基于ALOHA算法的RFID防碰撞技術(shù)研究

1 射頻識別系統(tǒng)介紹
射頻識別技術(shù)(Radio Frequency Identification，RFID)是一種非接觸式自動識別技術(shù)，與傳統(tǒng)的識別方式相比，它無需直接接觸、無需光學(xué)可視、無需人工干預(yù)即可完成信息輸入和處理，具有操作方便快捷、存儲數(shù)據(jù)量大、保密性好、反應(yīng)時(shí)間短、對環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、商業(yè)自動化和交通運(yùn)輸管理等領(lǐng)域，成為當(dāng)前IT業(yè)研究的熱點(diǎn)技術(shù)之一。
典型的RFID系統(tǒng)主要包括三個部分：電子標(biāo)簽(tag)、讀寫器(Read)和應(yīng)用系統(tǒng)(如圖1)。電子標(biāo)簽放置在被識別的對象上，是RFID系統(tǒng)真正的數(shù)據(jù)載體。通常電子標(biāo)簽處于休眠狀態(tài)，一旦進(jìn)入讀寫器作用范圍內(nèi)就會被激活，并與讀寫器進(jìn)行無線射頻方式的非接觸式雙向數(shù)據(jù)通信，以達(dá)到識別并交換數(shù)據(jù)的目的。此外，許多讀寫器還都有附加的通信接口，以便將所獲的數(shù)據(jù)傳給應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的處理。

2 系統(tǒng)防碰撞
RFID系統(tǒng)工作時(shí)，當(dāng)有2個或2個以上的電子標(biāo)簽同時(shí)在同一個讀寫器的作用范圍內(nèi)向讀寫器發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候，就會出現(xiàn)信號的干擾，這個干擾就稱為碰撞，其結(jié)果將會導(dǎo)致該次傳輸?shù)氖?，因?yàn)楸仨毑捎眠m當(dāng)?shù)募夹g(shù)防止碰撞的產(chǎn)生。

3 ALOHA算法及仿真結(jié)果
目前有多種防碰撞算法，主要分為ALOHA算法和樹形分解算法。由于樹形分解法有時(shí)會使某些標(biāo)簽的識別延遲可能比較長，所以ALOHA算法因具有簡單易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)而成為應(yīng)用最廣的算法之一。ALOHA算法是在ALOHA思想的基礎(chǔ)上，根據(jù)RFID系統(tǒng)的特點(diǎn)和技術(shù)要求不斷改進(jìn)形成的算法體系。它的本質(zhì)是分離標(biāo)簽的應(yīng)答時(shí)間，使標(biāo)簽在不同的時(shí)隙內(nèi)發(fā)送應(yīng)答。一旦發(fā)生碰撞，一般采取退避原則，等待下一循環(huán)周期發(fā)送應(yīng)答。ALOHA算法又分為幀時(shí)隙ALOHA算法、動態(tài)幀時(shí)隙ALOHA算法和分組幀時(shí)隙ALOHA算法等。
3．1 幀時(shí)隙ALOHA算法
幀時(shí)隙ALOHA(Framed slotted Aloha，F(xiàn)SA)算法是基于通信領(lǐng)域的ALOHA協(xié)議提出的。在FSA中，幀(Frame)是由讀寫器定義的一段時(shí)間長度，其中包含若干時(shí)隙。標(biāo)簽在每個幀內(nèi)隨機(jī)選擇一個時(shí)隙發(fā)送數(shù)據(jù)。所有標(biāo)簽應(yīng)答同步，即只能在時(shí)隙(Slot)開始點(diǎn)向讀寫器發(fā)送信息，每個標(biāo)簽發(fā)送的時(shí)隙是隨機(jī)選擇的。時(shí)隙可以分為三類：空閑時(shí)隙、應(yīng)答時(shí)隙和碰撞時(shí)隙。在空閑時(shí)隙中沒有識別任何標(biāo)簽，應(yīng)答時(shí)隙中可以正確識別一個標(biāo)簽。當(dāng)一個時(shí)隙中有多個標(biāo)簽同時(shí)發(fā)送應(yīng)答時(shí)就會產(chǎn)生碰撞，形成碰撞時(shí)隙。碰撞的標(biāo)簽退出當(dāng)前循環(huán)，等待參與新的幀循環(huán)。