基于18000-6C协议的UHF RFID时隙ALOHA防碰撞算法研究

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射频识别(Radio Frequency Identification, RFID)技术是一种通过发送射频信号实现阅读器与标签之间信息传递,完成数据信息的自动识别和双向通信的技术。超高频(Ultra High Frequency, UHF) RFID系统因为其通信距离远、识别速度快、信息容量大等特点,使得其在物流、供应链等领域得到广阔的发展前景,但当前仍然存在诸多问题,如最大识别距离短、安全隐私性差、碰撞率高、定位误差大等,这些都将成为RFID发展和推广过程中的瓶颈,其中,标签碰撞问题是这类问题中最重要的问题之一。本文研究的主要方向是RFID多标签防碰撞算法,重点包括单阅读器和多阅读器两种识别环境的研究。本文基于ISO18000-6C协议,提出针对不同识别环境的改进方案,降低系统的标签碰撞率,实现标签的快速高效读取。对于单阅读器标签识别环境,根据对现有算法的分析知,现有算法均未考虑请求指令所消耗时隙对系统的影响,同时,系统识别效率还有待进一步的优化。本文针对该缺陷,在考虑请求指令消耗时隙的前提下,优化系统参数,通过对系统最大识别效率的分析推导获得最优帧长公式,使得标签识别过程有章可循,并基于此,提出了一种基于ALOHA理论的动态分组变时隙标签识别方法(Dynamic and Grouped Framed-slotted ALOHA) DGFSA算法。DGFSA算法结合最优控制理论,通过分离与合并其他分组的标签,控制每一轮待识别分组的标签数目在一定的范围内。Matlab模型仿真结果表明,与目前典型的标签防碰撞算法相比较,该算法系统复杂度低,系统耗时少,标签识别效率平均提高17.6%,读取循环次数平均减少37.29%,有比较实际的应用价值。对于多阅读器标签识别环境,离散排队理论的研究结果表明,大量标签排队的解决方案是:将单阅读器识别模式改为多阅读器识别模式。本文结合最优控制理论,将进入识别区域的标签随机分组,新颖地提出区分首选阅读器顺序的标签识别方法,并引入阅读器之间的切换时间和标签不满意度,获得首选不同阅读器情况下的最优识别流程。对比各识别路线的仿真结果表明,使用所建立模型获得的最优流程去识别标签,系统识别速度快,标签不满意度低,避免了由于大量标签排队堆积于某一阅读器而导致的漫长等待时间,从而验证了该算法的可靠性。
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