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基于二进制搜索的RFID标签防碰撞算法研究

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1 RFID技术简介

1．1　基本概念

RFID技术是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是利用无线射频信号的空间耦合(电磁感应或电磁传播)的传输特性，实现对被识别对象的自动识别。

RFID系统一般由两个部分组成，即电子标签和阅读器。在RFID技术的实际应用中，电子标签附着在被识别物体(表面或者内部)上，当带有电子标签的被识别物品通过阅读器的可识读区域时，阅读器自动以无接触的方式将电子标签中的约定识别信息取出，从而实现自动识别物品或自动收集物品标识信息的功能。阅读器本身可包括阅读器模块和天线两个部分，有的阅读器将阅读器模块和天线集成在一个设备单元中，即所谓的集成式阅读器。

1．2　RFID标签防碰撞

RFID的一个优点就是多个目标识别。在RFID系统工作是，在阅读器的作用范围内，可能会有多个标签同时存在，即产生标签碰撞。在这种形式的系统中，存在着两种基本的通信：由读写器到标签的通信；由标签到读写器的通信。

从读写器到标签的通信，类似于无线电广播方式，多个接收机(标签)同时接收同一个发射机(读写器)发出的信息。这种通信方式也被称为“无线电广播”。

从标签到读写器的通信称为多路存取，即在阅读器的作用范围内有多个标签的数据同时传送给阅读器。

无线电通信系统中，多路存取方法或者标签防碰撞问题的解决方式一般具有以下几种形式：空分多路(Space Division Multiple Access，SDMA)法、时分多路(Time Division Multiple Access，TD—MA)法、频分多路(Frequency Division MultipIe Access，FDMA)法、码分多路(Code Division Mul—tiple Access，CDMA)法。

空分多路(SDMA)法是在分离的空间范围内进行多个目标识别的技术。SDMA法的缺点是复杂的天线系统和相当高的实施费用，因此采用这种技术的系统一般是在一些特殊的应用场合，如这种方法在大型的马拉松活动中就获得了成功。

频分多路(FDMA)法是把若干个使用不同载波频率的传输通路同时供通信用户使用的技术。FDMA法的一个缺点是阅读器的成本高，因为每个接收通路必须有自己的单独接收器供使用，射频标签的差异更为麻烦。因此，这种防碰撞方法也限制在少数几个特殊的应用上。

时分多路(TDMA)法是个整个可供使用的通路容量按时间分配给多个用户的技术。TDMA法由于应用简单，容易实现大量标签的读写，所以一般的防碰撞算法主要以TDMA方式实现。对RFID系统来说，TDMA构成了防碰撞算法最大的一类。

最灵活的和应用最广泛的是“二进制搜索法”。对这种方法来说，为了从一组标签中选择其中之一，读写器发出一个请求命令，读写器通过合适的信号编码，能够确定发生碰撞的准确的比特位置，从而对电子标签返回的数据做出进一步的判断，发出另外的请求命令，最终确定读写器作用范围内的所有标签。本文对基于二进制搜索的算法做了详
细介绍，包括基本的二进制搜索算法。，动态二进制搜索算法和后退式动态二进制搜索算法。

2　基于二进制搜索的算法

2．1　基本的二进制搜索算法

实现“二进制搜索”算法系统的必要前提是能辨认出在阅读器中数据碰撞的比特的准确位置。为此，必须有合适的位编码法。首先要对NRZ编码和Manchester编码的碰撞状况做一个比较。选择ASK调制副载波的负载调制电感耦合系统作为标签应答器系统。基带编码中的“1”电平使副载波接通，“0”电平是副载波断开。

NRZ编码：某位之值是在一个位窗(bit window)内由传输通路的静态电平表示的。这种逻辑“1”编码为静态“高”电平，逻辑“o”编码为静态“低”电平。

Manchester编码：某位之值是在一个位窗内由电平的改变(上升／下降边)来表示的。这里，逻辑“o”编码为上升边，逻辑“1”编码为下降边。在数据传输过程中“没有变化”的状态是不允许的，并且作为错误被识别。

由两个(或多个)标签同时发送的数位有不同之值，则接收的上升边和下降边互相抵消，以致在整个位窗的持续时间内接收器接收到的是不间断的副载波信号。在Manchester编码中对这种状态未作规定。因此，这种状态将导致一种错误，从而用这种方法可以按位回溯跟踪碰撞的出现，如图1所示。