RFID系统数据传输中的防碰撞问题
    在 RFID 系统中, 读写器的作用范围内经常有多个电子标签同时要求通信, 导致数据传输经常发生碰撞问题, 因此需要对防碰撞进行研究。
1. 数据传输的工作方式
    RFID读写器与RFID电子标签之间的工作方式主要有3种, 分别为无线电广播工作方式、多路存取工作方式以及多个读写器给多个电子标签同时发送数据的工作方式。
(1)无线电广播方式。
    这是一种从一个读写器到多个电子标签的工作方式, 读写器发送的信号同时被多个电子标签接收。这种工作方式与一个广播电台发射信号, 多个接收机同时接收相类似, 所以被称为“无线 电广播”工作方式。
(2)多路存取方式。
    在这种工作方式中, 读写器的工作范围内同时有多个电子标签, 多个电子标签同时将数据传送给读写器。

     在多路存取的工作方式中, 各个电子标签会同时对读写器发出信号, 从而造成电子标签数据的碰撞, 使读写器不能正常读取各个电子标签的有关数据, 这就是 RFID系统中的多路存取问题.只有解决好电子标签的碰撞问题, 才能使 RFID 系统正常工作。解决防碰撞问题需要用到多路存取法。在无线通信中, 多路存取法主要有空分多路法 (SDMA)、频分多路法(FDMA)、时分多路法(TDMA)和码分多路法(CDMA),在RFID 系统中, 根据读写器与电子标签之间的通信特点, 空分多路法、频分多路法和码分多路法在应用中都受到一定的限制, 只能应用到一些特定的场合, 一般系统主要采用时分多路法。
①空分多路法。
   在空分多路法(Space Division Multiple Access, SDMA)中, RFID系统利用天线空间分离的技术分别读取电子标签的数据。
② 频分多路法。
    在频分多路法(Frequency Division Multiple Access, FDMA)中, RFID系统把不同载波频率的传输通道分别提供给电子标签用户。
③ 时分多路法。
    在时分多路法(Time Division Multiple Access, TDMA)中, RFID系统把整个可供使用的通路容量按时间不同分配给多个用户分别读取数据。
(3)多个读写器给多个电子标签同时发送数据的方式。
    这是一种由多个相邻的读写器试图同时与多个电子标签通信而引起的干扰。
2. 防碰撞算法
    解决电子标签防碰撞问题的关键是优化的防碰撞算法。现有的 RFID 防碰撞算法都是基于TDMA算法, 可划分为ALOHA 防碰撞算法和基于二进制搜索(Binary Search, BS)算法两大类ALOHA 防碰撞算法有ALOHA算法和时隙 ALOHA算法; BS防碰撞算法有二进制树型搜索算和修剪枝的二进制树型搜索算法等。防碰撞算法可以使系统的吞吐率及信道的利用率更高, 需的时隙更少, 数据的准确率更高, 能够更好地解决 RFID系统的碰撞问题, 有助于推动 RFID术更广泛的应用。
(1)ALOHA算法。
    ALOHA是1968年美国夏威夷大学一项研究计划的名字, ALOHA 网络是世界上最早的无电计算机通信网络。20世纪70年代初, 美国夏威夷大学研制成功一种分组交换计算机网络, 种网络采用无线广播技术, 这也是最早、最基本的无线数据通信方式。ALOHA 是夏威夷人表致意的问候语, 这项研究计划是要解决夏威夷群岛之间的通信问题。ALOHA 网络可以使分散夏威夷各岛的多个用户通过无线信道来使用中心计算机, 实现一点到多点的数据通信, ALO采用的是一种随机接人的信道访问方式。

    ALOHA 算法因具有简单易实现等优点而成为应用最厂的算法之一。ALOHA 算法是本ALOHA 思想的基础上, 根据 RFID 系统的特点不断改进而形成的算法体系, 它的本质是分离电子标签的应答时间, 使电子标签在不同的时隙发送应答。ALOHA 算法是一种随机接人算法。这种算法多采取“标签先发言”的方式, 即标签一旦进入读写器的阅读区域, 就自动向读写器发泌其自身的ID, 随即标签和读写器间开始通信。一旦发生碰撞, 一般采取退避原则, 等待下一微周期再发送应答。
     纯ALOHA 算法信道利用率不高。分析表明, 纯ALOHA算法的信道吞吐率S与帧产生率之间的关系为
                                                                S=Ge-2G
    例如, 计算可以得出, 当G=0. 5时, 信道吞吐率S=18. 4%。
(2)时隙ALOHA算法。
    帧时隙(Framed Slotted Aloha, FSA)ALOHA算法是基于通信领域的 ALOHA 协议提出的, 在FSA中, 帧(Frame)是由读写器定义的一段时间长度, 其中包含若干个时隙(Slot), 电子标签在每帧内随机选择一个时隙发送数据。所有电子标签应答都要同步, 即只能在时隙开始点向读写器发送信息, 每个电子标签发送的时隙是随机选择的。时隙可以分为3类, 分别为空闲时隙、应答时隙和碰撞时隙。在空闲时隙中没有识别任何标签; 在应答时隙中可以正确识别一个标签; 当一个时隙中有多个标签同时发送应答时, 就会产生碰撞, 形成碰撞时隙。碰撞的标签退出当前循环, 等待参与新的帧循环。在帧时隙 ALOHA 算法中, 信道的利用率有所提高。帧时(Frame time)表示发送一个标准长度的帧所需的时间, 吞吐率表示平均每帧时成功传送的帧数, 帧产生率表示每帧时尝试传送的总次数。分析表明, 帧时隙 ALOHA算法的信道吞吐率S与帧产生率G之间的关系为
                                                                            S=Ge-G
例如, 计算可以得出, 当G=0. 5时, 信道吞吐率S=0. 368%。
1. 3 RFID中数据完整性的实施策略
    在读写器与电子标签的无线通信中, 存在多种干扰因素, 最主要的干扰因素是信道噪声和信号冲突。采用恰当的信号编码、调制与校检方法, 并采取信号防冲突控制技术, 能显著提高数据传输的完整性和可靠性。
1. 信号的编码、调制与校检
    RFID 系统基带编码的方式有多种, 编码方式与系统所用的防碰撞算法有关。RFID系统一般采用曼彻斯特编码, 该编码半个bit周期中的负边沿表示1, 正边沿表示0。该编码若码元片内没有电平跳变, 则被识别为错误码元。这样可以按位识别是否存在碰撞, 易于实现读写器对多个标
签的防碰撞处理。信号传输前先进行降噪处理, 去除信号中的低频分量和高频分量, 以减少误码率。然后进行载波调制, 载波调制主要有ASK、FSK 和 PSK 等几种制式, 分别对应于正弦波的幅度、频率和相位来传递数字基带信号。在RFID系统中, 为简化设计、降低成本, 大多数系统采用ASK的调制技术。