摘要射频识别（Radio Frequency Identify，RFID）技术是一种无线通信技术。

多目标识别是RFID技术的优点，同时也是一项富有挑战性的技术。

阅读器碰撞是RFID技术的关键性问题，它会影响RFID的读取速度。

本文主要介绍基于调度和基于有效范围的阅读器反碰撞算法，如LLCR，Colowave，Pulse等，并对它们做了总体比较与评价。

关键词: 射频识别；阅读器碰撞；基于调度；基于有效范围AbstractRFID is regarded as a wireless communication technology, which possesses many advantages. Multi-target identification is both the advantage and the challenge of RFID technology. Reader collision ,which affects the speed of RFID,is a key problem of RFID technology. The main part of the paper focuses on the scheduling-based and coverage-based reader anti-collision algorithms, such as LLCR, Colorwave, Pulse, etc. Meanwhile the overall comparison and estimation of the algorithms is given Keywords: RFID; Reader collision; Scheduling-based; Coverage-basedI第1章引言1.1课题研究背景无线射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术是一种从二十世纪90年代兴起的一种非接触的自动识别技术。

它的工作原理是利用射频信号和空间耦合传输特性进行非接触式双向通信，实现对被识别物体的自动识别并获取相关数据[1]。

RFID系统由射频读卡器，标签和软件系统组成。

随着物联网的兴起，RFID系统被广泛应用于物流，仓储等领域。

例如，射频读卡器被安装在手机中，通过3G网络或者WiFi网络提供服务。

用户可以通过查询贴在电影海报上的标签，从网上获得这部电影的相关信息，然后用户可以观看这部电影的预告片或者决定是否要购买电影票。

另外，通过读取贴在超市货架产品上的RFID 标签，消费者可以获得产品的重要信息，诸如产地，使用方法，有效期等。

作为又快又准的信息采集与处理技术，RFID技术被世界公认为21世纪十大重要技术之一，它是继移动通讯技术，互联网技术之后影响全球经济与人民生活的一项革命性技术[2]。

RFID系统有诸多的优点，如射频读卡器可以覆盖较大的范围，在这范围内获得多个标签的信息。

同时RFID的标签包含的信息容量要比传统的条形码多。

另外，它具有精度高，抗干扰能力强，使用寿命长，覆盖范围广，适应环境能力强等优点。

随着RFID技术的不断发展，在物流，交通，零售等领域将占有举足轻重的地位，具有广阔的应用前景。

近年来，国内外都非常重视RFID技术的研发与运用[3]。

自2003年，美国国防部与沃尔玛开始推动RFID应用以来，RFID取得了飞速的发展。

2007年到2009年，全球RFID市场进入了快速增长阶段，其年均增长率超过50%，在此之后保持着平稳的增长态势[4]。

在欧美等发达国家，RFID技术的研究与应用已经达到相当高的水平，例如，日本索尼公司利用RFID技术，将RFID标签与闭路电视摄像头相互整合来检测库存，提高了安全性[5]；西班牙利用RFID精简了医药供应链；荷兰采用RFID标签来监控花的栽培过程。

相对于发达的欧美国家，我国国内的RFID技术的研究与应用还处于落后阶段。

但是在某些领域内已经有所应用，如交通，物流等领域。

随着RFID的深入研究及应用普及，我国的RFID将大规模的运用。

II1.2课题研究意义作为一种新兴的技术，RFID虽然有着诸多优点，但是还存在一些不足，例如：RFID系统的识别率不高，标准不统一，标准进程缓慢，成本偏高等。

现在，统一RFID技术的标准是当前的一个焦点问题。

因为存在标签碰撞和阅读器碰撞，标签识别率较低，这对于研究快速，准确，有效的防碰撞问题是一个非常有意义的课题。

RFID系统中的碰撞问题主要有两类。

第一种是标签碰撞，第二种是阅读器碰撞。

本文主要探讨阅读器碰撞以及针对它的防碰撞算法。

在RFID应用系统中，阅读器是读取标签中的信息并将其输入软件系统来获取该产品对应信息的工具。

由于功率的限制，每个阅读器的读写范围都是有限的，这个范围称作询问区，只有在询问区内，标签和阅读器才能进行通信。

当需要大面积部署阅读器时，多个阅读器之间的询问区域会产生重叠，这样就产生了同频干扰，此时阅读器之间会出现信息碰撞问题。

由阅读器的操作而引起的阅读器之间的相互干扰被称为阅读器碰撞。

在实际的应用中，由于阅读器网络的拓扑结构基本不变，所以可以通过给阅读器分配不同的频率或者时隙，碰撞问题将得到有效解决。

另外，为了获得最优解，我们可以利用遗传算法来解决，从而将阅读器的网络布局最优化。

1.3国内外研究现状1.3.1国内研究阅读器反碰撞现状Kim.J等人将RFID阅读器网络分成具有一定层次的阅读器簇结构[6]，根据一定的权值动态调整每一簇间询问半径，在保证区域内所有标签均被覆盖的前提下，减少阅读器簇间的询问重叠区域，从而最小化阅读器网络中的阅读器碰撞。

该方案在现实中难以实施，因为RFID应用环境非常复杂，阅读器簇间询问半径的动态调整策略难以确定。

Anusha S.和Iyer S.针对仓储应用中大量物品的识别和追踪问题，采用手持阅读器策略来一次对所有物品进行识别[7]。

在给定的应用环境和相应特性阅读器的情况下，该系统能自动生成关于所有阅读器数量，方位安排和移动式等布局信息。

但是该方案在阅读器询问区一旦出现混淆情形下，就会失效。

R.E.Bellamn和S.E.Dreyfus提出了Q-Learning算法，III该算法是在一个分等级的在线学习算法[8]，通过学习阅读器碰撞模型动态的解决RFID系统中阅读器碰撞问题。

其思想类似于无线传感器网络中的分簇算法。

这种方法如果应用在RFID系统中，将存在下面的问题：协议保持多层结构需要额外的开销。

对于移动的阅读器来说，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，讲话去更多时间并使系统无效。

1.3.2国外研究阅读器反碰撞现状田景贺，范玉顺等人针对密集阅读器环境下的RFID阅读器碰撞情况提出了一种阅读器碰撞问题的集中控制方法[9]。

该方法根据平面图着色理论，将密集阅读器网络的阅读器防碰撞问题等效为阅读器网路的时隙分配问题，并建立了解决阅读器碰撞问题的神经网络模型，并引入了模拟退火策略及混沌思想对阅读器防碰撞神经网络模型进行求解。

与现有的分布式防碰撞算法相比，该方法能够保证阅读器具有更多的标签时间和更高的标签扫描频度；徐雪慧，李玲远等人基于图着色算法提出一种改进的算法[10]，这种算法的主要思想是：阅读器采用两个通道，一个用于控制通道（阅读器之间通信），一个为数据通道（阅读器与标签之间通信），把阅读器和射频标签的信号传输分割开，这样碰撞只能在标签与标签之间或者阅读器与阅读器之间发生。

这种分割使阅读器和射频标签信号在不同的频道上传输，解决了阅读器间的干扰。

IV第2章RFID系统概述2.1RFID系统组成2.1.1RFID系统组成RFID系统由三部分组成[11]：阅读器（Reader），电子标签（Tag）和软件系统。

如图2-1为RFID系统的构成图。

图2-1 射频识别（RFID）系统基本组成标签即射频卡，每个电子标签都是有一个唯一可识别码，所以它可以用来代表它所附着的物体。

电子标签的存储单元在K bits量级，它的反复读写的次数在10000次以上。

RFID标签分为主动式（Active）和被动式（Passive）两种。

主动式标签中含有内置电池，可以主动向邻近的阅读器发送射频信号。

被动标签内不含电池，无法独立发射信号，它的工作与否主要靠是否接收到阅读器发出的电磁波信号，该类标签可以将电磁能量转化为提供它工作的能量。

它们之间的区别如表1所示。

V表 1 主动标签与被动标签性能比较阅读器用于读写电子标签的信息，主要任务是控制阅读器向标签发射信号或读取来自标签的信号，并对信号进行解码，而后送至软件系统进行处理。

软件系统由人对计算机进行控制来完成数据信息的存储及管理。

它通过网络与分散在各地的阅读器通信，实时获取阅读器捕获到的电子标签信息。

2.1.2RFID系统的基本工作流程RFID系统工作流程[12]如下：(1)无线电载波信号通过阅读器的天线向外发射。

(2)如果电子标签在发射天线的覆盖范围内，则它被激活，将标签内的信息通过天线传给发射天线。

(3)系统的接收天线接收电子标签发出的载波信号，经天线的调节器传输给阅读器，阅读器对接收到的信号进行解调与解码，然后送到软件系统处理。

(4)软件系统的程序通过判断标签的合法性，针对不同的情况作出相应的处理和控制，完成对应的动作。

VI第3章阅读器碰撞3.1阅读器碰撞含义阅读器碰撞是指：多个阅读器同时与一个标签通信，导致标签无法识别是哪个阅读器发送的请求信号；也包括相邻的阅读器在同一时刻使用相同的频率与其覆盖区域内的标签通信而引起的频率碰撞。

3.2阅读器碰撞的主要特点RFID网络中，阅读器之间的碰撞主要有下列特点：(1)当多个阅读器发送的请求信号在某标签处产生碰撞时，该处的信号会变得非常混乱，从而导致标签无法识别由任何阅读器发出的信号。

(2)本文研究的RFID标签是被动式标签。

标签在被阅读器请求信号激活后才能通信，并且标签不参与阅读器的防碰撞过程。

(3)隐蔽节点问题，是阅读器碰撞的一个方面。

两个阅读器不再相互监听范围内而在标签处产生信号干扰时，载波监听机制失效。

3.3阅读器碰撞问题分析3.3.1多阅读器与标签之间的干扰当多个阅读器同时阅读同一个标签时，引起了多阅读器到标签之间的干扰，该类干扰分两种情况。

一种是两个阅读器与阅读器范围重叠，如图3-1所示。

VIIVIII标签图 3-1 阅读器与标签碰撞从阅读器R1和R2发射的信号可能在射频标签T1处产生干扰。

在这种情况下，标签T1不能芥末任何查询信号并且阅读器R1和R2都不能阅读T1。

另外一种两个阅读器阅读范围没有重叠，如图3-2所示。

读写器标签图 3-2 阅读范围不重叠的多阅读器对标签的干扰虽然阅读器的读取范围没有重叠，但是处于相互感应范围之内，且他们同时利用同一频率与标签T1通信，阅读器R2发射的信号对阅读器R1发射的 信号在标签T1出产生干扰，将降低他们之间的通信质量。