基于18000-6C协议的UHF RFID时隙ALOHA防碰撞算法研究

摘要

射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术是一种通过发送射频信号实现阅读器与标签之间信息传递，完成数据信息的自动识别和双向通信的技术。超高频（Ultra High Frequency，UHF）RFID系统因为其通信距离远、识别速度快、信息容量大等特点，使得其在物流、供应链等领域得到广阔的发展前景，但当前仍然存在诸多问题，如最大识别距离短、安全隐私性差、碰撞率高、定位误差大等，这些都将成为RFID发展和推广过程中的瓶颈，其中，标签碰撞问题是这类问题中最重要的问题之一。
　　本文研究的主要方向是RFID多标签防碰撞算法，重点包括单阅读器和多阅读器两种识别环境的研究。本文基于ISO18000-6C协议，提出针对不同识别环境的改进方案，降低系统的标签碰撞率，实现标签的快速高效读取。
　　对于单阅读器标签识别环境，根据对现有算法的分析知，现有算法均未考虑请求指令所消耗时隙对系统的影响，同时，系统识别效率还有待进一步的优化。本文针对该缺陷，在考虑请求指令消耗时隙的前提下，优化系统参数，通过对系统最大识别效率的分析推导获得最优帧长公式，使得标签识别过程有章可循，并基于此，提出了一种基于ALOHA理论的动态分组变时隙标签识别方法(Dynamic and Grouped Framed-slotted ALOHA)DGFSA算法。DGFSA算法结合最优控制理论，通过分离与合并其他分组的标签，控制每一轮待识别分组的标签数目在一定的范围内。Matlab模型仿真结果表明，与目前典型的标签防碰撞算法相比较，该算法系统复杂度低，系统耗时少，标签识别效率平均提高17.6％，读取循环次数平均减少37.29％，有比较实际的应用价值。
　　对于多阅读器标签识别环境，离散排队理论的研究结果表明，大量标签排队的解决方案是:将单阅读器识别模式改为多阅读器识别模式。本文结合最优控制理论，将进入识别区域的标签随机分组，新颖地提出区分首选阅读器顺序的标签识别方法，并引入阅读器之间的切换时间和标签不满意度，获得首选不同阅读器情况下的最优识别流程。对比各识别路线的仿真结果表明，使用所建立模型获得的最优流程去识别标签，系统识别速度快，标签不满意度低，避免了由于大量标签排队堆积于某一阅读器而导致的漫长等待时间，从而验证了该算法的可靠性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 RFID技术的发展与现状

1．1．1 自动识别技术

1．1．2 RFID关键技术

1．2 课题研究意义

1．2．1 UHF RFID技术存在的问题

1．2．2 UHF RFID防碰撞算法研究背景

1．2．3 UHF RFID防碰撞算法国内外研究现状

1．3 本文研究内容和结构安排

1．3．1 研究内容

1．3．2 结构安排

第二章 防碰撞算法基本原理

2．1 RFID系统组成及原理

2．1．1 RFID电磁场基本理论

2．2 二进制树防碰撞算法

2．3 基于ALOHA的概率性标签防碰撞算法

2．3．1 纯ALOHA算法

2．3．2 时隙ALOHA算法

2．3．3 帧时隙ALOHA算法

2．3．4 动态帧时隙ALOHA算法

2．3．5 分组帧时隙ALOHA算法

2．3．6 动态分组帧时隙ALOHA算法

2．4 本章小结

第三章 单阅读器环境防碰撞算法研究

3．1 射频识别系统碰撞种类

3．2 误差产生原因

3．3 典型的标签防碰撞方法

3．3．1 BFSA算法

3．3．2 DFSA算法

3．3．3 EDFSA算法

3．4 典型防碰撞处理方法

3．4．1 标签估算算法

3．4．2 标签分组算法

3．5 请求指令耗时对系统的影响

3．5．1 不考虑请求指令耗时对系统的分析

3．5．2 考虑请求指令耗时对系统的分析

3．6 防碰撞算法预处理

3．6．1 防碰撞算法预处理

3．6．2 防碰撞算法优化过程

3．6．3 标签识别流程的优化

3．7 仿真验证

3．8 本章小结

第四章 多阅读器环境防碰撞算法研究

4．1 排队论模型简述

4．2 标签识别过程简述

4．2．1 时隙ALOHA算法及其改进

4．2．2 排队规则

4．2．3 标签排队过程分析

4．3 标签识别优化过程

4．3．1 改单阅读器识别方式为全阅读器变序识别方式

4．3．2 改多目标线性规划重建标签识别路线

4．3．3 排队论数学模型的建立

4．4 仿真验证

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢