RFID防碰撞算法研究

【摘要】射频识别技术作为自动识别领域中的一项新兴技术，针对RFID系统中阅读器与标签碰撞问题，论文介绍了解决这一问题的常用的防碰撞算法。

【关键词】RFID；阅读器；防碰撞

0.引言

射频识别技术（RFID技術）是上世纪九十年代兴起的一种自动识别技术，利用射频信号进行目标识别，通过空间耦合的方式来达到不需要接触信息传递，能够利用所传递的信息实现识别的一项技术[1][2][3][4][5]。RFID系统存在两种通信方式：从读写器到应答器的通信和从应答器到读写器的通信，在这种双向通信中会产生两个问题：

①在读写器稳定通信范围内，可能存在多个应答器，多个应答器之间在数据发送时产生信息碰撞；

②多个读写器作用于一个应答器，这样也会产生信息碰撞使得应答器不能有效识别哪一个读写器发送的命令。因此，RFID系统需要采用相应的方法来减少冲突现象的发生，使得应答器能够被正确的识别。

在无线通信技术中，针对信息碰撞问题，主要采用以下技术，分别为：空分多路法[6]、频分多路法、码分多路法[7] [8]、时分多路法。

1.空分多路算法

空分多路法是利用分离的空间范围，对多个目标进行识别的技术。在射频识别中，存在两种方法实现空间分割，一种方法是使单个读写器的作用范围减小，把大量的读写器和天线旋转在一个阵列里面，这样应答器靠近这个阵列时，与之距离较近的读写器能够与之通信，对其进行识别，由于每个天线的覆盖区域较小，这样相邻的读写器区域内有别的应答器依然能够进行信息交换，但是不受到相邻读写器的影响。

这样在多个应答器处于阵列中时，根据空间分布的不同能够将其识别；第二种方法是读写器利用相控阵天线，让天线的方向对准应答器，这样各个应答器方向有不同的波束，使得各个应答器通过其在读写器射频区域内的角度位置的不同而区分；不同方向的偶极子的单个波叠加形成天线的方向，在某个方向上，相位关系偶极子元件的单个场的叠加帮助其加强方向，在其它方向上，一部分则会被抵消。射频识别系统用的自适应SDMA方法，由于其要具有复杂的天线系统，只有频率在850MHz以上（典型的频率是2.45GHz），SDMA可以在RFID中应用，并且实施费用较高，因此，SDMA方法只适用于一些特定的场合。

2.频分多路算法

频分多路法的特点是同时为用户提供多个不同频率的传输通路，在一般情况下，这种射频识别系统从读写器到应答器的频率是固定的，用于能量供应和命令数据的传输；而对于从应答器到读写器，不同的射频应答器可以采用不同的、独立的副载波频率进行数据传输；频分多路的缺点是对读写器和应答器的制作成本要求较高，每个接收通路必须使用自已单独的接收器，因此在实际的RFID系统中，频分多路法也很少得到使用。

3.码分多路算法

码分多路法是利用扩频技术实现数据通信，扩频技术包含扩频与多址。扩频是对信息带宽进行扩展，把一定带宽的信息数据通过大带宽的高速伪随机码调制，从而扩展带宽，再经过载波调制发送出去；解扩是指接收端使用相同的伪随机码，把宽带信号转换成原信息数据的窄带信号。

4.时分多路算法

时分多路法的特点是把信道按时间分配给多个用户，在多个应答器碰撞中，所有的应答器同时由读写器进行控制，通过一种规定的算法，在读写器作用范围内，首先在选择的应答器组中选中一个应答器，然后完成读写器和应答器之间的通信（识别、读出或写入数据），在同一时间只能建立一个通信关系，所以如果要选择另外一个应答器，应该解除与原来应答器的通信关系；在多应答器碰撞中主要有两种算法：ALOHA算法和二进制搜索法。

目前，ALOHA算法（概率性防碰撞算法和树形算法（确定性防碰撞算法）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纯ALOHA算法[9]、时隙ALOHA算法[10]，帧时隙ALOHA算法[11]、动态帧时隙ALOHA算法[12]等。

（2）确定性防碰撞算法。确定性防碰撞算法主要是树形防碰撞算法，包括二进制树算法[13]、后退式二进制树算法[14]、动态二进制树算法[15]、修剪枝二进制搜索算法[16]等。

RFID系统的通信协议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，采用了树形防碰撞算法；EPC claSSl HF、ISO/IEC 18000-3 MODE l、ISO/IEC 15693、ISO/IEC 14443 TYPE B采用时隙ALOHA算法；而ISO/IEC 18000-6 TYPE A采用纯ALOHA算法。

5.总结

射频识别技术作为自动识别领域中的一项新兴技术，已经在自动识别领域受到强烈的关注，也是二十一世纪最有前途与潜力的技术，但是目前RFID防碰撞算法还需要不断研究，需要不断提高防碰撞算法的识别率、识别速度、信道利用率，以适应高速运动、多目标识别系统的应用。

参考文献

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[16]余松森，詹宜巨.基于修剪枝的二进制树形搜索反碰撞算法与实现[J].计算机工程，2005，31（16）：217-219.

作者简介：张韩飞（1986—），男，江苏泗阳人，硕士，主要研究方向：检测技术、智能仪表。