1、第四章RFID的標簽識別協議RFID系統的兩種沖突 閱讀器之間的干擾沖突，由多個閱讀器同時發送信號引起 標簽之間的沖突干擾，由多個標簽同時響應閱讀器引起三種防沖突協議 基于時分多址（TDMA）的防沖突協議 基于頻分多址（FDMA）的防沖突協議 基于載波偵聽多路訪問（CSMA）的防沖突協議4.1 基于ALOHA的防沖突算法 純ALOHA算法 工作原理：站點只要產生幀就立即發送，在規定時間內收到應答則發送成功，否則重新發送。 重發策略：等待一段隨機的時間再次發送，若再次沖突，則再等待隨機時間后發送，直到不再沖突。 優點：簡單易行 缺點：極容易產生沖突4.1 基于ALOHA的防沖突算法 純ALOHA

2、算法用于只讀系統。當應答器進入射頻能量場被激活以后，它就發送存儲在應答器中的數據，且這些數據在一個周期性的循環中不斷發送，直至應答器離開射頻能量場。4.1 基于ALOHA的防沖突算法 時隙ALOHA算法 （S-ALOHA） 把純ALOHA算法的時間分為離散的時間段(時隙)，每個時隙大于或等于標簽標識符發送的時間長度，每個標簽只能在時隙開始時刻發送標識符. ISO/IEC14443 TYPEB采用的就是這種算法作為防碰撞算法4.1 基于ALOHA的防沖突算法 基于幀的時隙ALOHA算法 在S-ALOHA算法的基礎上，將若干個時隙組織為一幀，閱讀器以幀為單元進行識別，就形成了基于幀的時隙ALOHA

3、算法（FSA） FSA算法是目前RFID系統中最常用的一種基于ALOHA的防沖突算法4.1 基于ALOHA的防沖突算法 FSA算法思想 每一幀開始閱讀器廣播下一幀的長度f，并激活區域內的所有標簽 每個標簽在接收到幀長f后，隨機獨立地在0(f-1)之間選擇一個整數作為自己發送標識符的時隙序號SN，并將其存在寄存器中 在下一幀的每個時隙開始，如果標簽SN的值等于0則立即發送標識，否則零SN=SN-1且不發送標識4.1 基于ALOHA的防沖突算法 如果有沖突發生，則標簽進入等待狀態，在下一幀重新選一個時隙發送標識符 閱讀器不斷重復上述過程，直到在某一幀中沒有收到任何標簽信號，則認為所有標簽均被識別

4、FSA算法中有三種時隙，空時隙、單時隙和沖突時隙。只有單時隙閱讀器才可以成功識別一個標簽。4.1 基于ALOHA的防沖突算法 FSA算法中幀長是固定的，當標簽個數遠大于幀長時，發生沖突的概率會增加，識別標簽的時間也會極大的增加。 標簽個數遠小于幀長時又會造成時隙的浪費。 理論證明，當幀的長度等于閱讀器場內標簽數目時，FSA才能獲得最佳的識別性能。4.2 基于二進制數的防沖突算法 基于二進制數的防沖突算法思想按照遞歸的方式將沖突的標簽集合劃分成兩個子集，直到集合中只剩下一個標簽為止。 劃分子集的算法隨機二進制樹算法：標簽隨機選擇所屬集合查詢二進制樹算法：按標簽標識符劃分子集4.2 基于二進制數的

5、防沖突算法一、基于隨機二進制樹的防沖突算法每個標簽維持一個計數器，初始值為0在每一個時隙開始，如果標簽計數器為0則發送自己的標識符，否則不響應一旦標簽識別成功則對閱讀器的REQUEST命令不再響應每一個時隙結束閱讀器將接收到的時隙狀態反饋給標簽，標簽根據反饋結果對自己計數器進行調整4.2 基于二進制數的防沖突算法 標簽計數器調整規則 若時隙為沖突時隙，則參與響應的標簽隨機給自己的計數器加0或1，沒有參與響應的標簽直接給自己的計數器加1. 若時隙為單時隙，被成功識別的標簽進入沉默狀態，未被識別的標簽將自己的計數器減1.4.2 基于二進制數的防沖突算法二、基于查詢二進制樹的防沖突算法閱讀器維持一個

6、二進制前綴，初始值為0每個時隙開始時，閱讀器廣播該二進制前綴，標簽將自己的標識符前幾位與此二進制前綴進行比較，若相同則該標簽發送標識符，否則保持沉默如果有沖突發生，則在下次查詢中將原來的二進制前綴后面增加0或1，重新查詢4.2 基于二進制數的防沖突算法例題： 有六個標簽處于閱讀器場中，它們的ID分別為0010、0011、1001、1100、1101、1110，試描述查詢二進制樹的執行過程。4.3 防沖突算法的性能分析 基于ALOHA的防沖突算法簡單，并且兼顧了公平性，但是存在標簽餓死問題。 隨機二進制樹算法中標簽不存在餓死問題，但標簽需要維護一個內部狀態 查詢二進制樹散發不存在餓死問題，但算法

7、性能受到標簽標識符長度的影響，并且通常比基于ALOHA的算法需要更長時間4.4 差錯檢測l在RFID系統中，數據傳輸的完整性存在兩個方面的問題：l一是外界的各種干擾可能使數據傳輸產生錯誤；l二是多個應答器同時占用信道使發送數據產生碰撞。l運用數據檢驗（差錯檢測）和防碰撞算法可分別解決這兩個問題。 4.4 差錯檢測 差錯： 包括隨機錯誤、突發錯誤和混合錯誤。 隨機錯誤：由信道中的隨機噪聲干擾引起。在出現這種錯誤時，前后位之間的錯誤彼此無關。 突發錯誤：由突發干擾引起，當前面出現錯誤時，后面往往也會出現錯誤，它們之間有相關性。 混合錯誤：既包括隨機錯誤又包括突發錯誤。4.4 差錯檢測 突發錯誤的誤

8、碼影響用突發長度b來表征。 突發長度b定義為：當產生突發錯誤時，錯誤圖樣中最前面的1和最后出現的1的間隔長度。如： 突發錯誤長度為b=5。4.4 差錯檢測 差錯的表示方法： 誤比特率Pb： 誤碼元率Ps： 誤字率PW：4.4 差錯檢測 差錯控制 差錯控制實現兩部分功能：差錯編碼和差錯解碼。 差錯控制的基本思想是在傳輸信息數據中增加一些冗余編碼，使監督碼元和信息碼元之間建立一種確定的關系，在接收端根據已知的特定關系來實現錯誤的檢測與糾正。4.4 差錯檢測 利用檢糾錯碼進行差錯控制的方法主要有：反饋重發（ARQ）、前向糾錯（FEC）和混合糾錯（HEC）三種。 反饋重發：發送端需要在得到接收端正確收

9、到所發信息碼元（通常以幀的形式發送）的確認信息后，才能認為發送成功。4.4 差錯檢測 前向糾錯：接收端通過糾錯解碼自動糾正傳輸中出現的差錯，所以該方法不需要重傳。這種方法需要采用具有很強糾錯能力的編碼技術 。 混合糾錯：是ARQ和FEC的結合，設計思想是對出現的錯誤盡量糾正，糾正不了則需要通過重發來消除差錯。 4.4 差錯檢測RFID中的差錯檢測 目前RFID中的差錯檢測主要采用奇偶校驗碼和循環冗余碼（CRC），二者都屬于線性分組碼。4.4 差錯檢測線性分組碼 構成：由k個信息碼元和r個監督碼元構成，總碼元個數為n=k+r。監督碼元通過預定的線性關系與所在碼組的信息碼元相聯系。線性分組碼表示為

10、（n，k）碼。4.4 差錯檢測線性分組碼的性質（n，k）碼可以構成2k個許用碼組，這些碼組具有下列性質封閉性：任意兩個碼組模2和仍為一個碼組最小碼距：碼的最小距離d等于非零碼的重量，即碼組中非零碼的數母。4.4 差錯檢測線性分組碼的檢糾錯能力： 若要檢測碼組中e位誤碼，則需要de+1 若要糾正碼組中t位誤碼，則需要d 2t+1 若要糾正碼組中t位誤碼，同時檢測e位誤碼，則需要dt+e+14.4 差錯檢測奇偶校驗碼 奇偶校驗碼是一種最簡單而有效的數據校驗方法。 實現方法：在每個被傳送碼的后邊加上1位奇偶校驗位0或者1，若采用奇校驗位，則要把每個編碼中1的個數湊成奇數；若采用偶校驗位，則需要把每個

11、編碼中1的個數湊成偶數。4.4 差錯檢測 檢驗原理：這種編碼能發現奇數個位出錯，但因為碼距較小，不能實現錯誤定位。 對奇偶校驗的評價：能發現奇數個位出錯，但是沒有錯誤定位和糾錯能力。4.4 差錯檢測 CRC碼：較強的檢錯能力，硬件實現簡單。 算法步驟 將k位信息寫成k-1階多項式M(X)； 設生成多項式G(X)的階為r； 用模2除法計算XrM(X)/G(X)，獲得余數多項式R(X)； 用模2減法求得傳送多項式T(X)，T(X)= XrM(X)-R(X)，則T(X)多項式系數序列的前k位為信息位，后r位為校驗位，總位數n=k+r。 4.4 差錯檢測 CRC的編碼方法 將待編碼的k位有效信息位表示

12、為一個k-1階多項式M(X) 將M(X)左移r位，得到M(X)Xr 用一個預先選好的r+1位的G(X)對M(X)Xr做模2除法，得到余數多項式R(X)，其中G(X)位r階。 將M(X)Xr和R(X)做模2減法，形成長度為n=k+r的CRC碼。4.4 差錯檢測4.4 差錯檢測 例題：選擇生成多項式為G(X)=X4+X+1，請把8位有效信息11110111編碼成CRC碼。 解： 步驟1：M(X)=X7+X6+X5+X4+X3+X2+X1=11110111 步驟2： M(X)X4 =111101110000（左移4位） 步驟3：模2除， M(X)X4 /G(x)=111101110000/10011=11100101+1111/10011,即R(x)=1111 步驟4：