RFID讀寫器抗沖突問題研究

　　這種方法如果應用在RFID系統(tǒng)中，將存在下面的問題：

　?、賲f(xié)議保持多層結(jié)構(gòu)需要額外的管理開銷。

　?、趯τ谝苿拥淖x寫器來說，網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)不確定的變化將會改變Q學習算法的多級結(jié)構(gòu)。這就需要重新分配時隙，將花去更多的時間并使系統(tǒng)無效。

　　③Q學習假定讀寫器的沖突檢測不在讀寫器相互的偵聽范圍內(nèi)。然而，并不是所有的沖突都能檢測到，這將導致協(xié)議的不正確操作。

　?、苁褂脮r隙需要所有的讀寫器同步，這種同步將是整個系統(tǒng)的額外開銷。

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

3 一種減少讀寫器沖突的新算法

　　3．1 新算法的提出

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

　　RFTD網(wǎng)絡存在隱藏節(jié)點問題，如圖5所示。R1和R2不在相互的偵聽范圍內(nèi)，但是在T處從讀寫器R2發(fā)射的信號與從讀寫器R1發(fā)射的信號發(fā)生干擾。在這種情形下，R1和R2間需要一個通知機制。這樣，當Rl和T正在通信，R2被通知R1的通信，因此R2可以延遲與射頻標簽的通信。我們把這種通過廣播形式發(fā)送的消息稱為“信標”。當一個讀寫器正在與射頻標簽通信時，它將周期性地在一個獨立的控制通道里發(fā)送信標。

　　控制通道的通信范圍，指任何兩個讀寫器在相互的數(shù)據(jù)通道(該通道用來閱讀標簽)干擾，能夠在控制通道通信。圖5中盡管讀寫器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。這是通過在控制通道比數(shù)據(jù)通道發(fā)射更高的功率達到的?？刂仆ǖ朗荝FID頻譜中除那些用作讀寫器與標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)通道上正在進行的通信。數(shù)據(jù)通道被用作讀寫器與標簽之間的通信，而控制通道被用作讀寫器與讀寫器之間的通信。假定讀寫器能夠同時接收控制通道和數(shù)據(jù)通道上的信號。

　　3.2 新算法信標的幀格式

　　新算法只為讀寫器設計，因為射頻標簽不參與抗沖突活動。信標的幀格式如下：

　?、賻愋?，指示該數(shù)據(jù)包是信標數(shù)據(jù)。它可以分割成幀類型和序列號，序列號指明將被發(fā)送的信標的數(shù)量。

　　②源地址，包括發(fā)射信標的讀寫器的地址。在該結(jié)構(gòu)中信標沒有目標地址，因為信標是在控制通道廣播發(fā)送。

　　③CRC檢驗，用來檢測錯誤和校正，是數(shù)據(jù)包循環(huán)冗余檢驗部分。

　　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寫器在與射頻標簽通信前，必須在等待狀態(tài)至少等待tmin時長。該時長等于3倍的信標間隔時間。時長tmin類似于802．11算法DIFS時間。在該狀態(tài)，讀寫器每接收到一個信標，它重新復位等待時長為tmin。

　　②讀寫器如果在時長tmin消耗完了還沒有接收到任何信標，讀寫器推斷出在其附近沒有其他的讀寫器在閱讀標簽。于是讀寫器進入競爭階段，并且從時間間隔[OACW]中選擇一隨機退避時間。如果它選擇i，那么讀寫器必須在競爭狀態(tài)等待i個信標時間間隔時間。如果讀寫器現(xiàn)在接收到一個信標，它就丟失現(xiàn)在的周期，在下一個周期等待。例如在tmin時長接收到了信標，它將在下一個tmin時長等待。如果隨機退避時間結(jié)束，讀寫器還沒有接收到信標，該讀寫器就認為沒有其他的讀寫器和它競爭，因此該讀寫器就在控制通道上發(fā)送信標，并且在數(shù)據(jù)通道上和標簽通信。該隨機退避時間幫助讀寫器問避免產(chǎn)生沖突。否則，許多其他讀寫器在等待時長tmin后會同時發(fā)送信標。隨機退避時間是多倍的信標間隔長，提高了競爭的公平性。

　?、郛斪x寫器與標簽通信時，讀寫器在控制通道上每隔一信標間隔時長發(fā)送一個信標。該信標通知鄰近的讀寫器，以便阻止它們與標簽的通信，這樣避免了沖突。在與標簽通信結(jié)束后，讀寫器重新回位到等待狀態(tài)，繼續(xù)余下的周期。

　　④每次讀寫器發(fā)送一信標，它首先檢測控制通道。如果控制通道忙，就一直檢測下去。一旦檢測到控制通道空閑，讀寫器就等待一隨機延遲并再一次檢測通道和發(fā)送信標。該隨機延遲是多倍的信標傳播延遲，以避免沖突。否則，許多讀寫器在信道空閑時會同時發(fā)送信標。算法中的競爭延遲及發(fā)信標前延遲與通常的無線網(wǎng)絡中的退避相似。一旦控制通道檢測到空閑競爭延遲和發(fā)信標前延遲，計數(shù)器減少；當檢測到發(fā)送時，計數(shù)器停止計時；當控制通道檢測到空閑后，計數(shù)器重新計數(shù)。并且，如果讀寫器在競爭階段的退避期間接收到信標，它就會存儲余下的退避計算時間等待下一次機會。例如，在tmin時間內(nèi)讀寫器接收了信標，當讀寫器重新進入競爭階段時，讀寫器利用余下的退避時間。這樣做的目的是提高讀寫器間的公平。

4 結(jié)論

　　分布式讀寫器抗沖突算法，通過在控制通道上周期地發(fā)送信標來達到抗沖突的目的。與CSMA機制相比，它可以降低讀寫器沖突1％～2％，提高讀寫器的閱讀速率高達98％。它需要讀寫器較少的花銷，完全不需要射頻標簽參與抗沖突。該算法同時還適合移動或手持式閱讀器的射頻網(wǎng)絡，具有重大的實用價值。