主动式超高频RFID系统设计

用来收集所有场内应答器的ID，或向所有场内应答器进行同一个操作。而点对点消息是针对某一个应答器进行读存储器、写存储器等操作。读写器发送广播命令后，如何分配各个应答器对信道的占用是一个十分重要的问题，第3 部分将对这个问题进行讨论。

3、系统防碰撞算法设计与实现

当两个或两个应答器同时对读写器的命令做出响应时会彼此产生干扰，使读写器无法正确接收，这种现象为"碰撞"。为了提高系统的可靠性和效率，必须尽量避免应答器碰撞的发生。系统采用基于时隙的ALOHA 算法作为系统的防碰撞算法。

时隙ALOHA 算法的基本步骤为：每次应答器响应循环的时间被分为N 个时隙，应答器随机选择时隙应答，当不同的应答器选择同一个时隙进行应答时，则发生了碰撞，碰撞的应答器与读写器通信失败，应答器在下一个通信循环中重新与读写器建立通信。

3.1、时隙ALOHA算法分析

1)、最佳时隙数

一个时隙内应答的应答器数目服从二项分布，对于给定的时隙数N 和场内应答器数n，对于选定的某一时隙，读写器能正确接收应答器应答的概率为

2)、场内应答器数估计

在实际应用中，场内应答器数目是未知的，因此必须对场内应答器数进行估计。图中可以看出每个时隙可能有三种状态：空时隙、正常通信时隙和碰撞时隙。可以根据式(5)对应答器数进行估计[4]。

3.2、防碰撞算法的实现

考虑到实际应用场景以及读写器的复杂程度，防碰撞算法的执行过程为：

1)、读写器发送命令，命令内容包含时隙数，初始时隙数可根据具体应用场景由上位机设置。
2)、应答器接收到命令后，随机选择总时隙数内的一个时隙应答；读写器接收应答器应答信息并根据此次循环内的三种时隙个数按照公式(5)估计出场内未读应答器个数，如果场内没有未读应答器则读写过程结束，否则进入第3 步。
3)、读写器发送命令，选择第2 步估计的应答器数作为下次循环的时隙数，继续执行第2 步。

4、系统性能

4.1、应答器工作时间

由于应答器靠电池供电，因此应答器的工作时间是系统重要指标。MSP430 和CC1100 在不工作时刻已处于休眠状态，从而达到低功耗的目的。表1(a)和(b)分别说明了MSP430 和CC1100 在不同状态下的耗电量。假设应答器有1%的时间处于场内应答，则可以计算，应答器工作时间为2 年，满足应用要求。

4.2、多应答器读取

按照第3 部分中的防碰撞算法，对系统进行测试。结果如表1(c)所示，可见系统能够有效的对多个应答器进行识别。

5、结论

本文介绍了一种主动式超高频射频识别系统的设计和实现。本系统具有低功耗、超长的应答器的工作时间，在多应答器环境下具有很高的读取率。由于系统在软硬件设计上都很灵活，因此，可以针对不同的应用对系统协议进行升级。本系统已经在矿井定位考勤系统中得到验证。

本文作者创新点:设计了一种基于RFID 的、具有载波唤醒功能的主动式射频识别系统；将动态时隙数的时隙ALOHA 防碰撞算法应用于此系统中；对系统的功耗和应答器的读写性能分别进行了理论评估和实验测试。