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                  UHF頻段無源RFID系統關鍵技術

                  2020-08-08 09:14:10

                  1.系統工作基本過程

                  讀寫器對1 標簽喚醒 ,并進行2 清點輪詢 所要識別的標簽,所有標簽進行3 標簽響應,如果有響應沖突進行4 沖突分解,之后對標簽進行5 標簽信息訪問 ,再重復2~5的過程。

                  2.關鍵技術問題

                  性能指標:讀寫距離 ,識別效率/速度,識別可靠性

                  性能決定因素:標簽芯片:功耗、靈敏度 ; 標簽天線:多樣性、低成本、性能 ;

                  讀寫器芯片:功耗、靈敏度、協議兼容 ; 讀寫器天線:近場、遠場 ;

                  空中接口協議 ; 生產、封裝、測試 :生產效率、成品率、 封裝材料和工藝、生產測試

                  系統性能約束

                  閱讀器限制:EIRP有效全向輻射功率,閱讀器靈敏度

                  標簽限制: Antenna polarization(天線極化),芯片靈敏度,電源能量, Antenna gain天線增益 ; Impedance match阻抗匹配

                  導致結果:距離短,漏讀,速度慢

                  2.標簽碰撞及ALOHA算法(https://blog.csdn.net/yixueming/article/details/45009303

                  多標簽碰撞:多個標簽同處在讀寫器的作用場內。當有兩個以上的標簽同時發送數據時,就會出現通信沖突和數據相互干擾(碰撞)

                  為了防止這些沖突的產生,射頻識別系統中需要設置一定的相關命令,解決沖突問題,這些命令被稱為防沖突命令或算法 , RFID系統標簽防碰撞算法大多采用 時分多路法 ,時分多路法分為以下兩種。

                  • 基于確定輪詢的機制確定性算法(咱們不用這個)

                  • 基于隨機的機制的非確定性算法:主要ALOHA算法

                  • ALOHA算法是一種隨機接入方法。(具體與第7次PPT結合著看)

                    其基本思想是采取標簽先發言的方式,當標簽進入讀寫器的識別區域內時就自動向讀寫器發送其自身的ID號,在標簽發送數據的過程中,若有其他標簽也在發送數據,將會發生信號重疊,從而導致沖突。讀寫器檢測接收到的信號有無沖突,一旦發生沖突,讀寫器就發送命令讓標簽停止發送,隨機等待一段時間后再重新發送以減少沖突

                  • 純ALOHA算法: 在純ALOHA算法中,若讀寫器檢測出信號存在相互干擾,讀寫器就會以向標簽發出命令,令其停止向讀寫器傳輸信號;標簽在接收到命令信號之后,就會停止發送信息,并會在隨機時間段內進入到待命狀態,只有當該時間段過去后,才會重新向讀寫器發送信息。各個電子標簽待命時間片段長度是隨機的,再次向讀寫器發送信號的時間也不相同,這樣減少碰撞的可能性。

                    當讀寫器成功識別某一個標簽后,就會立即對該標簽下達命令使之進入到休眠的狀態。而其他標簽則會一直對讀寫器所發出命令進行響應,并重復發送信息給讀寫器,當標簽被識別后,就會一一進入到休眠狀態,直到讀寫器識別出所有在其工作區內的標簽后,算法過程才結束。發送幀不會產生碰撞,可以分析出,即發送成功的概率P與呑吐率與數據包含量有關。

                    特點:分組長度(等長),沖突區域大,實現簡單,適用于分組發送密度較低場景

                    在純ALOHA 系統中,一個 分組成功傳輸的概率,就是 在其產生 時刻前一個時間單位內沒有分組, 并 且在該分組產生時刻的后一個時間單 位內僅有一個分組發送的概率。

                  • 時隙ALOHA:時隙ALOHA算法把時間分成多個離散的時隙,每個時隙長度等于或稍大于一個幀,標簽只能在每個時隙的開始處發送數據。這樣標簽要么成功發送,要么完全碰撞,避免了純ALOHA算法中的部分碰撞沖突,碰撞周期減半,提高了信道利用率。時隙ALOHA算法需要讀寫器對其識別區域內的標簽校準時間。因為標簽僅僅在確定的時隙中傳輸數據,所以該算法的沖撞發生頻率僅僅是純ALOHA算法的一半,但其系統的數據吞吐性能卻會增加一倍。

                    特點:沖突區域限制在時隙內,正確接收:無沖突、校驗正確,發生碰撞:接收錯誤,空時隙

                    時隙:將信道在時間上劃分為若干等長的時間片,每個終端只能在時間片內發送分組。

                  • 成幀時隙ALOHA:幀時隙算法中,時間被分成多個離散時隙,電子標簽必須在時隙開始處才可以開始傳輸信息。讀寫器以一個幀為周期發送查詢命令。當電子標簽接收到讀寫器的請求命令時,每個標簽通過隨機挑選一個時隙發送信息給讀寫器。如果一個時隙只被唯一標簽選中,則此時隙中標簽傳輸的信息被讀寫器成功接收,標簽被正確識別。如果有兩個或兩個以上的標簽選擇了同一時隙發送,則就會產生沖突,這些同時發送信息的標簽就不能被讀寫器成功識別。整個算法的識別過程都會如此循環,一直到所有標簽都被識別完成。

                    幀:若干個時隙組成一幀,所有標簽在幀內選擇時隙發送。

                    特點:該算法的缺點是當標簽數量遠大于時隙個數時,讀取標簽的時間會大大增加;當標簽個數遠小于時隙個數時,會造成時隙浪費。

                  • ALOHA算法的二項式模型

                    在這里插入圖片描述

                  • 二進制樹型搜索算法:二進制樹型搜索算法由讀寫器控制,基本思想是不斷的將導致碰撞的電子標簽進行劃分,縮小下一步搜索的標簽數量,直到只有一個電子標簽進行回應。

                    基本思路:多個標簽進入讀寫器工作場后,讀寫器發送帶限制條件的詢問命令,滿足限制條件的標簽回答,如果發生碰撞,則根據發生錯誤的位修改限制條件,再一次發送詢問命令,直到找到一個正確的回答,并完成對該標簽的讀寫操作。對剩余的標簽重復以上操作,直到完成對所有標簽的讀寫操作。





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