物联网中无线射频识别读写器系统防碰撞算法优化

针对无线射频识别(RFID)应用领域读写器碰撞问题,比较了基于轮询的帧时隙算法和二进制位防碰撞算法,提出了改进型的帧时隙算法.首先,将帧长分为若干时隙;然后,动态估计电子标签的数量,确定应该发送的帧长,再使电子标签对帧中的时隙响应概率达到最大,使系统碰撞概率最小.仿真结果表明,采用改进型帧时隙防碰撞算法的系统吞吐率可以保持在50%以上,并且在有大量电子标签的工作范围内吞吐率可以达到65%以上.与采用帧时隙防碰撞算法的平均36%系统吞吐率相比,改进型帧时隙算法的系统吞吐率提高了将近1倍.由于采用比较简单的结构,因此便于在实际应用中使用.     

基于优先级避让的防碰撞算法研究

针对时隙随机分配的非确定性防碰撞算法可能出现的标签饥渴问题,提出了一种基于优先级避让的防碰撞算法。该算法将每一轮的标签识别过程分为标签预约和标签读取两个阶段,并根据标签在读写器作用范围内的驻留时间分配优先级。当预约时隙中出现碰撞时,读写器利用碰撞因子估计标签数量,当判断两个优先级不同的标签同时选择一个时隙时,优先级低的标签将在读取过程中主动避让,从而使对应的读取时隙避免碰撞。理论分析和仿真实验表明,该算法不仅可以有效减少碰撞时隙,提高系统的吞吐率,而且可以较好的解决标签饥渴问题,降低标签的漏检率,特别适用于标签数量大且对漏检率有严格要求的RFID系统。     

基于判决门限的RFID防碰撞Q值算法

标签的识别速度是RFID技术高强度、大规模应用的关键。为了提高射频标签的识别速度,提出了一种基于判决门限的防碰撞算法——QA-DTCI,详细阐述了算法的思想、运算流程和门限阈值的确定方法。在QA-DTCI算法中,读写器增加了两个计数器来分别计算碰撞和空闲时隙的个数,单独处理空闲时隙和碰撞时隙。当检测到碰撞时隙时,碰撞计数器自增;当检测到空闲时隙时,空闲计数器自增;同时对空闲计数器与碰撞计数器进行差值运算并与预设定的门限阈值比较,从而动态调整Q值。仿真结果表明,与QA算法相比,QA-DTCI算法在不损耗系统吞吐率的情况下,识别时延最大缩短了4%、识别速度提高了10%。     

基于动态因子均值的动态帧时隙ALOHA算法研究

动态帧时隙ALOHA算法是基于概率型的ALOHA算法的改进算法。在一定范围内,该算法识别标签时,帧时隙数能够随着标签数量的增加而动态增加;但当识别大量标签时,由于读写器硬件的限制,资源利用率和系统吞吐量大大降低。针对此问题,提出了一种基于动态因子均值估计算法的动态帧时隙ALOHA算法。首先,使用动态因子均值标签估计法对标签数量进行准确估计;然后,使用所提出的动态帧时隙ALOHA改进算法对准确估计的标签进行分组,并按照分组依次进行识别;最后,分别对动态因子均值标签估计算法和应用该标签估计算法的动态帧时隙ALOHA算法进行仿真。仿真结果表明,所提标签估计算法能够对标签进行准确的估计,使估计误差保持在5%的范围内。基于动态因子均值标签估计算法的动态帧时隙ALOHA算法能够保证30%以上的高系统利用率,而且整个识别过程所需的帧时隙数比动态帧时隙ALOHA算法下降了45%左右。     

一种新的RFID混合防碰撞算法

针对射频识别（RFID）系统随机性防碰撞算法中标签识别效率低的问题,提出了一种新的RFID混合防碰撞算法。新算法采用帧时隙ALOHA（FSA）机制,根据碰撞时隙数直接估计出总的未识读标签数目,经多次动态调整帧长,获得最优帧长,然后使读写器按照最优帧长分配时隙以供标签响应,在碰撞时隙内调用自适应搜索矩阵（ASM）算法对响应标签进行识别。理论研究和仿真表明,新算法有效实用,可有效提高系统性能,使时隙吞吐量达到40%以上。     

基于牛顿迭代法的RFID标签数量估计算法

ALOHA算法是一种被广泛采用的射频识别(RFID)标签防碰撞算法,要提高它的识别效率,算法帧长必须根据标签数量自适应调整,因此标签数量估计的准确性十分重要。针对已有标签估计方案存在的误差大问题,提出一种基于牛顿迭代法的标签数量估计算法(NIATE)。首先,根据标签数量与帧长的数量关系确定一个调节因子;其次,研究标签识别过程中成功时隙占总时隙比例,得到调节因子与所占比例的关系;最后利用牛顿迭代法求解得出准确的标签数量。仿真结果表明,NIATE算法在不同标签数量情况下,相比现有主流算法具有较好的自适应能力,标签估计平均误差更小,从而减少了识别所有标签所需的总时隙数,提高了系统吞吐率。     

快速RFID防冲突算法

在对现有ALOHA Bit-Slot算法分析的基础上提出一种改进的时隙ALOHA RNS算法. 该算法改变Bit-Slot算法中标签数据回传方式,减少标签与读卡器的数据传输量,缩短识别时间,提高系统吞吐率,并解决了现有读卡器无法探测有几个标签反馈了相同的独一码的问题.在大量标签情况下,根据数目多少进行分类表示,动态适应大数据量传输.仿真结果表明,RNS算法在标签数量大于1000时,相比Bit-Slot算法在系统吞吐率上有30%的提高,从而适用在大数据量、实时性强的射频识别场合.     

基于公平性的D2D时隙调度算法

针对设备到设备（D2D）通信资源分配中的时隙调度时延以及信道增益变化导致吞吐率下降的问题,提出了一种公平性时隙调度（FTDS）算法。首先,基于频谱复用模式建立系统模型,并归纳为一组合优化问题;然后,在模型的次优求解中,FTDS算法将调度周期划分为多个等长的时隙,根据优先级策略将D2D用户分配至不同时隙调度,从而适应D2D用户多于蜂窝用户的应用场景;同时,为了权衡服务质量（QoS）与系统吞吐率的关系,构造一满足性权值与传输速率相互制约,共同决定用户调度优先级。仿真实验中,FTDS算法相比TDS、RANDOM算法,吞吐率平均增幅分别达到11.09%和40.64%,且FTDS算法下D2D用户被调度频次累积分布更为集中;同时,相比TDS算法调度时延最大降低31.22%。仿真实验表明,FTDS算法拥有更优的吞吐率性能、更公平的调度机制、更小的调度时延。     

基于冲突分段的动态树型RFID防碰撞算法

针对射频识别系统中,基于树的防碰撞算法因存在较多空闲时隙和碰撞时隙导致系统效率低的问题,提出了基于冲突分段的动态树型防碰撞算法（DTCS）。新算法充分考虑随着搜索层数增加,碰撞节点内标签数量减少,标签未识别序列碰撞概率降低这一特点,有效利用冲突位分布信息,按规则提取每一碰撞节点标签查询段[N],结合编码机制,确定查询前缀,优化查询命令。理论分析和仿真结果表明,新算法避免了空闲时隙,快速缩短了搜索深度,从而降低标签识别时延,系统吞吐率提高达0.649。     

基于EPC Class-1 Gen-2标准的防冲突算法与改进

针对RFID读写器识别多标签过程中出现的冲突问题,研究并实现了EPC Class-1 Gen-2标准中的防冲突算法,即时隙随机算法（SR算法）,同时针对SR算法的不足提出改进算法。改进算法采用不避让冲突时隙的处理方式,降低了由时隙的随机选取所导致的标签间冲突的概率。实验结果证明,改进后的算法在通信次数和吞吐率方面均优于原算法,有效提高标签识别效率。     

基于伪ID码的树型防碰撞算法

树型防碰撞算法在标签数目过多的情况下,由于树的深度过深导致标签识别效率低.为此,提出一种基于伪ID码的树型防碰撞算法.阅读器利用标签数量预测算法,检测出识别范围内未识别标签的大致数量并发给其标签.标签根据数量随机生成一个数字,作为自己的伪ID码.阅读器依次查询伪ID码,若发生碰撞,则利用碰撞跟踪树算法进行识别,在识别标签的过程中通过伪ID码降低查询树的深度,提高标签的识别效率.理论分析和仿真结果表明,与CTT算法和QT算法相比,该算法吞吐率分别提高了15%和74%,并且能够有效加快标签的识别速度,减少时隙总数.     

基于改进后退策略的按位二进制防碰撞算法

为解决无线射频识别系统中的标签碰撞问题,提出一种基于改进后退策略的按位二进制防碰撞算法。该算法利用标签ID的唯一性,使阅读器只需通过标签ID的部分比特位就能准确地识别某个标签。仿真结果表明,改进的搜索算法能减少阅读器与标签之间的识别通信量及阅读器的搜索次数,提高标签的识别速度。     

基于多处碰撞位探测的标签防碰撞算法研究

在无线射频识别系统（RFID）中,当阅读器向范围内的标签发送命令以后,标签向阅读器发送反馈信号,当有两个或者两个以上的标签做出了相同的反馈信息,就会产生标签碰撞。解决碰撞问题提高标签识别效率对RFID的应用具有重要意义。针对目前一些已有算法存在查询次数过多且吞吐率不高的问题,该文提出一种基于多处碰撞位探测的标签防碰撞算法(Multiple Collision Bits Detection, MCBD)。该算法通过阅读器发送的探测命令,获取标签发生碰撞位的比特值,再结合查询命令直接识别出标签。仿真实验结果显示MCBD算法降低了识别标签所需的查询次数,提高了吞吐率。该文算法的创新在于可以对单独或者连续的碰撞位都一并处理,充分利用标签的ID信息,对RFID标签识别的研究具有一定意义。     

一种基于跳频预约模式的RFID读写器网络MAC协议

在大量RFID读写器应用场合,会产生读写器冲突问题,从而影响整个系统的读取率.为了解决读写器冲突问题,提出了一个建立在慢跳频扩频(FHSS)上的MAC协议.该协议采用阅读器同步机制,读写器首先通过不同的时隙竞争预约信道,成功后使用与该时隙对应的频率进行通信,并通知相邻读写器,避免了相邻读写器同时与同一个标签通信,避免了读写器-标签冲突;采用读写器通信和标签通信按频谱分开的机制,使得读写器和标签之间不会产生频率冲突;采用多个频率跳频机制,避免了读写器频率冲突.对该协议进行的分析表明,在读写器负载较大及读写器平均通信时间较长时,该协议的系统输出较高.     

MIMO型RFID的传感标签盲源分离防碰撞算法

针对传感标签密集的多输入多输出型射频识别(MIMO-RFID)系统中标签同时响应导致一系列的碰撞问题,提出了一种并行识别传感标签的欠定盲分离的防碰撞算法(BFast-ICA).在快速独立分量分析(Fast-ICA)算法的基础上,采用更高阶次的迭代方法,实现碰撞传感标签信号的欠定盲分离.在分离性能和吞吐量两个方面进行性能仿真,实验结果表明:改进的防碰撞算法能够更快地分离传感标签信号;在阅读器天线数目相同的情况下,最大吞吐量比当前的盲分离标签防碰撞算法提高了40％以上.     

二进制一维矩阵搜索防碰撞算法

针对典型二进制搜索算法存在的搜索次数多、数据传输量大、系统识别效率低的问题,提出了一种二进制一维矩阵搜索防碰撞改进算法。该算法根据检测到的标签碰撞位信息构造二进制搜索矩阵,并确定相应的碰撞位对应值矩阵对标签进行搜索,通过对搜索前缀进行改进,使得读写器与标签之间传输量减少,且在标签识别过程中,碰撞位矩阵及其对应值矩阵需根据碰撞位的改变进行修改,以实现读写器对标签的连续搜索及识别。实例说明及Matlab仿真结果表明,随着标签数目的增加,改进算法的搜索次数和总的数据传输量增加相对较少,系统吞吐率提高,可达66%~78%,系统的识别过程加快。     

RFID防碰撞算法研究

针对射频识别系统中的标签碰撞问题,在基于后退式二进制搜索算法的基础上提出一种改进算法。该算法结合动态调整算法并引入分组策略实现仅有两位碰撞即可识别标签,从而减少了搜索次数。该算法还引入堆栈存放阅读器接收到的ID数据,阅读器发送的序列号参数只是最高碰撞位信息,使得通信量减少。仿真结果表明,该算法能减少搜索次数,降低阅读器与标签之间的通信量,提高识别效率。     

新型Q值防碰撞算法在RFID系统中的研究

RFID系统在某些应用领域中需要高效的标签识别算法。针对标签数目不固定且数量变化范围大的情况下,多标签同时回复一个阅读器而产生碰撞丢失标签信息的问题,本文提出一种改进型的Q值算法。在该算法中,阅读器根据变化的标签数目自适应修改Q值,分化C值调整帧长度,极大地提高了标签的识别速度,并减少了读取的误码率,且不会因为数目变化范围大而造成标签识别延时增大。文中详细介绍了算法设计流程,并通过建立数学模型对算法的可行性进行分析,根据统计数据来获得最优算法参数,最后用实际案例进一步证明了该算法在识别大量标签时效率明显优于原Q值算法和自适应帧时隙阿罗哈算法(FSA)。     

自适应树形分组的盲分离射频识别系统防碰撞算法

针对单天线射频识别(RFID)系统中阅读器不能同时识别多个标签造成标签识别率较低的问题,结合多天线技术及基于标签ID号序列的二叉树时隙分组提出了一种自适应树形分组的盲分离RFID系统防碰撞算法.首先根据RFID系统中天线的个数调整阅读器查询码码长并发送查询信号,将符合条件的响应标签分配到相应的时隙中,使每一个时隙中的标签数小于或者等于阅读器的天线数,满足盲源分离(BSS)的多天线系统识别标签的条件,从而达到同时且快速识别多个标签的目的.仿真结果表明,与同样采用多天线技术的基于位隙动态分组的盲分离(BSDBG)算法相比,当天线个数为4~32时,所提算法的标签识别速度提高了20%~69%,标签识别率提高了60%~88%,同时该算法复杂度低,硬件开销小,实现相对简单,有利于推广和使用.