一种基于时隙ALOHA的RFID系统防碰撞算法

　　1、引言

　　RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。典型的RFID系统主要包括两部分：读写器(Reader) 和标签(Tag)。

　　在射频识别系统工作时，在读写器的作用范围内，可能会有多个应答器(标签)存在，这些应答器的数据同时传送到读写器时出现冲突即数据碰撞，导致读写器无法读出数据。现阶段RFID系统应用中，基于TDMA的防碰撞算法目前有两种:基于比特位的二进制搜索算法和基于时隙的ALOHA 算法。二进制搜索算法需要阅读器能够确定碰撞的准确的比特位置,这就需要阅读器对所有标签的准确的同步,而这种同步在实现时是困难的;ALOHA算法在应用中随着标签数量的扩大,性能将急剧恶化[2]。因此,本文提出了一种改进的基于时隙ALOHA的防碰撞算法, 通过限制响应标签的数量，降低了冲突发生的可能性，提高了标签的识别效率，有效解决了ALOHA算法的这方面的局限性。

　　2、现有的ALOHA防碰撞算法

　　2.1 纯ALOHA(pure-ALOHA)

　　ALOHA是多路存取中最简单的方法，它是一种随机接入算法，这种算法多采取“标签先发言”的方式，即标签进入读写器的阅读区域就自动向读写器发送其自身的ID，随即标签和读写器间开始通信。在标签发送数据的过程中，若有其他标签也在发送数据，那么发生信号重叠从而导致完全冲突或部分冲突。读写器检测接收到的信号来判断有无冲突。一旦发生冲突，读写器就发送命令让标签停止发送，随机等待一段时间后再重新发送以减少冲突。

　　纯ALOHA存在的一个严重问题是数据帧F的发送过程中，冲突发生的概率很大，其冲突期为2F。理论上，纯ALOHA算法的信道最大利用率只有18.4%。此外，RFID系统中标签不具有载波监听发现冲突的能力，只能通过接收读写器的命令来判断有无冲突。

　　2.2 时隙ALOHA(Slotted-ALOHA)

　　Slotted-ALOHA算法是在纯ALOHA算法的基础上把时间分成多个离散时隙，标签只能在每个时隙的分界处才能发送数据。这样标签或成功发送或完全冲突，避免了纯ALOHA算法中的部分冲突，使冲突期减少一半，提高了信道的利用率，达到36.8%，使纯ALOHA算法的两倍。但是这种方法需要一个同步时钟，使得读写器阅读区域内所有标签的时隙同步。

　　2.3 帧-时隙ALOHA(Framed-Slotted ALOHA)

　　Frame-Slotted ALOHA算法是在时隙ALOHA算法的基础上把N个时隙组成一帧， 标签在每个帧内随机选择一个时隙发送数据。

　　3、改进算法

　　胡建赟等人[4]在分析RFID系统识别过程后，在固定时隙数量，不同数量应答器的情况下，将时隙的数量固定在25个，应答器的最大数量设为30个，得到了在25个时隙数时，系统中标签数量大于一帧所含的时隙数时，识别成功率急速下降的结果。因此，本文提出的算法，通过制定一定的规则来限制响应阅读器请求命令的标签数量，以达到提高阅读器的识别效率，降低识别所有标签所使用的时隙数的目的。