RFID系统的防冲突算法研究与实现

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射频识别(RFID)是一种新兴的自动识别技术,这种技术能给工业在提高效率方面带来很大的好处,在如JIT环境下的高端物流行业主要是用来跟踪货物,现在RFID技术应用越来越广泛,如自动化生产线、仓储安全出入库、商店的智能货架管理等,此外RFID还可以在许多极端环境下如工厂的高温作业等。相比条形码系统,RFID有很多的优势,如不要求连续的通信,易于重新组织,能被使用于极端的环境,可以存储数据,可以同时读取多个标签等。   一个基本的RFID系统由读写器、标签和天线三部分组成。在同一个。RFID系统中所有的标签都工作在相同的频率,如果读写器的作用范围内存在多个标签,很容易出现同时向读写器发送数据的现象,即发生冲突。为了防止这种数据冲突导致的信息丢失,必须采取一定的方法以避免冲突发生,即防冲突算法。防冲突算法分为标签防冲突算法与读写器防冲突算法,目前标签的防冲突算法最多,但是随着RFID的应用越来越广,对RFID技术要求越来越高,读写器的冲突问题开始受到重视,所以本论文研究重点将是读写器防冲突算法。   目前标签防冲突算法主要集中在时分复用(TDMA)方面,分为基于Aloha和基于树两大类,其中基于树的标签防冲突算法是主流;读写器的防冲突算法则分为基于调度的防冲突算法和基于有效范围防冲突算法,其中基于调度的读写器防冲突算法比较多。   论文的主要贡献及创新点包括以下几个方面:   1.对现有的RFID系统的标签和读写器防冲突算法进行分类研究,比较其仿真或者实验数据,为RFID系统的防冲突算法研究提供比较全面的参考。   2.提出一种基于稀疏信号处理的标签防冲突算法,由于包冲突的问题也可以看成是信号分离的问题,因此本论文从全新的角度,即从信号层角度考虑去解决标签冲突的问题。   3.提出一种基于盲辨识的RFID信号防冲突算法。该算法通过盲辨识先求得RFID信号ARMA模型的阶(即标签的个数),再求系统的输入信号(即标签的ID),最终达到防冲突目的。   4.提出一种改进的DiCa读写器防冲突算法EDiCa,该算法主要考虑了读写器吞吐量和通信公平性,通过有效安排读写器读取数据的时隙,提高读写器读取数据效率的同时改善读写器通信的公平性。EDiCa继承了DiCa算法的优点,使用数据信道和控制信道分别传输数据信息和控制信息,同时防止了在传统无线网络中存在的隐终端和暴露终端的问题。   5.结合基于调度和基于有效范围的读写器防冲突算法的方法,提出一种功率自适应的新算法(APAA),APAA算法通过改变读写器的功率来调节读写器的通信范围,减少读写器之间重叠的区域,从而减少读写器的冲突,APAA算法与CSMA算法比较,在时间上不需要退避;与LLCR等算法比较,则克服了其需要集中控制等的缺陷。
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