rfid是射頻識別技術(shù)的英文（radio frequency identification）的縮寫，射頻識別技術(shù)是20世紀90年代開始興起的一種自動識別技術(shù)，射頻識別技術(shù)是一項利用射頻信號通過空間耦合（交變磁場或電磁場）實現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的的技術(shù)。從信息傳遞的基本原理來說，射頻識別技術(shù)在低頻段基于變壓器耦合模型（初級與次級之間的能量傳遞及信號傳遞），在高頻段基于雷達探測目標的空間耦合模型（雷達發(fā)射電磁波信號碰到目標后攜帶目標信息返回雷達接收機）。1948年哈里斯托克曼發(fā)表的利用反射功率的通信奠定了射頻識別射頻識別技術(shù)的理論基礎(chǔ)。

　　無線射頻識別技術(shù)（rfid）已經(jīng)成為一個很熱門的話題。據(jù)業(yè)內(nèi)人士預測，rfid技術(shù)市場將在未來五年內(nèi)在新的產(chǎn)品與服務上帶來30至100億美金的商機，隨之而來的還有服務器、資料儲存系統(tǒng)、資料庫程序、商業(yè)管理軟件、顧問服務，以及其他電腦基礎(chǔ)建設(shè)的龐大需求。 或許這些預測過于樂觀，但rfid將會成為未來的一個巨大市場是毫無疑問的。許多高科技公司正在加緊開發(fā)rfid專用的軟件和硬件，這些公司包括英特爾、微軟、甲骨文、sap和sun,而近的零售商沃爾瑪?shù)囊豁椧笃淝?00家供應商在2005年1月之前向其配送中心發(fā)送貨盤和包裝箱時使用rfid技術(shù)，2006年1月前在單件商品中使用這項技術(shù)的決議，把rfid再次推到了聚光燈下。因此可以說無線射頻識別技術(shù)（rfid）正在成為熱門新科技。

　　1 RFID系統(tǒng)中防碰撞協(xié)議

　　為了解決碰撞問題，產(chǎn)生了很多的防碰撞算法，目的就是把眾多的標簽按照某種方式分隔開進行逐個讀取，主要有頻分多路法（FDMA）、空分多路法（SDMA）、時分多路法（TDMA）和碼分多路法（CDMA）四種方法。防碰撞算法結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

　　空分多路法由于其復雜的天線系統(tǒng)的高費用使得應用不是很廣泛，頻分多路法由于其閱讀器的費用比較高，應用也受到了限制。碼分多路法的多路方式軟件設(shè)計困難，讀寫器每一路都需要相應的硬件或軟件支持，非常復雜，所以不適合RFID系統(tǒng)。因此，TDMA成為反碰撞算法廣泛的選擇，該方法又分為標簽驅(qū)動法和閱讀器驅(qū)動法，標簽驅(qū)動法中具有代表性的算法是Aloha算法。閱讀器驅(qū)動法需要準確的同步進而無錯誤的檢測出碰撞位，它再劃分為"輪詢法"和"分裂法".由于Aloha算法不能有效地解決標簽餓死的問題，所以本文的研究主要在分裂法的基礎(chǔ)上進行。

　　1.1 二進制防碰撞協(xié)議

　　二進制防碰撞協(xié)議中，閱讀器應用二進制搜索算法能夠成功地讀取它范圍內(nèi)的所有標簽。標簽含有的ID序列號（由一些二進制碼構(gòu)成），閱讀器在每次查詢過程中只發(fā)送一位0或1,標簽中與接收的位相同的才會發(fā)生應答，并發(fā)送自己的下一位直至所有ID序列號傳完。標簽中與接收到的位不相同的就會轉(zhuǎn)到待機狀態(tài)，直到某個標簽被識別剩余的標簽重置。在一個識別過程中，如果閱讀器發(fā)現(xiàn)沖突就會發(fā)0,否則發(fā)送從標簽接收的那一位作為下一個查詢位。狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖2所示。

　　1.2 查詢樹防碰撞協(xié)議

　　查詢樹算法是一種無記憶標簽防碰撞算法。讀寫器發(fā)送一個前綴查詢信息，與這個前綴相匹配的標簽做出響應。讀寫器發(fā)出的前綴決定了碰撞的標簽如何分裂。標簽除了其自身的ID號以外無需記憶其他額外的信息。一旦一個標簽被成功識別，讀寫器就開始新一輪的讀取操作。協(xié)議原理：讀寫器發(fā)送長度為k的前綴；ID中前k bit和前綴匹配的標簽反饋第（k+1）bit至1 bit.如果閱讀器收到的ID碰撞，再先后將前綴加"0"或 "1",作為新的前綴發(fā)送出去。如果沒有發(fā)生碰撞，就表明有一個標簽被識別了。狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖3所示。

　　2 改進型防碰撞協(xié)議

　　本文設(shè)計了一種新的防碰撞協(xié)議，它是結(jié)合了二進制防碰撞協(xié)議和查詢樹防碰撞協(xié)議而構(gòu)成的，它能夠在壞的情況下，減少狀態(tài)轉(zhuǎn)換數(shù)和時鐘循環(huán)數(shù)，很大程度上減少了沖突的發(fā)生，增加了標簽的讀取速度。狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖4所示。

　　在改進型協(xié)議中，如果標簽在狀態(tài)S2下檢測到碰撞的發(fā)生，它會轉(zhuǎn)移到狀態(tài)S3來接收閱讀器發(fā)送的屏蔽位，而不是直接跳到S0.狀態(tài)S3的加入很大程度上減少了標簽識別過程中狀態(tài)轉(zhuǎn)換數(shù)和時鐘循環(huán)數(shù)。這個效果是很明顯的，如果兩個標簽的位相同而接下來的位都不相同，運用二進制和查詢樹協(xié)議時，閱讀器必須發(fā)送兩個不同的位來識別兩個標簽，標簽經(jīng)歷兩次從S0到S1再到S2的轉(zhuǎn)換，而在改進型協(xié)議中由于S3的加入，一個標簽在識別的同時其他標簽只需向閱讀器發(fā)送一個前綴位。這樣既減少了識別過程中能量的消耗，又增加了識別速度。例如對#28（11100）和#30（11110）兩個標簽的識別，運用二進制防碰撞協(xié)議需要21次時鐘轉(zhuǎn)換和19次狀態(tài)轉(zhuǎn)換，查詢樹防碰撞協(xié)議需要21次時鐘轉(zhuǎn)換和8次狀態(tài)轉(zhuǎn)換，而改進型協(xié)議只需要15次時鐘轉(zhuǎn)換和7次狀態(tài)轉(zhuǎn)換（Ps為現(xiàn)在的狀態(tài)；Ns為下一個狀態(tài)），表1是在新協(xié)議下對兩個標簽的識別過程。

　　運用這個協(xié)議，需要增加一個硬件用來在S3狀態(tài)下減少它的ID指針，標簽在S3收到的屏蔽位需要與先前發(fā)送的那位相比較，來確定標簽的下個狀態(tài)。

　　3 性能分析

　　一個RFID系統(tǒng)性能的好壞，主要是衡量它的能量消耗和讀取速度。本文主要從狀態(tài)轉(zhuǎn)換次數(shù)和時鐘循環(huán)次數(shù)兩個方面考慮。標簽的識別過程各種情況的標簽的分布都有可能發(fā)生，要衡量RFID防碰撞協(xié)議的性能，就要從壞的情況[1]考慮。

　　3.1 數(shù)學分析

　　在不計命令時間、前后綴開銷及校驗冗余等情況下對各算法進行數(shù)學分析，若在閱讀器范圍內(nèi)有n個標簽，標簽的ID位數(shù)為N,則在滿足2≤n≤2N-2情況下，以上三種協(xié)議的狀態(tài)轉(zhuǎn)換次數(shù)和時鐘循環(huán)數(shù)如下：

　　3.2 仿真結(jié)果

　　仿真時筆者認為三種協(xié)議識別一個特定的標簽時間是相等的。仿真環(huán)境：標簽ID長度為2的整數(shù)倍，沖突標簽數(shù)為4,30次仿真取均值。仿真結(jié)果如圖5所示。

　　由仿真結(jié)果可見，改進型協(xié)議在識別效率上明顯優(yōu)于二進制協(xié)議和查詢樹協(xié)議，在標簽ID位比較長的情況下尤為明顯。

　　在研究了RFID系統(tǒng)中現(xiàn)有的防碰撞協(xié)議的基礎(chǔ)上，本文提出了一種新的防碰撞協(xié)議。通過算法分析及仿真表明，該協(xié)議較大幅度減少了每條命令的信息量，使系統(tǒng)的傳輸數(shù)據(jù)量和傳輸時間大大減少，有效節(jié)省了傳輸信道，能更準確、更高效、更好地解決射頻識別系統(tǒng)中多個標簽之間的數(shù)據(jù)沖突問題，具有良好應用前景。