Algorytm antykolizyjny UHF RFID

Kolizja wielu tagów: wiele tagów znajduje się w polu działania czytnika. Gdy więcej niż dwa tagi wysyłają dane w tym samym czasie, nastąpi kolizja komunikacyjna i zakłócenia danych (kolizja).

Aby zapobiec tym konfliktom, w systemie identyfikacji radiowej należy ustawić pewne powiązane polecenia, aby rozwiązać problem konfliktu. Polecenia te nazywane są poleceniami lub algorytmami antykolizyjnymi. Dzieli się on na dwa następujące typy: algorytm deterministyczny oparty na deterministycznym mechanizmie odpytywania i algorytm niedeterministyczny oparty na mechanizmie losowym (głównie algorytm ALOHA).

Algorytm ALOHA to metoda dostępu losowego. Podstawowym założeniem jest przyjęcie sposobu, w jaki tag mówi jako pierwszy. Gdy elektroniczny tag RFID wejdzie w obszar rozpoznawania czytnika, automatycznie wyśle swój własny numer identyfikacyjny do czytnika UHF. Podczas procesu wysyłania danych z tagu, jeśli są również wysyłane inne tagi Dane, wystąpią nakładające się sygnały, powodując kolizje. Czytnik wykrywa, czy w odebranym sygnale występuje konflikt. Gdy konflikt wystąpi, czytnik wyśle polecenie, aby zatrzymać wysyłanie tagu i odczekać pewien czas przed ponownym wysłaniem, aby zmniejszyć konflikt.

1. Czysty algorytm ALOHA

W czystym algorytmie ALOHA, jeśli urządzenie odczytu i zapisu wykryje, że sygnały wzajemnie się zakłócają, czytnik-zapisywacz wyśle polecenie do tagu, aby zatrzymać przesyłanie sygnałów do czytnika-zapisywacza; po otrzymaniu sygnału polecenia przez tag, przestanie on wysyłać informacje i przejdzie w stan czuwania na losowy okres czasu, a dopiero po upływie tego okresu czasu informacje zostaną ponownie wysłane do czytnika RFID. Długość segmentu czasu czuwania każdego elektronicznego znacznika RFID jest losowa, a czas ponownego wysłania sygnału do czytnika jest również różny, aby zmniejszyć prawdopodobieństwo kolizji.

Gdy czytnik UHF pomyślnie rozpozna określony znacznik, natychmiast wyda znacznikowi polecenie przejścia w stan uśpienia. Pozostałe znaczniki zawsze będą odpowiadać na polecenia wydane przez czytnik i wielokrotnie wysyłać informacje do czytnika. Gdy znaczniki zostaną rozpoznane, przejdą w stan uśpienia jeden po drugim, aż czytnik rozpozna wszystkie. Proces algorytmu kończy się dopiero po wybraniu etykiet w regionie. Nie będzie kolizji w wysyłaniu ramek i można przeanalizować, że prawdopodobieństwo P pomyślnego wysłania jest związane z szybkością przepustowości i ilością zawartych danych.

Cechy: długość pakietu (równa długość), duży obszar konfliktu, prosta implementacja, odpowiedni do scenariuszy z niską gęstością transmisji pakietów

Podsumowanie: Po wykryciu konfliktu wejdź w stan gotowości, odczekaj losowy okres czasu, a następnie wyślij

2. Przedział czasowy ALOHA

Algorytm ALOHA ze szczelinami dzieli czas na wiele dyskretnych przedziałów czasowych, długość każdego przedziału czasowego jest równa lub nieznacznie większa od jednej ramki, a znacznik może wysyłać dane tylko na początku każdego przedziału czasowego. W ten sposób znaczniki są albo wysyłane pomyślnie, albo całkowicie kolidują, unikając częściowych kolizji w czystym algorytmie ALOHA, dzieląc okres kolizji na połowę i poprawiając wykorzystanie kanału. Algorytm ALOHA ze szczelinami wymaga od czytnika kalibracji czasu znaczników w jego obszarze identyfikacyjnym. Ponieważ tag przesyła dane tylko w określonym przedziale czasowym, częstotliwość kolizji tego algorytmu stanowi tylko połowę częstotliwości czystego algorytmu ALOHA, ale wydajność przepustowości danych systemu zostanie podwojona.

Cechy: Obszar konfliktu jest ograniczony do przedziału czasowego, poprawny odbiór: brak konfliktu, prawidłowa weryfikacja, kolizja: błąd odbioru, pusty przedział czasowy

Podsumowanie: Podziel kanał na kilka przedziałów czasowych (większych lub równych jednej ramce), każdy terminal może rozpocząć transmisję informacji tylko w każdym przedziale czasowym, obszar konfliktu jest ograniczony do przedziału czasowego, a wynikiem jest tylko sukces i kolizja (porażka), przepustowość ALOHA ze szczelinami jest dwukrotnie większa niż w przypadku czystego ALOHA.

3. Ramka przedziału czasowego ALOHA

W algorytmie ramka przedziału czasowego czas jest dzielony na wiele dyskretnych przedziałów czasowych, a znacznik elektroniczny może rozpocząć przesyłanie informacji tylko na początku przedziału czasowego. Czytnik/zapisywacz wysyła polecenia zapytania w cyklu ramki. Gdy znacznik elektroniczny otrzymuje polecenie żądania od czytnika, każdy znacznik wysyła informacje do czytnika, losowo wybierając przedział czasowy. Jeśli przedział czasowy jest wybierany tylko przez unikalny znacznik, informacje przesyłane przez znacznik w tym przedziale czasowym są pomyślnie odbierane przez czytnik Honglu, a znacznik jest prawidłowo identyfikowany. Jeśli dwa lub więcej znaczników wybierze ten sam przedział czasowy do wysłania, conflicts wystąpią, a te tagi, które wysyłają informacje w tym samym czasie, nie mogą zostać pomyślnie zidentyfikowane przez czytnik. Proces rozpoznawania całego algorytmu będzie powtarzany w ten sposób, aż wszystkie tagi zostaną rozpoznane.

Cechy: Wadą tego algorytmu jest to, że gdy liczba tagów jest znacznie większa niż liczba przedziałów czasowych, czas odczytu tagów znacznie się zwiększy; gdy liczba tagów jest znacznie mniejsza niż liczba przedziałów czasowych, przedziały czasowe zostaną zmarnowane.

Podsumowanie: Kilka przedziałów czasowych tworzy ramkę, a wszystkie tagi wybierają przedziały czasowe do wysłania w ramce.

Model dwumianowy algorytmu ALOHA

Algorytm wyszukiwania drzewa binarnego: Algorytm wyszukiwania drzewa binarnego jest kontrolowany przez czytnik. Podstawowym pomysłem jest ciągłe dzielenie elektronicznych tagów powodujących kolizje i zmniejszanie liczby tagów do przeszukania w następnym kroku, aż odpowie tylko jeden elektroniczny tag.

Podstawowy pomysł: Po wejściu wielu tagów do miejsca pracy czytnika, czytnik wysyła polecenie zapytania z ograniczeniami, a tagi, które spełniają ograniczenia, odpowiadają. Jeśli wystąpi kolizja, zmodyfikuj ograniczenia zgodnie z bitem, w którym wystąpił błąd, i ponownie wyślij polecenia zapytania, aż zostanie znaleziona prawidłowa odpowiedź, a operacje odczytu i zapisu tagu zostaną ukończone. Powtórz powyższe operacje dla pozostałych tagów, aż operacje odczytu i zapisu dla wszystkich tagów zostaną ukończone.