RFID读写器抗冲突问题研究

　　这种方法如果应用在RFID系统中，将存在下面的问题：

　　①协议保持多层结构需要额外的管理开销。

　　②对于移动的读写器来说，网络拓扑结构不确定的变化将会改变Q学习算法的多级结构。这就需要重新分配时隙，将花去更多的时间并使系统无效。

　　③Q学习假定读写器的冲突检测不在读写器相互的侦听范围内。然而，并不是所有的冲突都能检测到，这将导致协议的不正确操作。

　　④使用时隙需要所有的读写器同步，这种同步将是整个系统的额外开销。

　　综上所述，这些读写器抗冲突方法不适合具有移动读写器的RFID网络系统。因此，必须寻求一种具有实际意义且有效的适合各种情况的RFID系统。

3 一种减少读写器冲突的新算法

　　3．1 新算法的提出

　　在设计读写器抗冲突协议时，要考虑的一个重要因素就是射频标签是被动式的，因此不能参与抗冲突；同时任何增加给标签的新功能都将增加标签的成本。因此希望寻求一种标签不参与的抗冲突协议。

　　RFTD网络存在隐藏节点问题，如图5所示。R1和R2不在相互的侦听范围内，但是在T处从读写器R2发射的信号与从读写器R1发射的信号发生干扰。在这种情形下，R1和R2间需要一个通知机制。这样，当Rl和T正在通信，R2被通知R1的通信，因此R2可以延迟与射频标签的通信。我们把这种通过广播形式发送的消息称为“信标”。当一个读写器正在与射频标签通信时，它将周期性地在一个独立的控制通道里发送信标。

　　控制通道的通信范围，指任何两个读写器在相互的数据通道(该通道用来阅读标签)干扰，能够在控制通道通信。图5中尽管读写器R1和R2相互在数据通道干扰，但它们将在控制通道通信。这是通过在控制通道比数据通道发射更高的功率达到的。控制通道是RFID频谱中除那些用作读写器与标签间通信的频谱外的子频带。因此，在控制通道上的传播不影响任何在数据通道上正在进行的通信。数据通道被用作读写器与标签之间的通信，而控制通道被用作读写器与读写器之间的通信。假定读写器能够同时接收控制通道和数据通道上的信号。

　　3.2 新算法信标的帧格式

　　新算法只为读写器设计，因为射频标签不参与抗冲突活动。信标的帧格式如下：

　　①帧类型，指示该数据包是信标数据。它可以分割成帧类型和序列号，序列号指明将被发送的信标的数量。

　　②源地址，包括发射信标的读写器的地址。在该结构中信标没有目标地址，因为信标是在控制通道广播发送。

　　③CRC检验，用来检测错误和校正，是数据包循环冗余检验部分。

　　3．3 新算法的工作流程和步骤

　　图6为该算法的工作流程图，主要包括下列步骤：

　　①读写器在与射频标签通信前，必须在等待状态至少等待tmin时长。该时长等于3倍的信标间隔时间。时长tmin类似于802．11算法DIFS时间。在该状态，读写器每接收到一个信标，它重新复位等待时长为tmin。

　　②读写器如果在时长tmin消耗完了还没有接收到任何信标，读写器推断出在其附近没有其他的读写器在阅读标签。于是读写器进入竞争阶段，并且从时间间隔[OACW]中选择一随机退避时间。如果它选择i，那么读写器必须在竞争状态等待i个信标时间间隔时间。如果读写器现在接收到一个信标，它就丢失现在的周期，在下一个周期等待。例如在tmin时长接收到了信标，它将在下一个tmin时长等待。如果随机退避时间结束，读写器还没有接收到信标，该读写器就认为没有其他的读写器和它竞争，因此该读写器就在控制通道上发送信标，并且在数据通道上和标签通信。该随机退避时间帮助读写器问避免产生冲突。否则，许多其他读写器在等待时长tmin后会同时发送信标。随机退避时间是多倍的信标间隔长，提高了竞争的公平性。

　　③当读写器与标签通信时，读写器在控制通道上每隔一信标间隔时长发送一个信标。该信标通知邻近的读写器，以便阻止它们与标签的通信，这样避免了冲突。在与标签通信结束后，读写器重新回位到等待状态，继续余下的周期。

　　④每次读写器发送一信标，它首先检测控制通道。如果控制通道忙，就一直检测下去。一旦检测到控制通道空闲，读写器就等待一随机延迟并再一次检测通道和发送信标。该随机延迟是多倍的信标传播延迟，以避免冲突。否则，许多读写器在信道空闲时会同时发送信标。算法中的竞争延迟及发信标前延迟与通常的无线网络中的退避相似。一旦控制通道检测到空闲竞争延迟和发信标前延迟，计数器减少；当检测到发送时，计数器停止计时；当控制通道检测到空闲后，计数器重新计数。并且，如果读写器在竞争阶段的退避期间接收到信标，它就会存储余下的退避计算时间等待下一次机会。例如，在tmin时间内读写器接收了信标，当读写器重新进入竞争阶段时，读写器利用余下的退避时间。这样做的目的是提高读写器间的公平。

4 结论

　　分布式读写器抗冲突算法，通过在控制通道上周期地发送信标来达到抗冲突的目的。与CSMA机制相比，它可以降低读写器冲突1％～2％，提高读写器的阅读速率高达98％。它需要读写器较少的花销，完全不需要射频标签参与抗冲突。该算法同时还适合移动或手持式阅读器的射频网络，具有重大的实用价值。