張燕寧++杜輝++楊洪雪

摘 要：近年來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展極為迅速。從技術(shù)發(fā)展的根源來(lái)看，物聯(lián)網(wǎng)這一概念是繼計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)以后的第三次技術(shù)革命發(fā)起時(shí)出現(xiàn)的，標(biāo)志著信息革命浪潮的再一次掀起。實(shí)際上，物聯(lián)網(wǎng)體系內(nèi)外的安全架構(gòu)的建設(shè)并不是一蹴而就的，針對(duì)用戶的服務(wù)同樣不是一勞永逸的，需要在實(shí)踐過(guò)程中進(jìn)行調(diào)整，尤其是有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)RFID標(biāo)簽沖突問(wèn)題，相關(guān)研究領(lǐng)域一直在探究有效解決這一問(wèn)題的方法。該文就物聯(lián)網(wǎng)RFID標(biāo)簽防沖突方法加以剖析，詳細(xì)解讀物聯(lián)網(wǎng)射頻沖突問(wèn)題的改善措施，以期為相關(guān)領(lǐng)域的實(shí)踐應(yīng)用帶來(lái)有益的借鑒。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng) RFID標(biāo)簽 技術(shù)研究 防沖突方法

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）01（a）-0029-02

在現(xiàn)代社會(huì)，需要采取新型RFID標(biāo)簽識(shí)別技術(shù)來(lái)提升物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的科學(xué)特性及相關(guān)的實(shí)踐應(yīng)用效能，并深入探索在二進(jìn)制樹(shù)確定性算法支撐下的沖突解決辦法與采用ALOHA算法降低RFID標(biāo)簽發(fā)生沖突的概率這兩項(xiàng)物聯(lián)網(wǎng)RFID標(biāo)簽防沖突方法。從目前的情況來(lái)看，物聯(lián)網(wǎng)RFID多目標(biāo)標(biāo)簽識(shí)別沖突的情況時(shí)有發(fā)生，需要采取行之有效的方法來(lái)對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以增強(qiáng)基于RFID標(biāo)簽識(shí)別技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用實(shí)效。

1 物聯(lián)網(wǎng)RFID標(biāo)簽防沖突方法綜述

RFID射頻識(shí)別技術(shù)被公認(rèn)為是本世紀(jì)最有發(fā)展前途的信息技術(shù)之一，已經(jīng)得到業(yè)界以及科研領(lǐng)域的高度重視。從總體來(lái)看，在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，RFID技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，當(dāng)RFID閱讀器輻射的范圍內(nèi)存在多個(gè)目標(biāo)需要識(shí)別時(shí)，就出現(xiàn)了標(biāo)簽沖突問(wèn)題。RFID標(biāo)簽防沖突的方法又要有兩種模式：一種是，采用二進(jìn)制樹(shù)搜索方法來(lái)解決確定性RFID標(biāo)簽沖突；另一種是，采用ALOHA算法來(lái)降低隨機(jī)RFID標(biāo)簽發(fā)生沖突的概率[1]。另外，從項(xiàng)目研究的角度來(lái)看，對(duì)這兩種方式的探究都是為日后改善物聯(lián)網(wǎng)射頻閱讀器沖突問(wèn)題的解決做鋪墊。

1.1 射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）概述

射頻識(shí)別技術(shù)是一種無(wú)線通信技術(shù)，亦可被稱為非觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。在實(shí)踐過(guò)程中，在無(wú)需識(shí)別系統(tǒng)與指定目標(biāo)之間直接接觸便可以通過(guò)無(wú)線電訊號(hào)來(lái)識(shí)別或讀寫信息數(shù)據(jù)，該技術(shù)的應(yīng)用范圍較為廣泛[2]。無(wú)線電的信號(hào)是通過(guò)調(diào)成無(wú)線電頻率的電磁場(chǎng)，把數(shù)據(jù)從附著在物品上的標(biāo)簽上傳送出去，以自動(dòng)辨識(shí)與追蹤該物品。某些標(biāo)簽在識(shí)別時(shí)從識(shí)別器發(fā)出的電磁場(chǎng)中就可以得到能量，也有標(biāo)簽本身?yè)碛须娫?，并可以主?dòng)發(fā)出無(wú)線電波[3]。但同時(shí)也存在一個(gè)較為特殊的情況，那就是當(dāng)有多個(gè)電子標(biāo)簽進(jìn)入到一個(gè)或者多個(gè)閱讀器的感應(yīng)區(qū)間范圍內(nèi)時(shí)，閱讀器就會(huì)與多個(gè)電子標(biāo)簽發(fā)生同時(shí)通訊連接，從而使被感應(yīng)到的無(wú)線通信信號(hào)相互干擾，造成局部讀取信息混亂，最終可能導(dǎo)致閱讀器沒(méi)有辦法讀取到準(zhǔn)確的目標(biāo)數(shù)據(jù)信息，在理論上，將這種現(xiàn)象歸于“沖突”。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別技術(shù)研發(fā)背景

一段時(shí)期以來(lái)，我們?cè)诟鱾€(gè)零售商品的實(shí)體店環(huán)境中，隨處可見(jiàn)用以識(shí)別物品條形碼的設(shè)備，該物件的應(yīng)用替代了以往以人工操作來(lái)識(shí)別商品的模式，但就從目前市面上所使用的掃碼設(shè)備來(lái)看，設(shè)備的使用存在一定局限性，如讀取速度較慢，適應(yīng)性較弱等。同樣，二維碼技術(shù)雖然具備條形碼技術(shù)所不具備的儲(chǔ)存信息量大的優(yōu)勢(shì)，但需要進(jìn)行人工識(shí)別，同樣存在一定的缺陷，不完全符合大部分應(yīng)用領(lǐng)域的實(shí)際需求。在將RFID系統(tǒng)研究的相關(guān)內(nèi)容付諸于實(shí)踐的過(guò)程中，出現(xiàn)了上文所提及的閱讀器無(wú)法接受正確信息的狀況，即數(shù)據(jù)獲取“沖突”。為了避免這一現(xiàn)象的出現(xiàn)對(duì)實(shí)際應(yīng)用產(chǎn)生較為嚴(yán)重的影響，RFID系統(tǒng)定義了一系列當(dāng)“沖突”發(fā)生時(shí)的操作方法，并將其定義為物聯(lián)網(wǎng)RFID標(biāo)簽防沖突方法。近幾年，各類IT技術(shù)升級(jí)換代的速率較以往更快，用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)的安全性要求也在不斷提升，信息共享與傳播隨處可見(jiàn)，獲取大數(shù)據(jù)成為現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)商業(yè)發(fā)展的主要手段，而且，各實(shí)踐領(lǐng)域?qū)τ谛畔⒆R(shí)別精準(zhǔn)度也有一定的要求。在種種復(fù)雜的情形之下，我們更要清醒地認(rèn)識(shí)到，構(gòu)建面向物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層的安全架構(gòu)的重要性，讓新科技以及有效的信息資源為我們服務(wù)。

2 物聯(lián)網(wǎng)RFID標(biāo)簽防沖突方法解析

在實(shí)踐過(guò)程中可以明顯感覺(jué)到，RFID射頻識(shí)別技術(shù)雖然具備遠(yuǎn)距離掃射、識(shí)別速度快等特點(diǎn)，但其防沖突能力仍舊存在一定的局限性。為了進(jìn)一步解析物聯(lián)網(wǎng)RFID標(biāo)簽防沖突的方法，則要針對(duì)射頻識(shí)別技術(shù)進(jìn)行探討。在現(xiàn)代人的日常生活中，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用頻率越來(lái)越高，安全平臺(tái)的搭建迫在眉睫，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展需要一個(gè)穩(wěn)定持久的安全系統(tǒng)平臺(tái)來(lái)鞏固其地位。

2.1 時(shí)分多址復(fù)用內(nèi)容概述

實(shí)際上，對(duì)于系統(tǒng)要求低、功耗低的普通RFID系統(tǒng)而言，通常情況下，在解決物聯(lián)網(wǎng)RFID標(biāo)簽防沖突問(wèn)題時(shí)，所采取的是時(shí)分多址復(fù)用方法。該方法的操作較為簡(jiǎn)易，僅在時(shí)間上分配可用的信息容量給到多個(gè)用戶即可，無(wú)需對(duì)物聯(lián)網(wǎng)RFID系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)上的改良。從時(shí)分多址復(fù)用方法的具體應(yīng)用特征上來(lái)看，可將其分為非確定性時(shí)分多址與確定性時(shí)分多址兩種類型[4]。一般情況下，物聯(lián)網(wǎng)RFID標(biāo)簽防沖突方法的本質(zhì)都是源于確定性時(shí)分多址的資源分配原理。其中，在二進(jìn)制樹(shù)確定性算法支撐下的沖突解決辦法以及采用ALOHA算法降低RFID標(biāo)簽發(fā)生沖突的概率這兩種方式都是基于時(shí)分多址復(fù)用。

2.2 在二進(jìn)制樹(shù)確定性算法支撐下的沖突解決辦法

RFID技術(shù)不僅具備適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，而且可以實(shí)現(xiàn)加密與讀寫操作，所儲(chǔ)存的商品物件的信息也能夠在掃描商品物件時(shí)反映出來(lái)，因此，增強(qiáng)了多物件商品掃描的快速識(shí)別性，進(jìn)而提高了多目標(biāo)自動(dòng)化識(shí)別的效率，該技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域較廣。如何提高物聯(lián)網(wǎng)RFID系統(tǒng)的防沖突能力，有效降低其總的識(shí)別時(shí)間，改善應(yīng)用實(shí)效，則是當(dāng)下諸多基于RFID技術(shù)實(shí)踐領(lǐng)域所面臨的同一難題。針對(duì)這種狀況，業(yè)界及科研領(lǐng)域在針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)RFID系統(tǒng)能力的總體改進(jìn)思路上達(dá)成一致，即提出一種基于電子標(biāo)簽智能化的二進(jìn)制樹(shù)型搜索算法。具體來(lái)說(shuō)，從樹(shù)型搜索算法的不同分集方式來(lái)看，可將其再細(xì)分為基于隨機(jī)數(shù)算法與電子標(biāo)簽ID算法兩種類別，其中，前者是依據(jù)時(shí)分多址復(fù)用的非確定性解決方案而來(lái)的，后者是依據(jù)時(shí)分多址復(fù)用的確定性解決方案而來(lái)的。通常情況下，二進(jìn)制樹(shù)搜索防沖突算法可以解決絕大部分RFID標(biāo)簽沖突問(wèn)題，因其實(shí)質(zhì)上是在原有協(xié)議上進(jìn)行了技術(shù)升級(jí)?；陔娮訕?biāo)簽智能化的二進(jìn)制樹(shù)型搜索算法的原理是：按照遞歸工作方式將沖突的標(biāo)簽進(jìn)行分類，對(duì)RFID輻射范圍內(nèi)的多目標(biāo)物件進(jìn)行劃歸處理，直至最終識(shí)別出目標(biāo)物件[5]。在這一過(guò)程中，通過(guò)閱讀器所發(fā)出的帶有沖突信息的詢問(wèn)，只有電子標(biāo)簽ID符合詢問(wèn)中的前綴信息的電子標(biāo)簽才能進(jìn)行應(yīng)答。另外，每當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)RFID標(biāo)簽輻射范圍內(nèi)的“沖突”再出現(xiàn)時(shí)，閱讀器便可以逐漸地在前綴后加0或1對(duì)“沖突”信息進(jìn)行有效擴(kuò)展，從而達(dá)到對(duì)其進(jìn)行分集細(xì)化、突出目標(biāo)對(duì)象的目的[6]。在研究領(lǐng)域，也有部分學(xué)者或?qū)＜裔槍?duì)二進(jìn)制樹(shù)確定性算法進(jìn)行改進(jìn)，并構(gòu)建一套較為完整的數(shù)據(jù)模型驗(yàn)證其效果。實(shí)踐證明，改進(jìn)后的二進(jìn)制樹(shù)算法較以往有著更小的閱讀器尋呼次數(shù)、更短的傳輸時(shí)延、更低的電子標(biāo)簽?zāi)芎?，成果較為突出。

2.3 采用ALOHA算法降低RFID標(biāo)簽發(fā)生沖突的概率

發(fā)展低成本、精準(zhǔn)度高的物聯(lián)網(wǎng)RFID技術(shù)是時(shí)下業(yè)界的主流趨勢(shì)。超高頻RFID射頻識(shí)別技術(shù)因?yàn)槠渥R(shí)別距離遠(yuǎn)、識(shí)別速度快、有較強(qiáng)的防沖突能力而被主要用在物流和供應(yīng)鏈管理上，并且得到了沃爾瑪、麥德隆和IBM等國(guó)際大公司的大力推動(dòng)，發(fā)展十分迅速[7]。但實(shí)際上，在過(guò)去的一段時(shí)期里發(fā)現(xiàn)，實(shí)踐過(guò)程中RFID標(biāo)簽發(fā)生沖突的概率是真實(shí)存在的，且不容小覷，否則會(huì)給相關(guān)領(lǐng)域帶來(lái)一定的麻煩，進(jìn)而影響企業(yè)經(jīng)營(yíng)效益。因此，可以采用ALOHA算法來(lái)降低RFID標(biāo)簽發(fā)生沖突的概率，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，ALOHA算法思想來(lái)源于對(duì)數(shù)據(jù)包通信網(wǎng)絡(luò)中突發(fā)流量問(wèn)題的解決方案。實(shí)踐表明，該模式下的RFID標(biāo)簽發(fā)生沖突的情況有所改善。從理論上來(lái)看，幀時(shí)隙（ALOHA）算法的原理相對(duì)較為復(fù)雜，涉及到很多計(jì)算問(wèn)題，其主要是利用幀大小來(lái)決定時(shí)隙大小，進(jìn)而降低RFID標(biāo)簽發(fā)生沖突的概率。從某種程度上來(lái)看，現(xiàn)代科技的發(fā)展勢(shì)不可擋，但需要采用合理有效的安全管理措施來(lái)降低系統(tǒng)出錯(cuò)概率，為廣大物聯(lián)網(wǎng)用戶保駕護(hù)航。

RFID射頻識(shí)別技術(shù)的功能極為強(qiáng)大，給人們的日常工作帶來(lái)了便利。經(jīng)過(guò)一段時(shí)期的研究與實(shí)踐，物聯(lián)網(wǎng)RFID標(biāo)簽防沖突方法定會(huì)日趨完善，而且，相關(guān)領(lǐng)域基于該技術(shù)方法的實(shí)際應(yīng)用成效也會(huì)有所改善。除此之外，由于考慮到電子標(biāo)簽發(fā)生碰撞的比特位位置的不確定性，在研究以及實(shí)踐應(yīng)用過(guò)程中增加了鎖位尋呼指令，將發(fā)生“沖突”的比特位進(jìn)行鎖定，在鎖定位上進(jìn)行二進(jìn)制樹(shù)防碰撞處理，這樣可以有效地去除尋呼過(guò)程中信息冗余的那些位，以提高系統(tǒng)的性能。這種方式同樣可以在一定程度上防止物聯(lián)網(wǎng)RFID標(biāo)出現(xiàn)“沖突”現(xiàn)象，進(jìn)而提升RFID射頻識(shí)別技術(shù)的整體性能，并能夠在實(shí)踐的過(guò)程中，突顯其重要價(jià)值。從現(xiàn)階段的社會(huì)環(huán)境中以及項(xiàng)目研究的過(guò)程中可以清楚地看到，隨著物聯(lián)網(wǎng)RFID標(biāo)簽價(jià)格的下降以及該技術(shù)的日益成熟，物聯(lián)網(wǎng)RFID標(biāo)簽的應(yīng)用正在快速地滲透到現(xiàn)代人們的日常生活與工作中，加緊了“大數(shù)據(jù)”時(shí)代的發(fā)展步伐。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及服務(wù)的整合是信息時(shí)代發(fā)展的必然趨勢(shì)，在實(shí)踐過(guò)程中，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題，如類似物聯(lián)網(wǎng)RFID標(biāo)簽沖突的問(wèn)題等等，但這些狀況并不能成為阻礙物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的實(shí)質(zhì)性因素，而應(yīng)成為提升物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)踐效能的突破口。研究發(fā)現(xiàn)，解決RFID系統(tǒng)標(biāo)簽沖突的方案有兩項(xiàng)：其一是采用二進(jìn)制樹(shù)搜索方法來(lái)解決確定性RFID標(biāo)簽沖突；其二是采用ALOHA算法來(lái)降低隨機(jī)RFID標(biāo)簽發(fā)生沖突的概率，盡管這兩項(xiàng)方案的機(jī)理有所不同，但都可以在一定程度上改善物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別技術(shù)的發(fā)展?jié)撃?，并提高相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用成效。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳海鋒，曾玉，豐繼華.無(wú)標(biāo)簽數(shù)估計(jì)的被動(dòng)RFID標(biāo)簽防沖突二進(jìn)制樹(shù)時(shí)隙協(xié)議[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展，2012（9）：1969-1971.

[2] 高金萍，石竑松，王宇航，等.物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中有源RFID標(biāo)簽的EAL4安全要求[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012，10（10）：1457-1459.

[3] 吳黎明，陳泰偉，項(xiàng)穎.新穎的物聯(lián)網(wǎng)RFID傳感系統(tǒng)防沖突算法[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2013（3）：614-617.

[4] 王永紅，肖碩.高密度物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)簽防止沖突的研究[J].安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010（5）：14-16.

[5] 胡藝峰，張友華，李紹穩(wěn)，等.基于RFID技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品流通信息系統(tǒng)研究[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2011（5）：63-64.

[6] 彭康，徐闖，余洪江，等.遠(yuǎn)程識(shí)別中多標(biāo)簽防沖突算法的改進(jìn)[J].電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)，2011（6）：558-560.

[7] 謝磊，殷亞鳳，陳曦，等.RFID數(shù)據(jù)管理：算法、協(xié)議與性能評(píng)測(cè)[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，2013（3）：468-470.