RFID系统多阅读器防碰撞算法研究

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随着信息化与工业化的发展,物联网作为其中关键一环,得到了广泛的应用。射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)技术是物联网的主要技术之一,已被广泛应用在各种场景中。主要被用来实现对物品信息的收集、自动识别、身份认证等。在一些RFID应用场景中,往往需要布设多个阅读器,以期覆盖整个监管区域。在多阅读器并存的环境中,如何防止阅读器之间的通信冲突或通信碰撞十分值得研究的问题。因为阅读器发生碰撞会恶化整个系统的工作效率。而现有的阅读器防碰撞算法并不能解决大规模场景中阅读器碰撞过多的情况下系统效率低下、识别时间过长等问题。针对上述问题,本文做了如下工作:(1)提出最小反向权重阅读器防碰撞(Minimum-Reverse-Weight-Based Algorithm for Reader Anti-Collision,MRWA)算法。该算法通过调节阅读器功率并结合阅读器时域调度策略,最大程度的消除阅读器之间的碰撞面积,以减少调度所需时间。本算法根据最小反向权重调节各阅读器功率,以各阅读器识别范围的并集可覆盖全部标签为约束条件,使得各个阅读器之间的碰撞面积最小化。该方案能够有效消除阅读器之间的碰撞,在一定程度上降低了阅读器的能耗,且不存在标签漏读的问题,为后续阅读器的调度奠定了基础。在阅读器调度过程中,考虑到阅读器之间的碰撞问题是概率性问题,因此提出碰撞阈值的概念,应用独立集方式进行时域调度。简化了调度过程,降低了复杂度,增加了并行工作阅读器的数量,最终提高了系统效率。(2)提出基于类森林结构的阅读器防碰撞算法(Forest-Like Structure-Based Algorithm for Reader Anti-Collision,FLSA)以弥补MRWA算法存在的不足。MRWA算法在执行过程中需要利用树形结构计算满足标签全覆盖条件的阅读器功率组合,随着阅读器数量的增加,需要遍历的组合结果将呈现指数级地增长,导致计算量激增。FLSA算法在启动阶段通过设置控制通道使阅读器之间能够传递信息,并设置碰撞队列来存储阅读器之间的碰撞信息。通过设置碰撞阈值以简化阅读器之间的碰撞关系并根据简化后的阅读器碰撞情况生成类森林结构图。借助重新定义的阅读器优先权算法,遍历类森林结构图获得阅读器极大独立集。此时极大独立集中的阅读器开始并行工作。在后续系统运行过程中,各个阅读器通过解析控制通道的信息,实时更新碰撞队列状态,在没有碰撞的情况下,及时加入工作队列中,保证了并行工作的阅读器为极大无碰撞阅读器集合。该方案可大大简化系统的计算复杂度,减少各个阅读器的等待时间,提高系统的效率。最终通过仿真实验将本文提出的两种算法与经典的阅读器防碰撞算法的性能做比较,证明了本文提出的两种算法的高效性。
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