捕获效应环境下的RFID防碰撞算法研究

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随着物联网和信息技术的快速发展,无线射频识别(RFID, Radio Frequency Identification)因能在较远的距离上实现对多个目标物体的追踪和识别而得到了学术界和产业界的极大关注,并被成功地应用到物流、零售和运输等各个领域。在RFID系统工作时,如果有两个或两个以上的电子标签响应阅读器的请求并同时向阅读器传输数据时,会造成数据的读写冲突,即产生标签碰撞,从而给系统产生额外的传输时延,影响系统的整体性能。标签防碰撞问题是RFID系统的关键技术问题,但是现有的标签防碰撞算法没有很好地考虑捕获效应对标签识别的作用。本文通过分析捕获效应对ALOHA和查询树标签防碰撞算法的影响,进一步做了以下研究工作:(1)针对RFID无线网络中的捕获现象,在分析了捕获效应发生条件的基础上,构建了标签的平均捕获概率模型,它能根据标签的分布情况来确定当前时隙发生标签被捕获的可能性,以此来计算在一个周期内发生捕获效应的时隙的期望值。在此模型基础上,提出了一种在捕获效应环境下的动态帧时隙标签防碰撞算法CE-DFSA (Dynamic Framed Slotted ALOHA with Capture Effect)。算法较好地利用捕获效应,通过设定系统的捕获比率阈值来达到系统的最优捕获比,进一步提高系统的吞吐率,并通过实验验证了算法的有效性。(2)针对查询树算法在捕获效应的环境下会出现数据丢失的问题,提出了一种在捕获效应环境下的查询树算法CE-QT (Query Tree with Capture Effect)。算法通过控制对标签II)的筛选范围,来减少标签在识别过程中所需的查询次数和数据丢失问题,从而提高系统的性能。(3)针对已有的GQT (Generalized Query Tree)算法在捕获效应环境下效率低下的问题,提出了一种使用位转变感知单元的混合树算法BCS-GQT (Generalized Query Tree with Bit Change Sensing).算法通过发送标签II)中连续的位信息来快速扩展查询前缀,减少标签碰撞次数的发生,从而提高识别效率。最后,通过仿真实验将所提出的BCS-GQT和CE-QT算法与现有的GQT算法在平均查询次数上做了对比,验证了BCS-GQT和CE-QT在性能上优于GQT。
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