基于FPGA的超高頻讀寫器設計
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2．3 讀寫器的防沖突
RFID系統(tǒng)中，多標簽引起的沖突是影響系統(tǒng)效率的難題，傳統(tǒng)的概率性防沖突算法采用的是幀時隙Aloha算法或動態(tài)幀時隙Aloha算法等。但這些算法都存在系統(tǒng)識別效率不高等問題。當標簽數(shù)遠大于幀時隙數(shù)時，發(fā)生碰撞的時隙數(shù)增多，讀寫器不能完成標簽的讀?。寒敇撕灁?shù)遠小于幀時隙數(shù)時，空閑時隙增多而導致時隙浪費，這些都是導致系統(tǒng)效率不高的根本原因。鑒于以上的弊端，本文提出了一種基于幀時隙Aloha的改進型算法，核心思想是將標簽識別分為兩個步驟，即沖突檢測和數(shù)據(jù)讀取。其中沖突檢測是為了檢測一個識別周期中的標簽發(fā)生沖突的情況。數(shù)據(jù)讀取是根據(jù)沖突檢測的情況，允許無沖突的標簽和閱讀器完成通信。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/156402.htm
通常，在幀時隙Aloha算法中，當系統(tǒng)標簽數(shù)量變得很大時，系統(tǒng)效率就開始下降。當讀寫器設置幀的長度(包含的時隙數(shù))為Nt，響應的標簽數(shù)為n時，則有r個標簽選擇同一個應答時隙的概率服從二項分布：
因此，當r=1時表示標簽選擇無碰時隙的概率。在一個周期中預期成功讀取的標簽數(shù)
系統(tǒng)效率的計算公式如下：
系統(tǒng)效率=一個周期中預期讀取的標簽數(shù)／當前的幀的長度=N／N，
從上式中可以計算出系統(tǒng)效率的最大值的位置
。從而可以推導出，當幀的長度為Nt時，效率最高的標簽響應數(shù)為：
從上式可以得出，當標簽數(shù)和幀時隙長度大體相當時，系統(tǒng)效率將變得最大。與圖5所示一致。
為使系統(tǒng)效率最高，必須使幀時隙數(shù)等于參與循環(huán)的標簽數(shù)。每幀時隙數(shù)可以根據(jù)標簽數(shù)的變化及時調(diào)整，使得標簽數(shù)量與幀時隙數(shù)匹配。在開始一個新的循環(huán)時，讀寫器要對參與循環(huán)的標簽數(shù)進行估計，如果所估計的標簽數(shù)與實際情況相差甚遠，那么算法的效率就會發(fā)生大幅的下降。通過對上一個周期通信所獲取的空的時隙數(shù)、發(fā)生碰撞的時隙數(shù)和只有一個標簽傳輸數(shù)據(jù)的時隙數(shù)來估計標簽的數(shù)量，由估計的標簽的數(shù)量來及時調(diào)整下一幀的長度。由于當外圍標簽數(shù)量與幀時隙數(shù)偏離較大時，系統(tǒng)效率會急劇下降，所以通過幀時隙改進型算法能夠把系統(tǒng)的效率控制在34．6％～36．8％范圍內(nèi)，從而大幅提高了系統(tǒng)的識別效率。在實際的RFID系統(tǒng)中，被正確識別的標簽將不再響應讀寫器發(fā)送的數(shù)據(jù)傳輸請求，同樣，成功傳輸數(shù)據(jù)的標簽也不再響應讀寫器的請求。因此前一幀中沒有被識別的標簽數(shù)為N=2．93c。其中c表示發(fā)生碰撞的時隙數(shù)。通過對未識別的標簽數(shù)進行估計，選擇最佳的幀時隙長度，從而使每個循環(huán)周期中響應標簽數(shù)與幀時隙數(shù)相匹配，從而大幅度提高了系統(tǒng)的效率。
3 總結(jié)
本文選用FPGA芯片與AS3990射頻收發(fā)芯片設計并實現(xiàn)了遠距離UHF RFID讀寫器，標簽識別距離達到3～4m，已基本滿足應用要求。并提出了一種幀時隙Aloha防碰撞的改進型算法。通過動態(tài)地調(diào)整幀時隙數(shù)與外圍標簽數(shù)相匹配，使讀寫器系統(tǒng)的讀取效率維持在34.6％～36.8％范圍內(nèi)，大幅度提高了系統(tǒng)的讀取效率。
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