RFID系统防碰撞算法研究

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无线射频识别(RFID,Radio Frequency Identification)技术作为广泛使用的非接触式的自动识别技术,在物联网科技的引领下将获得巨大发展前景。对比其他自动识别技术,RFID技术以其非接触性、环境适应能力强、非视觉范围读写等优势,被大量应用在工业、军事科技、交通运输、医疗卫生以及日常生活等各领域,应用前景十分广阔。但是,由于RFID技术被大规模的应用,在多目标识别过程中也产生了一定问题:当几个射频标签同时请求识别时,阅读器不能自行排序明确的区别开来,导致信息冲突,使得阅读器产生误判或是失效,严重影响了RFID系统的正常工作。因此,RFID系统中的信息碰撞问题是RFID技术发展过程中急需处理的关键难题。在有效的控制成本和复杂度情况下,如何减少射频标签的识别时间、提高信道利用率以及提高识别效率成为RFID系统防碰撞算法的研究核心。本文首先论述RFID系统结构与工作原理,接着重点阐述RFID系统中标签防碰撞问题的解决思路:基于ALOHA类的概率性算法与基于二进制树的确定性算法。基于ALOHA类算法包括纯ALOHA算法、时隙ALOHA算法、帧时隙ALOHA算法以及动态帧时隙ALOHA算法,从纯ALOHA算法经过一步步改进优化,得到最后的动态帧时隙ALOHA算法,针对动态帧时隙ALOHA算法需要准确估算标签数量的特点,最后详细介绍了几种常见的标签估计法。二进制树防碰撞算法涵盖了二进制搜索算法、动态搜索算法、锁位后退搜索算法以及跳跃式动态二进制搜索算法,具体分析了以上四种算法的运算过程以及相关特性进。最后,考虑到二进制树算法在识别标签的过程中,对标签的搜索次数较多,识别时间较长,并且数据传输量也大。于是,提出一种改良方法,该方法是在跳跃式动态二进制搜索算法的基础上进行优化的。在标签识别之前,根据标签自身序列号的特性进行分组,标签的识别每次只在一组中进行,可以减少搜索次数。除此之外,阅读器发送信息指令只与最高碰撞位有关,在搜索中可以减少冗余信息,从而减少数据传递量。为了验证改进算法的可行性,将改进算法的相关性能与原有算法的性能对比,同时使用MATLAB进行实验仿真。仿真结果显示,改进的算法能有效缩减标签的搜索次数,在减少数据传输量方面也有很大改善。随着标签数量的递增,更能显现出改进算法的优势。
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