1、一种基于改进碰撞检测的有效标签识别算法 严亚宁 西安培华学院 摘 要： 标签冲突对 RFID 系统的性能有负面影响。在本文中, 我们提出了一种基于改进的碰撞检测算法, 称为防碰撞协议 (ACP-ICD) 。该协议采用双前缀匹配和碰撞位检测技术, 减少查询次数, 快速识别标签。根据碰撞仲裁过程中的双前缀匹配方法和碰撞位检测, 消除了空闲时隙, 提高识别效率。分析和仿真结果表明, ACPICD 性能优于现有的防碰撞算法。关键词： 射频识别; 防碰撞; ALOHA; DPMM; 作者简介：严亚宁 (1978) , 女, 陕西西安人, 硕士研究生。研究方向:无线传感器网络。收稿日期：2017-08-0
2、7基金：陕西省教育厅专项科学研究计划项目 (16JK2139) An Efficient Tag Recognition Algorithm Based on Iimproved Collision DetectionYAN Yaning Xian Peihua University; Abstract： Tag collisions have a negative impact on the performance of RFID systems.In this paper, we propose an improved collision detection algorithm calle
3、d anti-collision protocol (ACP-ICD) .The protocol uses double prefix matching and collision bit detection techniques to reduce the number of queries and rapidly identify tags. According to the double prefix matching method and collision bit detection in collision arbitration, the idle time slot is e
4、liminated and the recognition efficiency is improved. Analysis and simulation results show that ACP-ICD performs better than existing anticollision algorithms.Keyword： radio frequency identification; anti-collision; ALOHA; DPMM; Received： 2017-08-070 引言多标签冲突是无线射频识别 (RFID) 系统中的一个重要挑战, 在单个阅读器的工作范围内多个标
5、签共享一个公共的无线信道与读取器进行通信。如果多个标签同时向读取器发送消息, 则来自标记的信号将相互冲突并相互损坏, 从而导致多标签冲突问题。为了解决这个问题, 在本文中, 我们提出了一种新的简单而有效的混合标签防碰撞算法, 称为碰撞检测 (ACP-ICD) 。该算法引入了基于 EPC C1Gen2 RFID 系统的点技术和双前缀匹配碰撞仲裁机制跟踪思想。全新的冲突仲裁机制是, 读者反复查询标签的 SID, 以便将标签分成小的子集, 直到每个子集中最多有两个标签。通过双前缀匹配方法, 可以提供确定性的识别和较低的通信开销。1 算法描述在描述算法之前, 我们先介绍阅读器和标签之间的系统传输模型。
6、考虑到实际应用, 我们在工业标准中使用类似的传输模型定义 EPC C1 Gen2。图 1 说明了在阅读器和标签之间的基于传统的 ALOHA、基于树的算法和我们提出的 ACP-ICD的数据交换链接时。其中 t1 是从读取器传输到标签响应的时间, T2 是从标签响应到读取器传输的时间, T3 是多个 SIDs 或 EPCs 的保护时间。如图 1 所示, 虽然我们的方案成功插槽的时间比其他算法长, 但可以提高整个识别效率。ACP-ICD 的主要特点是根据标签的 SID 和 DPMM 分裂冲突的标签。在 ACP-ICD 中, 读者持有存储前缀查询的堆栈。如果发生碰撞, 读取器根据碰撞位检测来更新堆栈,
7、 并使用命令来探测下一个插槽中的标签。直到堆栈为空, 识别过程结束。根据该算法的原理, 我们的方案有三种时隙状态。1.1 成功的插槽接收到单个标记的响应, 或接收到与每个前缀相匹配的两个标记响应。在传统的基于树的算法中, 成功的槽对应标识标记。在 ACP-ICD, 可以识别的标签数目是多个。1.2 碰撞槽当多个标签与不同的 IDs 回应相同的前缀时, 这将导致读取器无法识别任何标记。图 1 在各种算法下读取器和标签之间的链接时 下载原图1.3 可识别碰撞槽当读取器在同一槽中接收多个 ID 并获得正确的 CRC 校验的单个 ID。在这种情况下, 读取器可以识别标签。多前缀的情况下。一旦检测到冲突
8、, 读取器更新前缀并将它们存储到堆栈中。识别过程将重复直到栈为空。考虑到在读取器的操作范围内有 n 个标记等待识别, 我们可以得出以下引理。我们注意到, 由于标签的性能和体系结构复杂度之间的简单性和折衷性, 我们考虑了双前缀, 但是, 该方法可以扩展到多前缀的情况下。一旦检测到冲突, 读取器更新前缀并将它们存储到堆栈中。识别过程将重复直到栈为空。考虑到在读取器的操作范围内有 n 个标记等待识别, 我们可以得出以下引理。引理:如果要标识的标签数量是 n, 那么总查询数 (E (Q) ) 是 n。证明:根据 ACP-ICD 原理, E (Q) 可以表示为:其中 C1和 C2分别代表单位碰撞和连续位
9、碰撞的发生数。在本文中, 我们只考虑单点碰撞。因此, C 2等于 0。根据 CT 分析, C 1等于 n-1。因此, 在我们提出的算法中, E (Q) 可以作为:针对传统系统效率的定义, ACP-ICD 效率 N/N=100%。如从图 2 可以观察到, 一个时隙的时间依赖型。显然, 由于各种防碰撞算法中时隙类型不同, 系统效率的性能指标不合理。2 仿真结果我们评估时间效率, 协调时间, 识别率, 并提出 ACP-ICD 算法的通信开销, 并比较其与基于 ALOHA, 树型和混合型的性能, CT, ILCM, DBTSA 和 OBTT。为了获得时间效率和识别率, 我们需要计算每个步骤的时间间隔和
10、在识别过程中使用的命令。仿真中使用的主要参数, 表 1 列出的参数设置根据 EPC C1 Gen2 标准。表 1 数值计算的参数值 下载原表 图 3 描述了参考方法和 ACP-ICD 之间标签数目从 20 变化到 1000 时间效率的比较。这个数字表明, ACP-ICD 时间效率总是优于现有方法。具体来说, ACP-ICD达到 0.4438 左右, 而 DBTSA, CT, OBTT 和 ILCM 分别达到约 0.3912, 0.3376, 0.3615, 和 0.4052。可以观察到的, 所有算法的时间效率低于 0.5, 远小于传统系统可以达到的效率。原因是识别过程中的协调时间很长, 无法避
11、免。图 4 显示了标识所有标记所需的协调时间的模拟结果。确定 1000 个标签, 该ACP-ICD 花费约 1 秒, 而 BTS, CT, OBTT 和 ILCM 分别花了 1.24, 1.57, 1.43和 1.18 秒。与其他方法相比, 该 ACP-ICD 利用点跟踪技术和 DPMM 消耗最少的时间协调, 从而提高了算法的识别性能。图 2 ACP-ICD 的流程 下载原图图 4 结果:协调时间 下载原图图 3 结果:时间效率 下载原图3 结论在本文中, 我们提出了一种新的确定防碰撞算法, 用于在读取器的操作范围内识别多个 RFID 标签。通过使用双前缀匹配方法和 SID 进行碰撞检测和识别
12、, 显著提高了识别性能。通过理论分析和仿真结果, 验证了 ACP-ICD 优于在时间效率方面艺术算法存在的状态, 协调节约时间、识别率和通信开销。参考文献1M.Bolic, D.Somplot-Ryl, I.Stojmenovic, RFID systems:research trends and challengesJ.John Willey and Sons, 2010. 2J.Su, G.Wen, and J.Han, An efficient RFID anticollision algorithm for ISO 18000-6B protocolJ.Acta Electronic
13、Sinica, 2014 (12) :2515-2519. 3EPCglobal.EPC radio-frequency identify protocols class-1 generation-2 UHF RFID protocol for communications at860 MHz-960 MHz, version 2.0.0, 2013. 4Petar Solic, Joskoi Radic, Nikola Rozic.Energy efficient tag estimation method for ALOHA-based RFID systemsJ.IEEE Sensors J., 2014 (10) :3637-3647. 5H.Wu, Y.Zeng, J.Feng, and Y.Gu.Binary tree slotted ALOHA for passive RFID tag anti-collisionJ.IEEE Trans.Parall.Distrib.Sys., 2013 (01) :19-31.
