一種rfid系統(tǒng)中基于多信道的閱讀器碰撞避免方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種RFID系統(tǒng)中基于多信道的閱讀器碰撞避免方法，通過分析閱讀器的碰撞類型，結(jié)合閱讀器間的距離信息，構(gòu)造各類閱讀器碰撞問題的解決方法；為了更好地執(zhí)行解決方案，針對閱讀器間的不同關(guān)系，建立優(yōu)選數(shù)據(jù)信道的準(zhǔn)則；制定控制信息的消息格式，以方便相關(guān)閱讀器獲取信道的選取信息；為了更好完成閱讀器與標(biāo)簽的通信，設(shè)計新型通信處理流程，更好地發(fā)揮多信道功能；進(jìn)一步仿真驗證本方法在識別命令失敗次數(shù)、識別處理時間及網(wǎng)絡(luò)負(fù)載等方面與已有協(xié)議相比的性能優(yōu)勢。本發(fā)明適用于具有多閱讀器的RFID實際場景，將對信息獲取技術(shù)起到推動作用。
【專利說明】
一種RFID系統(tǒng)中基于多信道的閱讀器碰撞避免方法
技術(shù)領(lǐng)域
[00011本發(fā)明屬于射頻識別RFID通信領(lǐng)域，涉及一種應(yīng)用于RFID系統(tǒng)中的碰撞避免方 法，具體涉及一種RFID系統(tǒng)中基于多信道的閱讀器碰撞避免方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無線射頻識別技術(shù)(Radio Frequency Identification，RFID)是一種無線雙向非 接觸式的自動識別技術(shù)，通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。RFID技術(shù)的研 究近年來受到了極大的關(guān)注，并廣泛應(yīng)用于物流、傳輸、安全及目標(biāo)跟蹤等眾多領(lǐng)域。
[0003] RFID系統(tǒng)由多個閱讀器及大規(guī)模標(biāo)簽組成，標(biāo)簽通常為無源標(biāo)簽，其結(jié)構(gòu)簡單、成 本降低，由于沒有電源裝置，需依靠閱讀器發(fā)送查詢命令的能量來觸發(fā)通信，且無分辨信號 頻率的能力。由于閱讀器與標(biāo)簽通信時，共享無線信道，易產(chǎn)生信息碰撞問題，將嚴(yán)重影響 標(biāo)簽的識別率，降低通信效率，是RFID系統(tǒng)通信中急需解決的關(guān)鍵問題。碰撞問題主要分為 兩種:標(biāo)簽碰撞和閱讀器碰撞。當(dāng)多個標(biāo)簽同時響應(yīng)一個閱讀器查詢命令時，由于信號沖突 導(dǎo)致閱讀器不能正常識別標(biāo)簽的問題，稱為標(biāo)簽碰撞，目前存在的防碰撞解決方法多針對 于此類問題;隨著應(yīng)用的擴(kuò)展，多個閱讀器需要同時獲取在某一特定區(qū)域內(nèi)的多標(biāo)簽信息， 由于信號沖突而導(dǎo)致識別失敗的問題，稱為閱讀器碰撞，該問題在以往的研究中較少被關(guān) 注，將嚴(yán)重影響系統(tǒng)運(yùn)行效率，必須有效解決。本發(fā)明重點針對時隙和頻率合理分配的閱讀 器碰撞避免方法。
[0004] Colorwave算法需要每個閱讀器從[0，Maxcolors]中選取一個顏色值，并在所屬的 顏色時隙中與標(biāo)簽通信，來避免碰撞問題，由于該算法的執(zhí)行需要依靠時間同步算法，所以 網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較高;Pluse協(xié)議中設(shè)置了兩個信道，分別為:控制信道和數(shù)據(jù)信道，當(dāng)閱讀器監(jiān)聽 到控制信道空閑時，方可在數(shù)據(jù)信道中與標(biāo)簽通信，由于僅使用了單個數(shù)據(jù)信道，算法性 能有待提高;PCP協(xié)議通過在簇內(nèi)安排讀寫器的讀寫順序來減少碰撞的發(fā)生，GDRA協(xié)議則通 過幾何概率函數(shù)來避免碰撞，這兩種協(xié)議均需要中心控制節(jié)點，因而增加了額外的硬件消 耗;Dica協(xié)議同樣使用了單個數(shù)據(jù)信道，該協(xié)議可以有效解決閱讀器與標(biāo)簽間的碰撞問題， 但無法解決閱讀器間的碰撞問題;MCMAC協(xié)議雖然考慮了使用多個數(shù)據(jù)信道，因為網(wǎng)絡(luò)吞吐 量較高，但由于沒有考慮相鄰閱讀器間的干擾，所以僅能解決有限的碰撞問題;DiMAC是一 種分布式協(xié)議，可以解決各種類型的閱讀器碰撞，擁有兩個控制信道，一個用于傳輸頻率信 息，另一個用于傳輸時隙信息，其性能較高，但無法解決控制信息的碰撞問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 要解決的技術(shù)問題
[0006] 為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種RFID系統(tǒng)中基于多信道的閱讀器 碰撞避免方法，構(gòu)造基于有效多信道的閱讀器碰撞避免方法EMRCA，適用于多閱讀器的RFID 應(yīng)用場景，可以有效解決分布在相同區(qū)域的多個閱讀器同時獲取大量標(biāo)簽信息時所出現(xiàn)的 各類閱讀器碰撞問題，同時通過設(shè)置合理的退避時間來解決控制信息的碰撞問題，有效提 高信息的獲取效率。
[0007] 技術(shù)方案
[0008] 一種RFID系統(tǒng)中有效的多信道閱讀器碰撞避免方法，其特征在于步驟如下：
[0009] 步驟1:確定閱讀器碰撞類型，構(gòu)建各類閱讀器碰撞問題的解決方案：
[0010] 1、若閱讀器間的距離則判定標(biāo)簽位于多個閱讀器的讀寫范圍 內(nèi)，不能同時響應(yīng)多個閱讀器的讀寫請求，產(chǎn)生第一類閱讀器與標(biāo)簽碰撞類型(R~TO ; [0011]解決方案：閱讀器采用隨機(jī)選取不同的通信時隙，解決多個閱讀器對讀寫交叉區(qū) 域的標(biāo)簽同時讀取而造成碰撞的問題；
[0012] 2、若閱讀器間的距離滿足:max{Ii, Ij} <d(Ri，Rj)<max{ri+Ij，rj+Ii}，則判定閱讀 器與標(biāo)簽通信時，易受其他相關(guān)閱讀器干擾范圍的影響，產(chǎn)生第二類閱讀器與標(biāo)簽碰撞類 型(R~T2);
[0013]解決方案：閱讀器采用隨機(jī)選取不同通信時隙的方法，或采用優(yōu)選數(shù)據(jù)信道的準(zhǔn) 則選擇不同信道，解決標(biāo)簽獲取讀寫命令時受到相關(guān)閱讀器干擾范圍影響的問題；
[00?4] 3、若閱讀器間的距離滿足:ri+r j <d (Ri，Rj) <max {I i，I j}，則判定無源標(biāo)簽在響應(yīng) 閱讀器時，易在同一時隙和同一頻率受到其他相關(guān)閱讀器干擾范圍的影響，產(chǎn)生閱讀器間 碰撞類型(R~R);
[0015] 解決方案：閱讀器采用優(yōu)選數(shù)據(jù)信道的準(zhǔn)則選擇不同信道，解決相關(guān)閱讀器的干 擾范圍影響正常標(biāo)簽響應(yīng)的問題；
[0016] 其中：閱讀器Ri的讀寫范圍半徑為ri、干擾范圍半徑為Ii;閱讀器Rj的讀寫范圍半 徑為干擾范圍半徑為表示閱讀器Ri與閱讀器心的距離;在某一閱讀器讀寫范 圍內(nèi)的閱讀器，稱為其鄰居閱讀器，其余滿足上述距離關(guān)系能夠造成閱讀器碰撞的閱讀器， 均稱為其相關(guān)閱讀器；
[0017] 所述優(yōu)選數(shù)據(jù)信道的準(zhǔn)則為：
[0018] i)閱讀器在空閑信道中選取與其相關(guān)閱讀器頻率差距最大的通信信道；
[0019] ii)當(dāng)R~R碰撞或R~T2碰撞發(fā)生時，若閱讀器已有初始信道，則選擇跳頻到與其 相關(guān)閱讀器頻率差距最大的通信信道上；
[0020] iii)當(dāng)R-Ti碰撞發(fā)生時，閱讀器在初始信道中等待鄰居閱讀器讀寫完畢，或跳頻 到不同時隙通信的其它通信信道；
[0021] 在整個過程中，當(dāng)閱讀器占用數(shù)據(jù)信道與標(biāo)簽通信時，周期性在控制信道上發(fā)送 控制信息beacon，以此引導(dǎo)其他閱讀器選取數(shù)據(jù)信道的操作；
[0022] 所述Beacon格式為：（a)閱讀器ID，唯一標(biāo)識beacon所屬的閱讀器；（b)閱讀器選 取的信道號；（c)校驗和，確保beacon信息的正確性；
[0023] 步驟2:當(dāng)各閱讀器已根據(jù)步驟1合理選擇信道，則通信處理流程如下：
[0024]在空閑階段：閱讀器在數(shù)據(jù)信道上的信息傳輸已完成，且沒有在控制信道上的通 信，閱讀器進(jìn)入空閑階段；
[0025]在等待階段：當(dāng)需要與標(biāo)簽通信時，閱讀器首先要監(jiān)聽控制信道，當(dāng)沒有beacon消 息傳送時，則認(rèn)為沒有相關(guān)閱讀器在此時發(fā)送信息，等待3個時隙1\后，進(jìn)入競爭階段;在等 待的時隙內(nèi)，若收到beacon信息，則需判斷信息的來源，若由鄰居閱讀器發(fā)出，則需在初始 信道中等待，直到鄰居閱讀器通信完畢，隨后繼續(xù)進(jìn)入等待階段;若由相關(guān)閱讀器發(fā)出，則 繼續(xù)減少等待時間，直至?xí)r間結(jié)束后進(jìn)入競爭階段；
[0026]在競爭階段:為了增加公平性，避免鄰居閱讀器同時讀取標(biāo)簽，在每個閱讀器與標(biāo) 簽通信之前，都必須等待一段延遲時間〇6]^7_1：；[1116,06137_1：；[1116每隔一個時隙減1，直到減 少為0,閱讀器進(jìn)入通信階段。若在Delay_time時間減少的過程中，收到了鄰居閱讀器的 beacon信息，則閱讀器回到等待階段，并將此時Delay_time的值存入當(dāng)前記錄中；
[0027]所述延遲時間Delay_time的數(shù)值從閱讀器先前競爭階段的記錄中獲取;若沒有先 前競爭階段的記錄，則從[0，round{N/n}]中隨機(jī)選擇一個整數(shù)進(jìn)行初始化，其中：N為閱讀 器數(shù)目，η為信道數(shù)目，roundO為取整函數(shù)；
[0028]在通信階段：閱讀器占據(jù)相應(yīng)數(shù)據(jù)信道與標(biāo)簽通信，并在控制信道中周期性廣播 beacon信息，直到通信結(jié)束;若閱讀器還有通信請求，則進(jìn)入等待階段，否則進(jìn)入空閑階段。 [0029]有益效果
[0030] 本發(fā)明提出的一種首先通過分析閱讀器間的距離與閱讀器碰撞類型的依存關(guān)系， 引入多信道的思想，給出各類閱讀器碰撞問題的解決方案;在此基礎(chǔ)上建立優(yōu)選數(shù)據(jù)信道 的準(zhǔn)則，利用定制的beacon消息格式，傳輸信道選取信息，指導(dǎo)后續(xù)閱讀器信道的選擇;在 多個數(shù)據(jù)信道的基礎(chǔ)上，設(shè)計新型閱讀器通信處理流程，其中鄰居閱讀器與相關(guān)閱讀器將 采用不同的通信處理原則，即鄰居閱讀器應(yīng)在不同時隙通信，用以解決R-h碰撞問題；而 相關(guān)閱讀器應(yīng)在不同信道通信，用以解決R~R碰撞和R~T 2碰撞問題;最后利用實例和仿真 結(jié)果驗證本方法的性能。本發(fā)明的優(yōu)點在于將多數(shù)據(jù)信道引入閱讀器防碰撞方法中，并和 距離、時隙相結(jié)合，有效地解決了標(biāo)簽識別效率低的問題，減少了閱讀器碰撞的發(fā)生;利用 控制信道，設(shè)計新型的通信處理流程，在應(yīng)用碰撞解決方案的同時，解決了 beacon消息碰撞 的問題，可以很好的減少網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，提高標(biāo)簽識別率和識別效率，適用于在特定區(qū)域內(nèi)存在 多閱讀器同時讀取標(biāo)簽信息的射頻識別場景。
[0031] 本發(fā)明的效果如下：
[0032] (1)將閱讀器間的距離與閱讀器碰撞類型相關(guān)聯(lián)，引入多信道，針對碰撞類型的特 點，合理利用不同時隙和不同信道，提出各類閱讀器碰撞問題的解決方法。
[0033] (2)針對閱讀器的位置關(guān)系，建立多信道優(yōu)選準(zhǔn)則，解決了信道的初始化問題和碰 撞發(fā)生時的跳頻問題，利用多信道最大限度的減少碰撞概率的發(fā)生，以提高標(biāo)簽的識別效 率。給出控制信號的傳輸格式，以便時隙及信道選取信息在相關(guān)閱讀器中傳輸，引導(dǎo)其后續(xù) 的讀取行為。
[0034] (3)針對碰撞問題的解決方法，設(shè)計新型的通信流程，進(jìn)一步規(guī)劃控制信道與數(shù)據(jù) 信道的合理使用，將流程分為多個階段，控制閱讀器的讀寫行為，引入等待時間!\和延遲時 間De lay_t ime，增加了方法的公平性，有利于減少beacon的碰撞問題。從圖5~6可知，相比 于已有算法，本方法在減少識別失敗次數(shù)、識別處理時間和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載方面具有更優(yōu)的性能。
【附圖說明】
[0035]圖1為閱讀器分布的實例圖；
[0036] 圖2為實例中閱讀器通信的時序圖；
[0037] 圖3為基于多信道的閱讀器碰撞避免方法流程圖；
[0038] 圖4為識別失敗的次數(shù)與閱讀器數(shù)目關(guān)系的仿真結(jié)果圖；
[0039] 圖5為識別處理時延與閱讀器數(shù)目關(guān)系的仿真結(jié)果圖；
[0040] 圖6為網(wǎng)絡(luò)負(fù)載與閱讀器數(shù)目關(guān)系的仿真結(jié)果圖。
【具體實施方式】
[0041] 現(xiàn)結(jié)合實施例、附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述：
[0042] 1、根據(jù)閱讀器的分布位置，分析其可能產(chǎn)生的碰撞類型，并給出處理方法。
[0043] 圖1所示的是5個閱讀器的分布情況，假設(shè)所有閱讀器的讀寫半徑設(shè)置為r，而干擾 半徑為I，則其潛在的碰撞類型及處理方法如下：
[0044] 1)閱讀器RjPR2之間的距離d12<2r，潛在R-h碰撞，因此兩個鄰居閱讀器將被安 排在不同通信時隙讀取標(biāo)簽信息；
[0045] 2)閱讀器R3與閱讀器心和辦之間的距離：2r<d13<I，2r<d 23<I，潛在R~R碰撞， 因此R3需選擇與RdPR2不同的信道通信，且不受通信時隙的限制；
[0046] 3)閱讀器R4不是閱讀器心，1?2和1?5的相干閱讀器，因此不會收到它們的beacon消 息。由于閱讀器R3與R4之間的距離I<d34<r+I，潛在R~T2碰撞，因此這兩個閱讀器需選擇不 同的信道讀取標(biāo)簽信息，且不受通信時隙的限制；
[0047] 4)閱讀器R5不是閱讀器心~以的相干閱讀器，因此不會收到它們的beacon消息。在 本例中R5可以隨便選取時隙和信道讀寫標(biāo)簽信息，但應(yīng)受到其相干閱讀器和鄰居閱讀器的 限制。
[0048]在選擇數(shù)據(jù)信道時，應(yīng)遵循優(yōu)選數(shù)據(jù)信道的準(zhǔn)則：閱讀器將盡量選取與相關(guān)閱讀 器頻率差距最大的信道，以增加路徑損耗，減少干擾的產(chǎn)生?？刂葡eacon以指定格式傳 遞信道占用信息，以便其他閱讀器合理選擇讀取標(biāo)簽信息時的信道和時隙。路徑損耗公式 (1)如下：
[0050] 例，假設(shè)d為與閱讀器的距離，當(dāng)標(biāo)簽與閱讀器的距離為2m時，根據(jù)公式（1)，標(biāo)簽 收到閱讀器請求信息時的路徑損耗為:P path ^ = 32+251(^(2) = 39.5(11^假設(shè)激活標(biāo)簽所 需的能量為l〇db，則閱讀器收到標(biāo)簽應(yīng)答信息時的路徑損耗為:39.5+39.5+10db = 89db。若 每個閱讀器的發(fā)射功率是相同的，其路徑損耗大于89db的閱讀器將不會影響此標(biāo)簽正常響 應(yīng)信息的接收。根據(jù)公式（1)可得，在同一信道的兩個閱讀器必須相距76.9m之上，才可避免 此類干擾。若選擇相鄰信道，路徑損耗將增加20db，則閱讀器間距離在20.6m之上即可避免 此類干擾。由此可知選擇不同的信道可大大減少能夠產(chǎn)生干擾的距離，并且信道頻率相差 越大效果越明顯。
[0051] 2、實例中各閱讀器的通信處理流程及時序分配。
[0052] 在閱讀器與標(biāo)簽通信之前，首先需確定退避時延Delay_time的選取范圍，假設(shè)閱 讀器數(shù)目N=150,信道數(shù)目n = 20,則選取范圍為：[0^01111(1(150/20)]~[0,7]，其中仰1111(1 0為取整函數(shù)，圖2為實例中5個閱讀器的通信時序圖。
[0053]在讀寫標(biāo)簽之前，閱讀器要先等待3?\個時隙，確保沒有相干閱讀器在控制信道上 傳輸beacon消息，隨后需在[0，7]中選取退避時延Delay_time，防止鄰居閱讀器同時占據(jù)數(shù) 據(jù)信道，提高方法的公平性。Delay_time每過一個時隙減1，直到減少為0時，若閱讀器依然 沒有收到相關(guān)閱讀器的beacon消息，便可占據(jù)數(shù)據(jù)信道讀寫標(biāo)簽信息。
[0054] 如圖2所示，閱讀器心與心選擇的退避時延分別為：6和4，R2的退避時延小于心，因 而首先減少到〇，R2先開始占據(jù)數(shù)據(jù)信道與標(biāo)簽通信，而Ri將保留剩余退避時延，并在原有 信道上等待，這是因為閱讀器心與辦是鄰居閱讀器，需選擇不同時隙與標(biāo)簽通信，且不受通 信信道的限制。圖中當(dāng)R2通信完畢后，重新選擇Delay_time為3，Ri則從記錄中恢復(fù)剩余時延 2,繼續(xù)隨時隙減少，Ri率先減少為0,占據(jù)數(shù)據(jù)信道與標(biāo)簽通信，此時R2受時隙限制，同樣保 留剩余退避時延在原信道中等待，依此類推。
[0055]為了避免R~R碰撞，閱讀器R3選擇了與心和辦不同的數(shù)據(jù)信道，由于不受通信時隙 的限制，從圖2中可知，R3選擇的Delay_time為3,率先減少為0,當(dāng)它與標(biāo)簽進(jìn)行通信時，并 未影響R2退避時延的減少，此隨后在不同的信道中同時與其標(biāo)簽進(jìn)行通信，同理心在占用數(shù) 據(jù)信道與標(biāo)簽通信時，也未影響R 3在不同信道中同時與其標(biāo)簽進(jìn)行通信。R3為辦和辦的相干 閱讀器，雖在通信時隙的選取上不受這兩個閱讀器的限制，但依然受到其本身鄰居閱讀器 的影響。
[0056]閱讀器R4不是閱讀器RhRdPRs的相干閱讀器，因而在時隙和信道的選取上均不受 它們的限制；與R3是相干閱讀器，為了避免R~T2碰撞，需選擇與R3不同的數(shù)據(jù)信道，但在選 取通信時隙上不受限制。從圖2實例中看出，R4與R 2、RdPR5可同時通信，但同樣要受到其本 身鄰居閱讀器選取通信時隙的影響。
[0057]閱讀器R5不是Ri~R4的相干閱讀器，在選取退避時延后，可不考慮其他閱讀器信道 和時隙選擇的限制，當(dāng)時延減少為〇后，即可與其標(biāo)簽通信，但其本身依然受到鄰居閱讀器 選擇時隙的影響。
[0058] 圖3為基于多信道閱讀器碰撞避免方法的流程圖，通過新型通信處理流程，可以看 出本方法EMRCA的識別效率高于已有閱讀器防碰撞方法，本方法可以采用不同的數(shù)據(jù)信道 和時隙來解決各種潛在的碰撞問題。當(dāng)出現(xiàn)潛在的R~R和R~T 2碰撞時，閱讀器可被安排在 不同的數(shù)據(jù)信道，在相同的時隙與標(biāo)簽通信，可大大提高系統(tǒng)的吞吐量，并通過控制信道接 收相干閱讀器和鄰居閱讀器的beacon消息，避免發(fā)生各類潛在的碰撞問題。
[0059] 3、EMRCA的仿真及性能分析
[0060] 本節(jié)將估計本方法與已有方法Dica、MCMAC和DiMAC在以下三個方面的性能：1)識 別失敗次數(shù);2)識別時延;3)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。
[0061] 仿真環(huán)境:假設(shè)1\為0.5ms，閱讀器的讀寫半徑為10m，根據(jù)路徑損耗模型計算出的 干擾半徑約為1 〇〇〇m。所有閱讀器隨機(jī)分布在3km3的區(qū)域內(nèi)，數(shù)據(jù)信道頻率范圍為:920MHz ~925MHz，被等間隔分為20個，控制信道頻率為930MHz。每個閱讀器將識別100個標(biāo)簽，各項 結(jié)果為仿真100次的平均值。
[0062] 1)識別失敗次數(shù)的性能比較
[0063]圖4為不同方法之間識別失敗次數(shù)的仿真結(jié)果圖，從圖中可以看出，隨著閱讀器數(shù) 目的增加，Di ca和MCMAC方法的識別失敗次數(shù)是增加的，這是因為Di ca只能解決R-h碰撞， 而MCMAC只能解決R~R碰撞，所以識別失敗率較高。DiMAC方法雖然可以解決所有類型的碰 撞，但沒有考慮攜有相同信息的beacon消息同時發(fā)送的問題，這將會導(dǎo)致相干閱讀器占據(jù) 同一數(shù)據(jù)信道或相鄰閱讀器在同一時隙與標(biāo)簽通信的情況產(chǎn)生，所以其曲線略高于本方 法。本方法EMRCA不但可以避免所有類型的碰撞，還可以解決beacon消息沖突問題，識別失 敗的次數(shù)幾乎為0,并不隨閱讀器數(shù)目的增加而變化，所以此項性能最優(yōu)。
[0064] 2)識別時延的性能比較
[0065] 識別時延定義為完成所有識別任務(wù)所需的時間。圖5為不同方法之間識別時延的 仿真結(jié)果圖，可以看出所有方法的識別時延都隨著加入閱讀器數(shù)目的增多而增加，因為此 時有更多的識別任務(wù)。Dica和MCMAC方法的時延較低，這是因為他們只能解決一部分碰撞問 題，有效的識別任務(wù)較少。DiMAC和本方法EMRCA都可以解決所有類型的碰撞，但使用DiMAC 時，閱讀器在每次有新的識別任務(wù)時，都必須重新選擇信道，費(fèi)時較長，因而該項曲線高于 本方法;而本方法EMRCA不需要每次都重新選擇信道，僅在通過跳頻才可以解決碰撞問題時 選擇，在通信前，為了保證閱讀器間的公平性，增加了退避時延，但其僅消耗較少的時間，因 而本方法的時延消耗低于DiMAC方法。
[0066] 3)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的性能比較
[0067]所有beacon消息在控制信道中的傳輸流量被定義為網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。圖6為不同方法之 間網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的仿真結(jié)果圖，從圖中可以看出，本方法的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載最低。MCMAC方法最高，其次 是DiMAC，因為其有兩個控制信道，很多信息被重復(fù)傳輸。Dica方法的曲線稍高于本方法，這 是因為其僅有一個數(shù)據(jù)信道，需要頻繁的在控制信道上傳輸信息以確保數(shù)據(jù)信道的有效利 用。本方法EMRCA具有多個數(shù)據(jù)信道可以解決各種類型的碰撞，數(shù)據(jù)信道不需要在每次有新 識別任務(wù)時改變，減少了控制信道信息的傳輸，所以網(wǎng)絡(luò)負(fù)載最低。
[0068] 由此可見本方法EMRCA相比于D i ca、MCMAC和D iMAC在降低識別失敗次數(shù)、識別延 時，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載方面具有較好的性能。
【主權(quán)項】
1. 一種RFID系統(tǒng)中有效的多信道閱讀器碰撞避免方法，其特征在于步驟如下： 步驟1:確定閱讀器碰撞類型，構(gòu)建各類閱讀器碰撞問題的解決方案： 1、 若閱讀器間的距離:d (Ri，Rj) <ri+r j，則判定標(biāo)簽位于多個閱讀器的讀寫范圍內(nèi)，不能 同時響應(yīng)多個閱讀器的讀寫請求，產(chǎn)生第一類閱讀器與標(biāo)簽碰撞類型(R~TO; 解決方案：閱讀器采用隨機(jī)選取不同的通信時隙，解決多個閱讀器對讀寫交叉區(qū)域的 標(biāo)簽同時讀取而造成碰撞的問題； 2、 若閱讀器間的距離滿足:max{Ii, Ij}〈d(Ri，Rj)〈max{ri+Ij，rj+Ii}，則判定閱讀器與標(biāo) 簽通信時，易受其他相關(guān)閱讀器干擾范圍的影響，產(chǎn)生第二類閱讀器與標(biāo)簽碰撞類型(R~ T2)； 解決方案：閱讀器采用隨機(jī)選取不同通信時隙的方法，或采用優(yōu)選數(shù)據(jù)信道的準(zhǔn)則選 擇不同信道，解決標(biāo)簽獲取讀寫命令時受到相關(guān)閱讀器干擾范圍影響的問題； 3、 若閱讀器間的距離滿足:r i+r j <d (Ri，Rj)〈max {I i，I j}，則判定無源標(biāo)簽在響應(yīng)閱讀器 時，易在同一時隙和同一頻率受到其他相關(guān)閱讀器干擾范圍的影響，產(chǎn)生閱讀器間碰撞類 型(R~R); 解決方案：閱讀器采用優(yōu)選數(shù)據(jù)信道的準(zhǔn)則選擇不同信道，解決相關(guān)閱讀器的干擾范 圍影響正常標(biāo)簽響應(yīng)的問題； 其中：閱讀器h的讀寫范圍半徑為η、干擾范圍半徑為11;閱讀器^的讀寫范圍半徑為 r j、干擾范圍半徑為I j; d (Ri，Rj)表示閱讀器Ri與閱讀器Rj的距離;在某一閱讀器讀寫范圍內(nèi) 的閱讀器，稱為其鄰居閱讀器，其余滿足上述距離關(guān)系能夠造成閱讀器碰撞的閱讀器，均稱 為其相關(guān)閱讀器； 所述優(yōu)選數(shù)據(jù)信道的準(zhǔn)則為： i)閱讀器在空閑信道中選取與其相關(guān)閱讀器頻率差距最大的通信信道； i i)當(dāng)R~R碰撞或R~T2碰撞發(fā)生時，若閱讀器已有初始信道，則選擇跳頻到與其相關(guān)閱 讀器頻率差距最大的通信信道上； iii)當(dāng)R-h碰撞發(fā)生時，閱讀器在初始信道中等待鄰居閱讀器讀寫完畢，或跳頻到不 同時隙通信的其它通信信道； 在整個過程中，當(dāng)閱讀器占用數(shù)據(jù)信道與標(biāo)簽通信時，周期性在控制信道上發(fā)送控制 信息beacon，以此引導(dǎo)其他閱讀器選取數(shù)據(jù)信道的操作； 所述Beacon格式為：（a)閱讀器ID，唯一標(biāo)識beacon所屬的閱讀器；（b)閱讀器選取的信 道號；（c)校驗和，確保beacon信息的正確性； 步驟2:當(dāng)各閱讀器已根據(jù)步驟1合理選擇信道，則通信處理流程如下： 在空閑階段:閱讀器在數(shù)據(jù)信道上的信息傳輸已完成，且沒有在控制信道上的通信，閱 讀器進(jìn)入空閑階段； 在等待階段：當(dāng)需要與標(biāo)簽通信時，閱讀器首先要監(jiān)聽控制信道，當(dāng)沒有beacon消息傳 送時，則認(rèn)為沒有相關(guān)閱讀器在此時發(fā)送信息，等待3個時隙1\后，進(jìn)入競爭階段;在等待的 時隙內(nèi)，若收到beacon信息，則需判斷信息的來源，若由鄰居閱讀器發(fā)出，則需在初始信道 中等待，直到鄰居閱讀器通信完畢，隨后繼續(xù)進(jìn)入等待階段;若由相關(guān)閱讀器發(fā)出，則繼續(xù) 減少等待時間，直至?xí)r間結(jié)束后進(jìn)入競爭階段； 在競爭階段:為了增加公平性，避免鄰居閱讀器同時讀取標(biāo)簽，在每個閱讀器與標(biāo)簽通 信之前，都必須等待一段延遲時間〇6]^7_1：；[1116,〇6137_1：；[1116每隔一個時隙減1，直到減少為 0,閱讀器進(jìn)入通信階段。若在Delay_time時間減少的過程中，收到了鄰居閱讀器的beacon 信息，則閱讀器回到等待階段，并將此時De lay_t ime的值存入當(dāng)前記錄中； 所述延遲時間Delay_time的數(shù)值從閱讀器先前競爭階段的記錄中獲取;若沒有先前競 爭階段的記錄，則從[〇，round{N/n}]中隨機(jī)選擇一個整數(shù)進(jìn)行初始化，其中：N為閱讀器數(shù) 目，η為信道數(shù)目，roundO為取整函數(shù)； 在通信階段：閱讀器占據(jù)相應(yīng)數(shù)據(jù)信道與標(biāo)簽通信，并在控制信道中周期性廣播 beacon信息，直到通信結(jié)束;若閱讀器還有通信請求，則進(jìn)入等待階段，否則進(jìn)入空閑階段。
【文檔編號】G06K7/10GK106096476SQ201610393709
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月6日 公開號201610393709.1, CN 106096476 A, CN 106096476A, CN 201610393709, CN-A-106096476, CN106096476 A, CN106096476A, CN201610393709, CN201610393709.1
【發(fā)明人】蔣毅, 張若南, 程偉, 李彬
【申請人】西北工業(yè)大學(xué)