将  
算法结合起来从而实现更好的识别效  
BS ABTSA  
可以实  
， UHF RFID  
而 在  
，
系统中 由于读写器端的接收信号存  
ha  
BS  
类算法与  
Aloha  
，
在频率偏移 导致读写器不能有效的检测到具体的碰  
．
率 与  
，
算法和  
算法相比 虽然  
，
撞位 因此使得  
QT UHF RFID  
类算法难以应用到  
系统  
ISO/IEC 18000 －  
或者  
，
现更好的吞吐率 但是该算法的实施需要级联两种不  
［10］  
，
中 诸如  
EPCglobal C1 Gen2  
， ，  
同的算法 要求标签同时支持两种截然不同的架构 导  
［9］  
6B  
．
EPCglobal C1 Gen2  
，
系统中 不同标签的调制信  
在
．
致算法实现复杂度高  
［11］  
22%  
，
这就意味着不同标签  
号的符号速率偏移高达  
UHF RFID  
，
为了提高  
一种基于空闲时隙消除的二进制分裂算法  
elimination based binary splitting，ISE-BS) ． ISE-BS  
系统的识别效率 本文提出了  
( idle slots  
算法  
引入了单比特标识位 利用该标识位对标签组进行辅  
BS  
24  
(
微秒 μ  
s) ．  
， ISO/  
类似地 在  
的响应最大间隔时间为  
IEC 18000 － 6B  
，
标 准 中 标 签 的 符 号 数 率 偏 差 高  
15% ．  
达
，
［4，6，11 ～ 14］  
Aloha  
概率性算法可以分为  
类算法  
和二进  
类算法的基  
本思想是 读写器发送查询命令后 标签随机选择一个  
，
助分裂 不但消除了  
算法中由于标签分裂所产生的  
［5］  
( binary splitting，BS) ． Aloha  
制分裂算法  
， ISE-BS  
空闲时隙 且  
算法所设计的碰撞仲裁策略节省  
，
，
， ．  
了协调传输时间 从而提高了系统识别效率 性能分析  
，
时隙来响应 读写器检测标签的响应并判断是否产生  
，ISE-BS  
，
算法无论在吞吐率 时间效  
和仿真结果显示  
， ，  
碰撞 如果检测到碰撞 读写器发送命令让标签停止发  
， ，  
率 识别延迟 还是计算复杂度等方面都优于现有算法  
．
， ．  
送数据 各个标签随机延迟一段时间再发送 这类算法  
2
算法描述  
: ，  
的关键是 通过延迟不同的随机时间 来降低碰撞的概  
．
Aloha  
Q
算
率 目前国内外一些先进的  
类算法主要包括  
( Maximum a posteriori es-  
最大后验概率估计算法  
2. 1 BS  
算法  
［10］  
，
法
BS  
1
算法的流程图如图 所示  
．
［4］  
timation，MAP  
， Aloha  
基 于 分 组 动 态 帧 时 隙 算 法  
T
从图中可以看出每个标签都有一个计数器 和一  
c
［12］  
( grouped dynamic frame slotted Aloha，GDFSA  
、
快速防  
Q．  
个二进制随机数发生器 根据接收到的标签的响应数  
［13］  
( fast anti-collision algorithm，FACA)  
、
提高型  
碰撞算法  
，
: ID  
，ID  
成
据 读写器会给出三种不同的反馈信号  
碰撞  
碰撞表示单前有多个标签同时向读  
． ID  
( improved linearized combinatorial  
线性 组 合 模 型 算 法  
．
功和空闲 其中  
ID  
［14］  
model，ILCM)  
．
MAP  
算法基于最大后验概率  
等 其中  
估计标签数 涉及最优化运算 因此计算复杂度较高 难  
． GDFSA  
，
写器发送数据 导致读写器无法正确识别标签  
成功  
，
，
，
以应用于移动读写器  
算法首先预估待识别的  
标签数 然后采用分组以及动态帧时隙策略对标签进  
MAP ，GDFSA  
，
．
行识别 同  
的迭代搜索来对标签数进行预估 这一过程增加了读  
． FACA  
算法类似  
算法同样需要不断  
，
写器的开销  
算法通过帧内早期观察来判断当前  
，
帧是否最优 该算法的优点是对标签数的估计和帧长  
， ，  
的调整所依据的理论公式相对简单 复杂度低 缺点是  
． ILCM ( floating  
引入适度的浮点运算  
识别性能亟待提高  
point operations，FLOP)  
，
成本 可以作为标签估计方法应  
． ILCM  
用于防碰撞算法中  
估计过程中的能量消耗 缺点是它的性能随着标签数  
，Aloha  
算法的优点是降低了标签数  
，
．
的增加而恶化 此外  
类算法并不能保证标签完  
， ‘ ’ ，  
全识别 也就是存在 标签饿死 的问题 且识别性能对  
． ， ，  
标签数敏感 因此 本文对此类算法不做过多探讨 将重  
BS  
．
点放在  
BS  
算法  
0 /1  
，
算法利用二进制随机数  
将标签进行分组  

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