【導(dǎo)讀】可以說射頻技術(shù)是信息感知和采集的一場(chǎng)革命，是21世紀(jì)最重要的技術(shù)之一。目前國(guó)外已有很多文獻(xiàn)報(bào)道，射頻識(shí)別技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，并表現(xiàn)出良好的性能。因此在國(guó)內(nèi)，有著廣闊的應(yīng)用前景和價(jià)值，反映了當(dāng)今通信研究領(lǐng)域的前沿。隨著計(jì)算技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的快速進(jìn)步，倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)已經(jīng)向自動(dòng)化、智能化方向發(fā)。到了廣泛的關(guān)注。統(tǒng)快速讀取的瓶頸，提高商品實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集，使商品的采購(gòu)、倉(cāng)儲(chǔ)、配送過程更加便捷。本文以物流倉(cāng)庫(kù)為例設(shè)計(jì)了倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)中RFID系統(tǒng)的總體框架、系統(tǒng)組成和工作流程，對(duì)商業(yè)應(yīng)用中大批量物品的識(shí)別和管理具有重要意義。

　　

【正文】 圖 所示。用 XOR 門的 D 觸發(fā)器就能很容易地從 NRZ 信號(hào)中產(chǎn)生差動(dòng)編碼，具體電路如圖 所示。 圖 差動(dòng)編碼 圖 從 NRZ編碼產(chǎn)生差動(dòng)編碼 FGSJJLKSJGKLJG JLS JGKJ KJ SKJ KJSKLGJKSJLKSJKL KSGK JKLGJSLSK JSGKL JLSGJSLJ GJGKL JLSJ KL JGKL JGKL JKL RFID 傳輸 數(shù)據(jù)校驗(yàn) 在 REID 系統(tǒng)中，由于使用的電子標(biāo)簽常常是無源的，市無源標(biāo)簽需要在讀寫器的通信過程中獲得自身的能量供應(yīng)。為了保證系統(tǒng)的正常工作，信道編碼方式首先必須保證不能中斷讀寫器對(duì)電子標(biāo)簽的能量供應(yīng)。另外，作為保障系統(tǒng)可靠工作的需要，還必須在編碼中提供數(shù)據(jù)一級(jí)的校驗(yàn)保護(hù)，編碼方式應(yīng)該提供這 些 功能，并可以根據(jù)碼型的變化來判斷是否發(fā)生誤碼或有電子標(biāo)簽沖突發(fā)生。 在 RFID 系統(tǒng)中，當(dāng)電子 標(biāo)簽是無源標(biāo)簽時(shí)，經(jīng)常要求基帶編碼在每?jī)蓚€(gè)相鄰數(shù)據(jù)位元間具有跳變的特點(diǎn)，這種相鄰數(shù)據(jù)間有跳變的碼，不僅可以保證在連續(xù)出現(xiàn) “0” 的時(shí)候?qū)﹄娮訕?biāo)簽的能量供應(yīng)，而且便于電子標(biāo)簽從接收到的碼中提取時(shí)鐘信息患。在實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸中，由于信道中干擾的存在，數(shù)據(jù)必然會(huì)在傳輸過程中發(fā)生錯(cuò)誤，這時(shí)要求信道編碼能夠提供一定程度檢測(cè)錯(cuò)誤的能力。 這些都是 選擇編碼方法的考慮因素 。 防沖突技術(shù) RFID 系統(tǒng)的沖撞問題 在很多應(yīng)用場(chǎng)合，閱讀器要在很短時(shí)間內(nèi)盡快識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽。由于閱讀器和標(biāo)簽通信共享無線信道，閱讀器和標(biāo) 簽的信號(hào)可能發(fā)生沖突，使閱讀器不能正確識(shí)別標(biāo)簽，即發(fā)生了碰撞（ Collision）。因此，需要一種防沖撞技術(shù)減少?zèng)_突達(dá)到快速準(zhǔn)確識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽的目的。由于 EPC 標(biāo)準(zhǔn)和 ISO 標(biāo)準(zhǔn)在 RFID 系統(tǒng)上主要采用無源標(biāo)簽和 RTF 的工作方式，所以一般的防沖撞技術(shù)都基于無源標(biāo)簽和 RTF 方式。 RFID 系統(tǒng)中的沖撞分為標(biāo)簽沖撞和閱讀器沖撞。標(biāo)簽沖撞是指多個(gè)標(biāo)簽同時(shí)響應(yīng)閱讀器的命令而發(fā)送信息，引起信號(hào)沖突，使讀寫器無法識(shí)別標(biāo)簽。閱讀器沖撞指多個(gè)閱讀器之間由于工作范圍重疊，導(dǎo)致信息讀取失敗所產(chǎn)生的沖突。由于整個(gè)閱讀器系統(tǒng)一般是一個(gè) 靜止的體系，只需在全局上合理分配時(shí)間和頻率就可有效地克服閱讀器碰撞問題。對(duì)于閱讀器沖撞問題比較容易解決，而標(biāo)簽沖撞問題卻成為 RFID 系統(tǒng)發(fā)展的瓶頸。 防沖突算法研究 由于 RFID 的沖撞問題主要是標(biāo)簽沖撞問題，故以下針對(duì) RFID 的標(biāo)簽防沖撞問題進(jìn)行分析。對(duì) RFID沖撞問題的解決一般有 4種方式： SDMA（ Space Division Multiple Access），F(xiàn)D－ MA（ Frequency Division Multiple Access）， CDMA（ Code Division Multiple Access），TDMA（ Time Division Multiple Access）。其中， TDMA 時(shí)分多址方式由于應(yīng)用簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)大量標(biāo)簽的讀寫，所以被多數(shù)防沖撞算法采用?，F(xiàn)有防沖撞算法主要包括 ALOHAFGSJJLKSJGKLJG JLS JGKJ KJ SKJ KJSKLGJKSJLKSJKL KSGK JKLGJSLSK JSGKL JLSGJSLJ GJGKL JLSJ KL JGKL JGKL JKL 算法和樹分叉算法兩種。由于 ALOHA 算法 隨機(jī)性大，當(dāng)大量標(biāo)簽并存時(shí)，幀沖突嚴(yán)重，引起性能急劇惡化，不適宜大規(guī)模標(biāo)簽讀取。所以主要發(fā)展樹分叉算法。 目 前樹分叉算法主要有 IS018000－ 6B 的二進(jìn)制搜索算法、動(dòng)態(tài)二進(jìn)制防沖撞算法、后退式二進(jìn)制樹形搜索算法 等。 ISO Type B 的防沖突機(jī)制利用隨機(jī) 產(chǎn)生的 0、 1 信號(hào)達(dá)到二進(jìn)制樹形搜索的目的，本質(zhì)上仍然是基于概率的，不適合大規(guī)模標(biāo)簽讀寫。動(dòng)態(tài)二進(jìn)制算法對(duì)發(fā)送指令長(zhǎng)度進(jìn)行了研究，但未對(duì)多個(gè)標(biāo)簽的連續(xù)有序性讀取進(jìn)行分析。后退式二進(jìn)制樹形搜索算法：碰撞發(fā)生時(shí)，根據(jù)碰撞的最高位，跳躍式向前搜索；無碰撞時(shí)，采取后退策略，實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽的有序讀取。但其發(fā)送指令長(zhǎng)度比較固定，仍需進(jìn)一步改善 。 我們將討論 動(dòng)態(tài)調(diào)整二進(jìn)制樹形搜索算法，保持標(biāo)簽讀取的有序性，并動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)送指令長(zhǎng)度，高效地利用信道。 動(dòng)態(tài)調(diào)整二進(jìn)制樹形搜索法 用 Manchester 編碼判別位碰撞，保持后 退式二進(jìn)制樹算法的后退機(jī)理，提出動(dòng)態(tài)調(diào)整二進(jìn)制樹形搜索的改進(jìn)算法。該算法能更快速、有效地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫。動(dòng)態(tài)調(diào)整二進(jìn)制樹形搜索法具有以下兩個(gè)特點(diǎn)： （ 1）發(fā)送指令長(zhǎng)度動(dòng)態(tài)調(diào)整，只發(fā)送位數(shù)高于或等于沖突位的指令位，有效減少發(fā)送指令長(zhǎng)度。 （ 2）基于一位沖突直接識(shí)別，當(dāng)只探測(cè)到一位碰撞位時(shí)，可直接識(shí)別出兩個(gè)標(biāo)簽。 ① Manchester編碼與防沖撞該編碼用邏輯 “ 1” 表示發(fā)送數(shù)據(jù)由 1到 0的轉(zhuǎn)變即下降沿跳變，用邏輯 “ 0” 表示發(fā)送數(shù)據(jù)由 0 到 1 的轉(zhuǎn)變即上升沿跳變。若無狀態(tài)跳變，視為非法數(shù)據(jù)，作為錯(cuò)誤被識(shí)別。當(dāng)兩個(gè)或多個(gè) 標(biāo)簽同時(shí)返回的數(shù)位有不同之值時(shí)，則上升沿和下降沿互相抵消，以至無狀態(tài)跳變，閱讀器可知該位出現(xiàn)碰撞，產(chǎn)生了錯(cuò)誤，應(yīng)進(jìn)一步搜索。利用 Manchester 編碼識(shí)別碰撞位示意圖如圖 。假如有兩個(gè)標(biāo)簽，其 ID 號(hào)為10011111 和 10111011，利用 Manchester 可識(shí)別出 3 和 6 位碰撞。 圖 利用 Manchester 編碼識(shí)別碰撞位示意圖 FGSJJLKSJGKLJG JLS JGKJ KJ SKJ KJSKLGJKSJLKSJKL KSGK JKLGJSLSK JSGKL JLSGJSLJ GJGKL JLSJ KL JGKL JGKL JKL ② 防碰撞指令規(guī)則 Request（ ID） — 請(qǐng)求指令。該 ID 長(zhǎng)度小于或等于標(biāo)簽的 ID 長(zhǎng)度。與 Request（ ID）攜帶的 ID 值匹配的標(biāo)簽回送其 ID 值給閱讀器。如 Request（ 10）表示 ID 開始兩位為 10的所有標(biāo)簽應(yīng)答。并規(guī)定發(fā)送指令 Request（ 1）后射頻場(chǎng)內(nèi)所有非 “ 靜默 ” 狀態(tài)下的標(biāo)簽都應(yīng)答。 Select（ ID） — 選擇指令。與 Select 攜帶相同 ID 值的標(biāo)簽被激活。 Read－ Write— 讀寫指令。對(duì)被 Select 指令激活的標(biāo)簽進(jìn)行讀寫操作。 Quiet（ ID） — 靜默指令。對(duì)匹配標(biāo)簽進(jìn)行靜默操作，使其不對(duì)閱讀器的任何指令作出反應(yīng)。當(dāng)標(biāo)簽離開閱讀器的作用范圍（等于沒有供應(yīng)電壓）后復(fù)位。 ③ 算法要點(diǎn)和實(shí)現(xiàn) 算法要點(diǎn)： 首先，閱讀器發(fā)送 Request（ 1）命令，要求區(qū) 域內(nèi)所有標(biāo)簽應(yīng)答。 檢測(cè)是否有 1 位碰撞位發(fā)生。當(dāng)無碰撞或只有 1 位碰撞位時(shí)，直接識(shí)別標(biāo)簽。若有多位碰撞發(fā)生時(shí)，將碰撞的最高位置 0，高于該位的數(shù)值位不變，低于該位的數(shù)值位忽略，得到下一次 Request 命令所需的 ID 參數(shù)。直到識(shí)別出兩個(gè)標(biāo)簽。 識(shí)別標(biāo)簽后，判斷剛才發(fā)送的指令是否為 Request（ 1），若為 Request（ 1）則發(fā)送結(jié)束，否則下一次 Request 命令所需的 ID 參數(shù)，采用后退策略，由其相鄰的上次發(fā)送指令確定。 算法實(shí)現(xiàn)： 假設(shè) ID（電子產(chǎn)品代碼）為 8 位，閱讀器作用范圍內(nèi)有 4 個(gè)標(biāo)簽 。 表 ID 參數(shù)表 TAG ID 1 11001011 2 11001001 3 11010100 4 11011100 開始，閱讀器對(duì)區(qū)域內(nèi)標(biāo)簽處于未知狀態(tài)，所以發(fā)送 Request（ 1）命令，要求區(qū)域內(nèi)所有的標(biāo)簽應(yīng)答。詳細(xì)執(zhí)行過程如下： 第 1 次，閱讀器發(fā)送 Request（ 1）命令； TAG 4 應(yīng)答； 閱讀器根據(jù) Manchester 編碼原理，可解碼得數(shù)據(jù) 110xxxxx， D4 到 D0 位發(fā)生碰撞。碰撞的最高位為 D4 位。算法作以下的處理：將 D4 置 0；高于 D4 位的數(shù)位不變， 即 D7D6D5＝ 110；低于 D4 位的數(shù) 位全部忽略?？傻孟乱淮?Request 命令所需的 ID 參數(shù)為： 1100。 第 2 次，閱讀器發(fā)送 Request（ 1100）命令；標(biāo)簽 ID 前 4 位與 1100 匹配的標(biāo)簽應(yīng)答，即 TAG 2 應(yīng)答；同理閱讀器可解碼得 ID 數(shù)據(jù)為： 110010x1。因?yàn)橹挥幸粋€(gè)碰撞位，閱讀器可以直接識(shí)別出存在 ID 為 11001001 和 ID 為 11001011 的兩個(gè)標(biāo)簽。 FGSJJLKSJGKLJG JLS JGKJ KJ SKJ KJSKLGJKSJLKSJKL KSGK JKLGJSLSK JSGKL JLSGJSLJ GJGKL JLSJ KL JGKL JGKL JKL 此時(shí)，可對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行 Select 選擇，和 Read－ Write 讀寫操作。最后分別執(zhí)行 Quiet指令，屏蔽掉兩個(gè)標(biāo)簽，使它們都處于 “ 靜默 ” 狀態(tài)。算法采用后退策略，從相鄰的上次發(fā)送指令（此 時(shí)為第 1 次指令）獲得下一次 Request 命令為： Request（ 1）。 第 3 次，閱讀器發(fā)送 Request（ 1）命令； TAG 4 應(yīng)答；同理閱讀器可解碼得 ID數(shù)據(jù)為： 1101x100。也只有一個(gè)碰撞位，閱讀器可以直接識(shí)別出存在 ID 為 11010100和 11011100。同樣分別執(zhí)行 Quiet 指令，屏蔽掉這兩個(gè)標(biāo)簽，使它們都處于 “ 靜默 ” 狀態(tài)。因此時(shí)判斷出執(zhí)行的指令為 Request（ 1）全返回指令，而只有兩個(gè)標(biāo)簽應(yīng)答，所以可知所有的標(biāo)簽都識(shí)別完畢。發(fā)送過程如表 所示。 表 動(dòng)態(tài)調(diào)整算法發(fā)送過程表 同樣的 4 個(gè)標(biāo)簽，用后退式二進(jìn)制樹算法的詳細(xì)執(zhí)行過程如表 。規(guī)定 Request（ ID）為標(biāo)簽把自己的 ID 號(hào)與 Request 指令攜帶 ID 值比較，若小于或等于，則此標(biāo)簽回送其ID 給閱讀器。 表 后退式算法發(fā)送過程表 從表 和表 對(duì)比可知，識(shí)別同樣的 4 個(gè)標(biāo)簽動(dòng)態(tài)調(diào)整算法只需發(fā)送 3 次查詢指令， 8 位 ID 的平均查詢指令發(fā)送長(zhǎng)度為 2；而用后退式二進(jìn)制樹形算法為 7 次指令，平均指令發(fā)送長(zhǎng)度為 8。 指令 第 1 次發(fā)送 第 2 次發(fā)送 第 3 次發(fā)送 Request 1 1100 1 TAG1 11001011 11001011 （靜默） TAG2 11001001 11001001 （靜默） TAG3 11010100 （不應(yīng)答） 11010100 TAG4 11011100 （不應(yīng)答） 11011100 接收解碼 110xxxxx 識(shí)別 11001011 識(shí)別 11010100 11011100 11001001 FGSJJLKSJGKLJG JLS JGKJ KJ SKJ KJSKLGJKSJLKSJKL KSGK JKLGJSLSK JSGKL JLSGJSLJ GJGKL JLSJ KL JGKL JGKL JKL 由此可見，動(dòng)態(tài)調(diào)整二進(jìn)制樹形搜索算法比后退式二進(jìn)制樹形算法有明顯的改進(jìn)，能更高效、快速進(jìn)行標(biāo)簽讀寫。 算法的復(fù)雜度分析 （ 1）時(shí)間復(fù)雜度分析。 后退式二進(jìn)制算法 閱讀器識(shí)別 N 個(gè)標(biāo)簽的查詢次數(shù)為： S（ N）＝ 2N－ 1 （ 1） 系統(tǒng)的有效服務(wù)率即吞吐率為： K＝ N／ S（ N）＝ 0． 5 （ 2） 以下對(duì)比動(dòng)態(tài)調(diào)整算法和后退式算法的復(fù)雜度： 一般性分析：由于動(dòng)態(tài)調(diào)整二進(jìn)制樹形搜索算法是基于后退式二進(jìn)制樹形算法，在最不理想的情況下，也可以保持 N 個(gè)標(biāo)簽的查詢次數(shù)為 S（ N）＝ 2N－ 1。 當(dāng)射頻場(chǎng)中發(fā)生碰撞的標(biāo)簽數(shù)量 N 較大時(shí)，識(shí)別出 1 位碰撞的幾率較大。設(shè)在整個(gè)識(shí)別過程中探測(cè)到 M 次只有 1 個(gè)碰撞位，通過動(dòng)態(tài)調(diào)整二進(jìn)制樹形算法的直接識(shí)別相當(dāng)于減少了二進(jìn)制搜索樹的 M 個(gè)葉子結(jié)點(diǎn)（圖 所示），此時(shí)只需查詢指令發(fā)送次數(shù)為： S（ N）＝ 2*（ N－ M）－ 1 （ 3） 圖 1 位碰撞直接識(shí)別演示圖 特別地，當(dāng) 2N個(gè)標(biāo)簽第一次發(fā)送 Request（ 1）識(shí)別指令只探測(cè)出 N 個(gè)碰撞位時(shí)，可知識(shí)別過程中將出現(xiàn)連續(xù)的 1 位碰撞，此時(shí)： M＝ 2N/2＝ 2N－ 1 （ 4） 閱讀器識(shí)別 2N個(gè)標(biāo)簽的查詢次數(shù)為： S（ 2N）＝ 2*（ 2N－ 2N－ 1）－ 1＝ 2N－ 1 （ 5） 系統(tǒng)的有效服務(wù)率即吞吐率為： K＝ 2N/S（ 2N）＝ 2N/(2N－ 1)＝ 1 （ 6） 對(duì)比后退式二進(jìn)制樹形搜索算法需要發(fā)送次 S（ 2N）＝ 2N＋ 1－ 1 查詢指令，而系統(tǒng)吞吐率為 K＝ 0． 5。可見，當(dāng)發(fā)生大規(guī)模標(biāo)簽碰撞時(shí)，標(biāo)簽 ID 號(hào)比較連續(xù)，探測(cè)到 1 位碰撞幾率比較大，容易識(shí)別到連續(xù)的 1 位碰撞，此時(shí)識(shí)別過程中動(dòng)態(tài)調(diào)整算法的時(shí)間復(fù)雜度將比后退式算法以倍數(shù)級(jí)遞減。 FGSJJLKSJGK