ISO/IEC 18000 6C超高頻電子標簽閱讀器防沖突

    在現(xiàn)實生活中，滿載貨物的貨車在通過讀卡器識別范圍時，要求系統(tǒng)快速有效地讀取貨車上所有貨物的物品信息。貨車通過RFID讀卡器的速度直接影響系統(tǒng)的工作效率，快速通過能節(jié)約大量時間和成本。

　所以，如果要提高系統(tǒng)效率并且保證系統(tǒng)可靠性，移動標簽群必須達到一個適中的速度，并且防沖突算法一定要對此種情況進行有效處理。本文研究ISO/IEC 18000 6C的防沖突處理算法，分析其對快速運動標簽群是否有可靠的對策和處理方式。

    ISO/IEC 18000 6C防沖突算法

       1、Aloha算法

　　常用的防沖突算法大多是基于Aloha算法——一種無規(guī)則的時分多址(TDMA)算法。Aloha算法規(guī)定標簽周期性地發(fā)送數(shù)據(jù)給讀卡器，數(shù)據(jù)傳輸時間只是周期時間的一小部分，標簽傳輸中有很長時間的停歇，因此有一定概率使兩個標簽在不同時隙傳輸數(shù)據(jù)，以避免沖突。

　　基于Aloha算法出現(xiàn)了很多改進算法：時隙Aloha算法、幀時隙Aloha算法、動態(tài)幀時隙Aloha算法等。Type C采用的防沖突算法是隨機時隙防沖突算法，其本質(zhì)跟幀時隙Aloha機制一樣。

　　2、 隨機時隙防沖突算法(SR)

　　隨機時隙防沖突算法本質(zhì)上與幀時隙Aloha機制類似，其幀長度為2Q,并且該機制根據(jù)標簽應答情況來調(diào)整Q值，改變下一個識別周期的時隙數(shù)， 讓未識別標簽重新選擇。當一幀中出現(xiàn)過多的沖突時隙時，讀卡器會提前結束該幀，并選擇一個更大的Q值發(fā)送給標簽群;當一個幀中出現(xiàn)過多的空閑時隙時，讀卡 器會提前結束該幀，并選擇一個比較小的Q值發(fā)送給標簽群。

　　隨機時隙防沖突算法命令包括Query、QueryAdjust、Query Rep等,主要參數(shù)為時隙計數(shù)參數(shù)Q。協(xié)議中的Q值決定了防沖突時所用的時隙數(shù),讀卡器通過給標簽發(fā)送相應命令改變標簽狀態(tài)，完成防沖突工作。協(xié)議規(guī)定標簽有3個狀態(tài)，如圖1所示。

當系統(tǒng)上電或信道空閑時，讀卡器發(fā)送Query命令，啟動清點周期，初始化一個識別周期，并決定哪些標簽參與本輪識別周期。Query命令包含時隙 計數(shù)參數(shù)Q，當接收到Quary命令時，讀卡器在識別區(qū)域內(nèi)隨機選擇進入識別周期的標簽，所有參與標簽在(0，2Q-1)范圍內(nèi)選擇一個隨機數(shù)，并置入它 們的時隙計數(shù)器。選到0值的標簽變?yōu)閼馉顟B(tài)，并響應讀卡器，回答一個16機制隨機數(shù)(RN16)給讀卡器;沒有選到0值的標簽變?yōu)橹俨脿顟B(tài)，等待下一條 Query Adjust或Query Rep命令;沒有進入本輪識別周期的標簽保持休眠狀態(tài)。

　　處于仲裁狀態(tài)的標簽每接收到一條Query Rep命令，它們的時隙計數(shù)器減一次，當時隙計數(shù)器減到0000h時，標簽轉(zhuǎn)變?yōu)閼馉顟B(tài)，響應讀卡器。當時隙計數(shù)器值為0000h，并且已經(jīng)應答，但沒 有得到確認時，標簽變?yōu)橹俨脿顟B(tài)，當接收到下一條QueryRep命令時，簽時隙計數(shù)器減一變?yōu)?FFFh，防止隨后應答，直到標簽接收到Query Adjust命令或者進入下一個識別周期。在2Q-1條QueryRep命令中，所有標簽至少應答一次。

　　當標簽時隙計數(shù)器同時達到0000h，并同時應答，會產(chǎn)生沖突;當標簽時隙計數(shù)器都不等于0000h,讀卡器接收不到響應。面對這兩種情況，讀卡器可能需要重新選定Q值，讀卡器根據(jù)的自適應Q算法如圖2所示。

    由自適應Q算法可知，當某一時隙出現(xiàn)沖突或者無響應的情況，Qfp的值會增大或減小，然后對Qfp四舍五入得到新的Q值。如果Q值發(fā)生變化，讀卡器發(fā)送 Query命令更新Q值，并使標簽重新選擇時隙計數(shù)器;否則繼續(xù)發(fā)送QueryRep命令，讓所有標簽時隙計數(shù)器減一。自適應Q算法通過根據(jù)標簽沖突以及 無響應情況動態(tài)地改變Q值，從而改變時隙數(shù)，實現(xiàn)自適應防沖突。

    存在的問題及解決方案

    快速運動標簽群通過讀卡器射頻區(qū)域，該種情況必須注意的是，讀卡器范圍內(nèi)的標簽是動態(tài)變化的，隨時都有新標簽加入讀卡器的識別范圍，從而影響系統(tǒng)的 防沖突處理。通過對ISO180006 Type C防沖突算法過程的研究，發(fā)現(xiàn)該算法在面對快速標簽群時并未做有效的處理。

　　根據(jù)算法的工作過程，當讀卡器開始標簽的識別工作，首先發(fā)送Query命令開啟一個清點周期，高速運動標簽群進入讀卡器識別范圍，上電進入休眠 狀態(tài)。讀卡器在識別范圍內(nèi)選擇部分標簽進入清點周期，部分標簽沒有被選擇而保持休眠狀態(tài)，等待下一個清點周期的到來。當上一個清點周期結束，讀卡器會發(fā)送 Query命令開啟新的清點周期，這時候讀卡器識別范圍內(nèi)會有新加入的標簽，讀卡器會從所有標簽中再次隨機選擇部分標簽進入清點周期。新標簽的加入導致部 分標簽可能始終無法進入清點周期，無法被識別到，然后離開讀卡器識別范圍。

　　另外一種情況是，標簽進入清點周期后，在標簽應答發(fā)生沖突或者未收到回復的情況下，時隙計數(shù)器由0000H減1變?yōu)镕FFFH，避免隨后應答。 這時候會有兩種情況：一種是由于碰撞或者無響應的情況導致Q值發(fā)生變化，這時允許所有標簽重新隨機選擇一個值放入時隙計數(shù)器，在清點周期內(nèi)獲得再一次被識 別的機會;如果沖突以及無響應現(xiàn)象沒有導致Q值發(fā)生變化，那么在本輪清點周期結束后，它會同新進標簽一起爭取下一次進入清點周期的機會，所以會有幾率無法 進入清點周期，直到離開讀卡器的識別范圍。

　　假設運動標簽群的運動速度為v,標簽在讀卡器識別范圍內(nèi)運動距離為d,那標簽在識別范圍內(nèi)的時間t=v/d。假設讀卡器進行一輪標簽讀取的時間為T，而標簽被識別所需的周期為n(n為正整數(shù))，那么當n·Tv/d，則會出現(xiàn)標簽不被識別的情況。

　　以上兩種情況的發(fā)生都可能會導致標簽群中部分標簽一段時間不被識別，通過讀卡器的識別范圍，從而造成系統(tǒng)的不可靠，出現(xiàn)漏讀。

　　3.2 解決方案

　　針對快速運動標簽群的識別，主要問題是新標簽與舊標簽爭搶進入清點周期的機會，而舊標簽在讀卡器識別范圍的時間有限。面對這種情況，解決問題切 入點是讓舊標簽比新標簽擁有更多的機會進入清點周期，或者直接不允許新標簽與舊標簽競爭，而是等待舊標簽完成識別才開始新標簽的識別工作。擬采用兩種方法 解決該問題。

　　第一種是基于標簽到場時間的解決方案。標簽進入射頻范圍內(nèi)上電，標簽內(nèi)到場計時器開始計時，計時值為t，讀卡器選定一個適當?shù)挠嫊r值T，發(fā)送Query命令開始清點周期的同時發(fā)送T，標簽把自己的計時值與讀卡器所要求的T大小作比較：如果t

　　第二種是基于標簽到場點名的辦法。當某一時刻系統(tǒng)啟動，讀卡器開始發(fā)送Query命令進入清點周期之前發(fā)送點名命令，讓識別范圍內(nèi)的標簽由休眠 狀態(tài)進入到場狀態(tài)。之后只選擇到場狀態(tài)的標簽進入清點周期，待所有到場標簽完成識別再進行新一輪點名。這種方案可以完全解決新舊標簽的競爭問題。