基于二進(jìn)制防碰撞算法的RFID定位系統的設計

2 多標簽的防碰撞算法
要實(shí)現多目標識別，必然要解決下述問(wèn)題：在一個(gè)讀寫(xiě)器的范圍內有多個(gè)電子標簽時(shí)，由于所有電子標簽都采用同一工作頻率，故當多個(gè)電子標簽同時(shí)傳輸數據就會(huì )產(chǎn)生數據沖突，使各電子標簽之間的傳輸相互干擾，進(jìn)而導致信息的丟失，這就是通常所說(shuō)的碰撞問(wèn)題。在電子標簽和讀寫(xiě)器的通信過(guò)程中一般會(huì )有3種形式的碰撞：標簽碰撞、讀寫(xiě)器干擾、標簽干擾。本文主要研究標簽碰撞。
二進(jìn)制搜索法又名二叉樹(shù)搜索法，所有用二進(jìn)制唯一標簽的電子標簽的ID號可以看成一棵完全二叉樹(shù)。在讀寫(xiě)器作用范圍內，同步向讀寫(xiě)器發(fā)送信號的標簽ID號也構成一棵二叉樹(shù)。讀寫(xiě)器根據信號碰撞的情況反復對完全二叉樹(shù)的分枝進(jìn)行篩選，最終找出這棵二叉樹(shù)。在尋找的過(guò)程當中逐一確定作用區域內響應的標簽，同時(shí)也完成了它們與讀寫(xiě)器之間的信息交換。
接下來(lái)將通過(guò)一個(gè)實(shí)例對二進(jìn)制搜索算法具體實(shí)現過(guò)程進(jìn)行詳細的說(shuō)明。采用ID為8位的4個(gè)標簽，其ID分別為10110010、10100011、101 10011、11100011。
二進(jìn)制搜索步驟如下：
①讀寫(xiě)器設置篩選條件ID11111111，向標簽發(fā)送請求。
②閱讀區內的所有標簽均符合篩選條件，響應讀寫(xiě)器的請求，發(fā)送各自的ID。
③讀寫(xiě)器檢測到第2、4、8位發(fā)生碰撞，即1X1X001X讀寫(xiě)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(xiě)器請求，發(fā)送各自的ID。
⑤讀寫(xiě)器檢測到第4、8位發(fā)生碰撞(即101X001X)，讀寫(xiě)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(xiě)器的請求，發(fā)送ID號。
⑦讀寫(xiě)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(xiě)。
⑧瀆寫(xiě)器重新設定篩選條件為ID11111111，重復識別過(guò)程，直至所有標簽識別出來(lái)。
二進(jìn)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(chēng)為輔助標簽)，這些參考標簽在該定位系統中作為參考點(diǎn)使用，通過(guò)參考點(diǎn)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(xiě)器獲得到的相鄰標簽的RSSI也是相近的，所以L(fǎng)ANDMARC算法通過(guò)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(lái)求得離待定標簽距離的幾個(gè)參考標簽，然后根據這幾個(gè)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(gè)特點(diǎn)：
◆采用多個(gè)低廉的標簽代替昂貴的讀寫(xiě)器，節省了開(kāi)支；
◆可以較好地適應環(huán)境所引起的動(dòng)態(tài)因素；
◆定位信息與其他定位技術(shù)比較，更加精確、可靠。
LANDMARC定位算法支持移動(dòng)和動(dòng)態(tài)的屬性，可以更好地完成一些接近實(shí)時(shí)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(chēng)為“最鄰近距離”的思想。理論上，當某個(gè)待定位標簽與參考標簽的距離相臨近，那么它們在同一個(gè)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(shí)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(wú)線(xiàn)信號的接收信號強度和信號傳輸距離的關(guān)系可以用式(1)來(lái)表示，其中RSSI是接收信號強度，d是收發(fā)節點(diǎn)之間的距離，n是信號傳播因子，EAF是環(huán)境因子(即實(shí)際實(shí)驗環(huán)境對理論實(shí)驗結果的影響因數)，射頻參數A定義為距讀寫(xiě)器1 m時(shí)接收到信號平均能量的絕對值。
RSSI=-(A+10nlgd)-EAF (1)
可以看出，常數A和n的值決定了接收信號強度和信號傳輸距離的關(guān)系。射頻參數A和n用于描述網(wǎng)絡(luò )操作環(huán)境。射頻參數A被定義為dBm表示距發(fā)射機1 m時(shí)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A就被定義為20。射頻參數n指出了信號能量隨著(zhù)收發(fā)器距離增加而衰減的速率，其數值的大小取決于無(wú)線(xiàn)信號傳播的環(huán)境。通過(guò)大量的驗證，在開(kāi)曠的操場(chǎng)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。