RFID防碰撞技术课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,RFID防碰撞技术PPT课件,RFID防碰撞技术PPT课件,电子标签,1,电子标签,2,电子标签,4,电子标签,3,电子标签,5,（,1,）多读写器碰撞,第2页/共46页,电子标签1电子标签2电子标签4电子标签3电子标签5（1）多读,8.1 RFID,系统中的碰撞与防碰撞,多读写器碰撞,当相邻的读写器作用范围有重叠时，多个读写器同时读取同一个标签时可能会引起多读写器与标签之间的干扰。如图标签同时收到,3,个读写器的信号，标签无法正确解析读写器发来的查询信号。,读写器自身有能量供应，能进行较高复杂度的计算，所以读写器能检测到碰撞产生，并通过与其他读写器之间的交流互通来解决读写器的碰撞问题，如读写器调度算法和功率控制算法。,第3页/共46页,8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞多读写器碰撞第3页/共,电子标签,1,电子标签,2,电子标签,4,电子标签,3,电子标签,5,（,2,）多标签碰撞,第4页/共46页,电子标签1电子标签2电子标签4电子标签3电子标签5（2）多标,8.1 RFID,系统中的碰撞与防碰撞,多标签碰撞,多标签碰撞,是指读写器同时收到多个标签信号而导致无法正确读取标签信息的问题。如图读写器发出识别命令后，在标签应答过程中可能会两个或者多个标签同一时刻应答，或一个标签还没有完成应答时其他标签就做出应答。它会使得标签之间的信号互相干扰，从而造成标签无法被正常读取。,本章后续讨论的防碰撞都是针对多标签防碰撞。,第5页/共46页,8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞多标签碰撞第5页/共4,如何解决碰撞的问题呢？,第6页/共46页,如何解决碰撞的问题呢？第6页/共46页,无线通信技术中，通信碰撞的四种解决防碰撞方法：,空分多址,(SDMA),频分多址,(FDMA),码分多址,(CDMA),时分多址,(TDMA),8.1 RFID,系统中的碰撞与防碰撞,第7页/共46页,无线通信技术中，通信碰撞的四种解决防碰撞方法：8.1 RF,（,1,）空分多址,SDMA,法,Reader,Tag,Tag,Tag,1,、自适应,SDMA,，电子控制定向天线，天线的方向直接对准某个标签,2,、减少单个读写器的作用范围,3,、,缺点,是天线系统复杂，会大幅度提高成本。,第8页/共46页,（1）空分多址SDMA法ReaderTagTagTag1、自,读,写,器,Tag1,Tag3,Tag5,Tag4,Tag2,阅读器广播命令,阅读器读写区域,f,1,f,2,f,3,f,4,f,5,（,2,）频分多址,FDMA,法,1,、,RFID,系统把不同载波频率的传输通道分别提供给电子标签用户,2,、缺点是导致读写器和标签成本要求较高。因此在,RFID,应用中，频分多路法很少使用。,第9页/共46页,读Tag1Tag3Tag5Tag4Tag2阅读器广播命令阅读,不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同或时隙不同来区分，而是,用各自不同的编码序列来区分,，或者说，靠信号的不同波形来区分。如果从频域或时域来观察，多个,CDMA,信号是互相重叠的。,CDMA,是利用不同的码序列分割成不同信道的多址技术。,CDMA,的频带利用率低，信道容量较小，地址码选择较难、接收时地址码捕获时间较长，其通信频带和技术复杂性在,RFID,系统中难以应用。,（,3,）,码分多址,(CDMA),第10页/共46页,（3）码分多址(CDMA)第10页/共46页,（,4,）时间分割,TDMA,a,b,c,a,b,c,Reader,Tag,1,Tag,2,Tag,3,a,a,b,b,c,c,TDMA,是把整个可供使用的信道容量按时间分配给多个同户的技术。,第11页/共46页,（4）时间分割TDMAabcabcReaderTag1,8.1 RFID,系统中的碰撞与防碰撞,RFID,系统中防碰撞算法分类,电子标签的低功耗、低存储能力和有限的计算能力等限制，导,致许多成熟的防碰撞算法（如空分多路法）不能直接在,RFID,系统中,应用。这些限制可以归纳为：,（,1,）无源标签没有内置电源，标签的能量来自于读写器，因此算,法在执行的过程中，标签功耗要求尽量低；,（,2,）,RFID,系统的通信带宽有限，因此防碰撞算法应尽量减少读写,器和标签之间传输信息的比特数目；,（,3,）标签不具备检测冲突的功能而且标签间不能相互通信，因此,冲突判决需要读写器来实现；,（,4,）标签的存储和计算能力有限，这就要求防碰撞协议尽可能简,单，标签端的设计不能太复杂。,第12页/共46页,8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞RFID系统中防碰撞算,8.1 RFID,系统中的碰撞与防碰撞,2.RFID,中防碰撞算法分类,第13页/共46页,8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞2.RFID中防碰撞算,8.1 RFID,系统中的碰撞与防碰撞,标签防碰撞算法,RFID,系统的标签防碰撞算法大多采用时分多路法，该方法可分,为非确定性算法和确定性算法。,非确定性算法,也称标签控制法，在该方法中，读写器没有对数,据传输进行控制，标签的工作是非同步的，标签获得处理的时间不,确定，因此标签存在,“,饥饿,”,问题。,ALOHA,算法,是一种典型的非确定性,算法，实现简单，广泛用于解决标签的碰撞问题。,确定性算法,也称读写器控制法，由读写器观察控制所有标签。,按照规定算法，在读写器作用范围内，首先选中一个标签，在同一,时间内读写器与一个标签建立通信关系。,二进制树型搜索算法,是典,型确定性算法，该类算法比较复杂，识别时间较长，但无标签饥饿,问题。,第14页/共46页,8.1 RFID系统中的碰撞与防碰撞标签防碰撞算法第14页,8.2 ALOHA,算法,ALOHA,算法,是一种随机接入方法，其基本思想是采取标签先发言的方式，当标签进入读写器的识别区域内时就自动向读写器发送其自身的,ID,号，在标签发送数据的过程中，若有其他标签也在发送数据，将会发生信号重叠，从而导致冲突。读写器检测接收到的信号有无冲突，一旦发生冲突，读写器就发送命令让标签停止发送，随机等待一段时间后再重新发送以减少冲突。,各种,ALOHA,算法：,纯,ALOHA,算法、时隙,ALOHA,算法、帧时隙,ALOHA,算法、动态帧时隙,ALOHA,算法,。,第15页/共46页,8.2 ALOHA算法 ALOHA算法是一种随机接入,ALOHA,算法的模型图,第16页/共46页,ALOHA算法的模型,纯,ALOHA,算法,思想：只要用户有数据要发送，就尽管让他们发送,纯,ALOHA,算法的标签读取过程：,（,1,）各个标签随机的在某时间点上发送信息。,（,2,）阅读器检测收到的信息，判断是成功接收或者碰撞。,（,3,）若判断发生碰撞，则标签随机等待一段时间再重新发送信息。,纯,ALOHA,存在的问题：,（,1,）错误判决。即对同一个标签，如果连续多次发生碰撞，则将导致阅读器出现错误判断，认为标签不在阅读器作用范围内。,（,2,）数据帧的发送过程中发生碰撞的概率很大。过多的碰撞导致吞吐量下降系统性能降低。,解决方向：,减小碰撞发生次数,缩短重发延时,存在的问题？,第17页/共46页,存在的问题？第17页/共46页,吞吐率,S-,代表有效传输的实际总数据率，即在观察时间,T0,内标签成功通信的平均次数,输入负载,G-,发送的总数据率，即观察时间,T0,内标签的平均到达次数,S=G*P,e,其中,P,e,是到达的标签能成功完成通信的概率,性能分析,由概率论知识：,P,e,=e,-2G,所以：纯,ALOHA,算法的吞吐率为：,S=G*e,-2G,第18页/共46页,吞吐率S-代表有效传输的实际总数据率，即在观察时间T0内,当输入负载,G=0.5,时，系统的吞吐率达到最大值,0.184,。由于纯,ALOHA,算法中存在碰撞概率较大，在实际中，该算法仅适于只读型的标签，即阅读器只负责接收标签发射的信号，标签只负责向阅读器发射信号的情况。,第19页/共46页,当输入负载G=0.5时，系统的吞吐率达到最大值0.,时隙,ALOHA,算法,在,ALOHA,算法的基础上把时间分成多个离散时隙,(slot),，并且每个时隙长度要大于标签回复的数据长度，标签只能在每个时隙内发送数据。每个时隙存在：,a,空闲时隙：此时隙内没有标签发送,b,成功识别时隙：仅一个标签发送且被正确识别,c,碰撞时隙：多个标签发送，产生碰撞,第20页/共46页,时隙ALOHA算法第20页/共46页,时隙,ALOHA,算法的吞吐率为：,S=G*e,-G,当输入负载,G=1,时，系统的吞吐量达到最大值,0.368,，避免了纯,ALOHA,算法中的部分碰撞，提高了信道的利用率。,需要一个同步时钟以使阅读器阅读区域内的所有标签的时隙同步。,时隙,ALOHA,算法示意图,第21页/共46页,时隙ALOHA算法的吞吐率为：S=G*e-G时隙ALOHA算,Frame Slotted Aloha(FSA),将,N,个时隙组成一帧，一帧中包含的时隙数固定，标签随机选择,N,个时隙中的一个与阅读器通信，一旦碰撞则等待下一帧，重新选择时隙重发信息。,优点：简化了时隙,Aloha,的随机退避机制。,缺点：当标签数远大于,N,时，出现“,饿死现象,”；,当标签数远小于,N,时，较多,时隙空闲,，产生浪费。,固定帧时隙,Aloha,运用于,RFID,系统示意图,帧时隙,ALOHA,算法,第22页/共46页,Frame Slotted Aloha(FSA)将N个时隙,动态帧时隙,ALOHA,算法（,DFSA,）,帧长随待识别标签数的改变而动态改变,帧长选择依据最优帧长选择理论,帧长,N,等于待识别标签数,n,时，系统识别率最高,第23页/共46页,动态帧时隙ALOHA算法（DFSA）帧长随待识别标签数的改变,Downlink,(,Reader-Tag),Request,Frame 1,Request,Frame 2,Request,Frame 3,Request,Frame 4,Uplink,(Tag-Reader),Tag,1,1,Tag 2,2,Tag 3,3,Tag 4,4,Tag 5,5,Tag 6,6,Tag 7,7,Tag 8,8,Tag 9,9,Tag,10,10,Tag 11,11,Tag 12,12,Tag13,13,动态帧时隙,Aloha,运用于,RFID,系统示意图,当系统待识别标签数较多时，动态增加帧长，可以降低时隙碰撞率，提高系统性能；,当系统待识别标签数较少时，动态减少帧长，可以降低空闲时隙比率，提高时隙利用率，提高系统性能；,第24页/共46页,DownlinkRequestFrame 1RequestF,8.3,二进制树型搜索算法,二进制树型搜索算法,由读写器控制,，基本思想是不断的将导致,碰撞的电子标签进行划分，缩小下一步搜索的标签数量，直到只有,一个电子标签进行回应。,1,冲突位检测,实现该算法系统的必要前提是能够辨认出在读写器中数据冲突,位的准确位置。为此，必须有合适的位编码法。如图对,NRZ,编码和曼,彻斯特编码的冲突状况作一比较。,第25页/共46页,8.3 二进制树型搜索算法 二进制树型搜索算法由读,8.3,二进制树型搜索算法,1,）,NRZ,编码,某位之值是在一个位窗（,t,BIT,）内由传输通路的静态电平表,示，这种逻辑,“,1,”,为,“,高,”,电平，逻辑,“,0,”,为,“,低,”,电平。如果两个,电子标签之一发送了副载波信号，那么，这个信号由读写器译码为,“,高,”,电平