RFID技术的信号防冲突简述

RFID技术工作原理图

       为使RFID读写器能顺利完成其作用范围内的标签标识、信息读写等操作，防止碰撞，RFID主要采用TDMA时分多路接入法，每个标签在单独的某个时隙内占有信道与读写器进行通信。然而，在多读写器、多个电子标签的系统中，信号之间的冲突与干扰在所难免，这会导致信息叠混，严重影响RFID的使用性能。信号之间的冲突分为标签冲突和读写器冲突两类，解决冲突的关键在于使用放碰撞算法。

       1. 标签冲突

        当多个电子标签处于同一个读写器的作用范围时，在没有采取多址访问控制机制的情况下，信息的传输过程将产生干扰，这将导致信息读取失败。

      （1）随机性解决方案

        对于标签冲突，一般采用Aloha搜索算法。例如，目前高频频段的电子标签都是用Aloha法来处理。Aloha法在一个周期性的循环中将数据不断地发送给读写器，数据的传输时间只占有重复时间的很小部分，传输间歇长，标签重复时间小，各标签可在不同的时段上传输数据，数据包传送时不易发生碰撞。改进型的Aloha算法还可以对标签的数量进行动态评估，并根据一定的优化准则，自适应选取延迟的时间及帧长，显著地提高了识别速度。由于同类型的电子标签工作在同一频率，共享同一个通信信道，Aloha算法中标签利用随机时间响应读写器的命令，其延迟时间和检测时间是随机分布的，是一种不确定的随机算法。

      （2）确定性解决方案

        除随机性方案外，还有一种确定性解决方案，主要用于超高频频段。确定性解决方案的基本思想是，读写器将冲突区域的标签不断划分为更小的子集，根据标签ID的唯一性来选择标签进行通信。在确定性解决方案中，最典型的是树形搜索算法，这种算法由读写器发出请求命令，N个标签同时响应造成冲突后，检测冲突位置，逐个通知不符合要求的标签退出冲突，最后一个标签予以响应。余下的N-1个标签重复上述步骤，经过N-1次循环后，所有标签访问完毕。确定性解决方案的缺点是标签识别速度较低。

       2. 读写器冲突

        在实际应用中，有时需要近距离布局多个RFID读写器，一个标签同时接收到多个读写器的命令，从而导致读写器间相互干扰。

位冲突示意图

        RFID读写器冲突有两种，一种是由多个读写器同时在相同频段上运行而引起的频率干扰，一种是由多个相邻的读写器试图同时与一个标签进行通信而引起的标签干扰。解决干扰最简单的做法是，对相邻的读写器分配在不同的频率或时隙，而对物理上足够分离的读写器分配在同一频率或时隙。目前已提出的Colorwave算法提供了一个实时、分布式的MAC协议，该协议可以为读写器分配频率与时隙，从而减少了读写器间的干扰。

        在ETSI标准中，读写器在同标签通信前，每隔100ms探测一次数据信道的状态，采用载波侦听的方式来解决读写器的冲突。在EPC标准中，在频率谱上将读写器传输和标签传输分离开，这样读写器仅与读写器发生冲突，标签仅与标签发生冲突，简化了问题。

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