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基于自适应修剪查询树的RFID多标签防碰撞算法研究

基于自适应修剪查询树的RFID多标签防碰撞算法研究

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作者：初明吉林大学

学位级别：硕士

终端设备数量迅猛增长,多样化数据层出不穷,如何实现物与物、物与人之间的泛在连接,是当今各国步入“万物感知”时代的先导问题。RFID(Radio Frequency Identification,RFID)作为物联网(Internet of Things,IoT)感知层中核心技术之一,... 详细信息

终端设备数量迅猛增长,多样化数据层出不穷,如何实现物与物、物与人之间的泛在连接,是当今各国步入“万物感知”时代的先导问题。RFID(Radio Frequency Identification,RFID)作为物联网(Internet of Things,IoT)感知层中核心技术之一,是一种无线通信技术。通过无线射频信号使附着于物体内部或表面的标签与阅读器进行有效地“沟通”,利用互联网控制、存储、跟踪、管理相关数据的采集与处理,从而实现有效地信息交互与识别。未来物联网中必定存在海量标签,如何在最短时间内高精准、高速率识别各个标签是物联网技术得以飞速发展的重大挑战。在对RFID标签进行识别的过程中,标签和阅读器共享相同信道,多个标签同时响应,将会产生碰撞,从而造成严重的识别延迟。因此,制定有效的防碰撞策略,对提升RFID系统性能具有重要意义。对此,本文以提高系统识别效率、完全避免空闲时隙的产生为出发点,创新性地提出两种新型基于自适应修剪查询树的RFID多标签防碰撞算法,根据标签每次响应过程中阅读器经解码得到的碰撞前缀的特征,采用两种不同的双重分组机制,对标签进行精确分组,并产生有效的查询前缀。首先,提出一种基于四叉树的自适应位仲裁查询树防碰撞算法(Adaptive Bit Arbitration Query Tree Anti-collision Algorithm Based on 4-ary Tree,FBAQT),采用异或分组机制和自动识别机制产生精确的查询前缀,对标签进行准确分组,剔除全部空闲时隙。从总查询时隙数、吞吐率、通信复杂度、传输时延四个方面进行性能分析与仿真实验,结果表明,该算法较原有相关算法具有更加优异的性能,显著减少查询次数,使吞吐率更加稳定,维持在0.605左右。然后,提出一种基于八叉自适应修剪查询树的多标签防碰撞算法(Muilt-tag Anticollision Algorithm Based on 8-ary Adaptive Pruning Query Tree,EAPT),首次提出碰撞系数的概念,仅关注阅读器在每个查询时隙里经解码所获得的信息中以最高碰撞位为首的连续三个比特位。算法存在两种查询机制,依据比特位串中碰撞位的数量占该比特位串中比特位数的比值的大小来决定在下一步采用何种分组机制对标签进行精确分组。同样,通过对四个性能指标的理论分析与仿真实验,证明了该算法可以更加显著地减少查询总时隙数,完全避免空闲时隙的产生,吞吐率保持在0.625左右,可进一步提升系统性能。与此同时,在仿真实验中,通过改变标签数量以及标签ID长度,验证了所提算法不受该两种因素的制约,仍然具有良好的识别性能。通过性能分析与仿真实验对比,本文印证了在未来物联网应用环境中存在海量标签的情况下,所提两种防碰撞策略均可以保证优异的系统识别性能。

关键词： RFID 防碰撞自适应修剪多标签识别查询树

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