读写器的防碰撞算法Word下载.docx
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RFID;
Readercollision;
Scheduling-based;
Coverage-based
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该算法是在一个分等级的在线学习算法[8]，通过学习阅读器碰撞模型动态的解决RFID系统中阅读器碰撞问题。
其思想类似于无线传感器网络中的分簇算法。
这种方法如果应用在RFID系统中，将存在下面的问题：
协议保持多层结构需要额外的开销。
对于移动的阅读器来说，网络拓扑结构不确定的变化将会改变Q学习算法的多级结构。
这就需要重新分配时隙，讲话去更多时间并使系统无效。
1.1.1国外研究阅读器反碰撞现状
田景贺，范玉顺等人针对密集阅读器环境下的RFID阅读器碰撞情况提出了一种阅读器碰撞问题的集中控制方法[9]。
该方法根据平面图着色理论，将密集阅读器网络的阅读器防碰撞问题等效为阅读器网路的时隙分配问题，并建立了解决阅读器碰撞问题的神经网络模型，并引入了模拟退火策略及混沌思想对阅读器防碰撞神经网络模型进行求解。
与现有的分布式防碰撞算法相比，该方法能够保证阅读器具有更多的标签时间和更高的标签扫描频度；
徐雪慧，李玲远等人基于图着色算法提出一种改进的算法[10]，这种算法的主要思想是：
阅读器采用两个通道，一个用于控制通道（阅读器之间通信），一个为数据通道（阅读器与标签之间通信），把阅读器和射频标签的信号传输分割开，这样碰撞只能在标签与标签之间或者阅读器与阅读器之间发生。
这种分割使阅读器和射频标签信号在不同的频道上传输，解决了阅读器间的干扰。
第2章RFID系统概述
2.1RFID系统组成
2.1.1RFID系统组成
RFID系统由三部分组成[11]：
阅读器（Reader），电子标签（Tag）和软件系统。
如图2-1为RFID系统的构成图。
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1射频识别（RFID）系统基本组成
标签即射频卡，每个电子标签都是有一个唯一可识别码，所以它可以用来代表它所附着的物体。
电子标签的存储单元在Kbits量级，它的反复读写的次数在10000次以上。
RFID标签分为主动式（Active）和被动式（Passive）两种。
主动式标签中含有内置电池，可以主动向邻近的阅读器发送射频信号。
被动标签内不含电池，无法独立发射信号，它的工作与否主要靠是否接收到阅读器发出的电磁波信号，该类标签可以将电磁能量转化为提供它工作的能量。
它们之间的区别如表1所示。
表1主动标签与被动标签性能比较
主动标签
被动标签
工作方式
内置电池
通过电磁感应获取
工作距离
可达100m
通常20～40cm，最远可达3～5m
存储容量
可达16KB以上
通常小于128Byte
信号强度要求
低
高
价格
工作寿命
2～4年
长
阅读器用于读写电子标签的信息，主要任务是控制阅读器向标签发射信号或读取来自标签的信号，并对信号进行解码，而后送至软件系统进行处理。
软件系统由人对计算机进行控制来完成数据信息的存储及管理。
它通过网络与分散在各地的阅读器通信，实时获取阅读器捕获到的电子标签信息。
2.1.2RFID系统的基本工作流程
RFID系统工作流程[12]如下：
（1）无线电载波信号通过阅读器的天线向外发射。
（2）如果电子标签在发射天线的覆盖范围内，则它被激活，将标签内的信息通过天线传给发射天线。
（3）系统的接收天线接收电子标签发出的载波信号，经天线的调节器传输给阅读器，阅读器对接收到的信号进行解调与解码，然后送到软件系统处理。
（4）软件系统的程序通过判断标签的合法性，针对不同的情况作出相应的处理和控制，完成对应的动作。
第3章阅读器碰撞
3.1阅读器碰撞含义
阅读器碰撞是指：
多个阅读器同时与一个标签通信，导致标签无法识别是哪个阅读器发送的请求信号；
也包括相邻的阅读器在同一时刻使用相同的频率与其覆盖区域内的标签通信而引起的频率碰撞。
3.2阅读器碰撞的主要特点
RFID网络中，阅读器之间的碰撞主要有下列特点：
（1）当多个阅读器发送的请求信号在某标签处产生碰撞时，该处的信号会变得非常混乱，从而导致标签无法识别由任何阅读器发出的信号。
（2）本文研究的RFID标签是被动式标签。
标签在被阅读器请求信号激活后才能通信，并且标签不参与阅读器的防碰撞过程。
（3）隐蔽节点问题，是阅读器碰撞的一个方面。
两个阅读器不再相互监听范围内而在标签处产生信号干扰时，载波监听机制失效。
3.3阅读器碰撞问题分析
3.3.1多阅读器与标签之间的干扰
当多个阅读器同时阅读同一个标签时，引起了多阅读器到标签之间的干扰，该类干扰分两种情况。
一种是两个阅读器与阅读器范围重叠，如图3-1所示。
2阅读器与标签碰撞
从阅读器R1和R2发射的信号可能在射频标签T1处产生干扰。
在这种情况下，标签T1不能芥末任何查询信号并且阅读器R1和R2都不能阅读T1。
另外一种两个阅读器阅读范围没有重叠，如图3-2所示。
3阅读范围不重叠的多阅读器对标签的干扰
虽然阅读器的读取范围没有重叠，但是处于相互感应范围之内，且他们同时利用同一频率与标签T1通信，阅读器R2发射的信号对阅读器R1发射的
信号在标签T1出产生干扰，将降低他们之间的通信质量。
3.3.2阅读器与阅读器之间的干扰
多阅读器与标签之间的干扰，即标签干扰是指：
当一个阅读器发射的较强的信号与标签反射给另一个阅读器的微弱信号产生干扰，这就引起阅读器与阅读器之间的干扰。
如图3-3所示，阅读器R1位于阅读器R2干扰区内，标签T1在R2的覆盖范围内。
当标签T1反射回的微弱信号传输给阅读器R1的过程中，很容易被阅读器R2发射的强信号干扰。
这时，R1很难读取到T1返回的正确信号。
对于该类干扰来说，阅读器的询问区域的重叠并不是必须的。
4阅读器与阅读器之间的干扰
3.4RFID阅读器网络问题
随着RFID技术的广泛应用，在同一场合有多个阅读器连接在一起同时工作的情况越来越多，于是出现了阅读器网络问题。
由于阅读器网络节点与传统的无线传感器网络有很多相似之处，因此阅读器网络也有传统无线网络通信的一些问题，如隐藏终端和暴露终端问题。
所以，在设计阅读器防碰撞算法的时候需要充分考虑阅读器之间的碰撞的情况，以提高阅读器的工作效率。
所以在此有必要对阅读器网络中阅读器节点的隐藏终端和暴露终端的基本概念，解决方法[16][17]等加以阐述。
3.4.1隐藏终端
3.4.1.1阅读器隐藏终端问题
隐藏终端是指在接收阅读器的覆盖范围内而在发送阅读器的覆盖范围外的阅读器。
由于听不到发送阅读器的发送信号，隐藏终端可能向同一个接受阅读器发送分组，导致分组在接收阅读器处产生碰撞。
碰撞发生后阅读器要重传碰撞的分组，导致信道的利用率降低。
5隐藏终端C
如上图3-4所示，阅读器A和C同时想发送数据给阅读器B，但A和C都不在对方的覆盖范围内。
所以当A发送数据给B时，C并未检测到A也在发送数据，会认为目前网络中无数据传送，会将数据发送给B。
这样，A和C同时将数据发送给B，使得数据在B处产生冲突，最终导致发送的数据不可用。
这种因传送距离而发生误判的问题称尾隐藏终端问题。
为了解决上述问题，可以使用请求发送信号（RequesttoSend，RTS）和清除发送（CleartoSend，CTS）的控制信息来避免冲突。
当A要向B发送数据时，先发送一个控制报文RTS：
B接收到RTS后，以CTS控制报文回应：
A收到CTS后才开始向B发送报文，如果A没有收到CTS，A认为发送碰撞，重新发送RTS。
这样隐发送终端C能够听到B发送的CTS，知道A要向B发送报文，C延迟发送，这样解决了隐发送终端问题。
3.4.2暴露终端
3.4.2.1阅读器暴露终端问题
暴露终端是指在发送阅读器的覆盖范围内而且在接受阅读器的覆盖范围外的阅读器。
暴露终端因听到发送阅读器的发送信号而可能延迟发送。
然而它是在接收阅读器的覆盖范围之外，它的发送不会造成碰撞。
这就引入了不必要的时延。
6暴露终端C
暴露终端与应藏终端问题不同，当一个终端要发送数据给另一个终端时，因邻近终端也正在发送数据，影响了原来终端的数据传送。
如上图3-5所示，4个终端A，B，C，D，其中A，D均不在对方的传送范围内，而B，C均在彼此的覆盖范围内。
因此，当B正传送数据给A时，C是不能将数据发送给D的，因为C会检测到B正在发送数据。
如果其他发送数据的话，就会影响B的数据发送。
而事实上，C是可以正确无误地将数据发给D的，因为D在C的覆盖范围内。
第4章阅读器防碰撞技术
4.1防碰撞算法研究分类
针对标签碰撞问题与阅读器碰撞问题，分别提出了对应的算法，称为标签防碰撞算法与阅读器防碰撞算法。
如图4-1为RFID系统防碰撞算法的整体研究框架。
7防碰撞算法研究路线
在RFID系统碰撞问题中，标签防碰撞算法是研究比较多的，如图4-2是标签防碰撞算法分类。
其解决方法主要分为：
频分多址（FDNA），码分多址（CDMA），时分多址（TDMA）和空分多址（SDMA）[16][17]。
8RFID标签防碰撞算法
频分多址（FDMA，FrequencyDivisionMultipleAccess），是利用不同信道传输信号以避免信号碰撞的一种方法，即阅读器将一定的频率范围分为更细的频道，不同的阅读器采用不同的信道与标签进行通信。
时分多址（TDMA，TimeDivisionMultipleAccess），是防信号碰撞中族常使用，也最成熟的一项技术，其原理是利用时间的差异，将可以
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