通信工程畢業設計-rfid二進制樹防碰撞算法的研究與實現(專業版)

　　

【正文】 TypeC— G 目前已經暫時被列入IS014443 標準，等待復議。 (5)返回上一個發生碰撞的節點，獲取該節點對應的最大序列號，重復上述過程，即可按序列號從小到大依次識別出各個應答器． 24 2． 5． 2 實例演示 退避式二進制樹算法實例演示如圖 2． 8 所示，其設置參考基本二進制樹算法： 圖 2． 8退避式 二進制樹算法實例 (1)啟動第一輪循環，讀寫器發送 Request(11111111)命令，所有應答器響應，將自身序列號與該 SN(11111111)比較，均小于該值，則所有應答器均返回自身序列號給讀寫器，因為序列號的唯一性，應答器返回的序列號在讀寫器接收端發生碰撞，讀寫器檢測到返回數據為 lXXXXl0l，其中 X表示該位發生了碰撞，讀寫器做如下處理：將碰撞起始位 D4 位置 0，低于該位者不變，高于該位者置 1，得到 1l110l01，作為下一次 Request 命令參數，即 Request(1l1 l 0l01)。 (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 22 號與該 SN(10100101)比較，其中 T1(10100101)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 ，否則不再響應 Request 命令。定義根據第二個思路得來的算法為退避式二進制樹，它的一個典型應用為 EPC 二進制樹搜索 算法。 (9)讀寫器發送 Request(10101101)命令，除 Tl， T3 外所有應答器響應該命令，將自身序列號與該 SN(10101101)比較，其中 T2(10101101)的序列號等于該值，則 T2 返回自身序列號給讀寫器，在讀寫器接收端不發生碰撞，讀寫器檢測到返回數據為 l0101101，讀寫器做如下處理：將該數值作為下一次 Sleep 命令攜帶的參數值，即 Sleep(10101101)。 (2) 由于應答器序列號的唯一性，當應答器數目不小于兩個時，必然發生碰撞．發生碰撞時，將最大序列號中對應的碰撞起始位設置為 O，低于該位者不變，高于該位者設置為 l。 算法的第二個重要的性能指標是穩定性，顯然，基于 TDMA 的二進制樹防碰撞算法是沿著時間軸線來執行協議的，有一系列的碰撞解決時期 CRI，定義一個隨機變量 ，表示第 k個 CRI的長度，這些 ???? 形成一個馬爾可夫鏈 (Markovchain)，因為第 個 CRI 的長度由它開始的第一個時隙傳輸的信息，也就是在 k 個 CRI 區間內到達的信息包決定的，所以，如果馬爾可夫鏈滿足遍歷性分布，那么這個系統 就可以說是穩定的。 FPGA 技術是目前數字電路設計的主流思路，利用 FPGA 做主處理器，是 RFID 技術發展的方向，本章探討了這一想法，介紹了 FPGA 技術的相關要點，并應用 FPGA，實現了改進型二進制樹防碰撞算法。在全球信息安全意識廣泛普及的背景下，可靠的安全機制成為了 RFID技術發展的關鍵性制約因素，如何有效的解決 RFID 系統的碰撞問題，成為了技術的關鍵，對此就需要采用一定的防碰撞算法來對其進行處理。 1． 3 RFID 技術現狀及其發展 1． 3． 1 RFID 技術應用 做為一種新興的自動識別技術， RFID 近年來發展很快，在國內國外都取得 了廣泛的應用，主要體現在以下幾個領域【 6】 。根據天線與讀寫器模塊的分離與否，讀寫器可以分為分離式和集成式，但無論哪種讀寫器，其基本結構都是類似的，從硬件部分來說，典型的讀寫器由三塊組成：射頻通道模塊，控制處理模塊，天線。隨著 RFID 技術的發展，如何實現同時與多個目標之間的正確的數據交換，即解決 RFID 系統中多個讀寫器和應答器之間的數據碰撞，成為了限制 RFID 技術發展的難題，采用合理的算法來有效的 解決該問題，稱為 RFID 系統的防碰撞算法。 應答器的典型產品有 TI公司的 6000 系列， Philips 公司的 I 8 1． 2． 3 RFID 系統工作原理 RFID 是一門多學科綜合技術，涉及到電磁場理論，數字電路，模擬電路，無線電廣播，通信原理等多方面知識 RFlD 系統中，讀寫器將要發送的信號調制到載波上，經由射頻通道，通過天線發 送出去，應答器上的電壓根據載波的變化而變化，將該電壓信號進行整流和濾波后，得到解調后的數據，這是下行鏈路的過程，應答器傳輸的數據的變化控制應答器天線上負載電阻的通斷，從而促使讀寫器天線上電壓的變化，從而實現了數據的上行鏈路傳輸。 1． 3． 3 RFID 防碰撞算法 隨著 RFID 技術的發展，多目標識別成為了一個很重要 的應用方向，特別在目標跟蹤，物品識別，訪問控制等操作中，利用 RFID 技術，對附著在不同目標上的應答器快速可靠的進行識別，從而大大提高了定位的精確度，管理的自動化促進了整個產業鏈的發展。 第 3 章：改進型二進制樹防碰撞算法。 分析如下： n=l，顯而易見，在第一個時隙內不發生碰撞，可以成功識別該應答器， =1。注： Request(SN)初始值設為 Request(11111111)。 (6)讀寫器發送 Request(11110101)命令，．除 Tl外所有應答器響應該命令，將自身序列號與該 SN(11l10101)比較，其中 T3(1l010l01)的序列號小于該值，則 T3 返回自身序列號給讀寫器，在讀寫器接收端不發生碰撞，讀寫器檢測到返回數據為 110l0101，讀寫器做如下處理：將該數值作為下一次 Sleep 命令攜帶的參數值，即 Sleep(11010101)。所以，要改善二進制樹算法的性能，就必須從這兩點著手，現有的二進制樹搜索算法有很多種，它們都是在基本二進制樹搜索算法的基礎上加以改進得來的，根據 前 述分析，主要的改進思路有兩個 ： (1)減少每次通信過程中的數據傳輸位數。 (5) 重復上述過程，即可按序列號從小到大依次識別出各個應答器． 2． 4． 2 實例演示 動態二進制樹算法的實例演示如圖 2． 6 所示 ，基本設置同基本二進制樹算法： 圖 2． 6動態二進制樹算法實例 (1)啟動第一輪循環，讀寫器發送 Request(11111111)命令，所有應答器響應該命令，按照約定，命令參數為全 1時，所有應答器均返回自身序列號給讀寫器，因為序列號的唯一性，應答器返回的序列號在讀寫器接收端發生碰撞，讀寫器檢測到返回數據為 1XXXXl01，其中 X 表示該位發生了碰撞，讀寫器做如下處理：將碰撞起始位 D4 位置 0，低于該位者不變，得到 0101，則下一次 Request命令攜帶的參數值，即 Request(0101)。此時將最大序列號中對應碰撞起始位置 為 O。 數率：有高和低兩種數率。 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。 (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。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。 (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。 (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。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。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。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。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。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。 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。 【 關鍵詞 】 ： 射頻識別；防碰撞算法；讀寫器；應答器；現場可編程門陣列 Abstract RFID is anewly developedtechnologywhich municates through the—contact RF signal，so asto achieve objective automatic identification． Along with the development of RFID technology， how to realize Data Exchange accurately amongMultiple Targets at the same time bees the key problem of RFID technology． RFID anticollision algorithm is the solution to the above mentioned problems． In all the algorithms， binary algorithm is most widely used as an international standard fbr its exactness ofidentincation． International standards have put forward manyregulations on binary algorithm． It not onlypromotes the development of anti． coUision algorithm， but also b“ngs the conflict to a unilFied solution． Traditionalideas in general are handled byMCU． Along with the development ofRFID technology， an imponant direction in the f． uture is the field programmable gates arrayFPGA． As kindof integrated circuitsthatcanbe programmed in the field， FPGA is fast and programmable． All these adVantagesopenup anewef active way ofRFIDanti． collisionarithmetic． In viewof the above problems， this paperprobes into the RFID systembinary prevent collisionf． rom the perspectives ofboth theory and practice． It canbediVided into three aspects： 6rstly， theoretical researchon binary algorithm． It sums up all thebinary algorithms in being and gather to three categorys suchas Basic algorithm， Dynamic algorithm and Backoff algorithm． MoreoVer， it Expounds the id