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RFID動態幀時隙防沖撞改進算法研究
來源:本站整理  作者:佚名  2013-02-20 07:59:07

    摘要:射頻識別系統中多個標簽同時應答會引起數據碰撞。為解決標簽碰撞問題,考慮到動態幀時隙算法中標簽估計誤差對系統效率的影響,提出一種基于動態調整幀時隙的改進算法—FBC_ DFSA (Feedback Check_Dynamic Frame Slot ALOHA)。該算法在使用估計方法進行標簽檢0Q11的基礎上,將反饋每輪的檢測結果與估計值相比較,然后根據誤差結果適當地調整下輪的幀長,從而改善吞吐率。仿真結果證明,該算法進,一步改進了動態幀時隙算法的性能,特別是當標簽量較大時效率更加穩定。

    射頻識別系統中,當讀寫器的讀寫范圍內有多個標簽同時存在時,這些標簽幾乎同時響應讀寫器的指令,從而產生碰撞,使得讀寫器不能正確接收標簽返回的信號。為解決產生的碰撞問題,必需采取相應的防碰撞技術。然而,由于RFID系統的特殊性,標簽無源、存儲能力有限并且不具有載波監聽能力,防碰撞算法主要考慮系統的效率、能耗等問題。目前已有一些方法來解決標簽碰撞。其中比較關鍵的是如何用防碰撞算法快速和有效地將標簽全部識別出來。縱觀已有的標簽防碰撞方法,主要分為基于樹形的搜索防碰撞算法和基于ALOHA的算法。樹形算法主要通過遍歷所有碰撞的節點,檢測出碰撞后讓它分成兩個分支,直到檢測到所有標簽的ID都不存在碰撞便識別完成。基于ALOHA的一類算法在RFID系統中也得到了廣泛的應用。ALOHA算法類主要分為純ALOHA算法、時隙ALOHA算法和動態幀時隙ALOHA。動態幀時隙最大的特點是幀的長度可根據標簽的具體情況而改變,從而保證效率的最大化。

 

1動態幀時隙ALOHA的防碰撞算法分析

    ALOHA類算法最初是從純ALOHA算法,標簽發送數據遇到碰撞則延時發送,系統效率最大能到18.4%.后來將發送時間離散化,分成若干時隙,在各時隙內發送數據也即時隙ALOHA算法,如此,因去掉了不完全碰撞,系統效率最高達到36.8%,而遇到大量標簽時效率會急劇下降。之后改進得到幀時隙算法,在時隙算法的基礎上將若干個時隙組成一幀,標簽在與讀寫器通信時隨機選擇一個時隙發送數據,幀長度由讀寫器設定,該算法的理論最大效率也是36.8%,不過可以分成若干幀來識別所有標簽。

 

1.1動態幀時隙ALOHA算法

為使系統吞吐量達到最大,假設每一幀的時隙數目為M,還未讀取的標簽數為n。當一個時隙只有一個標簽的應答時,讀取標簽成功。以概率論分布統計的構造成功率的數學模型,成功時隙的統計概率為:

其中P、為傳輸同路的吞吐率,M為一幀的時隙數(幀長),n為閱讀器范圍內未識別的標簽數。固定nM求導:

  ,即n=M時求極值,PS取得最大值為0.386。理論情況下,當一幀的時隙數目等于當前標簽數目時,吞吐量的理論最大值為0.368。從圖1中可以看到ALOHA算法以及幀時隙ALOHA算法在不同幀長時的系統效率。可以發現,當標簽數量遠大于時隙個數時,系統吞吐量急劇下降;當標簽個數小于時隙個數時,則會浪費時隙數。為解決這個問題,提出了動態幀時隙算法,即讀寫器在與標簽通信過程中動態改變下一幀中時隙數目,動態實時地調整幀長度以保持較高的吞吐率。然而,調整幀長度的大小則成為了該算法效率的關鍵。由于未讀標簽的數目未知并且需要設置幀長度與標簽數相近時效率最佳。所以只有對標簽數量進行了準確的估計,并根據估計結果設定適當的幀大小,才能完全發揮出該算法的特點。

1.2標簽估計

    目前已經出現了多種標簽數目估計的方法,此類估計方法大都基于將各個時隙分為沒有標簽的空時隙,只有一個標簽的獨占時隙以及被兩個或多個標簽占用的碰撞時隙的模型設計。因為每個碰撞時隙至少有兩個或兩個以上的標簽響應,假設前一幀檢測下來有C個碰撞時隙,Lower bound method I']則以每個碰撞時隙有最少的兩個標簽來估計,也即用N=2-C來估計閱讀范圍內未識別的標簽數量。該算法的誤差源于它只考慮了兩個標簽碰撞的有偏估計,在標簽數量比較多的情況下效率很低。FRITS C. Schoutelowerbound基礎上做了改進,考慮到每個時隙標簽大于3個的情形。通過構造泊松過程分布函數,當標簽數等于幀長的情況下得到N=2.39C。即,用N=2.39 . C來估計未識別的標簽數量,該值比lowerbound算法更為準確,但只是靜態估計不能動態反應當前幀碰撞情況。

 

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