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RFID讀寫(xiě)器抗沖突問(wèn)題研究

作者: 時(shí)間:2011-03-15 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
1 讀寫(xiě)器的干擾

  讀寫(xiě)器的沖突是指由一個(gè)讀寫(xiě)器檢測(cè)到,并且由另一個(gè)讀寫(xiě)器所引起的干擾。它主要有三種表現(xiàn)形式。

  (1)讀寫(xiě)器與讀寫(xiě)器之問(wèn)的干擾

  當(dāng)一個(gè)讀寫(xiě)器發(fā)射較強(qiáng)的信號(hào)與一射頻標(biāo)簽反射回的微弱信號(hào)相干擾時(shí),就引起了讀寫(xiě)器與讀寫(xiě)器之間的干擾,其示意圖如圖1所示。讀寫(xiě)器R1位于讀寫(xiě)器R2干擾區(qū)。從射頻標(biāo)簽Tl反射回的信號(hào)到達(dá)讀寫(xiě)器R1,很容易被讀寫(xiě)器R2發(fā)射的信號(hào)干擾。這種干擾即使兩個(gè)讀寫(xiě)器閱讀范圍沒(méi)有重疊也有可能產(chǎn)生。

  (2)多讀寫(xiě)器到標(biāo)簽問(wèn)的干擾

  當(dāng)多個(gè)讀寫(xiě)器同時(shí)閱讀同一個(gè)標(biāo)簽時(shí)引起了多讀寫(xiě)器到標(biāo)簽間的干擾,如圖2所示,兩個(gè)讀寫(xiě)器閱讀范圍重疊。從讀寫(xiě)器Rl和R2發(fā)射的信號(hào)可能在射頻標(biāo)簽Tl處產(chǎn)生干擾。在這種情況下,標(biāo)簽T1不能解密任何查詢信號(hào)并且讀寫(xiě)器R1和R2都不能閱讀T1。因?yàn)樽x寫(xiě)器沖突,讀寫(xiě)器Rl能閱讀標(biāo)簽T2和T3,但是不能閱讀標(biāo)簽Tl,因此,讀寫(xiě)器R1指示兩個(gè)射頻標(biāo)簽存在而不是3個(gè)。

讀寫(xiě)器抗沖突問(wèn)題研究

讀寫(xiě)器抗沖突問(wèn)題研究

  (3)讀寫(xiě)器沖突使載波偵聽(tīng)無(wú)效

  另外一種讀寫(xiě)器沖突的情況如圖3所示。兩個(gè)讀寫(xiě)器閱讀范圍沒(méi)有重疊,但讀寫(xiě)器R2發(fā)射的信號(hào)與讀寫(xiě)器R1發(fā)射的信號(hào)在標(biāo)簽T處干擾。這種情況同時(shí)發(fā)生在兩個(gè)讀寫(xiě)器不在相互偵聽(tīng)范圍內(nèi)時(shí),使射頻識(shí)別網(wǎng)絡(luò)中載波偵聽(tīng)無(wú)效。

讀寫(xiě)器抗沖突問(wèn)題研究

  除了誤操作,讀寫(xiě)器沖突同時(shí)使射頻識(shí)別系統(tǒng)總的閱讀速率減慢,而且這些問(wèn)題在移動(dòng)或手持式讀寫(xiě)器中更加嚴(yán)重。因此,減少讀寫(xiě)器沖突是必須的。

2 相關(guān)工作和研究

  2.1 讀寫(xiě)器沖突的主要特點(diǎn)

  讀寫(xiě)器沖突主要有下列特點(diǎn):

  ①隱藏節(jié)點(diǎn)問(wèn)題是讀寫(xiě)器沖突問(wèn)題的一個(gè)方面。兩個(gè)讀寫(xiě)器不在相互偵聽(tīng)范圍內(nèi)而在標(biāo)簽處干擾時(shí),使射頻識(shí)別網(wǎng)絡(luò)中正常的載波偵聽(tīng)無(wú)法工作。

 ?、诋?dāng)多個(gè)讀寫(xiě)器詢問(wèn)/發(fā)射的信號(hào)在某射頻標(biāo)簽處沖突時(shí),該點(diǎn)的信號(hào)會(huì)變得非常雜亂并且射頻標(biāo)簽不能再接收任何讀寫(xiě)器詢問(wèn)/發(fā)射的信號(hào)。

 ?、鬯芯康纳漕l標(biāo)簽是被動(dòng)式標(biāo)簽,因此標(biāo)簽本身既不能調(diào)整也不能主動(dòng)與讀寫(xiě)器通信以避免沖突。射頻標(biāo)簽是在被讀寫(xiě)器詢問(wèn)信號(hào)激活后才能通信。

  2.2 相關(guān)的多址機(jī)制

  常用的多址機(jī)制不能直接應(yīng)用在射頻識(shí)別系統(tǒng)中,因?yàn)椋?/P>

 ?、貴DMA。FDMA方式中,讀寫(xiě)器使用不同的頻率和射頻標(biāo)簽通信。由于射頻標(biāo)簽沒(méi)有頻率調(diào)諧電路,因此射頻標(biāo)簽不能選擇一個(gè)特定的讀寫(xiě)器與其通信。如果射頻標(biāo)簽增設(shè)頻率調(diào)諧電路功能,將大大增加射頻標(biāo)簽的成本,因此FDMA不適合應(yīng)用在射頻識(shí)別系統(tǒng)中。

 ?、赥DMA。TDMA方式中,讀寫(xiě)器被分配不同的時(shí)隙,以避免讀寫(xiě)器同時(shí)詢問(wèn)/發(fā)送射頻信號(hào)。這類似于圖論中的圖形著色問(wèn)題,是一個(gè)NP-hard問(wèn)題。在移動(dòng)式網(wǎng)絡(luò)中,沒(méi)有干擾的讀寫(xiě)器因?yàn)橐苿?dòng)靠近而出現(xiàn)干擾,需要重新分配時(shí)隙。動(dòng)態(tài)的分配時(shí)隙減小了RFID系統(tǒng)閱讀速率。

 ?、跜SMA。RFID網(wǎng)絡(luò),像其他的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)一樣,存在隱藏節(jié)點(diǎn)問(wèn)題。讀寫(xiě)器不在互相偵聽(tīng)范圍內(nèi)在標(biāo)簽處發(fā)生干擾,因此僅僅依靠載波偵聽(tīng)無(wú)法避免RFID網(wǎng)絡(luò)中的沖突問(wèn)題。

 ?、蹸DMA。CDMA需要在射頻標(biāo)簽上增設(shè)額外的電路,大大增加了標(biāo)簽的成本,并且分配碼給所有網(wǎng)絡(luò)中的標(biāo)簽是一件非常復(fù)雜的工作。因此CDMA不是一種成本低且有效的方案。

  2.3 相關(guān)的機(jī)制

  常見(jiàn)的協(xié)議,如RTS-CTS,不能直接應(yīng)用在RFID系統(tǒng)中,因?yàn)椋?/P>

 ?、賯鹘y(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò),只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)回發(fā)CTS信號(hào)給發(fā)送者。然而在RFID系統(tǒng)中,如果讀寫(xiě)器廣播發(fā)送一RTS信號(hào),所有在讀寫(xiě)器閱讀范圍內(nèi)的標(biāo)簽都得回發(fā)CTS信號(hào)給發(fā)送者讀寫(xiě)器。這需要給這些CTS信號(hào)設(shè)計(jì)另外的機(jī)制,將使這種協(xié)議更加復(fù)雜。

  ②有可能因?yàn)闆_突,一些標(biāo)簽(如T1)沒(méi)有接收到RTS信號(hào)而另外一些標(biāo)簽(如T2)接收到了RTS信號(hào)。在這種情況下,從T2回發(fā)的CTS信號(hào)不能確定在讀寫(xiě)器的閱讀范圍內(nèi)沒(méi)有沖突。如何確定讀寫(xiě)器接收了在其閱讀范圍內(nèi)的所有標(biāo)簽的CTS信號(hào),對(duì)于讀寫(xiě)器是否存在沖突是非常重要的。

  2.4 相關(guān)的讀寫(xiě)器抗沖突方法

  2.4.1 UHF第二代標(biāo)簽標(biāo)準(zhǔn)

  UHF第二代標(biāo)簽標(biāo)準(zhǔn)是由EPCglobal制定的。該標(biāo)準(zhǔn)把讀寫(xiě)器和射頻標(biāo)簽的信號(hào)傳輸分割開(kāi),這樣沖突只能在標(biāo)簽與標(biāo)簽間或者讀寫(xiě)器與讀寫(xiě)器問(wèn)發(fā)生。這種分割使讀寫(xiě)器和射頻標(biāo)簽信號(hào)在不同的頻道上傳輸,解決了讀寫(xiě)器問(wèn)的干擾。然而,標(biāo)簽沒(méi)有頻率選擇性。因?yàn)楫?dāng)兩個(gè)讀寫(xiě)器用不同的頻率同時(shí)與標(biāo)簽通信時(shí),標(biāo)簽不能調(diào)諧到特定的頻率.所以會(huì)在標(biāo)簽處發(fā)生沖突。因此該標(biāo)準(zhǔn)仍存在多讀寫(xiě)器到標(biāo)簽間的干擾。

  2.4.2 Colorwave算法

  Colorwave算法是一種基于TDMA分布式算法。該算法規(guī)定每一個(gè)讀寫(xiě)器從0到maxColors中隨機(jī)選擇一個(gè)時(shí)隙(顏色)傳輸數(shù)據(jù)。如果發(fā)生了沖突,讀寫(xiě)器選擇一個(gè)新的時(shí)隙(顏色),并且發(fā)送一個(gè)kick(較小的控制包)給它所有鄰近的讀寫(xiě)器,告訴它們它選擇了一個(gè)新的時(shí)隙(顏色)。如果鄰近的讀寫(xiě)器有同樣的時(shí)隙(顏色),它重新選擇一個(gè)新的時(shí)隙(顏色)并發(fā)送一個(gè)kick。這樣一直繼續(xù)下去。這種轉(zhuǎn)換和駐留的動(dòng)作就被稱為kick。每一個(gè)讀寫(xiě)器跟蹤當(dāng)前的時(shí)隙是什么顏色。

  Colorwave算法要求在讀寫(xiě)器之間時(shí)間同步,同時(shí)假定讀寫(xiě)器能夠檢測(cè)到RFID系統(tǒng)中的沖突。然而,僅僅用一個(gè)讀寫(xiě)器檢測(cè)在標(biāo)簽處發(fā)生的沖突是不可行的,除非標(biāo)簽也參加沖突檢測(cè),并且讀寫(xiě)器移動(dòng)將會(huì)重新分配時(shí)隙,重新分配的時(shí)隙傳播整個(gè)網(wǎng)絡(luò),將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的無(wú)效。

  2.4.3 ETSl EN 208標(biāo)準(zhǔn)

  ETSI EN 208是一個(gè)為開(kāi)發(fā)的標(biāo)準(zhǔn),它基于CSMA協(xié)議的“先聽(tīng)再說(shuō)”。讀寫(xiě)器首先在一特定的小時(shí)間段里偵聽(tīng)數(shù)據(jù)通道里任何正在進(jìn)行的通信。如果在那段時(shí)間里,數(shù)據(jù)通道空閑,它將閱讀標(biāo)簽;如果通道忙,它隨機(jī)選擇一段退避時(shí)間。然而,正如前面所講,讀寫(xiě)器僅僅依靠載波偵聽(tīng)不能檢測(cè)到?jīng)_突。

  2.4.4 Q學(xué)習(xí)算法

  Q學(xué)習(xí)算法提出了一種HiQ、多層、在線的學(xué)習(xí)算法。該算法通過(guò)學(xué)習(xí)讀寫(xiě)器的沖突模式和有效地分配頻率給讀寫(xiě)器,動(dòng)態(tài)地解決RFID系統(tǒng)中讀寫(xiě)器的沖突問(wèn)題。Q學(xué)習(xí)算法多層結(jié)構(gòu)如圖4所示。讀寫(xiě)器發(fā)送沖突消息給讀寫(xiě)器級(jí)服務(wù)器層(R-Server)。然后單個(gè)的R-server然后分配資源給它的讀寫(xiě)器,這樣的方式可使它們之間的相互通信不出現(xiàn)干擾。R-Server通過(guò)Q學(xué)習(xí)服務(wù)器(Q-server)被分配到頻率和時(shí)隙。根Q-server具有所有頻率和時(shí)隙資源的全部知識(shí),并且能分配它們。Qserver不像R-Server一樣,沒(méi)有單個(gè)讀寫(xiě)器問(wèn)約束關(guān)系,這種關(guān)系通過(guò)該層下面的服務(wù)器之問(wèn)的相互作用來(lái)推斷。

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