【正文】 Electronic Commerce and Security, 2008 Pages: 305309[22] Potdar, V., Hayato P., Chang E., Improving RFID Read Rate Reliability by a Systematic Error Detection Approach。Anticounterfeiting, Security, Identification, 2007 IEEE international Workshop Pages:394–397 [17] :湖南大學(xué),2010. [18] Ith, P. , Inomata, A., Implementation of IDbased signature in RFID system IEEE Communications, 2007, APCC 2007. Pages: 233236[19] Huafei Zhu, Feng Bao, Aggregating Symmetric/Asymmetric Attestations IEEE International Conference 2008 Pages: 105110 [20] Potdar, V., Chang, E., Tamper Detection in RFID Tags using Fragile Watermarking。[7] 劉健康. 淺談射頻識別技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀[J]. 北京: 中國防偽報(bào)道, 2008, 6: 1825.[8] 丁俊, 射頻識別 (RFID) 標(biāo)簽防碰撞算法, 2010, 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué).[9] 張智文. 射頻識別技術(shù)理論與實(shí)踐[M]. 北京: 中國科學(xué)技術(shù)出版社, 2008: 1022.[10] Prodanoff, Z. and S. Kang, RFID Model for Simulating Framed Slotted Aloha Based AntiCollision Protocol for MutiTag Identification.[11] 張有光,杜萬, [J].2006(3):6163.[12] 廉國斌, 無線射頻識別系統(tǒng)中的防碰撞算法研究., 2006. 34(009):第5759頁.[13] 李浩, HF頻段RFID系統(tǒng)協(xié)議分析軟件的設(shè)計(jì)與應(yīng)用, 2009, 上海交通大學(xué)[14] Sanjay E. Sarma, Stephen A. Weis, etc, RFID Systems and Security and Privacy Implication. CHES 2002, LNCS 2523(2003) 454472[15] Inoue, S, Haqiwara, D. Yasuura, H, Systematic error dectection for RFID reliability。參考文獻(xiàn)[1] RFID Journal,“Walmart begins RFID process changes.” ://. [2] 張暉與王東輝, RFID 技術(shù)及其應(yīng)用的研究. 微計(jì)算機(jī)信息, (11): 第252254頁[3] 陶云聰, RFID 系統(tǒng)多標(biāo)簽防碰撞算法研究, 2010, 重慶大學(xué).[4] Klair, ., C. KwanWu and R. Raad, A Survey and Tutorial of RFID AntiCollision Protocols. Communications Surveys amp。本例中使用的seed 為128，其產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)，碰撞率較高，如果換用一個(gè)更合理的隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生機(jī)制，標(biāo)簽所選的時(shí)隙發(fā)生碰撞的概率就會(huì)降低，整個(gè)基于動(dòng)態(tài)幀時(shí)隙Aloha算法的RFID系統(tǒng)的性能也會(huì)提高?？傮w來說，本次研究通過OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真工具設(shè)計(jì)了RFID系統(tǒng)并驗(yàn)證了動(dòng)態(tài)幀時(shí)隙Aloha算法的優(yōu)越性能。利用這一點(diǎn)，本文構(gòu)建出了更合理更穩(wěn)定的基于動(dòng)態(tài)幀時(shí)隙Aloha算法的RFID系統(tǒng)。但是當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載很大時(shí)，固定幀時(shí)隙Aloha系統(tǒng)性能顯著下降，而動(dòng)態(tài)幀時(shí)隙Aloha的系統(tǒng)識別率仍然維持在很高的水平上。得出在不同的標(biāo)簽數(shù)量下，系統(tǒng)的識別率 即系統(tǒng)識別效率 曲線（）。圖5. 1 DFSA 系統(tǒng)識別率與負(fù)載關(guān)系曲線圖5. 2 DFSA系統(tǒng)碰撞概率與負(fù)載關(guān)系曲線 圖5. 3 DFSA系統(tǒng)空閑率與負(fù)載關(guān)系曲線由以上三張圖可以發(fā)現(xiàn)：動(dòng)態(tài)幀時(shí)隙Aloha系統(tǒng)的性能穩(wěn)定，不會(huì)隨待識別標(biāo)簽數(shù)的增減而有明顯的改變，適于應(yīng)用在負(fù)載數(shù)量隨時(shí)間波動(dòng)較大的RFID系統(tǒng)中 。該組圖反映了在基于DFSA算法的RFID系統(tǒng)中，標(biāo)簽數(shù)和識別率之間的關(guān)系。在進(jìn)程模型中我們不再固定Round_Size 為2或者其他值，而是利用total_coll 計(jì)算出一幀中的碰撞標(biāo)簽總數(shù)，并將下一幀的長度取到最接近該total_coll 值。根據(jù)FSA的仿真結(jié)果，找出不同負(fù)載（totalcoll）下的最優(yōu)幀長，即可動(dòng)態(tài)的選擇幀長、編寫更優(yōu)的DFSA算法。為了改變這樣的狀況，我們需要?jiǎng)討B(tài)的調(diào)整幀長以適應(yīng)標(biāo)簽數(shù)量的不斷變化。利用這三個(gè)參數(shù)，估測出工作范圍內(nèi)還有total_coll個(gè)標(biāo)簽未被識別，根據(jù)total_coll 的數(shù)值，動(dòng)態(tài)的選擇下一幀的幀長 。8. 一個(gè)幀時(shí)隙循環(huán)結(jié)束后，閱讀器統(tǒng)計(jì)該幀內(nèi)所有碰撞的時(shí)隙數(shù)total_coll，成功收到包的時(shí)隙數(shù)N_correct和空閑時(shí)隙數(shù)N_idle。coll_count+1即為同時(shí)占用該時(shí)隙傳輸?shù)臉?biāo)簽個(gè)數(shù)。同時(shí)N_collision自增。5. 閱讀器接收標(biāo)簽的數(shù)據(jù)包信息，如果在某一時(shí)隙內(nèi)閱讀器收到唯一的標(biāo)簽ID信息，則正確接收該包，同時(shí)N_correct 函數(shù)加1，并向外廣播一個(gè)帶有該標(biāo)簽ID的確認(rèn)信息，表示包被收到。 3. 各電子標(biāo)簽等待自身隨機(jī)數(shù)所在時(shí)隙到來，并在該時(shí)隙到來的起始處與閱讀器通信。該算法步驟如下：1. 閱讀器將幀長N廣播給工作范圍內(nèi)的所有電子標(biāo)簽。由于在RFID系統(tǒng)的防碰撞協(xié)議性能分析的過程中，我們通常假設(shè)標(biāo)簽可以在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)與閱讀器完成通信[42]，所以該算法的仿真也得到簡化。該算法定義在整個(gè)電子標(biāo)簽識別的過程中，幀的長度是不固定的。為改善這一缺點(diǎn), 提出一種改進(jìn)算法動(dòng)態(tài)幀時(shí)隙Aloha 算法[41]（DFSA）。只有在標(biāo)簽數(shù)與時(shí)隙數(shù)差不多的一段時(shí)間內(nèi), 系統(tǒng)吞吐率最大。5. 改進(jìn)的動(dòng)態(tài)幀時(shí)隙Aloha算法及其性能仿真固定幀時(shí)隙Aloha即FSA算法設(shè)計(jì)簡單, 但缺點(diǎn)是如果標(biāo)簽數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于固定的時(shí)隙數(shù), 會(huì)產(chǎn)生過多碰撞。圖4. 19 FSA中碰撞時(shí)隙比率隨幀長變化曲線圖圖4. 20 FSA中空閑時(shí)隙比率隨幀長變化曲線圖、可以發(fā)現(xiàn)：系統(tǒng)性能與幀長、標(biāo)簽數(shù)有直接關(guān)系。然而，碰撞比率低并不意味著系統(tǒng)的性能強(qiáng)。利用該統(tǒng)計(jì)表，在excel中制作出曲線可更方便的比較當(dāng)系統(tǒng)待識別標(biāo)簽數(shù)改變（即負(fù)載改變）時(shí)，碰撞時(shí)隙比率、空閑時(shí)隙比率與幀長之間的關(guān)系。除了識別率之外，我們還可以統(tǒng)計(jì)出基于固定幀時(shí)隙Aloha的RFID系統(tǒng)中各個(gè)幀長狀態(tài)下的碰撞時(shí)隙比率(),空閑時(shí)隙比率圖()。即使是幀長為32的情況下，識別率也幾乎為0，當(dāng)幀長為128時(shí)識別率最高。當(dāng)標(biāo)簽數(shù)為6幀長為32時(shí)，系統(tǒng)識別率較高，這是因?yàn)椋弘S著識別的進(jìn)行，待識別標(biāo)簽數(shù)逐漸減少，剛開始識別時(shí)碰撞率會(huì)較高，識別到后來，空閑率會(huì)升高。表格 3 幀長和標(biāo)簽數(shù)改變對應(yīng)系統(tǒng)識別率統(tǒng)計(jì)表圖4. 16 FSA識別率與幀長關(guān)系曲線由以上的6個(gè)仿真結(jié)果可以看到：隨著系統(tǒng)待識別標(biāo)簽數(shù)目的增加，系統(tǒng)的性能（即識別率）與幀長有一定的關(guān)系。 圖4. 15 系統(tǒng)識別率與幀長關(guān)系圖當(dāng)然我們也可以把這一組圖融合到一張圖表中進(jìn)行比較。為了快速的建立新的場景，同時(shí)也最有效的仿真RFID系統(tǒng)，在這里我使用了OPNET自帶的一個(gè)rapid configuration 功能，該功能可以快速的配置任意多的節(jié)點(diǎn)，修改系統(tǒng)的規(guī)模（）。為了進(jìn)一步的研究幀長和標(biāo)簽數(shù)的相對關(guān)系對系統(tǒng)識別率的影響，我們?yōu)樵揜FID 系統(tǒng)設(shè)置了6個(gè)新的場景。圖4. 13 系統(tǒng)識別率與幀長關(guān)系圖該圖展示了以幀長framelength 為X軸，以SystemThroughput S 為Y軸，在標(biāo)簽數(shù)目為8的前提下，RFID系統(tǒng)幀長和系統(tǒng)效率的關(guān)系。這也間接的反映了這8個(gè)標(biāo)簽在一次仿真中發(fā)生碰撞的次數(shù)為0、0、3次。如 。仿真結(jié)束后，我們可以得到一些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。之所以不選擇Round_Size為1即幀長為4的情況，是因?yàn)檫@種情況下，標(biāo)簽數(shù)為8的系統(tǒng)很有可能出現(xiàn)所有的時(shí)隙都碰撞的情況，系統(tǒng)將進(jìn)入一個(gè)死循環(huán)，這也是固定幀時(shí)隙Aloha的不足之處，需要?jiǎng)討B(tài)幀時(shí)隙Aloha予以優(yōu)化。其中系統(tǒng)識別率（即系統(tǒng)的時(shí)隙利用率）= 總共識別的標(biāo)簽數(shù)/識別所有標(biāo)簽所需要的時(shí)隙數(shù)。由于算法流程部分已經(jīng)有詳細(xì)說明，且附錄中附有源碼，在這里都不再敖述。進(jìn)程模型包括頭文件，臨時(shí)變量，局部變量，函數(shù)區(qū)，調(diào)試信息等多個(gè)模塊。其中狀態(tài)轉(zhuǎn)移曲線分為條件狀態(tài)轉(zhuǎn)移曲線和非條件狀態(tài)轉(zhuǎn)移曲線。 閱讀器進(jìn)程模型 標(biāo)簽進(jìn)程模型 進(jìn)程模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)我們可以通過進(jìn)程模型，清晰的看出固定幀時(shí)隙Aloha的工作流程。讀出其碰撞數(shù)值，記入 collcount 中，隨后將該包銷毀。這樣，所有碰撞時(shí)隙都會(huì)有包被接收。干擾噪聲階段，管道模型將每個(gè)數(shù)據(jù)包在接收過程中，與干擾包發(fā)生沖突的次數(shù)寫進(jìn)一個(gè)宏定義的函數(shù)OPC_TDA_RA_NUM_COLLS 中，該宏定義初始化值為0，其在干擾噪聲階段的操作如下：錯(cuò)誤糾正階段，決定此幀是否被接受，如果判斷能夠接收當(dāng)前的包，則允許它被繼續(xù)發(fā)送到高層。接收端包含：接收天線增益（dra_ragain）, 接收功率（drapower），干擾噪聲（drainoise），背景噪聲（dra_bkgnoise）即環(huán)境噪聲和熱噪聲之和，信噪比（drasnr），誤碼率（draber）, 差錯(cuò)分布（dra_error），錯(cuò)誤糾正（draecc）。發(fā)送天線增益（dratxgain），在這里我們使用的是全向天線，天線增益為0db。信道匹配（drachanmatch）, 根據(jù)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的頻率、帶寬、數(shù)據(jù)速率、擴(kuò)頻碼等4個(gè)屬性，判斷信道是否匹配。傳輸延時(shí)（dratxdel），計(jì)算數(shù)據(jù)包的第一個(gè)比特開始發(fā)送時(shí)間和最后一個(gè)比特發(fā)送時(shí)間之差。無線管道階段模型可以針對不同的網(wǎng)絡(luò)模型而特別搭建[39]。首先在整個(gè)傳輸過程還沒有進(jìn)行之前，把肯定不能被接收的物件圈定出來；在計(jì)算傳輸延時(shí)后接著復(fù)制封包，對每一個(gè)接收主詢中的物件都復(fù)制一份；然后計(jì)算鏈路閉鎖，檢查信道是否完全吻合，如果完全匹配當(dāng)作有效信號，如果部分吻合當(dāng)作噪聲處理；對于接收器來說，在經(jīng)歷傳播延時(shí)后，內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)中斷， 對每一個(gè)可能接收的信道進(jìn)行 6至 13 階段， 由于包的每段有可能存在不同程度的干擾，因此對每一段都需要單獨(dú)計(jì)算，如果是有效包則計(jì)算誤碼率，如果是噪聲則考慮對有效包的影響；最后得到包的總誤碼數(shù)，決定是否丟包。無線管道模型期間產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)，都保存在封包的TDA屬性中，后續(xù)的管道階段就可以共享這些數(shù)據(jù)。 閱讀器收發(fā)信機(jī)屬性設(shè)置收發(fā)信機(jī)包含13個(gè)管道階段。標(biāo)簽收信機(jī)的數(shù)據(jù)速率和頻率帶寬要和閱讀器發(fā)信機(jī)一致才能正確通信。 電子標(biāo)簽收發(fā)信機(jī)屬性設(shè)置與此類似的，本文又設(shè)定了標(biāo)簽收信機(jī)的屬性（）。根據(jù)常規(guī)UHF段閱讀器功率設(shè)置，選用發(fā)信機(jī)功率為1W即30dbm 。無線信道主要通過設(shè)定無線收發(fā)信機(jī)屬性來模擬。在這里我們設(shè)置為8，故Round_Size值應(yīng)該默認(rèn)為2。此包提醒所用標(biāo)簽，進(jìn)入下一幀的識別中，這時(shí)，標(biāo)簽將主動(dòng)獲取包中的RoundSize部分信息，得到該幀的幀長信息。同理，當(dāng)Command位為1時(shí)，表示此包為一個(gè)NextSlot 包，收到該包的標(biāo)簽需要判斷，此包中的ID信息是否與自身ID信息相同，如果相同，則表示自己已被識別，則進(jìn)入靜默狀態(tài)；如果不同，則繼續(xù)下一個(gè)時(shí)隙的識別。為閱讀器發(fā)送不同類型的指令起標(biāo)示作用。但是在這里，我們沒有必要設(shè)置96位長的ID，因?yàn)榉抡婺Ｐ椭校覀冏疃嘤玫降臉?biāo)簽個(gè)數(shù)不會(huì)超過256個(gè)。在實(shí)際的RFID系統(tǒng)中，標(biāo)簽ID表明了一個(gè)標(biāo)簽所在實(shí)體的身份，由EPC編碼表示。由于標(biāo)簽數(shù)量可能達(dá)到256個(gè)之多，且標(biāo)簽ID取值自節(jié)點(diǎn)模型的模型ID，所以也可能達(dá)到256個(gè)之多。在本系統(tǒng)中，為了減少包的長度，降低系統(tǒng)負(fù)載，提高系統(tǒng)的傳輸和識別效率。每個(gè)封包中包含一個(gè)長1bit的包類型字段（PacketType），當(dāng)PacketType 為1時(shí)，表示此包為標(biāo)簽產(chǎn)生的包，當(dāng)PacketType 為0 時(shí)，表示此包為閱讀器產(chǎn)生的包。因?yàn)闃?biāo)簽和閱讀器都是隨機(jī)分布在空間中的，且本文討論的是TDMA模式下的防碰撞協(xié)議，故不考慮天線角度的變化對防碰撞算法的性能影響。這三個(gè)模塊都是由OPNET 節(jié)點(diǎn)模型自帶的，可以通過修改其屬性值[36]，為用戶提供特定的服務(wù)。他們都是由一個(gè)發(fā)信機(jī)、一個(gè)接收機(jī)、一個(gè)天線和一個(gè)進(jìn)程模型構(gòu)成的[35]。 RFID系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖8個(gè)標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)功能相同，使用同一節(jié)點(diǎn)模型編輯。該網(wǎng)絡(luò)是10米*10米的短距離無線網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中包含一個(gè)閱讀器和8個(gè)電子標(biāo)簽。 大小為10m*10m。 網(wǎng)絡(luò)模型搭建首先創(chuàng)建了一個(gè)名為‘’的工程，并同時(shí)創(chuàng)建了名為‘zxbysj’的場景，場景中創(chuàng)建了一個(gè)名為‘RFID wireless network’的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（）。模型中，我們選擇了一個(gè)閱讀器和8個(gè)標(biāo)簽，每幀中的時(shí)隙數(shù)默認(rèn)為8，, ,封包長度為128bits, 數(shù)據(jù)傳輸速率分別為下行330,000（bps）和上行400,000（bps）. 發(fā)送機(jī)功率30dbm,即10^3mW 即1W。并計(jì)算出時(shí)隙利用率=成功識別時(shí)隙總數(shù)/ totalslot， 空閑時(shí)隙比率， 碰撞時(shí)隙比率等。8. 這樣，一幀一幀的識別，直到totalcoll