通信工程畢業設計-rfid二進制樹防碰撞算法的研究與實現(完整版)

　　

【正文】 ................................................ 12 2． 2． 3算法分類 ................................................ 13 2． 3 基本二進制樹防碰撞算法 ........................................ 14 2． 3． 1算法思路 ................................................ 14 2． 3． 2實例演示 ................................................ 15 2． 3． 3性能評價 ................................................ 17 2． 4 動態二進制樹防碰撞算法 ........................................ 19 2． 4． 1算法思路 ................................................ 19 2． 4． 2實例演示 ................................................ 21 2． 4． 3性能評價 ................................................ 22 2． 5 退避式二進制樹防碰撞算法 ...................................... 22 2． 5． 1算法思路 ................................................ 22 2． 5． 2實例演示 ................................................ 24 2． 5． 3性能評價 ................................................ 25 2． 6 本章小結 ...................................................... 25 3 改進型二進制樹防碰撞算法 .................................... 25 3． 1 涉及二進制樹算法的國際標準 .................................... 25 3． 1． 1 IS0 15693 .............................................. 25 3． 1． 2 IS014443 ............................................... 26 3． 2 IS014443 標準二進制樹防碰撞算法 ............................... 27 3． 2． 1基本概念 ................................................ 27 3． 2． 2算法思路 ................................................ 28 3． 3 改進型二進制樹防碰撞算法 ...................................... 32 3． 3． 1改進方向 ................................................ 32 3． 3． 2基本概念 ................................................ 32 5 3． 3． 4實例演示 ................................................ 37 3． 4 本章小結 ...................................................... 39 4 FPGA 實現改進型二進制樹防碰撞算法 ............................ 40 4． 1 FPGA 技術 ..................................................... 40 4． 1． 1 FPGA 簡介 ............................................... 40 4． 1． 2 FPGA 設計流程 ........................................... 40 4． 1． 3 FPGA 設計工具 ........................................... 42 4． 1． 4 FPGA 設計語言 ........................................... 45 4． 1． 5 TestBench 驗證平臺 ...................................... 45 4． 2 RFID 系統中的防碰撞模塊 ....................................... 46 4． 3 FPGA 實現算法流程 ............................................. 46 4． 4 曼徹斯特解碼模塊 .............................................. 47 4． 5 命令處理模塊 .................................................. 50 4． 5． 1請求命令處理 ............................................ 50 4． 5． 2防碰撞命令處理 .......................................... 51 4． 5． 3選擇命令處理 ............................................ 53 4． 5． 4去選擇命令處理 .......................................... 53 4． 6 命令選擇模塊 .................................................. 53 4． 7 數據存儲模塊 .................................................. 55 4． 8 密勒編碼模塊 .................................................. 56 4． 9 模塊連接 ...................................................... 57 4． 10 本章小結 ..................................................... 58 結論 ........................................................ 58 致謝 ........................................................ 62 6 1 引言 1． 1 RFID 技術 簡介 自動設備識別技術是目前國際上發展很快的一項新技術，英文名稱為Automatic Equipment Identif ication，簡稱 AEI，它通過一些先進的技術手段，實現人們對各種設備在不同狀態下的自動識別和管理【 ll】 。一般來說，應用最廣泛的是無源 +集成電路固化 +靜態隨機存儲的應答器。 綜上所述，一個典型的 RFID 系統的組成如圖所示： 圖 RFID 系統組成 1． 2． 2 RFID 系統分類 RFID 系統依據不同的標準，可以分為很多類別，各個不同 的 RFID 系統，在工作方式和應用范圍上，有著各自不同的特點，在應用時要根據實際需要來選擇。 (2)半無源系統：應答器內的電池僅做輔助作用。這方面應用的典型例子是我國目前實行的二代身份證，它基于 ISO／ IEC14443 標準定義的 TYPE B 類型卡。但是 RFID 本身的技術難度，以及標準帶來的經濟利益的沖突，使得該目標實施起來非常困難。總之，由于多目標識別應用的需要， RFID 系統防碰撞問題 成為了關鍵技術，為了解決碰撞，可以從硬件和軟件兩方面著手，由于 RFID 系統的大規模應用限制了成本，所以，硬件實現是不實際的，因此就需要采用一定的防碰撞算法來予以解決。 第 2 章：現有 RFID 二進制樹防碰撞算法。時分多路法按照能量的供給者可以分為兩大類，一類是應答器驅動型，另一類是讀寫器驅動型，這也正是對應了第一章中 RFID系統分類思路中的有源系統和無源系統，根據實際應用情況，無源系統是應用最廣泛的一類，所以下文重點研究讀寫器驅動型的時分多路法。 在讀寫器或者應答器內部，對數據進行比較時，遵循這樣的原則，即按位依次比較，先比較低位，再比較高位，約定 01，根據這個比較順序，在判斷大小時，低位數據優先，即兩數A， B 相比較，從低位開始的第一個不相等位的大小決定了兩數的大小，只有當兩個數的全部位均相等時，兩數才相等。算法的第三個重要性能是系統通信復雜度，顯而易見，系統的通信雙方是讀寫器與應答器，則通信復雜度也應該從這兩方面著手考慮，即讀寫器與應答器各自發送的數據位的位 數。另外，在具體應用時，可能還存在多種不同的說法，如 lbit 長二進制樹中還有修正二進制樹 MBBT，加強二進制樹 EBBT 等區別【 20】 。也就是說，下一次讀寫器再發最大序列號時，該應答器不再響應。 (4)讀寫器發送 Sleep(10100101)命令，所有應答器響應該命令，將自身序列號與該 SN(10l00111)比較，其中 T1(10l00101)的序列號等于該值，則 T1 執行該命令，進入休眠狀態，即除非重新上電，否則不再響應 Request 命令。 (12)讀寫器發送 Sleep(1ll 01101)命令，所有應答器響應，將自身序列號與該 SN(11101l01)比較，其中 T4(1l1 01101)的序列號等于該值，則 T4 執行該命令，進入休眠狀態，即除非重新上電，否則不再響應 Request 命令。 假設有兩個應答器，則讀寫器發送命令，兩個應答器響應，發生碰撞，為第一次過程，該時間為： 讀寫器修改命令參數，發出命令，僅一個應答器響應，則識別出該應答器， 這一次過程時間與前一次一致，讀寫器再發送命令，最后一個應答器響應，得到 識別，時間也是一樣的，則總時間為： 當有 n個應答器時，假設識別總時間為： 則當 n+1 個應答器時，讀寫器首先發送命令，應答器全體響應，發生碰撞，這個過程時間為： 讀寫器修改 命令參數，發出命令， k 個應答器響應，余下 p 個不響應， k+p=n+l，則識別出該 k 個應答器需要時間為： 再識別余下 p 個需要時間為： 則這兩者時間之和為： 加上前一次的． t1+t2，總時間為： 19 得證。 (2)休眠命令 Sleep(SN)，該命令攜帶一個參數 SN，應答器接收到該命令，將自身的 SN與接收到的 SN 比較，若等 于，則該應答器被選中，進入休眠狀態，也即是不再響應 Request 命令，除非該應答器通過先離開讀寫器工作范圍再進入的方式重新上電，才可以再次響應 Request 命令。低于該位者不變。根據分析，算法執行過程中，讀寫器與應答器傳送的 數據主體是應答器的序列號，為了便于分析，假定數據交換過程中，雙方只傳送序列號 SN，則在基本算法中，讀寫器與應答器均傳送了序列號全部長度，而在動態算法中，讀寫器傳送序列號的部分位，應答器再傳送剩余位，兩者組合起來才得到全部的序列號，顯然，雖然每次傳送時動態算法的數據長度不同，但是在整個算法執行過程中，基本算法傳送了兩倍序列號，動態算法則只傳送了一倍數據量，從而可知，動態算法傳送的信息量是基本算法的 50％，從而數據傳輸時間也是原基本算法的 50在本例中，由于假定了應答器的序列號為 8 位長度二進制數，所以這個動態變化 的優勢并不明顯，然而，事實上在實際應用中，應答器序列號長度往往是極大的，比如說常見的是 96 位，在這樣的情況下，動態算法的優勢就體現出來了。 退避式二進制樹算法的步驟如下： (1) 應答器進入讀寫器工作范圍，讀寫器發出一個最大序列號，所有應答器的序列號均小于該最大序列號，所以在同一時刻將自身序列號發回給讀寫器。 (4)讀寫器發送 Sleep(10l00l01)命令，所有應答器響應，將自身序列號與該SN(10100ll1)比較，其中 T1(10100l01)的序列號等于該值，則 Tl 執行該命令，進入休眠狀態， 即除非重新上電，否則不再對 Request 命令做出響應。 100％幅值調制 10％的幅值調制 數據編碼 數據編碼采用脈沖位置調制。 TypeA 技術設計簡單扼要，應用項目的開發周期可以很短，同時又能起到足夠的保密作用，可以適用于非常多的應用場 合。 TypeC 由日本索尼公司研制。 數率：有高和低兩種數率。 25 2． 5． 3 性能評價 與基本二進制樹比較可知，退避式算法每次傳送的數據信息量與基本算法是