基于FPGA的超高頻讀寫器設計
加入技術交流群
2．3 讀寫器的防沖突
RFID系統中，多標簽引起的沖突是影響系統效率的難題，傳統的概率性防沖突算法采用的是幀時隙Aloha算法或動態幀時隙Aloha算法等。但這些算法都存在系統識別效率不高等問題。當標簽數遠大于幀時隙數時，發生碰撞的時隙數增多，讀寫器不能完成標簽的讀取：當標簽數遠小于幀時隙數時，空閑時隙增多而導致時隙浪費，這些都是導致系統效率不高的根本原因。鑒于以上的弊端，本文提出了一種基于幀時隙Aloha的改進型算法，核心思想是將標簽識別分為兩個步驟，即沖突檢測和數據讀取。其中沖突檢測是為了檢測一個識別周期中的標簽發生沖突的情況。數據讀取是根據沖突檢測的情況，允許無沖突的標簽和閱讀器完成通信。本文引用地址：http://www.104case.com/article/156402.htm
通常，在幀時隙Aloha算法中，當系統標簽數量變得很大時，系統效率就開始下降。當讀寫器設置幀的長度(包含的時隙數)為Nt，響應的標簽數為n時，則有r個標簽選擇同一個應答時隙的概率服從二項分布：
因此，當r=1時表示標簽選擇無碰時隙的概率。在一個周期中預期成功讀取的標簽數
系統效率的計算公式如下：
系統效率=一個周期中預期讀取的標簽數／當前的幀的長度=N／N，
從上式中可以計算出系統效率的最大值的位置
。從而可以推導出，當幀的長度為Nt時，效率最高的標簽響應數為：
從上式可以得出，當標簽數和幀時隙長度大體相當時，系統效率將變得最大。與圖5所示一致。
為使系統效率最高，必須使幀時隙數等于參與循環的標簽數。每幀時隙數可以根據標簽數的變化及時調整，使得標簽數量與幀時隙數匹配。在開始一個新的循環時，讀寫器要對參與循環的標簽數進行估計，如果所估計的標簽數與實際情況相差甚遠，那么算法的效率就會發生大幅的下降。通過對上一個周期通信所獲取的空的時隙數、發生碰撞的時隙數和只有一個標簽傳輸數據的時隙數來估計標簽的數量，由估計的標簽的數量來及時調整下一幀的長度。由于當外圍標簽數量與幀時隙數偏離較大時，系統效率會急劇下降，所以通過幀時隙改進型算法能夠把系統的效率控制在34．6％～36．8％范圍內，從而大幅提高了系統的識別效率。在實際的RFID系統中，被正確識別的標簽將不再響應讀寫器發送的數據傳輸請求，同樣，成功傳輸數據的標簽也不再響應讀寫器的請求。因此前一幀中沒有被識別的標簽數為N=2．93c。其中c表示發生碰撞的時隙數。通過對未識別的標簽數進行估計，選擇最佳的幀時隙長度，從而使每個循環周期中響應標簽數與幀時隙數相匹配，從而大幅度提高了系統的效率。
3 總結
本文選用FPGA芯片與AS3990射頻收發芯片設計并實現了遠距離UHF RFID讀寫器，標簽識別距離達到3～4m，已基本滿足應用要求。并提出了一種幀時隙Aloha防碰撞的改進型算法。通過動態地調整幀時隙數與外圍標簽數相匹配，使讀寫器系統的讀取效率維持在34.6％～36.8％范圍內，大幅度提高了系統的讀取效率。
評論