RFID读写器抗冲突研究

果发生了冲突，读写器选择一个新的时隙(颜色)，并且发送一个kick(较小的控制包)给它所有邻近的读写器，告诉它们它选择了一个新的时隙(颜色)。如果邻近的读写器有同样的时隙(颜色)，它重新选择一个新的时隙(颜色)并发送一个kick。这样一直继续下去。这种转换和驻留的动作就被称为kick。每一个读写器跟踪当前的时隙是什么颜色。Colorwave算法要求在读写器之间时间同步，同时假定读写器能够检测到 RFID系统中的冲突。然而，仅仅用一个读写器检测在标签处发生的冲突是不可行的，除非标签也参加冲突检测，并且读写器移动将会重新分配时隙，重新分配的时隙传播整个网络，将会导致整个系统的无效。

　　2.4.3 ETSl EN 208标准：ETSI EN 208是一个为RFID读写器开发的标准，它基于CSMA协议的"先听再说"。读写器首先在一特定的小时间段里侦听数据通道里任何正在进行的通信。如果在那段时间里，数据通道空闲，它将阅读标签；如果通道忙，它随机选择一段退避时间。然而，正如前面所讲，读写器仅仅依靠载波侦听不能检测到冲突。

　　 2.4.4 Q学习算法：Q学习算法提出了一种HiQ、多层、在线的学习算法。该算法通过学习读写器的冲突模式和有效地分配频率给读写器，动态地解决 RFID系统中读写器的冲突问题。Q学习算法多层结构如图4所示。读写器发送冲突消息给读写器级服务器层(R-Server)。然后单个的R- server然后分配资源给它的读写器，这样的方式可使它们之间的相互通信不出现干扰。R-Server通过Q学习服务器(Q-server)被分配到频率和时隙。根Q-server具有所有频率和时隙资源的全部知识，并且能分配它们。Qserver不像R-Server一样，没有单个读写器问约束关系，这种关系通过该层下面的服务器之问的相互作用来推断。

图４　Q学习算法多层结构
这种方法如果应用在RFID系统中，将存在下面的问题：
①协议保持多层结构需要额外的管理开销。
②对于移动的读写器来说，网络拓扑结构不确定的变化将会改变Q学习算法的多级结构。这就需要重新分配时隙，将花去更多的时间并使系统无效。
③Q学习假定读写器的冲突检测不在读写器相互的侦听范围内。然而，并不是所有的冲突都能检测到，这将导致协议的不正确操作。
④使用时隙需要所有的读写器同步，这种同步将是整个系统的额外开销。
综上所述，这些读写器抗冲突方法不适合具有移动读写器的RFID网络系统。因此，必须寻求一种具有实际意义且有效的适合各种情况的RFID系统。

　　3 一种减少读写器冲突的新算法

　　3．1 新算法的提出

　　在设计读写器抗冲突协议时，要考虑的一个重要因素就是射频标签是被动式的，因此不能参与抗冲突；同时任何增加给标签的新功能都将增加标签的成本。因此希望寻求一种标签不参与的抗冲突协议。

　　RFTD网络存在隐藏节点问题，如图5所示。R1和R2不在相互的侦听范围内，但是在T处从读写器R2发射的信号与从读写器R1发射的信号发生干扰。在这种情形下，R1和R2间需要一个通知机制。这样，当Rl和T正在通信，R2被通知R1的通信，因此R2可以延迟与射频标签的通信。我们把这种通过广播形式发送的消息称为"信标"。当一个读写器正在与射频标签通信时，它将周期性地在一个独立的控制通道里发送信标。

图５　新算法控制通道范围
控制通道的通信范围，指任何两个读写器在相互的数据通道(该通道用来阅读标签)干扰，能够在控制通道通信。图5中尽管读写器R1和R2相互在数据通道干扰，但它们将在控制通道通信。这是通过在控制通道比数据通道发射更高的功率达到的。控制通道是RFID频谱中除那些用作读写器与标签间通信的频谱外的子频带。因此，在控制通道上的传播不影响任何在数据通道上正在进行的通信。数据通道被用作读写器与标签之间的通信，而控制通道被用作读写器与读写器之间的通信。假定读写器能够同时接收控制通道和数据通道上的信号。

　　3.2 新算法信标的帧格式

　　新算法只为读写器设计，因为射频标签不参与抗冲突活动。信标的帧格式如下：

　　①帧类型，指示该数据包是信标数据。它可以分割成帧类型和序列号，序列号指明将被发送的信标的数量。
②源地址，包括发射信标的读写器的地址。在该结构中信标没有目标地址，因为信标是在控制通道广播发送。
③CRC检验，用来检测错误和校正，是数据包循环冗余检验部分。

3．3 新算法的工作流程和步骤

图6为该算法的工作流程图，主要包括下列步骤：

图６　新算法流程图
①读写器在与射频标签通信前，必须在等待状态至少等待tmin时长。该时长等于3倍的信标间隔时间。时长tmin类似于802．11算法DIFS时间。在该状态，读写器每接收到一个信标，它重新复位等待时长为tmin。