RFID防碰撞算法研究

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无线射频识别(Radio Frequency Identification, RFID)技术作为物联网的最核心技术之一,在物联网技术的引领下必将获得越来越大的发展空间。RFID技术以其特有的设备特性可实现多个远距离、非接触目标的自动识别,被广泛应用在军事、交通、工业、医学以及日常生活等各个方面。但在此过程中,RFID技术也由于其非接触的特性,遇到了多目标识别过程中的信息碰撞问题。信息碰撞使RFID系统不能正常工作,导致误读或漏读等现象,限制了RFID系统的实际应用。因此,RFID系统的碰撞问题是RFID技术发展过程中亟须认真解决的问题。论文首先介绍RFID系统的结构及相关工作原理。在结构介绍中,主要介绍阅读器和电子标签两大关键部分的内部结构和功能,工作原理方面介绍了系统信号耦合、调制、编码等过程,并指出标签防碰撞算法对RFID技术数据完整性保持的重要作用,是RFID技术中必不可少的过程。接着文章研究RFID系统中标签防碰撞问题的解决策略,主要基于概率性的ALOHA类防碰撞算法和基于确定性的二进制树类防碰撞算法。基于ALOHA类算法介绍了从纯ALOHA到时隙ALOHA再到帧时隙ALOHA,最后是动态帧时隙ALOHA(DFSA)的工作过程与演进思路,后来算法均是对先前算法针对碰撞次数或系统效率做的改进。基于二进制类的防碰撞算法先介绍了二进制搜索算法,考虑到信息发送的冗余,得到动态搜索算法,接着从减少搜索次数考虑,在动态搜索基础上分析锁位后退的搜索算法,同时考虑信息冗余和搜索次数得到跳跃式二进制搜索,并对几种算法的实现过程做了具体分析,对相关特性做了对比。最后,考虑到DFSA算法中大量的空闲时隙和碰撞时隙对系统效率的影响,文章提出了优化帧内时隙长度的策略。根据实际情况,在系统确定前将空闲时隙和碰撞时隙缩短,以最大吞吐率为基准得到时隙优化参数,优化的动态帧长则由优化的参数和当前未读标签数来决定。提出的算法通过对比标签估计法的估计准确率,采用优化的切比雪夫不等式法来估计下一帧的未读标签数,并通过马尔科夫建模对标签的整个识别过程做出分析,实现对读取周期的有效控制。在文章最后,通过matlab仿真,给出了关于改进算法在标签估计准确率、系统效率及平均识别时间等方面的性能优化。仿真结果表明,改进的DFSA算法在标签估计方面性能既准确又稳定,系统效率得到了成倍的提高,平均识别时间也有明显的缩短。
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