基于ALOHA算法的RFID防碰撞技術研究

1 射頻識別系統介紹
射頻識別技術(Radio Frequency Identification，RFID)是一種非接觸式自動識別技術，與傳統的識別方式相比，它無需直接接觸、無需光學可視、無需人工干預即可完成信息輸入和處理，具有操作方便快捷、存儲數據量大、保密性好、反應時間短、對環境適應性強等優點，現在已廣泛應用于工業自動化、商業自動化和交通運輸管理等領域，成為當前IT業研究的熱點技術之一。
典型的RFID系統主要包括三個部分：電子標簽(tag)、讀寫器(Read)和應用系統(如圖1)。電子標簽放置在被識別的對象上，是RFID系統真正的數據載體。通常電子標簽處于休眠狀態，一旦進入讀寫器作用范圍內就會被激活，并與讀寫器進行無線射頻方式的非接觸式雙向數據通信，以達到識別并交換數據的目的。此外，許多讀寫器還都有附加的通信接口，以便將所獲的數據傳給應用系統進行進一步的處理。

2 系統防碰撞
RFID系統工作時，當有2個或2個以上的電子標簽同時在同一個讀寫器的作用范圍內向讀寫器發送數據的時候，就會出現信號的干擾，這個干擾就稱為碰撞，其結果將會導致該次傳輸的失敗，因為必須采用適當的技術防止碰撞的產生。

3 ALOHA算法及仿真結果
目前有多種防碰撞算法，主要分為ALOHA算法和樹形分解算法。由于樹形分解法有時會使某些標簽的識別延遲可能比較長，所以ALOHA算法因具有簡單易實現等優點而成為應用最廣的算法之一。ALOHA算法是在ALOHA思想的基礎上，根據RFID系統的特點和技術要求不斷改進形成的算法體系。它的本質是分離標簽的應答時間，使標簽在不同的時隙內發送應答。一旦發生碰撞，一般采取退避原則，等待下一循環周期發送應答。ALOHA算法又分為幀時隙ALOHA算法、動態幀時隙ALOHA算法和分組幀時隙ALOHA算法等。
3．1 幀時隙ALOHA算法
幀時隙ALOHA(Framed slotted Aloha，FSA)算法是基于通信領域的ALOHA協議提出的。在FSA中，幀(Frame)是由讀寫器定義的一段時間長度，其中包含若干時隙。標簽在每個幀內隨機選擇一個時隙發送數據。所有標簽應答同步，即只能在時隙(Slot)開始點向讀寫器發送信息，每個標簽發送的時隙是隨機選擇的。時隙可以分為三類：空閑時隙、應答時隙和碰撞時隙。在空閑時隙中沒有識別任何標簽，應答時隙中可以正確識別一個標簽。當一個時隙中有多個標簽同時發送應答時就會產生碰撞，形成碰撞時隙。碰撞的標簽退出當前循環，等待參與新的幀循環。