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射频识别(RFID,RadioFrequencyIdentification)作为条形码的完美替代产品,是近几年IT业界研究的热点。目前由于RFID标准的不统一、成本尚高等原因,使其仍未得到全面推广和普遍应用,但可以预见,未来十年内,RFID技术必然深刻影响我们每个人的生活、学习和工作。
RFID也可简单称其为电子标签,像条形码一样可以贴在产品上,通过读写器来对其进行读或写操作。一个重要的问题是,当多个贴有电子标签的产品进入读写器的识别范围时,它们同时对读写器的请求产生响应并发送信息,数据的并发性将在读写器端引起冲突。这是一个多址存取的问题,需要合适的机制来防止或者减少冲突,以使所有标签得到快速、有效地识别。
本文针对RFID系统应用的两大类防冲突算法进行了研究,这些算法应满足无源电子标签的无电池、低成本、低复杂度、小内存、低功耗等要求。在全面学习已有算法的同时,分析了它们各自的优缺点,并从硬件实现角度讨论了它们对电子标签设计复杂度的影响。
RFID防冲突算法的性能评价标准主要有两个:1.算法总搜索次数越少越好;2.在搜索过程中标签需要发送的比特数越少越好。
针对已有算法的不足,本文提出了一种新的确定性防冲突算法,称为基于广度优先的冲突位分解动态搜索算法(BCDS,Breadth-firstCollision-bit-splitDynamicSearchalgorithm)。在对算法详细阐述的基础上,本文对采用BCDS算法的防冲突机制系统建模及软件仿真,通过大量对比实验得到结论:BCDS算法总搜索次数比已有算法减少约70%;在需要标签发送比特数这一指标上,当帧附加信息有32位长时,BCDS算法比已有算法降低超过50%,当帧附加信息有64位长时降低约60%。
本文使用Verilog硬件描述语言设计并实现了采用BCDS算法的防冲突模块,利用Cadence公司的NC-Verilog仿真器对其进行了功能仿真。最后,调用TSMC的0.18μm工艺库、使用Synopsys公司的综合工具DesignCompiler对模块进行了综合,在时钟频率100MHz、电压1.8V下,面积为0.036mm2、功耗1.59mW。