RFID數(shù)據(jù)傳輸中的防碰撞方式和防碰撞算法解析
RFID可以同時讀取多個標簽數(shù)據(jù)，但是如何保證多個標簽的數(shù)據(jù)傳輸之間不發(fā)生碰撞呢?為了保證RFID讀寫器的正常讀取，一般會內(nèi)置一定的規(guī)則，通常是使用防碰撞方式和防碰撞算法，來避免數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生碰撞。
RFID數(shù)據(jù)傳輸中的防碰撞方式和防碰撞算法解析
1.數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぷ鞣绞?/strong>
讀寫器與電子標簽之間的工作方式主要有3種，分別為無線電廣播工作方式、多路存取工作方式以及多個讀寫器給多個電子標簽同時發(fā)送數(shù)據(jù)的工作方式。
(1)無線電廣播方式
這是一種從一個讀寫器到多個電子標簽的工作方式，讀寫器發(fā)送的信號同時被多個電子標簽接收。這種工作方式與一個廣播電臺發(fā)射信號，多個接收機同時接收相類似，所以被稱為“無線電廣播”工作方式。無線電廣播的工作方式如圖所示。
(2)多路存取方式
在這種工作方式中，讀寫器的工作范圍內(nèi)同時有多個電子標簽，多個電子標簽同時將數(shù)據(jù)傳送給讀寫器。
多路存取的工作方式
在多路存取的工作方式中，各個電子標簽會同時對電子標簽讀寫器發(fā)出信號，從而造成電子標簽數(shù)據(jù)的碰撞，使讀寫器不能正常讀取各個電子標簽的有關(guān)數(shù)據(jù)，這就是RFID系統(tǒng)中的多路存取問題。只有解決好電子標簽的碰撞問題，才能使RFID系統(tǒng)正常工作。
解決防碰撞問題需要用到多路存取法。在無線通信中，多路存取法主要有空分多路法(SDMA)、頻分多路法(FDMA)、時分多路法(TDMA)和碼分多路法(CDMA)，如圖所示。在RFID系統(tǒng)中，根據(jù)電子標簽讀寫器與電子標簽之間的通信特點，空分多路法、頻分多路法和碼分多路法在應(yīng)用中都受到一定的限制，只能應(yīng)用到一些特定的場合，一般系統(tǒng)主要采用時分多路法。
防碰撞的幾種常用方法
?、?空分多路法。
在空分多路法(Space Division Multiple Access，SDMA)中，RFID系統(tǒng)利用天線空間分離的技術(shù)分別讀取電子標簽的數(shù)據(jù)。
② 頻分多路法。
在頻分多路法(Frequency Division Multiple Access，F(xiàn)DMA)中，RFID系統(tǒng)把不同載波頻率的傳輸通道分別提供給電子標簽用戶。
?、?時分多路法。
在時分多路法(Time Division Multiple Access，TDMA)中，RFID系統(tǒng)把整個可供使用的通路容量按時間不同分配給多個用戶分別讀取數(shù)據(jù)。
(3)多個讀寫器給多個電子標簽同時發(fā)送數(shù)據(jù)的方式。
這是一種由多個相鄰的讀寫器試圖同時與多個電子標簽通信而引起的干擾。
2.防碰撞算法
解決電子標簽防碰撞問題的關(guān)鍵是優(yōu)化的防碰撞算法。現(xiàn)有的 RFID防碰撞算法都是基于TDMA 算法，可劃分為 ALOHA防碰撞算法和基于二進制搜索(Binary Search，BS)算法兩大類。ALOHA防碰撞算法有ALOHA算法和時隙ALOHA算法;
BS防碰撞算法有二進制樹型搜索算法和修剪枝的二進制樹型搜索算法等。防碰撞算法可以使系統(tǒng)的吞吐率及信道的利用率更高，需要的時隙更少，數(shù)據(jù)的準確率更高，能夠更好地解決RFID系統(tǒng)的碰撞問題，有助于推動RFID技術(shù)更廣泛的應(yīng)用。
(1)ALOHA算法。
ALOHA是1968年美國夏威夷大學一項研究計劃的名字，ALOHA網(wǎng)絡(luò)是世界上最早的無線電計算機通信網(wǎng)絡(luò)。20世紀70年代初，美國夏威夷大學研制成功一種分組交換計算機網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)采用無線廣播技術(shù)，這也是最早、最基本的無線數(shù)據(jù)通信方式。ALOHA 是夏威夷人表示致意的問候語，這項研究計劃是要解決夏威夷群島之間的通信問題。ALOHA 網(wǎng)絡(luò)可以使分散在夏威夷各島的多個用戶通過無線信道來使用中心計算機，實現(xiàn)一點到多點的數(shù)據(jù)通信，ALOHA采用的是一種隨機接入的信道訪問方式。
ALOHA 算法因具有簡單易實現(xiàn)等優(yōu)點而成為應(yīng)用最廣的算法之一。ALOHA 算法是在ALOHA 思想的基礎(chǔ)上，根據(jù) RFID系統(tǒng)的特點不斷改進而形成的算法體系，它的本質(zhì)是分離電子標簽的應(yīng)答時間，使電子標簽在不同的時隙發(fā)送應(yīng)答。ALOHA 算法是一種隨機接入算法，這種算法多采取“標簽先發(fā)言”的方式，即標簽一旦進入讀寫器的閱讀區(qū)域，就自動向讀寫器發(fā)送其自身的ID，隨即標簽和讀寫器間開始通信。一旦發(fā)生碰撞，一般采取退避原則，等待下一循環(huán)周期再發(fā)送應(yīng)答。
純ALOHA算法信道利用率不高。分析表明，純ALOHA算法的信道吞吐率S與幀產(chǎn)生率G之間的關(guān)系為
例如，計算可以得出，當 G = 0.5 時，信道吞吐率 S = 18.4%。
(2)時隙ALOHA算法。
幀時隙(Framed Slotted Aloha，F(xiàn)SA)ALOHA算法是基于通信領(lǐng)域的ALOHA協(xié)議提出的。在FSA中，幀(Frame)是由讀寫器定義的一段時間長度，其中包含若干個時隙(Slot)，電子標簽在每幀內(nèi)隨機選擇一個時隙發(fā)送數(shù)據(jù)。所有電子標簽應(yīng)答都要同步，即只能在時隙開始點向讀寫器發(fā)送信息，每個電子標簽發(fā)送的時隙是隨機選擇的。
時隙可以分為3類，分別為空閑時隙、應(yīng)答時隙和碰撞時隙。在空閑時隙中沒有識別任何標簽;在應(yīng)答時隙中可以正確識別一個標簽;當一個時隙中有多個標簽同時發(fā)送應(yīng)答時，就會產(chǎn)生碰撞，形成碰撞時隙。碰撞的標簽退出當前循環(huán)，等待參與新的幀循環(huán)。
在幀時隙 ALOHA 算法中，信道的利用率有所提高。幀時(Frame time)表示發(fā)送一個標準長度的幀所需的時間，吞吐率表示平均每幀時成功傳送的幀數(shù)，幀產(chǎn)生率表示每幀時嘗試傳送幀的總次數(shù)。分析表明，幀時隙ALOHA算法的信道吞吐率S與幀產(chǎn)生率G之間的關(guān)系為
例如，計算可以得出，當 G = 0.5 時，信道吞吐率 S = 0.368%。
