UHF RFID标签防碰撞机理及算法研究

• 作 者: 何申炎
• 机 构: 南京邮电大学
• 出 处: 南京邮电大学
• 发表日期: 2017年期
• 关键词: 射频识别 防碰撞算法 多叉树 碰撞位锁定 映射序列码

射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)技术是一种利用射频识别信号的电磁耦合或反射传输特性的自动识别技术。RFID系统安全性高、环境适应性强、能识别高速移动物品且支持多目标识别。作为物联网关键技术之一,RFID技术已经成为当前研究的热点并得到了广泛应用,特别是在生产制造、交通运输、销售物流、公共安全等众多领域。在具体应用中,多个标签同时识别必然造成碰撞问题,严重影响RFID系统的性能。因此,深入研究稳定、有效的多标签防碰撞问题对于提升RFID系统的性能有着重要意义。论文首先针对RFID标准体系以及RFID系统的结构与工作原理作了简要介绍,并对经典的标签防碰撞算法进行了分析和仿真。然后,针对传统多叉树防碰撞算法产生过多空闲时隙的不足,论文提出了基于映射序列码的多叉树防碰撞算法(MSCMA)。该算法通过引入映射序列码,来避免空查询,同时减少了碰撞时隙的产生。理论分析和仿真表明,MSCMA算法识别效率可达到68%以上。其次,根据特定应用环境中标签ID号连续分布的特点,提出了基于碰撞位检测的改进型多叉树算法(CDIMA),该算法通过一个查询响应周期锁定碰撞位,有效减少了查询总时隙数。同时,阅读器每次查询只需发送3比特前缀,优化了查询命令,从而使CDIMA算法的通信复杂度明显下降。实验结果表明,CDIMA算法在标签ID连续分布的环境下性能达到最佳,识别效率在75%左右。最后,论文在CDIMA算法的基础上提出了基于最优N叉树选择的自适应防碰撞算法(CPNT),该算法在锁定碰撞位的同时计算碰撞位数,判断适合的映射表位数,使系统的传输时延进一步减少,从而提升了RFID系统的总体性能。仿真结果表明,当标签ID碰撞位数大于54位时,CPNT算法识别总时隙和传输时延性能明显优于CDIMA算法。