RFID讀寫器抗沖突問題研究
這種方法如果應(yīng)用在RFID系統(tǒng)中,將存在下面的問題:
①協(xié)議保持多層結(jié)構(gòu)需要額外的管理開銷。
②對于移動的讀寫器來說,網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)不確定的變化將會改變Q學習算法的多級結(jié)構(gòu)。這就需要重新分配時隙,將花去更多的時間并使系統(tǒng)無效。
③Q學習假定讀寫器的沖突檢測不在讀寫器相互的偵聽范圍內(nèi)。然而,并不是所有的沖突都能檢測到,這將導致協(xié)議的不正確操作。
④使用時隙需要所有的讀寫器同步,這種同步將是整個系統(tǒng)的額外開銷。
綜上所述,這些讀寫器抗沖突方法不適合具有移動讀寫器的RFID網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。因此,必須尋求一種具有實際意義且有效的適合各種情況的RFID系統(tǒng)。
3 一種減少讀寫器沖突的新算法
3.1 新算法的提出
在設(shè)計讀寫器抗沖突協(xié)議時,要考慮的一個重要因素就是射頻標簽是被動式的,因此不能參與抗沖突;同時任何增加給標簽的新功能都將增加標簽的成本。因此希望尋求一種標簽不參與的抗沖突協(xié)議。
RFTD網(wǎng)絡(luò)存在隱藏節(jié)點問題,如圖5所示。R1和R2不在相互的偵聽范圍內(nèi),但是在T處從讀寫器R2發(fā)射的信號與從讀寫器R1發(fā)射的信號發(fā)生干擾。在這種情形下,R1和R2間需要一個通知機制。這樣,當Rl和T正在通信,R2被通知R1的通信,因此R2可以延遲與射頻標簽的通信。我們把這種通過廣播形式發(fā)送的消息稱為“信標”。當一個讀寫器正在與射頻標簽通信時,它將周期性地在一個獨立的控制通道里發(fā)送信標。
控制通道的通信范圍,指任何兩個讀寫器在相互的數(shù)據(jù)通道(該通道用來閱讀標簽)干擾,能夠在控制通道通信。圖5中盡管讀寫器R1和R2相互在數(shù)據(jù)通道干擾,但它們將在控制通道通信。這是通過在控制通道比數(shù)據(jù)通道發(fā)射更高的功率達到的??刂仆ǖ朗荝FID頻譜中除那些用作讀寫器與標簽間通信的頻譜外的子頻帶。因此,在控制通道上的傳播不影響任何在數(shù)據(jù)通道上正在進行的通信。數(shù)據(jù)通道被用作讀寫器與標簽之間的通信,而控制通道被用作讀寫器與讀寫器之間的通信。假定讀寫器能夠同時接收控制通道和數(shù)據(jù)通道上的信號。
3.2 新算法信標的幀格式
新算法只為讀寫器設(shè)計,因為射頻標簽不參與抗沖突活動。信標的幀格式如下:
?、賻愋?,指示該數(shù)據(jù)包是信標數(shù)據(jù)。它可以分割成幀類型和序列號,序列號指明將被發(fā)送的信標的數(shù)量。
?、谠吹刂罚òl(fā)射信標的讀寫器的地址。在該結(jié)構(gòu)中信標沒有目標地址,因為信標是在控制通道廣播發(fā)送。
?、跜RC檢驗,用來檢測錯誤和校正,是數(shù)據(jù)包循環(huán)冗余檢驗部分。
3.3 新算法的工作流程和步驟
圖6為該算法的工作流程圖,主要包括下列步驟:
?、僮x寫器在與射頻標簽通信前,必須在等待狀態(tài)至少等待tmin時長。該時長等于3倍的信標間隔時間。時長tmin類似于802.11算法DIFS時間。在該狀態(tài),讀寫器每接收到一個信標,它重新復位等待時長為tmin。
②讀寫器如果在時長tmin消耗完了還沒有接收到任何信標,讀寫器推斷出在其附近沒有其他的讀寫器在閱讀標簽。于是讀寫器進入競爭階段,并且從時間間隔[OACW]中選擇一隨機退避時間。如果它選擇i,那么讀寫器必須在競爭狀態(tài)等待i個信標時間間隔時間。如果讀寫器現(xiàn)在接收到一個信標,它就丟失現(xiàn)在的周期,在下一個周期等待。例如在tmin時長接收到了信標,它將在下一個tmin時長等待。如果隨機退避時間結(jié)束,讀寫器還沒有接收到信標,該讀寫器就認為沒有其他的讀寫器和它競爭,因此該讀寫器就在控制通道上發(fā)送信標,并且在數(shù)據(jù)通道上和標簽通信。該隨機退避時間幫助讀寫器問避免產(chǎn)生沖突。否則,許多其他讀寫器在等待時長tmin后會同時發(fā)送信標。隨機退避時間是多倍的信標間隔長,提高了競爭的公平性。
?、郛斪x寫器與標簽通信時,讀寫器在控制通道上每隔一信標間隔時長發(fā)送一個信標。該信標通知鄰近的讀寫器,以便阻止它們與標簽的通信,這樣避免了沖突。在與標簽通信結(jié)束后,讀寫器重新回位到等待狀態(tài),繼續(xù)余下的周期。
?、苊看巫x寫器發(fā)送一信標,它首先檢測控制通道。如果控制通道忙,就一直檢測下去。一旦檢測到控制通道空閑,讀寫器就等待一隨機延遲并再一次檢測通道和發(fā)送信標。該隨機延遲是多倍的信標傳播延遲,以避免沖突。否則,許多讀寫器在信道空閑時會同時發(fā)送信標。算法中的競爭延遲及發(fā)信標前延遲與通常的無線網(wǎng)絡(luò)中的退避相似。一旦控制通道檢測到空閑競爭延遲和發(fā)信標前延遲,計數(shù)器減少;當檢測到發(fā)送時,計數(shù)器停止計時;當控制通道檢測到空閑后,計數(shù)器重新計數(shù)。并且,如果讀寫器在競爭階段的退避期間接收到信標,它就會存儲余下的退避計算時間等待下一次機會。例如,在tmin時間內(nèi)讀寫器接收了信標,當讀寫器重新進入競爭階段時,讀寫器利用余下的退避時間。這樣做的目的是提高讀寫器間的公平。
4 結(jié)論
分布式讀寫器抗沖突算法,通過在控制通道上周期地發(fā)送信標來達到抗沖突的目的。與CSMA機制相比,它可以降低讀寫器沖突1%~2%,提高讀寫器的閱讀速率高達98%。它需要讀寫器較少的花銷,完全不需要射頻標簽參與抗沖突。該算法同時還適合移動或手持式閱讀器的射頻網(wǎng)絡(luò),具有重大的實用價值。
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