一種減少讀寫器沖突的新算法研究

　　1 讀寫器的干擾

　　讀寫器的沖突是指由一個讀寫器檢測到，并且由另一個讀寫器所引起的干擾。它主要有三種表現(xiàn)形式。

　　(1)讀寫器與讀寫器之問的干擾：當一個讀寫器發(fā)射較強的信號與一射頻標簽反射回的微弱信號相干擾時，就引起了讀寫器與讀寫器之間的干擾，其示意圖如圖 1所示。讀寫器R1位于讀寫器R2干擾區(qū)。從射頻標簽Tl反射回的信號到達讀寫器R1，很容易被讀寫器R2發(fā)射的信號干擾。這種干擾即使兩個讀寫器閱讀范圍沒有重疊也有可能產生。

　　(2)多讀寫器到標簽問的干擾：當多個讀寫器同時閱讀同一個標簽時引起了多讀寫器到標簽間的干擾，如圖2 所示，兩個讀寫器閱讀范圍重疊。從讀寫器Rl和R2發(fā)射的信號可能在射頻標簽Tl處產生干擾。在這種情況下，標簽T1不能解密任何查詢信號并且讀寫器R1 和R2都不能閱讀T1。因為讀寫器沖突，讀寫器Rl能閱讀標簽T2和T3，但是不能閱讀標簽Tl，因此，讀寫器R1指示兩個射頻標簽存在而不是3個。

　　圖1　讀寫器到讀寫器間的干擾

　　圖2　讀寫器到標簽間的干擾

　　(3)讀寫器沖突使載波偵聽無效：另外一種讀寫器沖突的情況如圖3所示。兩個讀寫器閱讀范圍沒有重疊，但讀寫器R2發(fā)射的信號與讀寫器R1發(fā)射的信號在標簽T處干擾。這種情況同時發(fā)生在兩個讀寫器不在相互偵聽范圍內時，使射頻識別網(wǎng)絡中載波偵聽無效。

　　圖3　讀寫器沖突使載波偵聽無效

　　除了誤操作，讀寫器沖突同時使射頻識別系統(tǒng)總的閱讀速率減慢，而且這些問題在移動或手持式讀寫器中更加嚴重。因此，減少讀寫器沖突是必須的。

　　2 相關工作和研究

　　2.1 讀寫器沖突的主要特點

　　讀寫器沖突主要有下列特點：

　?、匐[藏節(jié)點問題是讀寫器沖突問題的一個方面。兩個讀寫器不在相互偵聽范圍內而在標簽處干擾時，使射頻識別網(wǎng)絡中正常的載波偵聽無法工作。

　　②當多個讀寫器詢問/發(fā)射的信號在某射頻標簽處沖突時，該點的信號會變得非常雜亂并且射頻標簽不能再接收任何讀寫器詢問/發(fā)射的信號。

　　③所研究的射頻標簽是被動式標簽，因此標簽本身既不能調整也不能主動與讀寫器通信以避免沖突。射頻標簽是在被讀寫器詢問信號激活后才能通信。

　　2.2 相關的多址機制

　　常用的多址機制不能直接應用在射頻識別系統(tǒng)中，因為：

　?、貴DMA。FDMA方式中，讀寫器使用不同的頻率和射頻標簽通信。由于射頻標簽沒有頻率調諧電路，因此射頻標簽不能選擇一個特定的讀寫器與其通信。如果射頻標簽增設頻率調諧電路功能，將大大增加射頻標簽的成本，因此FDMA不適合應用在射頻識別系統(tǒng)中。

　?、赥DMA。TDMA方式中，讀寫器被分配不同的時隙，以避免讀寫器同時詢問/發(fā)送射頻信號。這類似于圖論中的圖形著色問題，是一個NP-hard問題。在移動式網(wǎng)絡中，沒有干擾的讀寫器因為移動靠近而出現(xiàn)干擾，需要重新分配時隙。動態(tài)的分配時隙減小了RFID系統(tǒng)閱讀速率。

　?、跜SMA。RFID網(wǎng)絡，像其他的無線網(wǎng)絡一樣，存在隱藏節(jié)點問題。讀寫器不在互相偵聽范圍內在標簽處發(fā)生干擾，因此僅僅依靠載波偵聽無法避免RFID網(wǎng)絡中的沖突問題。

　?、蹸DMA。CDMA需要在射頻標簽上增設額外的電路，大大增加了標簽的成本，并且分配碼給所有網(wǎng)絡中的標簽是一件非常復雜的工作。因此CDMA不是一種成本低且有效的方案。

　　2.3 相關的抗沖突機制

　　常見的抗沖突協(xié)議，如RTS-CTS，不能直接應用在RFID系統(tǒng)中，因為：

　?、賯鹘y(tǒng)的無線網(wǎng)絡，只有一個節(jié)點回發(fā)CTS信號給發(fā)送者。然而在RFID系統(tǒng)中，如果讀寫器廣播發(fā)送一RTS信號，所有在讀寫器閱讀范圍內的標簽都得回發(fā)CTS信號給發(fā)送者讀寫器。這需要給這些CTS信號設計另外的抗沖突機制，將使這種協(xié)議更加復雜。

　?、谟锌赡芤驗闆_突，一些標簽(如T1)沒有接收到RTS信號而另外一些標簽(如T2)接收到了RTS信號。在這種情況下，從T2回發(fā)的CTS信號不能確定在讀寫器的閱讀范圍內沒有沖突。如何確定讀寫器接收了在其閱讀范圍內的所有標簽的CTS信號，對于讀寫器是否存在沖突是非常重要的。

　　2.4 相關的讀寫器抗沖突方法