基于FIFO的RFID防碰撞算法

王建康

【摘要】 無線射頻識別技術(shù)（RFID）是 “物聯(lián)網(wǎng)”通信中最基礎(chǔ)、最關(guān)鍵的技術(shù)，RFID的數(shù)據(jù)處理通暢度對于“物聯(lián)網(wǎng)”整體的信息交換效率有極其重要的意義。通過改進(jìn)的隊列式確定性標(biāo)簽防碰撞算法來提高電子標(biāo)簽的射頻識別吞吐率，對于提高RFID的識別效率有重要意義。[1]

【關(guān)鍵詞】 RFID FIFO 隊列 防碰撞

一、引言

無線射頻識別（RFID）系統(tǒng)通過無線射頻技術(shù)在開放的系統(tǒng)環(huán)境中對對象進(jìn)行識別。該識別的優(yōu)點(diǎn)包括無需物理接觸或其它接觸且能在高速移動中識別，對提高物品清點(diǎn)、身份認(rèn)證、位置確定的速度有重要意義，是構(gòu)建智能城市的基礎(chǔ)。

通過在業(yè)主車輛內(nèi)前部放置電子身份標(biāo)簽，可完成對校區(qū)車庫的進(jìn)出控制，或在車庫內(nèi)安裝RFID讀寫器監(jiān)控車位狀態(tài)完成車輛停置指引。在電商企業(yè)，運(yùn)用RFID技術(shù)，對大量商品的進(jìn)出管理、位置分配、商品檢索等進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃。

二、FIFO在在RFID中的應(yīng)用方式

先進(jìn)先出算法（FIFO）是計算機(jī)操作系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的進(jìn)程調(diào)度算法之一。進(jìn)程在申請有限的系統(tǒng)資源時，系統(tǒng)按照進(jìn)程申請的先后順序生成一個等待隊列，從隊列頭開始向進(jìn)程分配資源，當(dāng)新的進(jìn)程來到時，將其添加到隊列尾部，從而使得進(jìn)程處理有序進(jìn)行[2]。

在RFID系統(tǒng)工作時，由于讀寫器（Reader）的硬件資源有限，只能同時識別處理少量電子標(biāo)簽（Tag），當(dāng)大量標(biāo)簽先后涌入時，便會由于來不及處理而出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，稱之為多標(biāo)簽碰撞[3]。

基于FIFO的RFID防碰撞算法在確定性防碰撞算法的基礎(chǔ)上加入了隊列的先進(jìn)先出算法（FIFO），通過生成待處理標(biāo)簽等待隊列，從而降低處理標(biāo)簽識別的沖突。該算法在標(biāo)簽整體識別效率的提高和單個標(biāo)簽等待時間的降低上有顯著效果。

在運(yùn)用該算法的RFID系統(tǒng)中，當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器發(fā)射的問詢信號范圍內(nèi)，立即向讀寫器發(fā)送自己的ID，讀寫器接收到ID信息后，向標(biāo)簽反饋應(yīng)答信號，并要求該讀寫器進(jìn)入等待狀態(tài)。且在讀寫器的標(biāo)簽處理等待隊列中增加該ID信息。處理模塊從標(biāo)簽等待隊列中依次讀取等待中的標(biāo)簽信息，發(fā)送包含該標(biāo)簽ID的讀取廣播，標(biāo)簽收到讀取申請后應(yīng)答讀寫器，進(jìn)行身份認(rèn)證、數(shù)據(jù)交換等，具體過程如下：

① 標(biāo)簽01發(fā)送包含身份信息的認(rèn)證請求“Request（01）”；

② 讀寫器A收到“Request”信號，添加“Request（01）”至等待隊列；

③ 讀寫器A發(fā)送反饋“Get（01），Wait”，收到01信息，請等待驗證；

④ 標(biāo)簽01收到“Get（01），Wait”信息，隨機(jī)進(jìn)入等待認(rèn)證的狀態(tài)；

⑤ 標(biāo)簽0X請求認(rèn)證，按照相同方式進(jìn)入等待隊列；

⑥ 系統(tǒng)讀取等待隊列，當(dāng)讀取到“Request（01）”，發(fā)送“Identy（01）”；

⑦ 如果連續(xù)三次發(fā)送“Identy（01）”無反饋，跳過此標(biāo)簽；

⑧ 標(biāo)簽01收到“Identy（01）”，反饋應(yīng)答信息“Wait（01）”；

⑨ 讀寫器A在完成和標(biāo)簽01的身份認(rèn)證以及數(shù)據(jù)處理交換后，發(fā)送標(biāo)簽移除信息“Remove（01）”。

在利用該算法RFID系統(tǒng)中，讀寫器至少要有兩個獨(dú)立的信號處理模塊，一個用于處理“Request”認(rèn)證請求信號和發(fā)送“Get，Wait”反饋等待信號，另一個用來作為處理“Identy”和數(shù)據(jù)交換的模塊。最好有兩個不同頻率的信號天線，這樣將認(rèn)證接納和數(shù)據(jù)交互兩個功能獨(dú)立分開，更好更快的完成標(biāo)簽識別和數(shù)據(jù)的處理。

無線信號和有線信號相比，容易被外界干擾甚至屏蔽。在該算法中，如果標(biāo)簽由于特殊原因無法收到“Identy”信號或者信號錯誤，將一只處于“Wait”狀態(tài)，除非由于離開信號范圍而斷電，具體解決方法可以通過在標(biāo)簽內(nèi)添加一個計數(shù)器模塊，每次檢測到其他標(biāo)簽的“Identy”信號時加1，當(dāng)加到某一數(shù)值時（根據(jù)具體項目標(biāo)簽總數(shù)確定），重新發(fā)送認(rèn)證請求，當(dāng)然這增加了標(biāo)簽的開銷。

三、總結(jié)

基于先進(jìn)先出算法（FIFO）算法的RFID確定性標(biāo)簽防碰撞算法是通過將讀寫器和標(biāo)簽間的信號對接和數(shù)據(jù)交換分開成兩個獨(dú)立部分，進(jìn)而減少識別沖突的方法，其核心算法（FIFO）是保證標(biāo)簽?zāi)軌蛟谄降葪l件下最快完成數(shù)據(jù)交換的前提。

該算法在一定程度上能提高標(biāo)簽的識別、處理速度，但是這對讀寫器在天線、處理器和內(nèi)存等方面有較高的要求，尤其是天線方面，甚至要求天線有兩個，這無疑增加里硬件成本，少量的讀寫器成本增加對于整個系統(tǒng)而言并沒有太大影響。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 胡煒. 物聯(lián)網(wǎng)中基于RFID的系統(tǒng)安全技術(shù)研究與應(yīng)用[D]. 江蘇科技大學(xué)， 2012. DOI：10.7666/d.d222466.

[2]張閣， 朱關(guān)銘， 繆淮扣. 頁面置換算法的Z規(guī)格說明[J]. 上海大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版， 1999.

[3] 陳建哲. RFID系統(tǒng)多標(biāo)簽防碰撞算法的研究[D]. 廣東工業(yè)大學(xué)， 2013.