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摘要：本文對(duì)目前兩個(gè)主流的射頻識(shí)別空中接口國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和我國(guó)自主設(shè)計(jì)的空中接口標(biāo)準(zhǔn)在多標(biāo)簽清點(diǎn)性能上進(jìn)行了分析對(duì)比，給出了國(guó)標(biāo)的創(chuàng)新技術(shù)和設(shè)計(jì)思路，分析了三種標(biāo)準(zhǔn)在多標(biāo)簽清點(diǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，并通過(guò)軟件仿真方式對(duì)多標(biāo)簽清點(diǎn)性能進(jìn)行了分析，國(guó)標(biāo)的清點(diǎn)性能總體優(yōu)于EPC和ISO18000-6B。

關(guān)鍵詞：射頻識(shí)別；防碰撞算法；中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)

一、引言

射頻識(shí)別應(yīng)用系統(tǒng)通常由射頻標(biāo)簽、讀寫(xiě)器以及數(shù)據(jù)交換中間件、應(yīng)用系統(tǒng)等組成。其中，空中接口協(xié)議是射頻識(shí)別系統(tǒng)最核心的關(guān)鍵技術(shù)，它規(guī)定了讀寫(xiě)器與標(biāo)簽之間的通信過(guò)程，后端系統(tǒng)通過(guò)控制讀寫(xiě)器實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)簽的識(shí)別、讀、寫(xiě)等過(guò)程。空中接口協(xié)議可分為物理層和MAC層兩部分，物理層定義了閱讀器與標(biāo)簽之間接口的物理參數(shù)，MAC層規(guī)定了閱讀器與標(biāo)簽之間的操作過(guò)程和命令。由于射頻識(shí)別在應(yīng)用過(guò)程中，存在大量多標(biāo)簽應(yīng)用的場(chǎng)景，就是在同一個(gè)讀寫(xiě)器的通訊場(chǎng)中，同時(shí)有多個(gè)標(biāo)簽，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)簽的識(shí)別，需要進(jìn)行標(biāo)簽清點(diǎn)，這就需要用到射頻識(shí)別中的多址接入技術(shù)——防碰撞算法。影響多標(biāo)簽清點(diǎn)效果的不僅僅是防碰撞算法，還有標(biāo)簽應(yīng)答結(jié)構(gòu)、空中接口時(shí)序、狀態(tài)機(jī)等其他因素，本文重點(diǎn)考慮防碰撞算法部分。

二、算法介紹

(一)GB算法特點(diǎn)和設(shè)計(jì)思路在國(guó)標(biāo)的防碰撞算法中，采用的是二叉樹(shù)算法作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，主要的考慮是：二叉樹(shù)算法與ALOHAL算法的對(duì)比看，二叉樹(shù)算法效率較高。而且在標(biāo)簽數(shù)量未知的情況下，二叉樹(shù)算法可以比較準(zhǔn)確的計(jì)算出清點(diǎn)是否結(jié)束，而ALOHAL算法因?yàn)樯⒘袩o(wú)規(guī)律，結(jié)束判斷相對(duì)準(zhǔn)確度低。在二叉樹(shù)算法的基礎(chǔ)上，增加了以下幾個(gè)算法來(lái)提高整體防碰撞的清點(diǎn)性能：→預(yù)先分裂算法：在標(biāo)準(zhǔn)二叉樹(shù)算法中，發(fā)生碰撞后只有時(shí)隙計(jì)數(shù)器為0的標(biāo)簽進(jìn)行分裂，其他標(biāo)簽不進(jìn)行分裂。在清點(diǎn)開(kāi)始階段，由于標(biāo)簽的時(shí)隙計(jì)數(shù)器都是從0開(kāi)始進(jìn)行分裂，所以當(dāng)標(biāo)簽數(shù)量較多的時(shí)候，會(huì)發(fā)生大量的碰撞，造成效率低下。而預(yù)先分裂算法主要是為了解決標(biāo)簽數(shù)量較多的情況，在清點(diǎn)過(guò)程中，連續(xù)幾個(gè)時(shí)隙都發(fā)生碰撞的情況下，就說(shuō)明大量標(biāo)簽集中在一起，需要對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行快速散列，此時(shí)就發(fā)送分散命令，在對(duì)時(shí)隙計(jì)數(shù)器為0的標(biāo)簽進(jìn)行分裂的同時(shí)，對(duì)其他標(biāo)簽也同時(shí)進(jìn)行分裂，這樣就能提高分裂的效率，減少碰撞時(shí)隙的數(shù)量。→收縮算法：在采用預(yù)先分裂算法后，對(duì)標(biāo)簽集中的情況會(huì)有改善，但是也會(huì)帶來(lái)一定的影響，可能會(huì)出現(xiàn)大量空閑時(shí)隙，造成整體清點(diǎn)性能的下降，因此采用收縮算法來(lái)減少空閑時(shí)隙，就是在連續(xù)的空閑時(shí)隙后進(jìn)行收縮，這樣原來(lái)因?yàn)轭A(yù)先分裂而帶來(lái)的大量空閑時(shí)隙就可以同時(shí)去掉，不用每次都用Success命令來(lái)清點(diǎn)，減少了空閑時(shí)隙，提高了清點(diǎn)效率。→重新分裂算法：在標(biāo)準(zhǔn)二叉樹(shù)算法中，當(dāng)兩個(gè)標(biāo)簽時(shí)隙計(jì)數(shù)器都為0，就會(huì)發(fā)生碰撞，此時(shí)讀寫(xiě)器就會(huì)發(fā)送Fail命令，使得兩個(gè)標(biāo)簽進(jìn)行分裂，兩個(gè)標(biāo)簽生成隨機(jī)數(shù)，有25%的概率對(duì)同時(shí)生成1，那么在下一個(gè)時(shí)隙應(yīng)答的時(shí)候就是空閑時(shí)隙，讀寫(xiě)器會(huì)發(fā)送Success命令使所有標(biāo)簽計(jì)數(shù)器減一，這兩個(gè)標(biāo)簽就又會(huì)變成0，再次發(fā)生碰撞，因此中間的Success命令實(shí)際上就是無(wú)效的操作，會(huì)白白浪費(fèi)時(shí)間，降低清點(diǎn)效率。因此在發(fā)生碰撞后，如果下一個(gè)時(shí)隙無(wú)標(biāo)簽應(yīng)答，那么就可以判斷除發(fā)生碰撞的標(biāo)簽在進(jìn)行分類(lèi)的時(shí)候都生成了隨機(jī)數(shù)1，也就是說(shuō)，原來(lái)時(shí)隙計(jì)數(shù)器為0的所有標(biāo)簽已經(jīng)變成時(shí)隙計(jì)數(shù)器為1，這些標(biāo)簽還是重疊在一起，無(wú)法清點(diǎn)，所以此時(shí)就可以直接對(duì)計(jì)數(shù)器為1的標(biāo)簽進(jìn)行分裂，以便省去Success命令控制的空閑時(shí)隙。在增加了上述這些算法后，GB的清點(diǎn)性能優(yōu)于EPC和6B的清點(diǎn)性能，本文會(huì)進(jìn)行具體分析。

(二)性能比較在射頻識(shí)別多標(biāo)簽清點(diǎn)方面，最主要的評(píng)價(jià)指標(biāo)是清點(diǎn)速度，也就是說(shuō)單位時(shí)間內(nèi)能夠完成標(biāo)簽清點(diǎn)的數(shù)量。

1.測(cè)試方法對(duì)比三種標(biāo)準(zhǔn)的防碰撞算法，采用了軟件平臺(tái)仿真測(cè)試。就是在PC平臺(tái)上利用仿真工具進(jìn)行建模，模擬讀寫(xiě)器和標(biāo)簽之間的空互命令過(guò)程，記錄下讀寫(xiě)器的每個(gè)命令和標(biāo)簽的應(yīng)答情況，從而分析計(jì)算得到清點(diǎn)效率，之后對(duì)每個(gè)命令、應(yīng)答占用的時(shí)間和相互時(shí)間間隔進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到一次清點(diǎn)的標(biāo)簽數(shù)量和總體的清點(diǎn)時(shí)間，計(jì)算出清點(diǎn)速度的數(shù)據(jù)。標(biāo)簽數(shù)量從10到1000，增加間隔為10，仿真次數(shù)為1000次。由于清點(diǎn)速度與清點(diǎn)過(guò)程中的通信鏈路時(shí)序相關(guān)，與多個(gè)參數(shù)相關(guān)，因此在進(jìn)行軟件仿真的時(shí)候，考慮到三種標(biāo)準(zhǔn)的前向編碼不同，為了滿(mǎn)足中國(guó)國(guó)家無(wú)線(xiàn)電委員會(huì)對(duì)無(wú)線(xiàn)頻譜的要求，前向編碼的最小脈沖都按照12.5us來(lái)設(shè)定，保證帶寬一致，反向速率全部選擇128kbps。

2.清點(diǎn)速度清點(diǎn)速度是指在清點(diǎn)過(guò)程中，單位時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)清點(diǎn)標(biāo)簽的數(shù)量，按照下面公式計(jì)算：總體的清點(diǎn)速度是對(duì)每次清點(diǎn)的速度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)平均，結(jié)果如下：三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的清點(diǎn)速度對(duì)比圖如下，從圖中可以看出，GB清點(diǎn)速度最高，EPC其次，6B最慢。通過(guò)分析上述清點(diǎn)速度的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)主要影響清點(diǎn)速度的因素包括清點(diǎn)效率、前反向數(shù)據(jù)速率等，尤其是前向數(shù)據(jù)速率，GB為45.71kbps，6B為40kbps，EPC為32kbps，為了對(duì)比防碰撞算法的優(yōu)劣，規(guī)避前向數(shù)據(jù)速率的影響，又按照前向速率和反向速率都為40kbps的統(tǒng)一值進(jìn)行仿真，結(jié)果如下：清點(diǎn)速率的仿真對(duì)比圖如下，從圖中可以看出，結(jié)果與前一個(gè)仿真結(jié)果一樣，GB清點(diǎn)速度最高，EPC其次，6B最慢。但是差距已經(jīng)縮小。圖2三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)防碰撞算法前反向速率都為40的清點(diǎn)速度仿真結(jié)果對(duì)比圖

三、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在多標(biāo)簽清點(diǎn)性能上，GB/T29768提出的防碰撞算法能夠有效提高清點(diǎn)效率和清點(diǎn)速度，相比EPC和ISO18000-6B有明顯的提高，性能表現(xiàn)優(yōu)異。

參考文獻(xiàn)：

[1]ISO18000-63：Parametersforairinterfacecommunicationsat860MHzto960MHzTypeB.

[2]EPCglobalClass-1Generation-2UHFRFIDProtocol.

[3]GB/T29768-2013信息技術(shù)射頻識(shí)別800/900MHz空中接口協(xié)議.

作者：張姝妹 杜彥芳 單位：天津普維軟件科技有限公司