引言

射頻識別技術（Radio Frequency Identification，RFID）是上世紀80年代逐漸走向成熟的自動識別技術。它通過射頻信號進行非接觸式雙向通信交換數據，以達到自動識別目標對象并獲取相關數據。RFID可實現多目標的快速、動態、非接觸性識別，廣泛應用于物流、制造、醫療、交通等領域。

RFID主要由閱讀器（Reader）和標簽（Tag）兩部分組成。在閱讀器和標簽的通信過程中，如有兩個或多個標簽處于Reader的可讀范圍內，由于它們共用同一無線信道且頻率相同，因此當它們同時給閱讀器發送數據時將出現信道爭用，造成發送的數據干擾或沖突，從而導致閱讀器不能正確讀出數據。解決上述問題的方法稱為反碰撞算法。反碰撞技術是RFID的關鍵技術之一。反碰撞算法讓RFID中Reader與Tag之間的數據快速、可靠地傳輸。反碰撞算法設計的優劣很大程度上決定了RFlD系統性能。

1 純Aloha算法

在P-ALOHA（Pure Aloha）中，任一標簽進入閱讀器的可讀區域時，立即以定長信息包形式，將欲發送出去的數據送入信道。如果沒有沖突出現，則認為是成功發射；若在發送過稗中其它標簽也進入可讀區域并發生碰撞，則隨機獨立地重新排定碰撞信息包，再一次重發，直至發射成功。如圖1所示：

我們定義易碰撞期Tc為當前信包發送時刻附近另一標簽進入信道發生碰撞的一段時間。若標簽信包長度為T（時間表示），如圖2所示，在P—Aloha中Tc=2T。信道吞吐量是Aloha算法重要的性能指標，用Sp表示。它是信包進入信道的速率G的

函數，我們從圖2可以看到P—A10ha的最大信道利用率為18．4％，其性能不理想。

2 時隙Aloha算法

S-Aloha（Slotted Aloha）只是把P-Aloha算法的時間軸離散化成若干時隙。要求信包長度小于或等于時隙長，且標簽只能在時隙開始時刻開始發送信包。該算法的Tc=T，是P-Aloha的一半，故發生碰撞的概率減少一半。

信道吞吐量ss可以表示成信包進入信道的速率G的函數。從圖4看出S-AIoha的最大信道利用率為36．8％，是P-ALOHA的兩倍。但當閱讀器范圍內標簽數目多時，要交換的信包量增加而吞吐率卻快速下降甚至為零。

3 幀時隙Aloha

在S-Aloha基礎上，把它的每個時隙進一步分割成若干時隙并打包成幀，就是FSA（Framed Slot Aloha）。由于標簽在幀內只隨機發送一次信包，因此就更一步降低了信包碰撞的概率。

FSA算法中幀時隙的長度是固定的，而實際應用中標簽的數量未知，且是動態變化。因此當標簽數量遠大于時隙個數時，讀取標簽的時間將會大大增加，而在標簽個數遠小于時隙個數時，會造成時隙的浪費。

4 動態幀時隙Aioha（DFSA）算法

由于FSA算法的局限性，我們提出根據標簽的數目，改變幀內時隙的大小，使得識別效率總是處于最優。設：幀時隙的長度為m，標簽數為n，標簽在幀內時隙的分布為二項式分布；則一個時隙內有k個標簽的概率為：

當m，n滿足（7）時系統吞吐率最大，因此我們可以根據標簽數量n動態調整時隙數m。下面的關鍵問題就是怎樣提前估計動態標簽數量n。

我們知道時隙只有三種狀態：空閑狀態（無標簽進入該時隙）、發送狀態（只有一個標簽進入該時隙）和碰撞狀態（多個標簽進入該時隙）。下面分別用Psuc，Pjuc，Pcoll表示。

經過一個讀周期后，可以知道當前幀長度和碰撞率Cr，把m和Cr代A（11）就可以得到標簽數量n。

5 動態幀時隙Aloha算法仿真及結

按照ISO／IEC 18000-6幀的結構，假定幀的長度為32bit，分別對幀長為128、256的FSA及DFSA的識別時間用matlab進行仿真。并讓標簽數量從0到800變化。

從圖7我們可以看到當標簽數量較少時，該算法沒有明顯的優越性。但隨著標簽數目的增多其識別時間與標簽數量近似線形變化。因此該算法實現簡單，尤其是大量標簽的場合，具有良好的動態特性，在大規模的商業配送中有一定的實用價值。

6 結束語

本文針對射頻識別系統中存在的關鍵性問題一防捧撞問題進行了研究，提出一種改進的動態ALOHA算法，有一定的創新性，并通過仿真，達到了較為滿意的效果。由于缺乏大量的實際檢驗數據，算法的實際效果還有待在實際應用中進一步的檢驗。

本文作者創新點：通過對射頻識別系統防碰撞算法的研究，提出一種改進的Aolha算法，通過提前估計標簽數量，調整幀長度使系統效率最佳，改善了Aloha算法不能適用于大規模標簽的場合。

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