多标签快速识别算法研究与改进

摘  要：为了提高Aloha算法中标签的识别效率,根据ISO/IEC18000-6C国际标准中的防碰撞要求，对时隙计数（Q）的选择进行动态调整，以满足标签快速识别的要求，实现了一种动态的时隙Aloha算法。除此以外，在此基础上提出了对标签数量进行分组，分析了满足最大时隙利用率的客观条件，对动态时隙Aloha算法进行改进。仿真结果显示，改进后的算法提高了标签的识别效率，表现出良好的性能，具有一定的研究价值。
关键词：射频识别; 时隙利用率; 防碰撞; 泊松分布
       射频识别RFID（Radio Frequency Identification）是一种非接触自动识别技术。RFID系统主要由阅读器和标签构成，阅读器通过天线信道按照一定的协议读写标签。由于在一个阅读器的识别范围内可能存在多个标签，为了正确识别这些标签，RFID系统的防碰撞算法主要包括两类，一类是基于时隙的Aloha算法；另一类是基于二进制树形搜索的确定性算法。
     本文中所研究的多标签快速识别算法，是以RFID空中接口协议ISO/IEC18000-6C的防碰撞要求为基础，利用随机时隙算法解决多标签识别的碰撞问题。本文在研究多标签快速识别算法的同时，结合理论研究，提出了一种改进的基于分组的多标签快速识别算法。仿真结果显示，改进后的算法提高了标签的识别效率，并缩短了识别过程中程序的运行时间。
1 多标签快速识别算法研究
1.1 ISO/IEC18000-6C识别标签过程
　    ISO/IEC18000-6C规定，阅读器通过Query命令将其产生的随机数Q发给每个标签，标签选择一个0~2Q-1范围内的随机数装入其时隙计数器。选到零值的标签应转移到应答(reply)状态，并立即应答。选到非零数的标签应转移到仲裁(arbitrate)状态，并等待阅读器命令来对它们的时隙计数器中的值进行减1操作，当标签的时隙计数值减为0时应答。ISO/IEC18000-6C的附录D描述了选择Q值的算法，如图1所示。
   
       由图1看出，阅读器根据相应的标签数为0、1还是大于1去调整Q值，大于1时为发生碰撞的情况。在碰撞的情况下，根据Qfp=min(15，Qfp+C)和Q=round(Qfp)调整下一轮的Q值。Q值的调整参数C往往根据经验选择，其中x为标签数。
1.2 多标签快速识别算法数学模型
     在一个轮询周期中，每个时隙内的标签响应有三种情况：没有标签响应（空时隙）；有一个标签响应（没有碰撞的时隙）；有一个以上的标签响应（碰撞时隙）。设标签数量为x，阅读器通过Query命令来产生随机数Q所给出的时隙数为A=2Q。对于每个时隙而言，某个标签在其中响应的概率为A-1，该标签不在其中响应的概率为(1-A-1)。共有x个标签，可以看成对每个时隙进行x次试验，上述情况符合二项分布B(x,A-1)。在多标签识别过程中，标签数比较多。因此，x很大而A-1很小，此时，二项分布近似为泊松分布。泊松分布参数：
  
     根据最大时隙利用率，总结出多标签识别算法的流程图如图2所示。