RFID防碰撞技术简介
1.碰撞产生的原因
     RFID技术是利用射频信号和空间耦合（电感或电磁耦合）传输特性自动识别目标物体的技术。RFID系统中阅读器负责发送广播并接收标签的标识信息，标签收到广播命令后将自身的标识信息发送给阅读器。然而由于阅读器与所有标签共用一个无线信道，所以在RFID系统的应用过程中，经常会有多个阅读器和多个标签的应用场合，这样就会造成标签之间或阅读器之间的相互干扰，这种干扰统称为碰撞（Collision）。
     电子标签含有可被识别的唯一信息（序列号），RFID系统的目的就是要读出这些信息。如果只有一个标签位于阅读器的可读范围内，则无须其他命令形式即可直接进行阅读，但如果有多个标签同时位于一个阅读器的可读范围内，则标签的应答信号就会相互干扰形成所谓的数据冲突，从而造成阅读器和标签之间的通信失败。为了防止这些碰撞的产生，在RFID系统中需要设置一定的相关命令，并通过适当的操作解决碰撞问题，这些操作过程被称为防碰撞命令或防碰撞算法（Anti-collision Algorithms）。
RFID的碰撞问题与计算机网络的冲突问题类似，但是由于RFID系统中的一些限制，使得传统网络中的很多标准的防碰撞技术都不适于或很难在RFID系统中应用。这些限制因素主要有：标签不具有检测冲突的功能而且标签间不能相互通信，因此冲突判决需要由阅读器来实现；标签的存储容量和计算能力有限，这就要求防碰撞协议尽量简单和系统开销较小，以降低其成本；RFID系统的通信带宽有限，因此需要防碰撞算法尽量减少阅读器和标签间传送信息的比特数目。因此，如何在不提高RFID系统成本的前提下，提出一种快速高效的防冲突算法，以提高RFID系统的防碰撞能力，同时满足识别多个标签的需求，从而将RFID技术大规模地应用于各行各业，是当前RFID技术亟待解决的技术难题。

2.碰撞产生的类型
    随着RFID技术的发展，出现了多个阅读器密集分布在同一区域的RFID传感网络。在这个传感网络中，存在两类信息碰撞问题：一类称为多标签信息碰撞问题，即多个标签同时回复一个阅读器时产生的信息碰撞；另一类称为多阅读器信息碰撞问题，即相邻的阅读器在其信号交叠区域内产生相互干扰，导致阅读器的阅读范围减小，甚至无法读取任何标签。
1）标签的碰撞
阅读器发出识别命令后，各个标签都会在某一时间做出应答，但是在标签应答过程中会出现两个或多个标签在同一时刻应答或在一个标签没有应答完成时其他标签就做出应答的情况。这会使标签之间的信号互相干扰，降低阅读器接收信号的信噪比，从而造成标签无法被正常读取。如图7-1所示为标签碰撞示意图，图中的标签（Tag）1能被阅读器正常识别，而标签（Tag）2、3、4、5、6都将被错识读取或漏读取。
2）阅读器的碰撞
阅读器碰撞问题的分析：在密集阅读器的RFID传感网络中，阅读器的碰撞问题主要分为以下两种情况。
（1）多阅读器与标签之间的干扰。当多个阅读器同时阅读同一个标签时会引起多阅读器与标签之间的干扰。这里分为两种情况：一种情况是两个阅读器的阅读范围重叠，如图7-2所示，从阅读器R1和R2发射的信号可能在标签T1处产生干扰，在这种情况下，标签T1不能解密任何查询信号且阅读器R1和R2都不能阅读T1；另外一种情况是两个阅读器的阅读范围没有重叠，如图7-3所示，虽然阅读范围没有重叠，但处于干扰范围之内，在同一时间占用相同频率与标签T1通信，阅读器发射的信号对阅读器R1发射的信号在标签T1处产生干扰，从而导致通信质量下降。

（2）阅读器与阅读器之间的干扰。当一个阅读器发射较强的信号与一个标签反射回的微弱信号相干扰时就引起了阅读器与阅读器之间的干扰。阅读器R1位于阅读器干扰区。从射频标签T1反射回的信号到达阅读器R1，很容易被阅读器R2发射的信号干扰。这种干扰即使在两个阅读器的阅读范围没有重叠时也有可能产生。
     现有解决多阅读器信号碰撞问题的方法主要可以分为两类：协调计划算法和功率控制算法。协调计划算法的主要思想是通过建立一个全网的体系结构，统一收集阅读器间的信息碰撞消息，将系统可用的资源合理分配给各个阅读器进行使用，其代表性算法有Colorwave算法、HiQ21eaming算法和PULSE算法等。这些算法的主要问题在于系统通常需要耗费相当多的资源来建立和实时维护这种全网的控制结构，并且需要根据系统微小的变化重新调整全网范围内的资源分配，协议开销大，收敛速度慢。功率控制算法则能克服上述问题。

3.防碰撞的主要方法
      RFID技术的一个主要优点就是多目标识别。当系统工作时，阅读器周围可能会有多个标签同时存在，当多个标签同时向阅读器传送数据时就会产生冲突问题。无线电通信系统中的多路存取方法一般有以下几种：空分多路法（SDMA）、时分多路法（TDMA）、频分多路法（FDMA）和码分多路法（CDMA）。而RFID系统多路存取技术的实现则对射频标签和阅读器提出了特殊的要求，因为它必须使人们感觉不到时间的浪费，且必须可靠地防止由于射频标签的数据相互碰撞而不能读出等问题的出现。
1）空分多路法（SDMA）
空分多路法（SDMA）是指在分离的空间范围内进行多个目标的识别技术，空分多路法在RFID系统中的应用主要有两种方式：一种方式是将阅读器和天线的作用距离按空间进行划分，把多个阅读器和天线放置在这个阵列中，这样当标签进入不同的阅读器范围时，就可以从空间上将所有电子标签区分开来；另外一种方式是在阅读器上使用一个相控阵天线，并且让天线的方向性图对准某个电子标签，这样不同的电子标签可以根据它在阅读器工作区域的角度位置而区别开来。空分多路法的缺点是复杂的天线系统和比较高的实施费用，因此采用这种技术的系统一般为某些特殊场合，如它应用在大型的马拉松活动中来区分所有的参赛运动员。
2）频分多路法（FDMA）
     频分多路法（FDMA）是把信道分解成若干个不同载波频率提供给多个用户使用的技术，如图7-6所示就是这种频分复用的示意图。
一般情况下，采用这种方法的RFID系统从阅读器到标签的频率均是固定的，用于能量供应和命令传输。而对于从标签到阅读器，则可以采用不同的副载波频率进行数据传输。阅读器有多个接收器，每个接收器都具有各自的工作频率，而每个接收器只响应和自己相同频率的电子标签，通过这种方式即可将工作区域内的电子标签区别开来。FDMA的缺点是阅读器的成本比较高，因为每个接收通路都必须有自己单独的接收器以供使用，电子标签的差异更为麻烦。因此，这种防碰撞算法也应用在极少数特殊场合上。
3）时分多路法（TDMA）
     时分多路法把整个可供使用的通路容量按照时间分配给多个用户的技术。在RFID系统中，TDMA构成了防碰撞算法中最大的一族。这种方法又可分为电子标签控制法（电子标签驱动）和阅读器驱动法（询问驱动），电子标签控制法的工作是非同步的。按照电子标签成功地完成数据传输后是否通过阅读器的信号而断开，它又可分为“读时断开”法和“非开关”法。
    电子标签控制法一般是很慢而且不灵活的，但这种方法可以同步进行观察，因为所有电子标签可同时由阅读器进行扫描和控制。
阅读器驱动法又可以称为定时双工法。
4）时分多路法的具体分析
     目前存在的时分多路法主要分为基于二进制树的确定性算法和基于ALODA的不确定性算法。基于二进制树的确定性算法主要有二进制搜索算法（Binary Search）和动态二进制搜索（Dynamic Binary Search）算法，此外还有智能的寻呼树算法（Intelligent Query Tree）、自适应的被动标签防碰撞算法（Adaptive Memoryless Tag Anti-collision Protocol）及基于返回式二进制树形搜索的反碰撞算法等。基于ALODA的不不确定性算法分为ALODA算法、时隙ALODA算法（Slotted ALODA）、动态时隙ALODA算法（Dynamic Slotted ALODA），此外还有帧时隙ALODA算法（Frame-slotted ALODA）、动态帧时隙ALODA算法（Dynamic Frame-slotted ALODA）等。下面将对几种重要算法进行描述。

4.防碰撞方法的设计要求
防碰撞技术主要解决RFID系统一次对多个标签的识别问题。假设同时进入阅读器天线区域的标签共有n个，则防碰撞设计要求如下：
（1）当1≤n≤N时，其中N为阅读器一次可识别标签数量的上限，则在碰撞发生（n>1）的情况下，能识别n个标标签并依次与它们完成通信；
（2）平均响应时间τ足够短，τ为某一时段内完成通信的所有标签在系统内的平均停留时间，τ与算法有关，允许τ≤τ0，τ0为不同应用中所允许的最大时延。