基于时隙ALOHA的RFID多标签防碰撞算法的研究与实现

论文摘要

射频识别（RFID）系统由于具有通信距离远、速度快、信息容量大等特点,在物流、供应链等领域具有广阔的发展前景,其中多目标识别问题是这类应用中的一个关键问题。本文系统地研究了现有的RFID多标签防碰撞算法,并提出了改进方案,以减少多标签之间的信号碰撞,实现提高多标签识别速度的目标。论文首先比较了现有的RFID多标签防碰撞算法,基于ISO18000-6C协议建立了Matlab仿真模型,并且结合中国的频率规范和应用特点确定了仿真参数,为评估现有算法性能提供了仿真平台。根据对现有的时隙ALOHA防碰撞算法的分析,发现现有的防碰撞算法均没有考虑时隙不等长对算法性能的影响。本文针对现有算法的缺陷,提出了一种基于时隙不等长因子的帧长选择方法,适用于各种基于时隙ALOHA的防碰撞算法,并且与ISO18000-6C协议完全兼容。仿真结果表明,采用该方法后,在前向/反向通信数据率分别为125和60kb/s时,算法平均识别速度最高可以提高30个/s。此外,本文还在现有防碰撞算法基础上研究了分组算法和适用于动态环境的算法流程。仿真结果表明,分组算法并不能提高识别速度;而在动态环境下,当前向/反向通信数据率分别为125和60kb/s时,标签数量大于300个时,动态算法Lower Bound SBS比静态算法Lower Bound FBF的识别速度高10个/s。在此基础上,本文提出了一种利用空时隙扫描以减少空时隙的时间开销的随机型算法。该算法结合Bit Slot和ID Slot两种类型算法的优点,可以进一步提高防碰撞算法的效率和识别速度,仿真结果表明当前向/反向通信数据率分别为80和100kb/s时,识别速度为500个/秒。最后,基于时隙不等长因子的改进防碰撞算法和适合动态环境的动态算法在与北京维深电子技术有限公司合作设计的超高频读写器（基于INTEL公司的Tilden R1000芯片）上进行了实现和测试。

论文目录

• 目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.3 论文的贡献
• 1.4 论文组织结构
• 第二章 防碰撞算法原理
• 2.1 射频识别系统工作原理
• 2.1.1 与无线射频相关的电磁场基本理论
• 2.2 二进制树防碰撞算法
• 2.3 基于ALOHA防碰撞算法
• 2.3.1 纯ALOHA算法
• 2.3.2 时隙ALOHA算法
• 2.3.3 动态帧时隙ALOHA法
• 2.3.3.1 标签数量估算方法
• 2.3.3.2 帧长选择
• 2.3.4 动态环境下的时隙ALOHA算法
• 2.3.5 Bit-Slot
• 2.4 混合算法
• 2.5 小结
• 第三章 算法仿真模型设计
• 3.1 ISO18000-6C协议介绍
• 3.2 模型结构
• 3.3 系统仿真参数
• 3.3.1 通信数据率
• 3.3.2 静态环境参数设置
• 3.3.3 动态环境参数设置
• 3.4 模型验证与算法比较
• 3.4.1 标签数量和通信数据率对识别速度的影响
• 3.4.2 误码率对识别速度的影响
• 3.4.3 EPC相似度对识别速度的影响
• 第四章 防碰撞算法研究
• 4.1 基于时隙不等长因子的算法优化方法
• 4.1.1 原因
• 4.1.2 时隙不等长因子的计算
• 4.1.3 仿真结果及分析
• 4.1.3.1 静态环境
• 4.1.3.2 动态环境
• 4.2 随机型防碰撞算法──BIS
• 4.2.1 原因
• 4.2.2 BIS算法原理
• 4.2.3 BIS算法仿真结果及分析
• 4.2.3.1 仿真条件
• 4.2.3.2 仿真结果
• 4.3 标签分组算法研究
• 4.3.1 原因
• 4.3.2 分组算法原理
• 4.3.3 分组算法仿真结果及分析
• 4.3.3.1 帧长存在一定的上限
• 4.3.3.2 帧长不可调节
• 4.3.3.3 帧长不可调节
• 4.4 动态环境下的算法研究
• 4.4.1 原因
• 4.4.2 动态算法原理
• 4.4.3 动态算法仿真结果及分析
• 4.4.3.1 Bayesian算法分析
• 4.4.3.2 多种动态算法比较
• 4.5 小结
• 第五章 测试与验证
• 5.1 测试条件
• 5.1.1 读写器
• 5.1.1.1 软件中的防碰撞机制
• 5.1.1.2 射频通信控制
• 5.1.2 电子标签
• 5.1.3 测试环境和参数
• 5.2 测试结果
• 5.2.1 动态算法测试
• 5.2.2 基于时隙不等长因子的算法优化方法测试
• 5.2.3 各种防碰撞算法测试
• 5.2.4 识读率测试
• 5.3 小结
• 第六章 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢