多周期响应的自适应标签防碰撞算法研究

作     者：李雪娇 

作者单位：辽宁师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：薛伟莲

授予年度：2022年

学科分类：1305[艺术学-设计学（可授艺术学、工学学位）] 13[艺术学] 081104[工学-模式识别与智能系统] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 081101[工学-控制理论与控制工程] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：RFID系统 防碰撞算法 多周期响应机制 双元查询 三元查询 

摘      要：RFID作为物联网的关键技术,具有不受空间限制、双向通信、批量实现、远程无接触识别等特点,被广泛应用于制造业、运输业、仓储业和零售等行业中,但在应用过程中一直存在多标签碰撞问题。射频识别系统中,标签用于传递信息,在读写器有效作用范围内,多个标签同时响应读写器命令会引起碰撞,导致系统的识别效率降低,因此对标签防碰撞问题的研究至关重要。目前学者提出的防碰撞算法主要包括基于ALOHA的算法、基于树的算法及混合型算法。为了提高射频识别系统标签识别效率,本文通过查阅相关文献,了解了现有算法基本类型、优势以及运行原理,对已有算法进行了整理、分类和研究分析后,结合ALOHA分区和树的查询思想,进行了多周期自适应标签防碰撞算法的研究,提出了双元多周期自适应查询防碰撞算法和三元多周期自适应查询防碰撞算法。本文的主要研究如下:(1)针对大数量标签识别系统碰撞概率高,查询次数多等问题,本文将ALOHA分区思想和多周期响应机制相结合,综合运用二者的优势。首先,利用ALOHA思想将标签进行分区,未碰撞区直接识别标签;其次,在碰撞区内利用多周期响应机制进行搜索,发送一次查询,得到多轮回复,减少了查询次数。这种思想降低了碰撞概率,降低了查询树的平均深度,减少了查询次数。(2)针对多周期响应机制在查询过程中存在空闲时隙的情况,本文在多周期响应机制中融入了自适应机制。根据标签返回信息确定具体碰撞位情况,并分配相应的等待时延,灵活调整每次查询的等待时间,去除了查询过程中的空闲时隙,以此降低了算法等待时延。(3)将上述算法思想分别应用到二元查询和三元查询算法中,对两种算法进行了改进。使用MATLAB生成十组不同长度的随机标签,分组进行了算法仿真实验,从查询次数、识别效率、等待时延和查询深度四个方面比较了改进算法和对比算法的性能,验证了改进算法的有效性。本文在二元和三元算法中融合了分区、自适应和多周期响应机制,提出了改进算法,并对改进算法进行了理论分析和仿真验证。仿真结果表明,三元多周期自适应查询防碰撞算法在减少等待时延方面更具优势,双元多周期自适应查询防碰撞算法在降低平均查询深度方面略有优势。总体来说,这两个算法查询次数较少,识别效率较高,有效地降低了平均查询深度,减少了等待时延,适用于大数量标签识别系统。