物聯(lián)網(wǎng)RFID反碰撞問題研究.pdf

1、物聯(lián)網(wǎng)(InternetofThings)是最近剛剛提出來的利用EPC(ElectronicProductCode)、RFID(RadioFrequencyIdentification)通信技術實現(xiàn)全球物品信息共享的一個建立在Internet上的全球網(wǎng)絡。其目的是實現(xiàn)“物與物”之間互聯(lián)。在物聯(lián)網(wǎng)眾多關鍵技術中，附有EPC代碼信息的電子標簽識別問題是其最首要的一環(huán)。 當閱讀器信號作用范圍內(nèi)存在多個標簽，同一時刻有兩個或者以上的標簽

2、向閱讀器返回信息時，將產(chǎn)生沖突，稱為標簽沖突。另外，當一個標簽同時處于兩個或多個閱讀器的問詢區(qū)，同一時間有兩個或以上閱讀器試圖與這個標簽通信時，也將產(chǎn)生沖突，稱為閱讀器沖突。解決沖突的算法稱為反碰撞算法。傳統(tǒng)的無線電技術已有空分多路法、頻分多路法、時分多路法以及碼分多路法來解決類似問題。但是物聯(lián)網(wǎng)的電子標簽由于成本限制，其功能是有限的。在和閱讀器通信的過程中既不能區(qū)分不同的閱讀器，也不能在和閱讀器的通信過程中發(fā)揮一定的輔助作用，不支持復

3、雜的通信協(xié)議，所使用的工作頻帶有限制。另一方面，閱讀器只影響和它相毗鄰的通信媒體；標簽內(nèi)包含的信息量很少，閱讀器與標簽之間的通信時間很短。因此，物聯(lián)網(wǎng)中射頻識別問題與傳統(tǒng)的無線信道多路訪問問題有很多不同之處。 本論文主要對物聯(lián)網(wǎng)中RFID反碰撞問題進行理論和應用方面的研究，其貢獻在于： 一、論文從電磁耦合的角度介紹了射頻識別技術中的通信實質(zhì)，指出射頻識別系統(tǒng)中的反碰撞問題仍屬于多路信道訪問的范疇。根據(jù)射頻識別系統(tǒng)的特點，

4、最適合的多路信道訪問方式主要為時分多路訪問。 二、針對解決標簽沖突的隨機ALOHA類消解方案其效率較低，特別是隨著標簽數(shù)量的擴大，性能均激劇惡化的特點。本文創(chuàng)造性提出雙向二進制指數(shù)索引算法協(xié)議，根據(jù)閱讀器每次識別的結果，標簽以遞增或遞減方式修改其應答概率。其識別過程可以用馬爾可夫吸收鏈理論進行刻劃描述。最終實驗結果表明：該算法識別效率在最好時為0.42，在動態(tài)以及標簽數(shù)量急劇增大的情況下也可以穩(wěn)定地達到0.322，性能極其穩(wěn)定。

5、 三、為了降低標簽的成本，文中進一步分析了雙向二進制指數(shù)索引算法在識別效率能初步達到最優(yōu)的情況下，標簽可以取的極小狀態(tài)級別數(shù)k=4；標簽應答概率動態(tài)變化時，遞增或遞減的幅度x=1.5時性能更加合理。 四、解決標簽沖突的確定性方案主要是樹型類算法，已存在的算法協(xié)議缺陷在于閱讀器未充分利用以前的識別信息。本文分析碰撞時的特點，提出基于后退式索引的二進制樹型反碰撞算法：①、碰撞發(fā)生時，根據(jù)碰撞的最高位，跳躍式向前搜索；②、無碰

6、撞時，采取后退策略，最終能夠快速地識別所有標簽。實驗結果及數(shù)學歸納法證明表明：識別n個標簽，閱讀器共需要問詢2n-1次，平均問詢次數(shù)2次。同時采用數(shù)據(jù)擬合的方法得到標簽的平均應答次數(shù)為1.227+1.004log2n。 五、對后退式索引樹型反碰撞算法的進一步分析表明，閱讀器與標簽之間傳遞的EPC數(shù)據(jù)具有互補性，算法協(xié)議可以作進一步改進。所傳輸?shù)腅PC參數(shù)采用不定長方式動態(tài)進行，信息吞吐量可進一步提高，所節(jié)省的通信量在32.5％以

7、上。 六、頻率干擾和標簽干擾是閱讀器沖突中主要存在的問題。根據(jù)染色理論可以將閱讀器沖突的問題抽象模型化為圖的染色問題。然而，由于圖的全染色問題是一個NP難題，本文給出其的圖形化解決公式。針對具體的RFID閱讀器網(wǎng)絡應用，其閱讀器和標簽一般采用同一頻率通信，需要解決的主要是標簽干擾，采用色度波算法能夠在各閱讀器之間動態(tài)地分配工作時隙，避免多個閱讀器對同一標簽在同一時間的識別沖突。該算法尤其適合閱讀器網(wǎng)絡環(huán)境變化的需求。 七