RFID讀寫器抗沖突問題研究

　　這種方法如果應(yīng)用在RFID系統(tǒng)中，將存在下面的問題：

　　①協(xié)議保持多層結(jié)構(gòu)需要額外的管理開銷。

　　②對于移動(dòng)的讀寫器來說，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不確定的變化將會改變Q學(xué)習(xí)算法的多級結(jié)構(gòu)。這就需要重新分配時(shí)隙，將花去更多的時(shí)間并使系統(tǒng)無效。

　　③Q學(xué)習(xí)假定讀寫器的沖突檢測不在讀寫器相互的偵聽范圍內(nèi)。然而，并不是所有的沖突都能檢測到，這將導(dǎo)致協(xié)議的不正確操作。

　　④使用時(shí)隙需要所有的讀寫器同步，這種同步將是整個(gè)系統(tǒng)的額外開銷。

　　綜上所述，這些讀寫器抗沖突方法不適合具有移動(dòng)讀寫器的RFID網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。因此，必須尋求一種具有實(shí)際意義且有效的適合各種情況的RFID系統(tǒng)。

3 一種減少讀寫器沖突的新算法

　　3．1 新算法的提出

　　在設(shè)計(jì)讀寫器抗沖突協(xié)議時(shí)，要考慮的一個(gè)重要因素就是射頻標(biāo)簽是被動(dòng)式的，因此不能參與抗沖突；同時(shí)任何增加給標(biāo)簽的新功能都將增加標(biāo)簽的成本。因此希望尋求一種標(biāo)簽不參與的抗沖突協(xié)議。

　　RFTD網(wǎng)絡(luò)存在隱藏節(jié)點(diǎn)問題，如圖5所示。R1和R2不在相互的偵聽范圍內(nèi)，但是在T處從讀寫器R2發(fā)射的信號與從讀寫器R1發(fā)射的信號發(fā)生干擾。在這種情形下，R1和R2間需要一個(gè)通知機(jī)制。這樣，當(dāng)Rl和T正在通信，R2被通知R1的通信，因此R2可以延遲與射頻標(biāo)簽的通信。我們把這種通過廣播形式發(fā)送的消息稱為“信標(biāo)”。當(dāng)一個(gè)讀寫器正在與射頻標(biāo)簽通信時(shí)，它將周期性地在一個(gè)獨(dú)立的控制通道里發(fā)送信標(biāo)。

　　控制通道的通信范圍，指任何兩個(gè)讀寫器在相互的數(shù)據(jù)通道(該通道用來閱讀標(biāo)簽)干擾，能夠在控制通道通信。圖5中盡管讀寫器R1和R2相互在數(shù)據(jù)通道干擾，但它們將在控制通道通信。這是通過在控制通道比數(shù)據(jù)通道發(fā)射更高的功率達(dá)到的。控制通道是RFID頻譜中除那些用作讀寫器與標(biāo)簽間通信的頻譜外的子頻帶。因此，在控制通道上的傳播不影響任何在數(shù)據(jù)通道上正在進(jìn)行的通信。數(shù)據(jù)通道被用作讀寫器與標(biāo)簽之間的通信，而控制通道被用作讀寫器與讀寫器之間的通信。假定讀寫器能夠同時(shí)接收控制通道和數(shù)據(jù)通道上的信號。

　　3.2 新算法信標(biāo)的幀格式

　　新算法只為讀寫器設(shè)計(jì)，因?yàn)樯漕l標(biāo)簽不參與抗沖突活動(dòng)。信標(biāo)的幀格式如下：

　　①幀類型，指示該數(shù)據(jù)包是信標(biāo)數(shù)據(jù)。它可以分割成幀類型和序列號，序列號指明將被發(fā)送的信標(biāo)的數(shù)量。

　　②源地址，包括發(fā)射信標(biāo)的讀寫器的地址。在該結(jié)構(gòu)中信標(biāo)沒有目標(biāo)地址，因?yàn)樾艠?biāo)是在控制通道廣播發(fā)送。

　　③CRC檢驗(yàn)，用來檢測錯(cuò)誤和校正，是數(shù)據(jù)包循環(huán)冗余檢驗(yàn)部分。

　　3．3 新算法的工作流程和步驟

　　圖6為該算法的工作流程圖，主要包括下列步驟：

　　①讀寫器在與射頻標(biāo)簽通信前，必須在等待狀態(tài)至少等待tmin時(shí)長。該時(shí)長等于3倍的信標(biāo)間隔時(shí)間。時(shí)長tmin類似于802．11算法DIFS時(shí)間。在該狀態(tài)，讀寫器每接收到一個(gè)信標(biāo)，它重新復(fù)位等待時(shí)長為tmin。

　　②讀寫器如果在時(shí)長tmin消耗完了還沒有接收到任何信標(biāo)，讀寫器推斷出在其附近沒有其他的讀寫器在閱讀標(biāo)簽。于是讀寫器進(jìn)入競爭階段，并且從時(shí)間間隔[OACW]中選擇一隨機(jī)退避時(shí)間。如果它選擇i，那么讀寫器必須在競爭狀態(tài)等待i個(gè)信標(biāo)時(shí)間間隔時(shí)間。如果讀寫器現(xiàn)在接收到一個(gè)信標(biāo)，它就丟失現(xiàn)在的周期，在下一個(gè)周期等待。例如在tmin時(shí)長接收到了信標(biāo)，它將在下一個(gè)tmin時(shí)長等待。如果隨機(jī)退避時(shí)間結(jié)束，讀寫器還沒有接收到信標(biāo)，該讀寫器就認(rèn)為沒有其他的讀寫器和它競爭，因此該讀寫器就在控制通道上發(fā)送信標(biāo)，并且在數(shù)據(jù)通道上和標(biāo)簽通信。該隨機(jī)退避時(shí)間幫助讀寫器問避免產(chǎn)生沖突。否則，許多其他讀寫器在等待時(shí)長tmin后會同時(shí)發(fā)送信標(biāo)。隨機(jī)退避時(shí)間是多倍的信標(biāo)間隔長，提高了競爭的公平性。

　　③當(dāng)讀寫器與標(biāo)簽通信時(shí)，讀寫器在控制通道上每隔一信標(biāo)間隔時(shí)長發(fā)送一個(gè)信標(biāo)。該信標(biāo)通知鄰近的讀寫器，以便阻止它們與標(biāo)簽的通信，這樣避免了沖突。在與標(biāo)簽通信結(jié)束后，讀寫器重新回位到等待狀態(tài)，繼續(xù)余下的周期。

　　④每次讀寫器發(fā)送一信標(biāo)，它首先檢測控制通道。如果控制通道忙，就一直檢測下去。一旦檢測到控制通道空閑，讀寫器就等待一隨機(jī)延遲并再一次檢測通道和發(fā)送信標(biāo)。該隨機(jī)延遲是多倍的信標(biāo)傳播延遲，以避免沖突。否則，許多讀寫器在信道空閑時(shí)會同時(shí)發(fā)送信標(biāo)。算法中的競爭延遲及發(fā)信標(biāo)前延遲與通常的無線網(wǎng)絡(luò)中的退避相似。一旦控制通道檢測到空閑競爭延遲和發(fā)信標(biāo)前延遲，計(jì)數(shù)器減少；當(dāng)檢測到發(fā)送時(shí)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)時(shí)；當(dāng)控制通道檢測到空閑后，計(jì)數(shù)器重新計(jì)數(shù)。并且，如果讀寫器在競爭階段的退避期間接收到信標(biāo)，它就會存儲余下的退避計(jì)算時(shí)間等待下一次機(jī)會。例如，在tmin時(shí)間內(nèi)讀寫器接收了信標(biāo)，當(dāng)讀寫器重新進(jìn)入競爭階段時(shí)，讀寫器利用余下的退避時(shí)間。這樣做的目的是提高讀寫器間的公平。

4 結(jié)論

　　分布式讀寫器抗沖突算法，通過在控制通道上周期地發(fā)送信標(biāo)來達(dá)到抗沖突的目的。與CSMA機(jī)制相比，它可以降低讀寫器沖突1％～2％，提高讀寫器的閱讀速率高達(dá)98％。它需要讀寫器較少的花銷，完全不需要射頻標(biāo)簽參與抗沖突。該算法同時(shí)還適合移動(dòng)或手持式閱讀器的射頻網(wǎng)絡(luò)，具有重大的實(shí)用價(jià)值。