RFID防碰撞算法研究

【摘要】射頻識別技術作為自動識別領域中的一項新興技術，針對RFID系統中閱讀器與標簽碰撞問題，論文介紹了解決這一問題的常用的防碰撞算法。

【關鍵詞】RFID；閱讀器；防碰撞

0.引言

射頻識別技術（RFID技術）是上世紀九十年代興起的一種自動識別技術，利用射頻信號進行目標識別，通過空間耦合的方式來達到不需要接觸信息傳遞，能夠利用所傳遞的信息實現識別的一項技術[1][2][3][4][5]。RFID系統存在兩種通信方式：從讀寫器到應答器的通信和從應答器到讀寫器的通信，在這種雙向通信中會產生兩個問題：

①在讀寫器穩定通信范圍內，可能存在多個應答器，多個應答器之間在數據發送時產生信息碰撞；

②多個讀寫器作用于一個應答器，這樣也會產生信息碰撞使得應答器不能有效識別哪一個讀寫器發送的命令。因此，RFID系統需要采用相應的方法來減少沖突現象的發生，使得應答器能夠被正確的識別。

在無線通信技術中，針對信息碰撞問題，主要采用以下技術，分別為：空分多路法[6]、頻分多路法、碼分多路法[7] [8]、時分多路法。

1.空分多路算法

空分多路法是利用分離的空間范圍，對多個目標進行識別的技術。在射頻識別中，存在兩種方法實現空間分割，一種方法是使單個讀寫器的作用范圍減小，把大量的讀寫器和天線旋轉在一個陣列里面，這樣應答器靠近這個陣列時，與之距離較近的讀寫器能夠與之通信，對其進行識別，由于每個天線的覆蓋區域較小，這樣相鄰的讀寫器區域內有別的應答器依然能夠進行信息交換，但是不受到相鄰讀寫器的影響。

這樣在多個應答器處于陣列中時，根據空間分布的不同能夠將其識別；第二種方法是讀寫器利用相控陣天線，讓天線的方向對準應答器，這樣各個應答器方向有不同的波束，使得各個應答器通過其在讀寫器射頻區域內的角度位置的不同而區分；不同方向的偶極子的單個波疊加形成天線的方向，在某個方向上，相位關系偶極子元件的單個場的疊加幫助其加強方向，在其它方向上，一部分則會被抵消。射頻識別系統用的自適應SDMA方法，由于其要具有復雜的天線系統，只有頻率在850MHz以上（典型的頻率是2.45GHz），SDMA可以在RFID中應用，并且實施費用較高，因此，SDMA方法只適用于一些特定的場合。

2.頻分多路算法

頻分多路法的特點是同時為用戶提供多個不同頻率的傳輸通路，在一般情況下，這種射頻識別系統從讀寫器到應答器的頻率是固定的，用于能量供應和命令數據的傳輸；而對于從應答器到讀寫器，不同的射頻應答器可以采用不同的、獨立的副載波頻率進行數據傳輸；頻分多路的缺點是對讀寫器和應答器的制作成本要求較高，每個接收通路必須使用自已單獨的接收器，因此在實際的RFID系統中，頻分多路法也很少得到使用。

3.碼分多路算法

碼分多路法是利用擴頻技術實現數據通信，擴頻技術包含擴頻與多址。擴頻是對信息帶寬進行擴展，把一定帶寬的信息數據通過大帶寬的高速偽隨機碼調制，從而擴展帶寬，再經過載波調制發送出去；解擴是指接收端使用相同的偽隨機碼，把寬帶信號轉換成原信息數據的窄帶信號。

4.時分多路算法

時分多路法的特點是把信道按時間分配給多個用戶，在多個應答器碰撞中，所有的應答器同時由讀寫器進行控制，通過一種規定的算法，在讀寫器作用范圍內，首先在選擇的應答器組中選中一個應答器，然后完成讀寫器和應答器之間的通信（識別、讀出或寫入數據），在同一時間只能建立一個通信關系，所以如果要選擇另外一個應答器，應該解除與原來應答器的通信關系；在多應答器碰撞中主要有兩種算法：ALOHA算法和二進制搜索法。

目前，ALOHA算法（概率性防碰撞算法和樹形算法（確定性防碰撞算法）是常用的防碰撞算法。

（1）概率性防碰撞算法。目前，概率性防碰撞算法主要有純ALOHA算法[9]、時隙ALOHA算法[10]，幀時隙ALOHA算法[11]、動態幀時隙ALOHA算法[12]等。

（2）確定性防碰撞算法。確定性防碰撞算法主要是樹形防碰撞算法，包括二進制樹算法[13]、后退式二進制樹算法[14]、動態二進制樹算法[15]、修剪枝二進制搜索算法[16]等。

RFID系統的通信協議也基本采用上述的算法，例如：ISO/IEC 18000-6 TYPE B、ISO/IEC 14443 TYPE A 、EPC class lUHF，采用了樹形防碰撞算法；EPC claSSl HF、ISO/IEC 18000-3 MODE l、ISO/IEC 15693、ISO/IEC 14443 TYPE B采用時隙ALOHA算法；而ISO/IEC 18000-6 TYPE A采用純ALOHA算法。

5.總結

射頻識別技術作為自動識別領域中的一項新興技術，已經在自動識別領域受到強烈的關注，也是二十一世紀最有前途與潛力的技術，但是目前RFID防碰撞算法還需要不斷研究，需要不斷提高防碰撞算法的識別率、識別速度、信道利用率，以適應高速運動、多目標識別系統的應用。

參考文獻

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作者簡介：張韓飛（1986—），男，江蘇泗陽人，碩士，主要研究方向：檢測技術、智能儀表。