RFID系統(tǒng)數據傳輸中的防碰撞問題
    在 RFID 系統(tǒng)中, 讀寫器的作用范圍內經常有多個電子標簽同時要求通信, 導致數據傳輸經常發(fā)生碰撞問題, 因此需要對防碰撞進行研究。
1. 數據傳輸的工作方式
    RFID讀寫器與RFID電子標簽之間的工作方式主要有3種, 分別為無線電廣播工作方式、多路存取工作方式以及多個讀寫器給多個電子標簽同時發(fā)送數據的工作方式。
(1)無線電廣播方式。
    這是一種從一個讀寫器到多個電子標簽的工作方式, 讀寫器發(fā)送的信號同時被多個電子標簽接收。這種工作方式與一個廣播電臺發(fā)射信號, 多個接收機同時接收相類似, 所以被稱為“無線 電廣播”工作方式。
(2)多路存取方式。
    在這種工作方式中, 讀寫器的工作范圍內同時有多個電子標簽, 多個電子標簽同時將數據傳送給讀寫器。

     在多路存取的工作方式中, 各個電子標簽會同時對讀寫器發(fā)出信號, 從而造成電子標簽數據的碰撞, 使讀寫器不能正常讀取各個電子標簽的有關數據, 這就是 RFID系統(tǒng)中的多路存取問題.只有解決好電子標簽的碰撞問題, 才能使 RFID 系統(tǒng)正常工作。解決防碰撞問題需要用到多路存取法。在無線通信中, 多路存取法主要有空分多路法 (SDMA)、頻分多路法(FDMA)、時分多路法(TDMA)和碼分多路法(CDMA),在RFID 系統(tǒng)中, 根據讀寫器與電子標簽之間的通信特點, 空分多路法、頻分多路法和碼分多路法在應用中都受到一定的限制, 只能應用到一些特定的場合, 一般系統(tǒng)主要采用時分多路法。
①空分多路法。
   在空分多路法(Space Division Multiple Access, SDMA)中, RFID系統(tǒng)利用天線空間分離的技術分別讀取電子標簽的數據。
② 頻分多路法。
    在頻分多路法(Frequency Division Multiple Access, FDMA)中, RFID系統(tǒng)把不同載波頻率的傳輸通道分別提供給電子標簽用戶。
③ 時分多路法。
    在時分多路法(Time Division Multiple Access, TDMA)中, RFID系統(tǒng)把整個可供使用的通路容量按時間不同分配給多個用戶分別讀取數據。
(3)多個讀寫器給多個電子標簽同時發(fā)送數據的方式。
    這是一種由多個相鄰的讀寫器試圖同時與多個電子標簽通信而引起的干擾。
2. 防碰撞算法
    解決電子標簽防碰撞問題的關鍵是優(yōu)化的防碰撞算法。現有的 RFID 防碰撞算法都是基于TDMA算法, 可劃分為ALOHA 防碰撞算法和基于二進制搜索(Binary Search, BS)算法兩大類ALOHA 防碰撞算法有ALOHA算法和時隙 ALOHA算法; BS防碰撞算法有二進制樹型搜索算和修剪枝的二進制樹型搜索算法等。防碰撞算法可以使系統(tǒng)的吞吐率及信道的利用率更高, 需的時隙更少, 數據的準確率更高, 能夠更好地解決 RFID系統(tǒng)的碰撞問題, 有助于推動 RFID術更廣泛的應用。
(1)ALOHA算法。
    ALOHA是1968年美國夏威夷大學一項研究計劃的名字, ALOHA 網絡是世界上最早的無電計算機通信網絡。20世紀70年代初, 美國夏威夷大學研制成功一種分組交換計算機網絡, 種網絡采用無線廣播技術, 這也是最早、最基本的無線數據通信方式。ALOHA 是夏威夷人表致意的問候語, 這項研究計劃是要解決夏威夷群島之間的通信問題。ALOHA 網絡可以使分散夏威夷各島的多個用戶通過無線信道來使用中心計算機, 實現一點到多點的數據通信, ALO采用的是一種隨機接人的信道訪問方式。

    ALOHA 算法因具有簡單易實現等優(yōu)點而成為應用最廠的算法之一。ALOHA 算法是本ALOHA 思想的基礎上, 根據 RFID 系統(tǒng)的特點不斷改進而形成的算法體系, 它的本質是分離電子標簽的應答時間, 使電子標簽在不同的時隙發(fā)送應答。ALOHA 算法是一種隨機接人算法。這種算法多采取“標簽先發(fā)言”的方式, 即標簽一旦進入讀寫器的閱讀區(qū)域, 就自動向讀寫器發(fā)泌其自身的ID, 隨即標簽和讀寫器間開始通信。一旦發(fā)生碰撞, 一般采取退避原則, 等待下一微周期再發(fā)送應答。
     純ALOHA 算法信道利用率不高。分析表明, 純ALOHA算法的信道吞吐率S與幀產生率之間的關系為
                                                                S=Ge-2G
    例如, 計算可以得出, 當G=0. 5時, 信道吞吐率S=18. 4%。
(2)時隙ALOHA算法。
    幀時隙(Framed Slotted Aloha, FSA)ALOHA算法是基于通信領域的 ALOHA 協(xié)議提出的, 在FSA中, 幀(Frame)是由讀寫器定義的一段時間長度, 其中包含若干個時隙(Slot), 電子標簽在每幀內隨機選擇一個時隙發(fā)送數據。所有電子標簽應答都要同步, 即只能在時隙開始點向讀寫器發(fā)送信息, 每個電子標簽發(fā)送的時隙是隨機選擇的。時隙可以分為3類, 分別為空閑時隙、應答時隙和碰撞時隙。在空閑時隙中沒有識別任何標簽; 在應答時隙中可以正確識別一個標簽; 當一個時隙中有多個標簽同時發(fā)送應答時, 就會產生碰撞, 形成碰撞時隙。碰撞的標簽退出當前循環(huán), 等待參與新的幀循環(huán)。在幀時隙 ALOHA 算法中, 信道的利用率有所提高。幀時(Frame time)表示發(fā)送一個標準長度的幀所需的時間, 吞吐率表示平均每幀時成功傳送的幀數, 幀產生率表示每幀時嘗試傳送的總次數。分析表明, 幀時隙 ALOHA算法的信道吞吐率S與幀產生率G之間的關系為
                                                                            S=Ge-G
例如, 計算可以得出, 當G=0. 5時, 信道吞吐率S=0. 368%。
1. 3 RFID中數據完整性的實施策略
    在讀寫器與電子標簽的無線通信中, 存在多種干擾因素, 最主要的干擾因素是信道噪聲和信號沖突。采用恰當的信號編碼、調制與校檢方法, 并采取信號防沖突控制技術, 能顯著提高數據傳輸的完整性和可靠性。
1. 信號的編碼、調制與校檢
    RFID 系統(tǒng)基帶編碼的方式有多種, 編碼方式與系統(tǒng)所用的防碰撞算法有關。RFID系統(tǒng)一般采用曼徹斯特編碼, 該編碼半個bit周期中的負邊沿表示1, 正邊沿表示0。該編碼若碼元片內沒有電平跳變, 則被識別為錯誤碼元。這樣可以按位識別是否存在碰撞, 易于實現讀寫器對多個標
簽的防碰撞處理。信號傳輸前先進行降噪處理, 去除信號中的低頻分量和高頻分量, 以減少誤碼率。然后進行載波調制, 載波調制主要有ASK、FSK 和 PSK 等幾種制式, 分別對應于正弦波的幅度、頻率和相位來傳遞數字基帶信號。在RFID系統(tǒng)中, 為簡化設計、降低成本, 大多數系統(tǒng)采用ASK的調制技術。