肘頻識(shí)別技術(shù)( Radio Frequency Identifica-tion，RFID)是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，在生產(chǎn)、生活、衛(wèi)生醫(yī)療等各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，與傳統(tǒng)條形碼技術(shù)相比較，RFID技術(shù)具有使用壽命長(zhǎng)、存儲(chǔ)容量大、讀取速度快、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、支全性高等優(yōu)點(diǎn)，而其最突出的特點(diǎn)即為多標(biāo)簽識(shí)別，但閱讀器周?chē)捎卸鄠€(gè)標(biāo)簽存在，當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上標(biāo)簽同時(shí)向閱讀器發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)將會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)沖突，防碰撞算法應(yīng)運(yùn)而生，目前解決標(biāo)簽碰撞的算法主要有基于二進(jìn)制樹(shù)搜索的確定性防碰撞算法和基于ALOHA的不確定性防碰撞算法，閱讀器都需根據(jù)相應(yīng)碰撞規(guī)則對(duì)其識(shí)別范圍內(nèi)的標(biāo)簽逐個(gè)讀取，當(dāng)標(biāo)簽數(shù)量增大時(shí)，該兩種算法都會(huì)產(chǎn)生明顯的系統(tǒng)開(kāi)銷及時(shí)延。傳統(tǒng)的防碰撞思想采取標(biāo)簽主動(dòng)方式，即符合系統(tǒng)規(guī)范的標(biāo)簽一進(jìn)入閱讀器的工作區(qū)域就自動(dòng)向閱讀器發(fā)送其自身ID，此時(shí)若多個(gè)標(biāo)簽同時(shí)向閱讀器發(fā)送數(shù)據(jù)，將會(huì)產(chǎn)生沖突，閱讀器需對(duì)碰撞標(biāo)簽數(shù)據(jù)進(jìn)行防碰撞操作，但是閱讀器只能依據(jù)算法中相應(yīng)的運(yùn)算規(guī)則來(lái)決定讀取標(biāo)簽的先后順序，并且防碰撞算法本身的復(fù)雜性也在很大程庋上增加了系統(tǒng)開(kāi)銷。針對(duì)防碰撞算法的不足，本文提出了列表式讀取方式，這是一種新的RFID閱讀器讀取方式，與傳統(tǒng)防碰撞算法不同之處在于列表式讀取方式跳過(guò)了防碰撞過(guò)程，識(shí)別標(biāo)簽之前閱讀器存儲(chǔ)待讀標(biāo)簽的地址信息，依照地址列表讀取標(biāo)簽，讀取的主動(dòng)權(quán)在于閱讀器.

　　1 列表式讀取方式

　　1.1 列表式讀取方式指令原理

　　讀取操作前，閱讀器內(nèi)部存儲(chǔ)器存儲(chǔ)所有標(biāo)簽的唯一識(shí)別號(hào)( UID)，形成待讀標(biāo)簽地址列表，讀取時(shí)閱讀器按照地址列表順序?qū)⑺R(shí)別標(biāo)簽的UID插入到REQUEST命令中發(fā)送出去，標(biāo)簽在接收到閱讀器發(fā)送的REQUEST指令后，提取出命令中的UID信息與其自身UID信息進(jìn)行比較，若異或運(yùn)算結(jié)果為零則確定該標(biāo)簽為閱讀器的目標(biāo)標(biāo)簽，標(biāo)簽響應(yīng);否則，標(biāo)簽對(duì)閱讀器命令不予理會(huì).

　　1.2 列表式讀取方式的兩種讀取模式

　　當(dāng)閱讀器對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行讀取操作時(shí)，閱讀器列表式讀取方式采用兩種模式：二次讀取模式和循環(huán)讀取模式，也可通過(guò)將兩種模式混合使用形成嵌套讀取模式.

　　1)二次讀取模式，若閱讀器存儲(chǔ)器內(nèi)部標(biāo)簽地址列表中待讀標(biāo)簽數(shù)量很大，識(shí)別標(biāo)簽運(yùn)用的算法需盡量減少識(shí)別時(shí)間.二次讀取模式巧妙避免了需反復(fù)讀取同一標(biāo)簽所產(chǎn)生的時(shí)延，當(dāng)?shù)刂妨斜碇械膫€(gè)別標(biāo)簽暫時(shí)未能被成功讀取時(shí)，閱讀器將在內(nèi)存中建立1個(gè)子地址列表，將漏讀的標(biāo)簽地址存放于萁中。

　　當(dāng)閱讀器完成對(duì)地址列表中的所有標(biāo)簽一輪查詢后，將進(jìn)行子地址列表的讀取，讀取操作模式如上所述，若此時(shí)仍不能成功讀取子地址列表內(nèi)全部標(biāo)簽信息，則建立下一層子地址列表，重復(fù)上述過(guò)程逐層讀取.

　　2)循環(huán)讀取模式，對(duì)于循環(huán)讀取模式，如果標(biāo)簽地址列表中出現(xiàn)個(gè)別標(biāo)簽不能被正確識(shí)別，閱讀器將不再按照地址列表順序繼續(xù)向下讀取，而是對(duì)未成功識(shí)別標(biāo)簽反復(fù)讀取直至成功識(shí)別，重復(fù)此操作至地址列表清空.

　　3)嵌套讀取模式，嵌套讀取模式是將循環(huán)讀取模式嵌入到二次讀取模式中，即對(duì)于二次讀取模式下形成的子地址列表，閱讀器采用多地址循環(huán)讀取模式對(duì)其進(jìn)行識(shí)別，當(dāng)閱讀器對(duì)地址列表中所有標(biāo)簽地址完成一次讀取后，將未識(shí)別的地址提取出來(lái)建立子地址列表，對(duì)子地址列表閱讀器將從首地址到末地址采取循環(huán)讀取模式進(jìn)行讀取，標(biāo)簽成功識(shí)別后，將其地址從子地址列表中刪除，反復(fù)操作直至子地址列表清空.

　　2 算法分析

　　為了證明列表式讀取方式性能的優(yōu)越性，本文采用Matlab仿真軟件，針對(duì)閱讀器尋呼次數(shù)、傳輸時(shí)延及系統(tǒng)效率3個(gè)重要性能指標(biāo)對(duì)本算法進(jìn)行仿真分析，并與工作方式機(jī)理基本一致的二進(jìn)制搜索算法做性能比較.

　　2.1 閱讀器尋呼次數(shù)分析

　　對(duì)于閱讀器列表式讀取方武，當(dāng)需要讀取地址列表中單個(gè)標(biāo)簽時(shí)，閱讀器只需發(fā)送1個(gè)插入該標(biāo)簽UID的REQUEST( UID)命令即可，待識(shí)別標(biāo)簽響應(yīng)并附帶自身的UID，其他標(biāo)簽不作響應(yīng).

　　1)列表式讀取方式，在閱讀器列表式讀取方式中，閱讀器發(fā)送的尋呼命令次數(shù)與標(biāo)簽數(shù)目無(wú)關(guān)，尋呼次數(shù)Tln(N)應(yīng)始終為1，即 Tl1(N)=1 (l)

　　所以當(dāng)閱讀器需要對(duì)自身工作區(qū)域內(nèi)所有N個(gè)標(biāo)簽進(jìn)行讀取時(shí)需要的尋呼命令次數(shù)Tln(N)終為N，即 Tln(N)=N (2)

　　該式為閱讀器讀取范圍內(nèi)標(biāo)簽數(shù)目有限，且在時(shí)間允許范圍內(nèi)可對(duì)全部標(biāo)簽成功識(shí)別的情況，當(dāng)標(biāo)簽數(shù)目很大，如對(duì)全國(guó)范圍內(nèi)的二代身份證進(jìn)行識(shí)別，即標(biāo)簽數(shù)目可達(dá)十幾億時(shí)，與本結(jié)論并不沖突.

　　2)二進(jìn)制搜索算法，對(duì)于二進(jìn)制搜索算法，閱讀器要識(shí)別其讀寫(xiě)范圍內(nèi)N個(gè)標(biāo)簽中某一個(gè)標(biāo)簽所需發(fā)送的尋呼次數(shù)為 T_B1(N)=I_nt(log N/log 2)+1 (3)

　　閱讀器對(duì)該標(biāo)簽成功識(shí)別后，將會(huì)發(fā)送1個(gè)去活命令，標(biāo)簽接收到命令后進(jìn)入等待狀態(tài)，對(duì)于閱讀器以后發(fā)來(lái)的命令不予響應(yīng)，即該標(biāo)簽將不會(huì)參與下一輪的防碰撞操作，當(dāng)閱讀器需要對(duì)工作區(qū)域內(nèi)的全部N個(gè)標(biāo)簽進(jìn)行識(shí)別時(shí)，閱讀器所要發(fā)送的尋呼次數(shù)應(yīng)為

　　3)閱讀器尋呼命令數(shù)仿真分析，當(dāng)閱讀器需要對(duì)其讀取范圍內(nèi)全部N個(gè)標(biāo)簽中單個(gè)標(biāo)簽進(jìn)行讀取時(shí)，所需發(fā)送的尋呼命令次數(shù)仿真分析如圖1所示。

　　從圖可知，二進(jìn)制搜索算法的閱讀器尋呼次數(shù)曲線呈正增長(zhǎng)趨勢(shì)，閱讀器發(fā)送的尋呼命令次數(shù)會(huì)隨著標(biāo)簽數(shù)量的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，然而閱讀器列表式讀取方式的尋呼次數(shù)恒定為1，不因標(biāo)簽數(shù)變化而變化.

圖1 識(shí)別單個(gè)標(biāo)簽時(shí)仿真結(jié)果對(duì)比

　　當(dāng)閱讀器需要識(shí)別其工作范圍內(nèi)全部N個(gè)標(biāo)簽時(shí)，所需發(fā)送的尋呼命令次數(shù)仿真分析如圖2所示。

圖2識(shí)別全部標(biāo)簽時(shí)仿真結(jié)果對(duì)比

　　由圖可知，對(duì)于兩種算法雖然閱讀器發(fā)送尋呼命令次數(shù)都會(huì)隨著標(biāo)簽數(shù)量增長(zhǎng)呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，但二進(jìn)制搜索算法的增長(zhǎng)趨勢(shì)更加顯著，因此列表式讀取方式優(yōu)越性更為明顯.

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　　2.2 系統(tǒng)傳輸時(shí)延分析

　　對(duì)于閱讀器而言，其命令數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間要遠(yuǎn)大于相關(guān)命令處理時(shí)間，因此，將命令數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間作為分析RFID系統(tǒng)傳輸時(shí)延的主要因素，因系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率恒定，所以傳輸時(shí)延取決于閱讀器發(fā)出尋呼的次數(shù)和每次發(fā)送尋呼的UID傳輸數(shù)據(jù)長(zhǎng)度(以比特為單位).

　　對(duì)于兩種算法，閱讀器與標(biāo)簽間的請(qǐng)求命令和應(yīng)答命令的數(shù)據(jù)幀首尾都要有1個(gè)5個(gè)比特位長(zhǎng)度的空閑，分別命名為幀頭與幀尾，而且，閱讀器接收到標(biāo)簽回傳UID的環(huán)節(jié)中，處理數(shù)據(jù)校驗(yàn)位要花掉1個(gè)比特時(shí)間.而當(dāng)目標(biāo)標(biāo)簽返回響應(yīng)時(shí)，閱讀器記錄其唯一諷別號(hào)信息還需要2個(gè)比特時(shí)間，成功識(shí)別該標(biāo)簽后會(huì)發(fā)送1個(gè)帶有該標(biāo)簽UID的去活命令，使其進(jìn)入等待狀態(tài).

　　若閱讀器工作范圍內(nèi)的標(biāo)簽數(shù)量為N，標(biāo)簽的唯一識(shí)別號(hào)( UID)長(zhǎng)度為k比特，可知，閱讀器與標(biāo)簽一次通信所要消耗的比特時(shí)間Lo為L(zhǎng)o=2k+21.

　　對(duì)列表式讀取方式而言，當(dāng)閱讀器需要讀取其工作區(qū)域內(nèi)的單個(gè)標(biāo)簽時(shí)，由式(l)可知，閱讀器發(fā)送尋呼命令次數(shù)為1，即系統(tǒng)內(nèi)閱讀器與標(biāo)簽需發(fā)送的比特長(zhǎng)度L_l1(N)為L(zhǎng)_l1(N)=2k +23.

　　當(dāng)需讀取全部N個(gè)標(biāo)簽時(shí)，由式(2)可得閱讀器需要發(fā)出N次尋呼命令，即需要發(fā)送的比特長(zhǎng)度L_lN(N)為L(zhǎng)_lN(N)=N(2/c+23).

　　而二進(jìn)制搜索算法中，當(dāng)閱讀器需要對(duì)其工作區(qū)域內(nèi)某1個(gè)標(biāo)簽進(jìn)行讀取時(shí)，由式(3)可得，閱讀器發(fā)送的尋呼命令數(shù)為T(mén)_bl(N)，則所要發(fā)送的比特長(zhǎng)度Tbl(N)為 T_bl(N)=(2k+21) Int(log N/log 2)+ 2k+23.

　　當(dāng)需識(shí)別所有標(biāo)簽時(shí)，由式(4)可知，閱讀器發(fā)送的尋呼命令數(shù)為T(mén)bn (N)，則所要發(fā)送的比特長(zhǎng)度T_bn (N)為

　　著所傳的比特位已知，系統(tǒng)的比特位數(shù)除以碼元速率即為傳輸時(shí)延，設(shè)閱讀器的碼元速率為口= 50 kbit/s，標(biāo)簽UID的長(zhǎng)度七為64 bit，標(biāo)簽數(shù)為N.

　　1)閱讀器列表式讀取方式，若閱讀器讀取范圍內(nèi)存在N個(gè)標(biāo)簽，列表式讀取方式讀取單個(gè)標(biāo)簽進(jìn)行識(shí)別時(shí)的系統(tǒng)傳輸時(shí)延Tl1為T(mén)l1=Tl1/v=(2k+23)/v

　　對(duì)全部標(biāo)簽進(jìn)行讀取時(shí)的系統(tǒng)傳輸時(shí)延T_ln為 T_ln=L_ln/v=N(2k+23)/v.

　　2)二進(jìn)制搜索算法，對(duì)于二進(jìn)制搜索算法，當(dāng)閱讀器需要對(duì)其閱讀范圍內(nèi)N個(gè)標(biāo)簽中的某一個(gè)標(biāo)簽進(jìn)行讀取時(shí)，系統(tǒng)傳輸時(shí)延T_b1為 T_b1 (N)=Lb1/v=[(2k +21)Int(logN/log 2))+2k+23 l/v.

　　對(duì)于二進(jìn)制搜索算法，當(dāng)閱讀器需要對(duì)其讀取范圍內(nèi)全部N個(gè)標(biāo)簽進(jìn)行識(shí)別時(shí)，系統(tǒng)傳輸時(shí)延T_bn為

　　3)系統(tǒng)傳輸時(shí)延仿真分析，假設(shè)閱讀器讀取范圍內(nèi)存在N個(gè)標(biāo)簽，讀取單個(gè)標(biāo)簽時(shí)兩種算法的系統(tǒng)傳輸時(shí)延的仿真分析比較如圖3所示

圖3識(shí)別單個(gè)標(biāo)簽仿真結(jié)果對(duì)比

　　從圖3可以看出，提出的讀取方式系統(tǒng)傳輸時(shí)延為定值3 ms，即識(shí)別單個(gè)標(biāo)簽的傳輸時(shí)延與閱讀器工作范圍內(nèi)標(biāo)簽數(shù)量無(wú)關(guān)，而二進(jìn)制搜索算法的傳輸時(shí)延隨著橫軸標(biāo)簽數(shù)量的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，在標(biāo)簽數(shù)目為0 -10的范圍內(nèi)，增長(zhǎng)幅度最為明顯，以后呈平緩增長(zhǎng)趨勢(shì).

　　對(duì)讀取范圍內(nèi)全部N個(gè)標(biāo)簽進(jìn)行識(shí)別時(shí)，兩種算法的系統(tǒng)傳輸時(shí)延仿真分析比較如圖4所示

圖4識(shí)別全部N個(gè)標(biāo)簽仿真結(jié)果對(duì)比

　　由圖4可知，無(wú)論二進(jìn)制搜索算法還是閱讀器列表式讀取方式，其系統(tǒng)傳輸時(shí)延都會(huì)隨著閱讀器讀取范圍內(nèi)標(biāo)簽數(shù)量的增加而有所增加，但顯然列表式讀取方式較二進(jìn)制搜索算法上升幅度遲緩，在標(biāo)簽數(shù)目為150個(gè)時(shí)，列表式讀取方式系統(tǒng)傳輸時(shí)延為500 ms，而二進(jìn)制搜索算法達(dá)到2 000 ms，時(shí)延為列表式的4倍，可見(jiàn)標(biāo)簽數(shù)量增大時(shí)，閱讀器列表式讀取方式優(yōu)勢(shì)性更為明顯.

　　2.3 系統(tǒng)效率分析

　　由閱讀器發(fā)送尋呼命令次數(shù)的仿真圖可知，閱讀器發(fā)送尋呼命令的次數(shù)會(huì)隨其讀取范圍內(nèi)標(biāo)簽數(shù)量的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，即閱讀器成功識(shí)剔標(biāo)簽效率下降.列表式讀取方式與二進(jìn)制搜索算法的系統(tǒng)效率分析比較如下.

　　1)列表式讀取方式.對(duì)于列表式讀取方式，閱讀器要對(duì)其讀取范圍內(nèi)N個(gè)標(biāo)簽中的某一個(gè)進(jìn)行識(shí)別時(shí)，系統(tǒng)效率E_l1可以表示為

　　當(dāng)需識(shí)別全部N個(gè)標(biāo)簽時(shí)，列表式讀取方式的系統(tǒng)效率E_ln為

　　2)二進(jìn)制搜索算法，若閱讀器讀取范圍內(nèi)存在N個(gè)標(biāo)簽，當(dāng)需識(shí)別單個(gè)標(biāo)簽時(shí)，二進(jìn)制搜索算法系統(tǒng)效率E_b1，可以表示為

　　當(dāng)需識(shí)別其讀取范圍內(nèi)的全部N個(gè)標(biāo)簽時(shí)，二進(jìn)制搜索算法的系統(tǒng)效率E_bn為

　　3)系統(tǒng)效率仿真分析，若閱讀器工作區(qū)域內(nèi)標(biāo)簽數(shù)目為N個(gè)，當(dāng)閱讀器需要對(duì)其中某一個(gè)進(jìn)行讀取時(shí)，系統(tǒng)效率的仿真如圖5所示.

圖5識(shí)別單個(gè)標(biāo)簽仿真結(jié)果對(duì)比

　　由圖5可知，識(shí)別閱讀器讀取范圍內(nèi)單個(gè)標(biāo)簽時(shí)二進(jìn)制搜索算法的系統(tǒng)效率呈現(xiàn)整體下降趨勢(shì)，標(biāo)簽數(shù)量在0 - 10范圍內(nèi)，系統(tǒng)效率直線下降，隨著標(biāo)簽數(shù)量逐漸增多，下降幅度將有所緩解，但仍一直呈下降趨勢(shì)，而對(duì)于列表式讀取方式，系統(tǒng)效率始終為100%.

　　當(dāng)閱讀器需要識(shí)別所有標(biāo)簽時(shí)，系統(tǒng)的效率仿真分析如圖6所示，從圖可知，二進(jìn)制搜索算法的系統(tǒng)效率與標(biāo)簽數(shù)目成負(fù)相關(guān)，即標(biāo)簽數(shù)量上升，系統(tǒng)效率隨之下降，而列表式讀取方式的系統(tǒng)效率恒定為100%.因此，系統(tǒng)效率方面列表式讀取方式優(yōu)于二進(jìn)制搜索算法

圖6識(shí)別全部N個(gè)標(biāo)簽仿真結(jié)果對(duì)比

　　3 結(jié) 論

　　列表式讀取方式省去了傳統(tǒng)防碰撞算法中復(fù)雜的防碰撞過(guò)程，利用二次讀取方式、循環(huán)讀取方式或嵌套讀取方式對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行識(shí)別，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)分析得出本算法在閱讀器尋呼次數(shù)、系統(tǒng)傳輸時(shí)延以及系統(tǒng)效率3個(gè)重要的性能指標(biāo)上都明顯優(yōu)于二進(jìn)制搜索算法，尤其是在圖書(shū)館開(kāi)放式書(shū)架管理以及倉(cāng)儲(chǔ)管理等需查詢某一特定標(biāo)簽的特殊應(yīng)用環(huán)境下凸顯其靈活便捷性.但對(duì)于閱讀器列表式讀取方式，一方面因其跳過(guò)防碰撞算法，不能靈活應(yīng)對(duì)閱讀器讀取范圍內(nèi)多個(gè)標(biāo)簽同時(shí)與閱讀器通信的狀況;另一方面因其識(shí)別主動(dòng)權(quán)不在標(biāo)簽，而在閱讀器，只有地址信息存放于閱讀器內(nèi)部存儲(chǔ)器的標(biāo)簽才能被識(shí)別，所以相應(yīng)的

　　其應(yīng)用范圍也將受到一定的限制，因此列表式讀取方式并不能完全地取代傳統(tǒng)的讀取方式，在實(shí)際中應(yīng)該將兩種不同思想的讀取方式結(jié)合起來(lái)，使應(yīng)用更加靈活高效。