基于二進制防碰撞算法的RFID定位系統(tǒng)的設計

2 多標簽的防碰撞算法
要實現(xiàn)多目標識別，必然要解決下述問題：在一個讀寫器的范圍內有多個電子標簽時，由于所有電子標簽都采用同一工作頻率，故當多個電子標簽同時傳輸數(shù)據(jù)就會產(chǎn)生數(shù)據(jù)沖突，使各電子標簽之間的傳輸相互干擾，進而導致信息的丟失，這就是通常所說的碰撞問題。在電子標簽和讀寫器的通信過程中一般會有3種形式的碰撞：標簽碰撞、讀寫器干擾、標簽干擾。本文主要研究標簽碰撞。
二進制搜索法又名二叉樹搜索法，所有用二進制唯一標簽的電子標簽的ID號可以看成一棵完全二叉樹。在讀寫器作用范圍內，同步向讀寫器發(fā)送信號的標簽ID號也構成一棵二叉樹。讀寫器根據(jù)信號碰撞的情況反復對完全二叉樹的分枝進行篩選，最終找出這棵二叉樹。在尋找的過程當中逐一確定作用區(qū)域內響應的標簽，同時也完成了它們與讀寫器之間的信息交換。
接下來將通過一個實例對二進制搜索算法具體實現(xiàn)過程進行詳細的說明。采用ID為8位的4個標簽，其ID分別為10110010、10100011、101 10011、11100011。
二進制搜索步驟如下：
①讀寫器設置篩選條件ID11111111，向標簽發(fā)送請求。
②閱讀區(qū)內的所有標簽均符合篩選條件，響應讀寫器的請求，發(fā)送各自的ID。
③讀寫器檢測到第2、4、8位發(fā)生碰撞，即1X1X001X讀寫器將碰撞的最高位置0，其余低位置1，重新設定篩選
條件ID10111111，向標簽發(fā)送請求。
④標簽10110010、10100011、10110011響應讀寫器請求，發(fā)送各自的ID。
⑤讀寫器檢測到第4、8位發(fā)生碰撞(即101X001X)，讀寫器將碰撞最高位置0，其余低位置1，重新設定篩選條件為ID10101111，向標簽發(fā)送請求。
⑥標簽10101111響應讀寫器的請求，發(fā)送ID號。
⑦讀寫器檢測到?jīng)]有碰撞發(fā)生，成功識別出標簽10100011，然后使標簽10100011處于休眠狀態(tài)，完成對標簽的讀寫。
⑧瀆寫器重新設定篩選條件為ID11111111，重復識別過程，直至所有標簽識別出來。
二進制搜索算法的識別示意圖如圖4所示。

3 定位算法
LANDMARC定位算法是一種經(jīng)典的基于有源RFID的室內定位算法，設計的思想是采用額外的固定參考標簽(或稱為輔助標簽)，這些參考標簽在該定位系統(tǒng)中作為參考點使用，通過參考點的信號強度值與待定位標簽的信號強度值之間的比較，計算出待定位標簽的坐標。由于讀寫器獲得到的相鄰標簽的RSSI也是相近的，所以LANDMARC算法通過比較閱讀器接收到的待定位標簽與參考標簽強度值的大小來求得離待定標簽距離的幾個參考標簽，然后根據(jù)這幾個最相鄰參考標簽的坐標，并結合它們的權重，用經(jīng)驗公式計算出待定位標簽的坐標。LANDMARC方法具有較高的定位精度，可擴展性好，能處理比較復雜的環(huán)境，是一種經(jīng)常使用的定位方法。
LANDMARC定位算法具有3個特點：
◆采用多個低廉的標簽代替昂貴的讀寫器，節(jié)省了開支；
◆可以較好地適應環(huán)境所引起的動態(tài)因素；
◆定位信息與其他定位技術比較，更加精確、可靠。
LANDMARC定位算法支持移動和動態(tài)的屬性，可以更好地完成一些接近實時傳感的工作。當然，輔助標簽和閱讀器擺放的位置對定位的精度有一定的影響。
LANDMARC定位算法采用了一種稱為“最鄰近距離”的思想。理論上，當某個待定位標簽與參考標簽的距離相臨近，那么它們在同一個RF ID閱讀器中所獲得的信號強度值應該也是相臨近的，基于這種思想以及在實驗中得到的一些經(jīng)驗公式，可以求解出待定位標簽的坐標位置。
無線信號的接收信號強度和信號傳輸距離的關系可以用式(1)來表示，其中RSSI是接收信號強度，d是收發(fā)節(jié)點之間的距離，n是信號傳播因子，EAF是環(huán)境因子(即實際實驗環(huán)境對理論實驗結果的影響因數(shù))，射頻參數(shù)A定義為距讀寫器1 m時接收到信號平均能量的絕對值。
RSSI=-(A+10nlgd)-EAF (1)
可以看出，常數(shù)A和n的值決定了接收信號強度和信號傳輸距離的關系。射頻參數(shù)A和n用于描述網(wǎng)絡操作環(huán)境。射頻參數(shù)A被定義為dBm表示距發(fā)射機1 m時接收到信號平均能量的絕對值，如平均接收能量是-20 dBm，那么參數(shù)A就被定義為20。射頻參數(shù)n指出了信號能量隨著收發(fā)器距離增加而衰減的速率，其數(shù)值的大小取決于無線信號傳播的環(huán)境。通過大量的驗證，在開曠的操場上得到了環(huán)境因子EAF的大概值為13.6 dBm，A取46dBm，n取3．5 dBm。