RFID應(yīng)用中的防碰撞技術(shù)
通常,RFID系統(tǒng)存在兩種類型的碰撞問題:一種叫做多個(gè)標(biāo)簽同時(shí)與同一讀寫器進(jìn)行通信時(shí)發(fā)生碰撞,另一種稱為多讀寫器碰撞問題,也就是相鄰的rfid讀寫器在信號重疊區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生干擾,造成閱讀范圍縮小,甚至無法閱讀標(biāo)簽。當(dāng)相鄰讀寫器的作用范圍重疊時(shí),多個(gè)讀寫器同時(shí)讀取相同的標(biāo)簽可能會造成多個(gè)讀寫器和標(biāo)簽之間的干擾。如圖,標(biāo)簽同時(shí)收到多個(gè)讀寫器的信號。在這種情況下,標(biāo)簽不能正確解析讀寫器發(fā)送的查詢信號。
讀寫器自身有能量供應(yīng),能夠進(jìn)行較高復(fù)雜度的計(jì)算,所以讀寫器能夠檢測到碰撞的產(chǎn)生,并能夠通過與其他讀寫器之間的交流互通來解決讀寫器的碰撞問題,如讀寫器調(diào)度算法和功率控制算法都能比較容易地解決讀寫器碰撞問題,因此,一般討論防碰撞都是針對多標(biāo)簽的碰撞而言的。
多標(biāo)簽碰撞是指讀寫器同時(shí)收到多個(gè)標(biāo)簽的信號而導(dǎo)致無法正確讀取標(biāo)簽信息的問題。讀寫器發(fā)出識別命令后,各個(gè)標(biāo)簽都會在某一時(shí)間做出應(yīng)答。在標(biāo)簽應(yīng)答過程中會出現(xiàn)兩個(gè)或者多個(gè)標(biāo)簽同一時(shí)刻應(yīng)答,或一個(gè)標(biāo)簽還沒有完成應(yīng)答時(shí)其他標(biāo)簽就做出應(yīng)答的情況。這會使得標(biāo)簽之間的信號互相干擾,降低讀寫器接收信號的信噪比,從而造成標(biāo)簽無法被正常讀取。如圖所示為標(biāo)簽碰撞示意圖,讀寫器作用范圍內(nèi)的多個(gè)標(biāo)簽同時(shí)向讀寫器發(fā)送數(shù)據(jù),從而導(dǎo)致讀寫器無法正確識別這些標(biāo)簽。
無線通信技術(shù)中,解決防碰撞的方法主要包括空分多路法(SDMA)、頻分多路法(FDMA)、碼分多路法(CDMA)和時(shí)分多路法(TDMA)。根據(jù) RFID系統(tǒng)的特點(diǎn),在已有防碰撞方法的基礎(chǔ)上,可以設(shè)計(jì)相應(yīng)的防碰撞算法。
1)空分多路法
空分多路法(Space Division Multiple Access,SDMA)是在分離的空間范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)多個(gè)目標(biāo)識別。其實(shí)現(xiàn)的方法有兩種:一種方法是將讀寫器和天線之間的作用距離按空間區(qū)域進(jìn)行劃分,把大量的讀寫器和天線安置在一個(gè)天線陣列中。當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入這個(gè)天線陣列的覆蓋范圍后,與其距離最近的讀寫器對該標(biāo)簽進(jìn)行識別。由于每個(gè)天線的覆蓋范圍較小,相鄰的讀寫器識別范圍內(nèi)的標(biāo)簽同樣可以進(jìn)行識別而不受相鄰讀寫器的干擾,如果多個(gè)標(biāo)簽根據(jù)在天線陣列中的空間位置的不同,可以同時(shí)被識別。另外一種方法是,讀寫器利用一個(gè)相控陣天線,通過讓天線的方向性圖對準(zhǔn)單獨(dú)的標(biāo)簽,這樣標(biāo)簽根據(jù)其在讀寫器作用范圍內(nèi)的角度位置的不同而區(qū)別開來??辗侄嗦贩ǖ娜秉c(diǎn)是需要使用復(fù)雜的天線系統(tǒng),會大幅度提高RFID設(shè)備的成本。
2)頻分多路法
頻分多路法(Frequency Division Multiple Access,F(xiàn)DMA)是把若干個(gè)使用不同載波頻率的調(diào)制信號在同時(shí)供通信用戶使用的信道上進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)。通常情況下,RFID系統(tǒng)的前向鏈路(從讀寫器到標(biāo)簽)頻率是固定的,用于能量的供應(yīng)和數(shù)據(jù)的傳輸。對于反向鏈路(從標(biāo)簽到讀寫器),不同的標(biāo)簽采用不同頻率的載波對數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制,這些信號之間不會產(chǎn)生干擾,讀寫器對接收到的不同頻率的信號進(jìn)行分離,從而實(shí)現(xiàn)對不同標(biāo)簽的識別。頻分多路法的缺點(diǎn)是導(dǎo)致讀寫器和標(biāo)簽的成本要求較高。因此在實(shí)際 RFID系統(tǒng)的應(yīng)用中,頻分多路法也很少使用。
3)碼分多路法
碼分多路法(Code Division Multiple Access,CDMA)是在擴(kuò)頻通信技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種無線通信技術(shù)。擴(kuò)頻技術(shù)包含擴(kuò)頻(Spread Spectrum)與多址(Multiple Access)兩個(gè)基本的概念。擴(kuò)頻的目的是擴(kuò)展信息帶寬,即把需要發(fā)送的具有一定信號帶寬的信息數(shù)據(jù), 用一個(gè)帶寬遠(yuǎn)大于其信號帶寬的偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制,這樣使原來的信息數(shù)據(jù)的帶寬被擴(kuò)展,最后通過載波調(diào)制發(fā)送出去。解擴(kuò)是指在接收端采用完全一致的偽隨機(jī)碼,與接收到的寬帶信號作相關(guān)處理,把寬帶信號轉(zhuǎn)換成原來的信息數(shù)據(jù)。多址是給每個(gè)用戶分配一個(gè)地址碼,各個(gè)碼型互不重疊。碼分多路法具有抗干擾性好,保密安全性高,信道利用率高等優(yōu)點(diǎn)。但是該技術(shù)也存在諸多缺點(diǎn),如頻帶利用率低、信道容量小,偽隨機(jī)碼的產(chǎn)生和選擇較難,接收時(shí)地址碼捕獲時(shí)間長等,所以該方法很難應(yīng)用于實(shí)際的RFID系統(tǒng)中。
4)時(shí)分多路法
時(shí)分多路法(Time Division Multiple Access,TDMA)是把整個(gè)可供使用的通路容量按時(shí)間分配給多個(gè)用戶的技術(shù)。時(shí)分多路復(fù)用是按傳輸信號的時(shí)間進(jìn)行分割的,它使不同的信號在不同的時(shí)間內(nèi)傳輸,將整個(gè)傳輸時(shí)間分為許多時(shí)間間隔,每個(gè)時(shí)間片被一路信號占用。TDMA 就是通過在時(shí)間上交叉發(fā)送每一路信號的一部分來實(shí)現(xiàn)一條電路傳輸多路信號的。電路上的每一短暫時(shí)刻只有一路信號存在。因?yàn)閿?shù)字信號是有限個(gè)離散值,所以時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)廣泛應(yīng)用于包括計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的數(shù)字通信系統(tǒng)。目前RFID系統(tǒng)的標(biāo)簽防碰撞算法大多采用時(shí)分多路法。