基于ALOHA算法的RFID防碰撞技術研究

1 射頻識別系統(tǒng)介紹
射頻識別技術(Radio Frequency Identification，RFID)是一種非接觸式自動識別技術，與傳統(tǒng)的識別方式相比，它無需直接接觸、無需光學可視、無需人工干預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、反應時間短、對環(huán)境適應性強等優(yōu)點，現(xiàn)在已廣泛應用于工業(yè)自動化、商業(yè)自動化和交通運輸管理等領域，成為當前IT業(yè)研究的熱點技術之一。
典型的RFID系統(tǒng)主要包括三個部分：電子標簽(tag)、讀寫器(Read)和應用系統(tǒng)(如圖1)。電子標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。通常電子標簽處于休眠狀態(tài)，一旦進入讀寫器作用范圍內(nèi)就會被激活，并與讀寫器進行無線射頻方式的非接觸式雙向數(shù)據(jù)通信，以達到識別并交換數(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)傳給應用系統(tǒng)進行進一步的處理。

2 系統(tǒng)防碰撞
RFID系統(tǒng)工作時，當有2個或2個以上的電子標簽同時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)的時候，就會出現(xiàn)信號的干擾，這個干擾就稱為碰撞，其結果將會導致該次傳輸?shù)氖?，因為必須采用適當?shù)募夹g防止碰撞的產(chǎn)生。

3 ALOHA算法及仿真結果
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會使某些標簽的識別延遲可能比較長，所以ALOHA算法因具有簡單易實現(xiàn)等優(yōu)點而成為應用最廣的算法之一。ALOHA算法是在ALOHA思想的基礎上，根據(jù)RFID系統(tǒng)的特點和技術要求不斷改進形成的算法體系。它的本質(zhì)是分離標簽的應答時間，使標簽在不同的時隙內(nèi)發(fā)送應答。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)送應答。ALOHA算法又分為幀時隙ALOHA算法、動態(tài)幀時隙ALOHA算法和分組幀時隙ALOHA算法等。
3．1 幀時隙ALOHA算法
幀時隙ALOHA(Framed slotted Aloha，F(xiàn)SA)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，其中包含若干時隙。標簽在每個幀內(nèi)隨機選擇一個時隙發(fā)送數(shù)據(jù)。所有標簽應答同步，即只能在時隙(Slot)開始點向讀寫器發(fā)送信息，每個標簽發(fā)送的時隙是隨機選擇的。時隙可以分為三類：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，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(chǎn)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)。