RFID讀寫(xiě)器抗沖突問(wèn)題研究

　　這種方法如果應(yīng)用在RFID系統(tǒng)中，將存在下面的問(wèn)題：

　?、賲f(xié)議保持多層結(jié)構(gòu)需要額外的管理開(kāi)銷(xiāo)。

　?、趯?duì)于移動(dòng)的讀寫(xiě)器來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不確定的變化將會(huì)改變Q學(xué)習(xí)算法的多級(jí)結(jié)構(gòu)。這就需要重新分配時(shí)隙，將花去更多的時(shí)間并使系統(tǒng)無(wú)效。

　?、跶學(xué)習(xí)假定讀寫(xiě)器的沖突檢測(cè)不在讀寫(xiě)器相互的偵聽(tīng)范圍內(nèi)。然而，并不是所有的沖突都能檢測(cè)到，這將導(dǎo)致協(xié)議的不正確操作。

　?、苁褂脮r(shí)隙需要所有的讀寫(xiě)器同步，這種同步將是整個(gè)系統(tǒng)的額外開(kāi)銷(xiāo)。

　　綜上所述，這些讀寫(xiě)器抗沖突方法不適合具有移動(dòng)讀寫(xiě)器的RFID網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。因此，必須尋求一種具有實(shí)際意義且有效的適合各種情況的RFID系統(tǒng)。

3 一種減少讀寫(xiě)器沖突的新算法

　　3．1 新算法的提出

　　在設(shè)計(jì)讀寫(xiě)器抗沖突協(xié)議時(shí)，要考慮的一個(gè)重要因素就是射頻標(biāo)簽是被動(dòng)式的，因此不能參與抗沖突；同時(shí)任何增加給標(biāo)簽的新功能都將增加標(biāo)簽的成本。因此希望尋求一種標(biāo)簽不參與的抗沖突協(xié)議。

　　RFTD網(wǎng)絡(luò)存在隱藏節(jié)點(diǎn)問(wèn)題，如圖5所示。R1和R2不在相互的偵聽(tīng)范圍內(nèi)，但是在T處從讀寫(xiě)器R2發(fā)射的信號(hào)與從讀寫(xiě)器R1發(fā)射的信號(hào)發(fā)生干擾。在這種情形下，R1和R2間需要一個(gè)通知機(jī)制。這樣，當(dāng)Rl和T正在通信，R2被通知R1的通信，因此R2可以延遲與射頻標(biāo)簽的通信。我們把這種通過(guò)廣播形式發(fā)送的消息稱(chēng)為“信標(biāo)”。當(dāng)一個(gè)讀寫(xiě)器正在與射頻標(biāo)簽通信時(shí)，它將周期性地在一個(gè)獨(dú)立的控制通道里發(fā)送信標(biāo)。

　　控制通道的通信范圍，指任何兩個(gè)讀寫(xiě)器在相互的數(shù)據(jù)通道(該通道用來(lái)閱讀標(biāo)簽)干擾，能夠在控制通道通信。圖5中盡管讀寫(xiě)器R1和R2相互在數(shù)據(jù)通道干擾，但它們將在控制通道通信。這是通過(guò)在控制通道比數(shù)據(jù)通道發(fā)射更高的功率達(dá)到的?？刂仆ǖ朗荝FID頻譜中除那些用作讀寫(xiě)器與標(biāo)簽間通信的頻譜外的子頻帶。因此，在控制通道上的傳播不影響任何在數(shù)據(jù)通道上正在進(jìn)行的通信。數(shù)據(jù)通道被用作讀寫(xiě)器與標(biāo)簽之間的通信，而控制通道被用作讀寫(xiě)器與讀寫(xiě)器之間的通信。假定讀寫(xiě)器能夠同時(shí)接收控制通道和數(shù)據(jù)通道上的信號(hào)。

　　3.2 新算法信標(biāo)的幀格式

　　新算法只為讀寫(xiě)器設(shè)計(jì)，因?yàn)樯漕l標(biāo)簽不參與抗沖突活動(dòng)。信標(biāo)的幀格式如下：

　?、賻?lèi)型，指示該數(shù)據(jù)包是信標(biāo)數(shù)據(jù)。它可以分割成幀類(lèi)型和序列號(hào)，序列號(hào)指明將被發(fā)送的信標(biāo)的數(shù)量。

　?、谠吹刂罚òl(fā)射信標(biāo)的讀寫(xiě)器的地址。在該結(jié)構(gòu)中信標(biāo)沒(méi)有目標(biāo)地址，因?yàn)樾艠?biāo)是在控制通道廣播發(fā)送。

　　③CRC檢驗(yàn)，用來(lái)檢測(cè)錯(cuò)誤和校正，是數(shù)據(jù)包循環(huán)冗余檢驗(yàn)部分。

　　3．3 新算法的工作流程和步驟

　　圖6為該算法的工作流程圖，主要包括下列步驟：

　?、僮x寫(xiě)器在與射頻標(biāo)簽通信前，必須在等待狀態(tài)至少等待tmin時(shí)長(zhǎng)。該時(shí)長(zhǎng)等于3倍的信標(biāo)間隔時(shí)間。時(shí)長(zhǎng)tmin類(lèi)似于802．11算法DIFS時(shí)間。在該狀態(tài)，讀寫(xiě)器每接收到一個(gè)信標(biāo)，它重新復(fù)位等待時(shí)長(zhǎng)為tmin。

　?、谧x寫(xiě)器如果在時(shí)長(zhǎng)tmin消耗完了還沒(méi)有接收到任何信標(biāo)，讀寫(xiě)器推斷出在其附近沒(méi)有其他的讀寫(xiě)器在閱讀標(biāo)簽。于是讀寫(xiě)器進(jìn)入競(jìng)爭(zhēng)階段，并且從時(shí)間間隔[OACW]中選擇一隨機(jī)退避時(shí)間。如果它選擇i，那么讀寫(xiě)器必須在競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)等待i個(gè)信標(biāo)時(shí)間間隔時(shí)間。如果讀寫(xiě)器現(xiàn)在接收到一個(gè)信標(biāo)，它就丟失現(xiàn)在的周期，在下一個(gè)周期等待。例如在tmin時(shí)長(zhǎng)接收到了信標(biāo)，它將在下一個(gè)tmin時(shí)長(zhǎng)等待。如果隨機(jī)退避時(shí)間結(jié)束，讀寫(xiě)器還沒(méi)有接收到信標(biāo)，該讀寫(xiě)器就認(rèn)為沒(méi)有其他的讀寫(xiě)器和它競(jìng)爭(zhēng)，因此該讀寫(xiě)器就在控制通道上發(fā)送信標(biāo)，并且在數(shù)據(jù)通道上和標(biāo)簽通信。該隨機(jī)退避時(shí)間幫助讀寫(xiě)器問(wèn)避免產(chǎn)生沖突。否則，許多其他讀寫(xiě)器在等待時(shí)長(zhǎng)tmin后會(huì)同時(shí)發(fā)送信標(biāo)。隨機(jī)退避時(shí)間是多倍的信標(biāo)間隔長(zhǎng)，提高了競(jìng)爭(zhēng)的公平性。

　?、郛?dāng)讀寫(xiě)器與標(biāo)簽通信時(shí)，讀寫(xiě)器在控制通道上每隔一信標(biāo)間隔時(shí)長(zhǎng)發(fā)送一個(gè)信標(biāo)。該信標(biāo)通知鄰近的讀寫(xiě)器，以便阻止它們與標(biāo)簽的通信，這樣避免了沖突。在與標(biāo)簽通信結(jié)束后，讀寫(xiě)器重新回位到等待狀態(tài)，繼續(xù)余下的周期。

　　④每次讀寫(xiě)器發(fā)送一信標(biāo)，它首先檢測(cè)控制通道。如果控制通道忙，就一直檢測(cè)下去。一旦檢測(cè)到控制通道空閑，讀寫(xiě)器就等待一隨機(jī)延遲并再一次檢測(cè)通道和發(fā)送信標(biāo)。該隨機(jī)延遲是多倍的信標(biāo)傳播延遲，以避免沖突。否則，許多讀寫(xiě)器在信道空閑時(shí)會(huì)同時(shí)發(fā)送信標(biāo)。算法中的競(jìng)爭(zhēng)延遲及發(fā)信標(biāo)前延遲與通常的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的退避相似。一旦控制通道檢測(cè)到空閑競(jìng)爭(zhēng)延遲和發(fā)信標(biāo)前延遲，計(jì)數(shù)器減少；當(dāng)檢測(cè)到發(fā)送時(shí)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)時(shí)；當(dāng)控制通道檢測(cè)到空閑后，計(jì)數(shù)器重新計(jì)數(shù)。并且，如果讀寫(xiě)器在競(jìng)爭(zhēng)階段的退避期間接收到信標(biāo)，它就會(huì)存儲(chǔ)余下的退避計(jì)算時(shí)間等待下一次機(jī)會(huì)。例如，在tmin時(shí)間內(nèi)讀寫(xiě)器接收了信標(biāo)，當(dāng)讀寫(xiě)器重新進(jìn)入競(jìng)爭(zhēng)階段時(shí)，讀寫(xiě)器利用余下的退避時(shí)間。這樣做的目的是提高讀寫(xiě)器間的公平。

4 結(jié)論

　　分布式讀寫(xiě)器抗沖突算法，通過(guò)在控制通道上周期地發(fā)送信標(biāo)來(lái)達(dá)到抗沖突的目的。與CSMA機(jī)制相比，它可以降低讀寫(xiě)器沖突1％～2％，提高讀寫(xiě)器的閱讀速率高達(dá)98％。它需要讀寫(xiě)器較少的花銷(xiāo)，完全不需要射頻標(biāo)簽參與抗沖突。該算法同時(shí)還適合移動(dòng)或手持式閱讀器的射頻網(wǎng)絡(luò)，具有重大的實(shí)用價(jià)值。