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基于二进制防碰撞算法的RFID定位系统的设计

作者:时间:2012-08-20来源:网络收藏

1.3 低功耗
的标签采用电池供电,是有源标签。而电池是一种消耗性的电源,工作时间短。为了延长车载卡的工作时间,需要进行电源管理,以降低功耗。当前大多数的电源管理方法采用一种周密的唤醒、休眠方法。但大多数情况下,唤醒周期的大部分时间是无用的,消耗能量。本中采用一种无线触发唤醒的电源管理方法。在这种方法中,有源标签进入休眠模式后就会一直保持睡眠状态,在读写器没有发送出特定频率的无线信号时,它是不会被唤醒的。当然,这个特定频率的无线信号会立即唤醒休眠的标签。这样,就节省了在唤醒前和监测期间的电源消耗。唤醒脉冲通过特定频率传送,而数据通信采用另外的无线频率传送。一旦读写器与标签建立通信连接后,双方便跳到由读写器指定的固定频率上工作,这样即使车场中其他标签在无线通信范围内也不会被唤醒,避免了同频干扰。无线触发唤醒电路主要由无源元件构成,其基本电路如图3所示。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/154104.htm

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2 多标签的防
要实现多目标识别,必然要解决下述问题:在一个读写器的范围内有多个电子标签时,由于所有电子标签都采用同一工作频率,故当多个电子标签同时传输数据就会产生数据冲突,使各电子标签之间的传输相互干扰,进而导致信息的丢失,这就是通常所说的问题。在电子标签和读写器的通信过程中一般会有3种形式的:标签碰撞、读写器干扰、标签干扰。本文主要研究标签碰撞。
搜索法又名二叉树搜索法,所有用唯一标签的电子标签的ID号可以看成一棵完全二叉树。在读写器作用范围内,同步向读写器发送信号的标签ID号也构成一棵二叉树。读写器根据信号碰撞的情况反复对完全二叉树的分枝进行筛选,最终找出这棵二叉树。在寻找的过程当中逐一确定作用区域内响应的标签,同时也完成了它们与读写器之间的信息交换。
接下来将通过一个实例对搜索具体实现过程进行详细的说明。采用ID为8位的4个标签,其ID分别为10110010、10100011、101 10011、11100011。
二进制搜索步骤如下:
①读写器设置筛选条件ID11111111,向标签发送请求。
②阅读区内的所有标签均符合筛选条件,响应读写器的请求,发送各自的ID。
③读写器检测到第2、4、8位发生碰撞,即1X1X001X读写器将碰撞的最高位置0,其余低位置1,重新设定筛选
条件ID10111111,向标签发送请求。
④标签10110010、10100011、10110011响应读写器请求,发送各自的ID。
⑤读写器检测到第4、8位发生碰撞(即101X001X),读写器将碰撞最高位置0,其余低位置1,重新设定筛选条件为ID10101111,向标签发送请求。
⑥标签10101111响应读写器的请求,发送ID号。
⑦读写器检测到没有碰撞发生,成功识别出标签10100011,然后使标签10100011处于休眠状态,完成对标签的读写。
⑧渎写器重新设定筛选条件为ID11111111,重复识别过程,直至所有标签识别出来。
二进制搜索的识别示意图如图4所示。

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3 算法
LANDMARC算法是一种经典的有源的室内定位算法,的思想是采用额外的固定参考标签(或称为辅助标签),这些参考标签在该定位中作为参考点使用,通过参考点的信号强度值与待定位标签的信号强度值之间的比较,计算出待定位标签的坐标。由于读写器获得到的相邻标签的RSSI也是相近的,所以LANDMARC算法通过比较阅读器接收到的待定位标签与参考标签强度值的大小来求得离待定标签距离的几个参考标签,然后根据这几个最相邻参考标签的坐标,并结合它们的权重,用经验公式计算出待定位标签的坐标。LANDMARC方法具有较高的定位精度,可扩展性好,能处理比较复杂的环境,是一种经常使用的定位方法。
LANDMARC定位算法具有3个特点:
◆采用多个低廉的标签代替昂贵的读写器,节省了开支;
◆可以较好地适应环境所引起的动态因素;
◆定位信息与其他定位技术比较,更加精确、可靠。
LANDMARC定位算法支持移动和动态的属性,可以更好地完成一些接近实时传感的工作。当然,辅助标签和阅读器摆放的位置对定位的精度有一定的影响。
LANDMARC定位算法采用了一种称为“最邻近距离”的思想。理论上,当某个待定位标签与参考标签的距离相临近,那么它们在同一个RF ID阅读器中所获得的信号强度值应该也是相临近的,这种思想以及在实验中得到的一些经验公式,可以求解出待定位标签的坐标位置。
无线信号的接收信号强度和信号传输距离的关系可以用式(1)来表示,其中RSSI是接收信号强度,d是收发节点之间的距离,n是信号传播因子,EAF是环境因子(即实际实验环境对理论实验结果的影响因数),射频参数A定义为距读写器1 m时接收到信号平均能量的绝对值。
RSSI=-(A+10nlgd)-EAF (1)
可以看出,常数A和n的值决定了接收信号强度和信号传输距离的关系。射频参数A和n用于描述网络操作环境。射频参数A被定义为dBm表示距发射机1 m时接收到信号平均能量的绝对值,如平均接收能量是-20 dBm,那么参数A就被定义为20。射频参数n指出了信号能量随着收发器距离增加而衰减的速率,其数值的大小取决于无线信号传播的环境。通过大量的验证,在开旷的操场上得到了环境因子EAF的大概值为13.6 dBm,A取46dBm,n取3.5 dBm。

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