【正文】 率，最好是幀內(nèi)的時(shí)隙數(shù)等于將要識(shí)別的電子標(biāo)簽數(shù)目，在上一幀識(shí)別完畢后，改變下一幀內(nèi)的時(shí)隙數(shù)，使其等于未識(shí)別的電子標(biāo)簽數(shù)，將會(huì)得到較好的信道利用率，這種改變下一幀內(nèi)時(shí)隙數(shù)的方法稱為動(dòng)態(tài)幀時(shí)隙ALOHA算法(DFSA)。圖3．5表示了DFSA算法的工作示意圖。在實(shí)際情況中，電子標(biāo)簽數(shù)目是未知的，如何根據(jù)上一幀內(nèi)的電子標(biāo)簽的識(shí)別情況來估算未識(shí)別的電子標(biāo)簽數(shù)目，是DFSA算法的重點(diǎn)和難點(diǎn)。EPC組織的Classl Gen2標(biāo)準(zhǔn)中就是采用的DFSA算法，大體的識(shí)別過程是電子標(biāo)簽內(nèi)部有一個(gè)隨機(jī)數(shù)生成器，可以生成一個(gè)規(guī)定位數(shù)的隨機(jī)數(shù)，在接收到讀寫器相應(yīng)命令時(shí)將這個(gè)隨機(jī)數(shù)遞減，當(dāng)有一個(gè)標(biāo)簽的隨機(jī)數(shù)為0時(shí)讀寫器將再發(fā)送命令要求其回復(fù)其EPC碼段，其他標(biāo)簽繼續(xù)遞減，不斷重復(fù)這個(gè)過程，直到讀取所有標(biāo)簽。 圖45 動(dòng)態(tài)幀時(shí)隙算法示意圖第五章 系統(tǒng)防碰撞算法仿真實(shí)現(xiàn)超高頻RFID讀寫器的工作頻率為910MHz—960MHz，由于考慮到EMC(電磁兼容)的問題，無法自己印制電路板，也就無法實(shí)現(xiàn)整個(gè)RFID系統(tǒng)的仿真。本論文重點(diǎn)研究了在Matlab 2012環(huán)境下的超高頻RFID讀寫器的動(dòng)態(tài)幀時(shí)隙算法的仿真。目前, 在基于Aloha 的算法中, 動(dòng)態(tài)幀時(shí)隙算法動(dòng)態(tài)幀時(shí)隙算法(Dvnam ic Framd Slotted Aloha,DFSA )由于操作簡單和性能良好而成為目前最常用的算法之一。通常,當(dāng)標(biāo)簽數(shù)量增多時(shí), 增大幀長可在一定程度上改善系統(tǒng)性能。但實(shí)際應(yīng)用中幀長并不能無限增加, 因此,DFSA 算法也存在所需時(shí)隙數(shù)增長過快的問題。在已有的DFSA 算法中, 分組問題大都是基于概率的分組思想, 在對標(biāo)簽進(jìn)行分組的方法上不夠明確。動(dòng)態(tài)幀時(shí)隙算法的基本思想是：根據(jù)上一幀標(biāo)簽的碰撞和空閑的情況，用概率的分組思想來調(diào)整下一幀中的時(shí)隙數(shù)來加快對標(biāo)簽的識(shí)別。在有大量標(biāo)簽出現(xiàn)在閱讀器范圍的時(shí)候, 首先估算總的標(biāo)簽數(shù), 再結(jié)合標(biāo)簽的EPC對標(biāo)簽進(jìn)行分組, 將分組碼作為激活碼每次激活一組標(biāo)簽而屏蔽其它標(biāo)簽, 從而在每個(gè)識(shí)別周期內(nèi)有效地限制了響應(yīng)的標(biāo)簽數(shù), 再用FSA算法對激活的標(biāo)簽進(jìn)行識(shí)別標(biāo)簽。 標(biāo)簽估算方法如下首先假設(shè)幀長和讀寫器范圍內(nèi)的標(biāo)簽數(shù)為N 和n , 假設(shè)分別存在E、S 、C 個(gè)時(shí)隙(E十S十C = N) ,其中,E 表示這E 個(gè)時(shí)隙都空閑沒有標(biāo)簽發(fā)送數(shù)據(jù), S 表示在這S 個(gè)時(shí)隙中分別只有一個(gè)標(biāo)簽成功發(fā)送數(shù)據(jù), C 表示在這C 個(gè)時(shí)隙中, 每個(gè)時(shí)隙中都發(fā)生了碰撞, 沒有成功發(fā)送數(shù)據(jù)可得如下公式:分別定義只為在一幀中時(shí)隙空閑的概率 為成功發(fā)送標(biāo)簽的概率 為發(fā)生碰撞的概率。由上述公式可得：由于幀長一般為2 、 4 、 8 、 1256 , 我們在設(shè)定初始幀長時(shí), 可以根據(jù)實(shí)際情況, 設(shè)定一個(gè)較合理的初始值, 使其盡量接近標(biāo)簽數(shù)n。在幀長N 被設(shè)定之后,可以通過閱讀器向范圍之內(nèi)的標(biāo)簽發(fā)送相關(guān)指令, 根據(jù)反饋的相關(guān)數(shù)據(jù)初步得到E 與S 的值, 再由公式(3) 求出C , 從而得出月, 再由公式(6) 估算出標(biāo)簽數(shù)n 。 當(dāng)幀長N 與標(biāo)簽數(shù)n 基本相等時(shí),系統(tǒng)的吞吐率最大, 識(shí)別效率最高。因此, 在確定分組數(shù)時(shí), 我們將估算出的標(biāo)簽數(shù)n 與設(shè)定的初始幀長N 做比較,如果n N 貝lJ相應(yīng)的增大幀長N ,當(dāng)n NMAX時(shí), 則開始對標(biāo)簽進(jìn)行分組。在對標(biāo)簽分組時(shí), 與標(biāo)簽的EPC 結(jié)合起來確定標(biāo)簽的分組數(shù)。 動(dòng)態(tài)幀時(shí)隙防碰撞算法仿真過程第一步, 標(biāo)簽數(shù)估計(jì):根據(jù)幀中成功發(fā)送的時(shí)隙數(shù)S 和空閑時(shí)隙數(shù)E , 由公式(3) 計(jì)算出碰撞時(shí)隙數(shù)C ,從而得出時(shí)隙的碰撞概率只, 由公式(6) 構(gòu)造函TagN( 輸入?yún)?shù)為當(dāng)前幀長N 和碰撞概率凡, 輸出為估計(jì)所得的標(biāo)簽數(shù)n) 。第二步, 構(gòu)造函數(shù)slotALOHA , (輸入為標(biāo)簽數(shù)n 、最大幀長 、標(biāo)簽與讀卡器交換數(shù)據(jù)時(shí)間TO , 輸出為吞吐量G )。第三步, 構(gòu)造幀長函數(shù)Frame Length , (參數(shù)值為標(biāo)簽數(shù)n 和當(dāng)前幀長N) 。將n 與當(dāng)前幀長N 做比較,如果N 小于n 則調(diào)整幀長, 并返回第一步繼續(xù)進(jìn)行估。直到幀長N 與標(biāo)簽數(shù)匹配, 則調(diào)用函數(shù)SlotALOHA 。如果當(dāng)前幀長已調(diào)整至系統(tǒng)最大幀長, 則執(zhí)行分組函數(shù)Group 對標(biāo)簽進(jìn)行分組。第四步, 構(gòu)造分組函數(shù)Group( 參數(shù)值為標(biāo)簽數(shù)n 和最大幀長 )。第五步, 每組分別調(diào)用執(zhí)行SlotALOHA 函數(shù)。 動(dòng)態(tài)幀時(shí)隙防碰撞算法仿真流程圖圖51 動(dòng)態(tài)幀時(shí)隙算法的流程圖 吞吐量和吞吐率吞吐率原指一個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)提供的產(chǎn)量（或服務(wù)量）。在計(jì)算機(jī)或數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，指的是單位時(shí)間內(nèi)通過某通信信道（a munication channel）或某個(gè)節(jié)點(diǎn)成功交付數(shù)據(jù)的平均速率，通常以每秒比特?cái)?shù)（bps，bits per second ）為單位。吞吐率是一種關(guān)于計(jì)算機(jī)或數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)(如網(wǎng)橋、路由器、網(wǎng)關(guān)或廣域網(wǎng)連接等)數(shù)據(jù)傳輸率的測度。吞吐率通常是對一個(gè)系統(tǒng)和它的部件處理傳輸數(shù)據(jù)請求能力的總體評(píng)價(jià)。例如，一個(gè)服務(wù)器的吞吐率依賴于它的處理器類型、網(wǎng)絡(luò)接口卡的類型、數(shù)據(jù)傳輸總線的大小、磁盤速度、內(nèi)存緩沖器的體積，以及軟件對這些部件進(jìn)行管理的有效程度。在通信系統(tǒng)中，這個(gè)測度通常基于每秒能處理的數(shù)據(jù)位數(shù)或分組的數(shù)目，它依賴于網(wǎng)絡(luò)的帶寬和交換部件(如路由器或集線器)的速度。網(wǎng)絡(luò)上兩個(gè)端點(diǎn)設(shè)備間的吞吐率依賴于計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)接口卡和連接它們的網(wǎng)絡(luò)。吞吐率作為一個(gè)重要的衡量指標(biāo)，最主要應(yīng)用在并行處理上，屬于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中最重要的一個(gè)變量，它的定義是：單位時(shí)間的吞吐量。所以它的詳細(xì)定義參見吞吐量。吞吐率在性能測試中指單位時(shí)間內(nèi)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。是衡量網(wǎng)絡(luò)性能的主要指標(biāo)。 動(dòng)態(tài)幀時(shí)隙算法的仿真結(jié)果在Matlab2012環(huán)境下，根據(jù)以上動(dòng)態(tài)幀時(shí)隙的算法進(jìn)行仿真得到如圖 52結(jié)果：系統(tǒng)初始化設(shè)定為：圖52 動(dòng)態(tài)幀時(shí)隙算法仿真結(jié)果標(biāo)簽數(shù)：50初始幀：1測試次數(shù)：2得到結(jié)果為：識(shí)別標(biāo)簽：50總操作數(shù)：215吞吐率：結(jié)論本課題在國內(nèi)外學(xué)者研究成果的基礎(chǔ)上，對UHF頻段的讀寫器進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究，對其理論、研究現(xiàn)狀、關(guān)鍵技術(shù)等都作了較全面的了解，主要針對讀寫器基帶模塊、射頻模塊和軟件系統(tǒng)所使用的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了說明，完成了防碰撞算法的仿真和測試，結(jié)果表明防碰撞算法標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。本章對全文的主要工作進(jìn)行總結(jié)并對后期的研究進(jìn)行展望。本課題主要圍繞著RFID讀寫器基帶與射頻模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)展開研究。課題從開題到撰寫本文共經(jīng)歷了前期方案論證、現(xiàn)有技術(shù)分析、方案可行性論證、主要芯片選型、硬件電路設(shè)計(jì)、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、功能指標(biāo)測試、論文寫作等幾個(gè)階段。本文完成的工作主要包括：(1) 針對讀寫器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的性能指標(biāo)，對讀寫器進(jìn)行了總體方案的設(shè)計(jì)。首先根據(jù)現(xiàn)今讀寫器主要設(shè)計(jì)方案對接收機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比，選擇了零中頻結(jié)構(gòu)；其次，對讀寫器主控制器進(jìn)行選型；研究了主流射頻收發(fā)模塊的性能特點(diǎn)，基于讀寫器對射頻收發(fā)模塊的要求，經(jīng)比較、分析選擇了AS3992芯片；最后對讀寫器天線結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，確定了單天線結(jié)構(gòu)。(2) 對超高頻讀寫器的硬件進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)。讀寫器基帶模塊的硬件電路主要包括主控制器、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、外部存儲(chǔ)器電路和電源管理電路等。讀寫器射頻模塊包括射頻收發(fā)芯片、功率放大器電路等。(3) 重點(diǎn)研究了讀寫器系統(tǒng)的軟件方面。對系統(tǒng)軟件進(jìn)行了模塊化劃分，設(shè)計(jì)了主程序，并根據(jù)射頻收發(fā)芯片AS3992對ISO/IEC180006B協(xié)議和ISO/IEC180006C協(xié)議的不同支持程度，分別進(jìn)行了協(xié)議處理的程序。(4) 對讀寫器系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)幀時(shí)隙防碰撞算法進(jìn)行了Matlab仿真。后期展望超高頻RFID是當(dāng)今RFID技術(shù)的研究熱點(diǎn)，雖然本課題對超高頻RFID讀寫器的設(shè)計(jì)取得了一定的成果，達(dá)到課題設(shè)計(jì)的各項(xiàng)指標(biāo)。但是由于時(shí)間和精力有限，目前的研究還不夠完善，可以改進(jìn)和發(fā)展的地方還有很多。在本文的基礎(chǔ)上展望后續(xù)工作，渴望在后期工作中能在以下幾個(gè)方面取得進(jìn)展：（1）沒有對整個(gè)RFID系統(tǒng)進(jìn)行全面的仿真實(shí)現(xiàn)。（2）RFID 技術(shù)的廣泛應(yīng)用離不開與網(wǎng)絡(luò)的融合，因此要進(jìn)一步擴(kuò)展無線通信功能。附錄參考文獻(xiàn)[1]（挪）Yan Zhang、（加）Laurence 編著；（中）Jiming Chen、謝志軍 ：構(gòu)架、協(xié)議、。[2] （RFID）.[3] 貝毅君、干紅華、程學(xué)林、.[4] 章偉、 RFID標(biāo)簽天線設(shè)計(jì)、.[5] .（南開大學(xué)）.[6].（電子科技大學(xué)）[7].（中山大學(xué)）.[8].（南京航空航天大學(xué)）[9]王海峰、王敬超、張春、《微計(jì)算機(jī)信息》（嵌入式與SOC）.2008年第24卷第32期：233235頁作者姓名．文章名．學(xué)術(shù)刊物名．年，卷（期）：引用部分起止頁碼謝辭本論文的選題，設(shè)計(jì)都是在高和亮老師的指導(dǎo)下完成的，在近三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)中生活中，高老師一直都給了我無微不至的關(guān)懷與支持,當(dāng)我遇到困難的時(shí)候,她總會(huì)在百忙之中抽出時(shí)間,幫我解決,讓我越過各個(gè)障礙，當(dāng)我獲得進(jìn)步的時(shí)候,她會(huì)給予我鼓勵(lì),讓我繼續(xù)向前，當(dāng)我認(rèn)識(shí)錯(cuò)誤的時(shí)候,她會(huì)耐心幫我糾正。高老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的學(xué)識(shí)、謙和的為人，都給我留下了深刻的印象。高老師對我的鼓勵(lì)和幫助，將使我終生受益。最后，我要感謝母校，感謝母校的老師傳授給我知識(shí)。在內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)度過的四年大學(xué)生活將使我終生難忘!4