射頻識別空中接口協議的多標簽清點研究范文

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摘要：本文對目前兩個主流的射頻識別空中接口國際標準和我國自主設計的空中接口標準在多標簽清點性能上進行了分析對比，給出了國標的創新技術和設計思路，分析了三種標準在多標簽清點過程中出現的問題，并通過軟件仿真方式對多標簽清點性能進行了分析，國標的清點性能總體優于EPC和ISO18000-6B。

關鍵詞：射頻識別；防碰撞算法；中國標準

一、引言

射頻識別應用系統通常由射頻標簽、讀寫器以及數據交換中間件、應用系統等組成。其中，空中接口協議是射頻識別系統最核心的關鍵技術，它規定了讀寫器與標簽之間的通信過程，后端系統通過控制讀寫器實現對標簽的識別、讀、寫等過程。空中接口協議可分為物理層和MAC層兩部分，物理層定義了閱讀器與標簽之間接口的物理參數，MAC層規定了閱讀器與標簽之間的操作過程和命令。由于射頻識別在應用過程中，存在大量多標簽應用的場景，就是在同一個讀寫器的通訊場中，同時有多個標簽，為了實現對標簽的識別，需要進行標簽清點，這就需要用到射頻識別中的多址接入技術——防碰撞算法。影響多標簽清點效果的不僅僅是防碰撞算法，還有標簽應答結構、空中接口時序、狀態機等其他因素，本文重點考慮防碰撞算法部分。

二、算法介紹

(一)GB算法特點和設計思路在國標的防碰撞算法中，采用的是二叉樹算法作為設計基礎，主要的考慮是：二叉樹算法與ALOHAL算法的對比看，二叉樹算法效率較高。而且在標簽數量未知的情況下，二叉樹算法可以比較準確的計算出清點是否結束，而ALOHAL算法因為散列無規律，結束判斷相對準確度低。在二叉樹算法的基礎上，增加了以下幾個算法來提高整體防碰撞的清點性能：→預先分裂算法：在標準二叉樹算法中，發生碰撞后只有時隙計數器為0的標簽進行分裂，其他標簽不進行分裂。在清點開始階段，由于標簽的時隙計數器都是從0開始進行分裂，所以當標簽數量較多的時候，會發生大量的碰撞，造成效率低下。而預先分裂算法主要是為了解決標簽數量較多的情況，在清點過程中，連續幾個時隙都發生碰撞的情況下，就說明大量標簽集中在一起，需要對標簽進行快速散列，此時就發送分散命令，在對時隙計數器為0的標簽進行分裂的同時，對其他標簽也同時進行分裂，這樣就能提高分裂的效率，減少碰撞時隙的數量。→收縮算法：在采用預先分裂算法后，對標簽集中的情況會有改善，但是也會帶來一定的影響，可能會出現大量空閑時隙，造成整體清點性能的下降，因此采用收縮算法來減少空閑時隙，就是在連續的空閑時隙后進行收縮，這樣原來因為預先分裂而帶來的大量空閑時隙就可以同時去掉，不用每次都用Success命令來清點，減少了空閑時隙，提高了清點效率。→重新分裂算法：在標準二叉樹算法中，當兩個標簽時隙計數器都為0，就會發生碰撞，此時讀寫器就會發送Fail命令，使得兩個標簽進行分裂，兩個標簽生成隨機數，有25%的概率對同時生成1，那么在下一個時隙應答的時候就是空閑時隙，讀寫器會發送Success命令使所有標簽計數器減一，這兩個標簽就又會變成0，再次發生碰撞，因此中間的Success命令實際上就是無效的操作，會白白浪費時間，降低清點效率。因此在發生碰撞后，如果下一個時隙無標簽應答，那么就可以判斷除發生碰撞的標簽在進行分類的時候都生成了隨機數1，也就是說，原來時隙計數器為0的所有標簽已經變成時隙計數器為1，這些標簽還是重疊在一起，無法清點，所以此時就可以直接對計數器為1的標簽進行分裂，以便省去Success命令控制的空閑時隙。在增加了上述這些算法后，GB的清點性能優于EPC和6B的清點性能，本文會進行具體分析。

(二)性能比較在射頻識別多標簽清點方面，最主要的評價指標是清點速度，也就是說單位時間內能夠完成標簽清點的數量。

1.測試方法對比三種標準的防碰撞算法，采用了軟件平臺仿真測試。就是在PC平臺上利用仿真工具進行建模，模擬讀寫器和標簽之間的空互命令過程，記錄下讀寫器的每個命令和標簽的應答情況，從而分析計算得到清點效率，之后對每個命令、應答占用的時間和相互時間間隔進行統計，得到一次清點的標簽數量和總體的清點時間，計算出清點速度的數據。標簽數量從10到1000，增加間隔為10，仿真次數為1000次。由于清點速度與清點過程中的通信鏈路時序相關，與多個參數相關，因此在進行軟件仿真的時候，考慮到三種標準的前向編碼不同，為了滿足中國國家無線電委員會對無線頻譜的要求，前向編碼的最小脈沖都按照12.5us來設定，保證帶寬一致，反向速率全部選擇128kbps。

2.清點速度清點速度是指在清點過程中，單位時間內系統清點標簽的數量，按照下面公式計算：總體的清點速度是對每次清點的速度進行統計平均，結果如下：三個標準的清點速度對比圖如下，從圖中可以看出，GB清點速度最高，EPC其次，6B最慢。通過分析上述清點速度的結果，發現主要影響清點速度的因素包括清點效率、前反向數據速率等，尤其是前向數據速率，GB為45.71kbps，6B為40kbps，EPC為32kbps，為了對比防碰撞算法的優劣，規避前向數據速率的影響，又按照前向速率和反向速率都為40kbps的統一值進行仿真，結果如下：清點速率的仿真對比圖如下，從圖中可以看出，結果與前一個仿真結果一樣，GB清點速度最高，EPC其次，6B最慢。但是差距已經縮小。圖2三個標準防碰撞算法前反向速率都為40的清點速度仿真結果對比圖

三、結語

綜上所述，在多標簽清點性能上，GB/T29768提出的防碰撞算法能夠有效提高清點效率和清點速度，相比EPC和ISO18000-6B有明顯的提高，性能表現優異。

參考文獻：

[1]ISO18000-63：Parametersforairinterfacecommunicationsat860MHzto960MHzTypeB.

[2]EPCglobalClass-1Generation-2UHFRFIDProtocol.

[3]GB/T29768-2013信息技術射頻識別800/900MHz空中接口協議.

作者：張姝妹 杜彥芳 單位：天津普維軟件科技有限公司