無線射頻識別技術RFID(Radio Frequency Identification)是利用射頻信號和空間耦合(電感或電磁耦合)傳輸特性自動識別目標物體的技術。RFID系統(tǒng)由電子應答器和閱讀器組成，閱讀器負責發(fā)送廣播并接收標簽的標識信息；應答器收到廣播命令后將自身標識信息發(fā)送給閱讀器[1]。但在RFID系統(tǒng)工作時，可能會有一個以上的應答器同時處在閱讀器的作用范圍內。如果有兩個或兩個以上的應答器同時發(fā)送數據，則會出現通信沖突，產生傳輸數據相互干擾、發(fā)生碰撞。在RFID系統(tǒng)中，一般采用時分多址TDMA(Time Division Multiple Access)的方法來解決碰撞問題，這是一種把整個可供使用的通路容量按時間分配給多個用戶的技術[2]。目前現有的防碰撞算法可以分為基于ALOHA機制算法和基于二進制退避機制算法。本文提出一種改進的自適應幀時隙ALOHA防碰撞算法，以進一步提高系統(tǒng)的識別效率。
1 關鍵問題解析
    通常在幀時隙ALOHA防碰撞算法中，當應答器的數量變得很大時，系統(tǒng)效率開始降低。由數學分析可知,在一個時隙中發(fā)生碰撞的概率滿足二項式分布[3,4]：
    

    根據推導結果得到一個重要的結論:當應答器的數量和幀長度大體相當時，系統(tǒng)效率將達到最大化。
2 算法流程
    時隙是指應答器與閱讀器進行數據交互的一小段時間，如果在一個時隙中只有唯一的一個應答器與閱讀器進行通信，則稱為唯一時隙；如果在一個時隙中沒有應答器與閱讀器進行通信，則稱為空時隙；如果在一個時隙中有兩個或兩個以上應答器與閱讀器進行通信，則稱為碰撞時隙。閱讀器完成一輪完整的識別過程稱為一個圈周期，圈周期等于唯一時隙、空時隙和碰撞時隙時間之和[8]。圖1為改進的自適應幀時隙ALOHA防碰撞算法流程圖。

    在電子應答器進入閱讀器射頻作用范圍內之后，閱讀器先通過預設定的幀長度進行時隙分配。當判斷當前時隙為空時隙時，即該時隙沒有應答器應答則空時隙計數器C碰加1，立即結束該時隙；當判斷當前時隙為碰撞時隙時，即該時隙內有多個應答器要傳輸數據則碰撞時隙計數器C空加1，立即結束該時隙；當判斷當前時隙為唯一時隙時，即該時隙內只有一個應答器要傳輸數據，閱讀器讀取應答器內數據并存儲該應答器ID號，發(fā)送一個已讀信號給應答器，當下一圈周期詢問到該應答器時，該應答器不再響應也不再要求發(fā)送數據給閱讀器，已讀信號將在應答器離開射頻作用場后消失。當圈周期結束后，通過空時隙和碰撞時隙計數值估計射頻作用場內的應答器數量并調整幀長度。
3 算法仿真及結果分析
    在改進的自適應幀時隙ALOHA防碰撞算法仿真算法中，采用了128固定時隙、256固定時隙以及圈周期估計法與本文算法進行了橫向對比，結果如圖2所示。由圖可以看到，128固定時隙法在應答器數量達到300時曲線折線明顯，碰撞概率開始增加，系統(tǒng)效率下降顯著；256固定時隙法效果同樣不好。很明顯由于圈周期估計法和本文算法都采用的是動態(tài)時隙調整所以效果明顯好于固定時隙方法。但是圈周期估計法，在圈周期期間無論發(fā)生怎樣的碰撞都必須執(zhí)行完周期操作，系統(tǒng)資源浪費嚴重。本文算法使系統(tǒng)吞吐率達到了約42.5%，大大提高了系統(tǒng)吞吐率。

    防碰撞算法的兩個關鍵問題是：(1)精確地計算出與閱讀器作用范圍內的電子標簽的數量； (2)根據電子標簽的數量合理調整幀長度。本文提出的自適應動態(tài)時隙ALOHA防碰撞算法能夠很好地兼顧以上兩點，利用實時調整幀長度，使得射頻作用場內的應答器數與時隙數能達到最佳匹配，來提高時隙分配效率和系統(tǒng)效率。
參考文獻
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