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        紡織物資管理中的RFID標(biāo)簽防碰撞算法研究

        2019-12-02 02:34:16陳青陳永當(dāng)程云飛閔渭興
        科技視界 2019年31期
        關(guān)鍵詞:Matlab仿真物資管理

        陳青 陳永當(dāng) 程云飛 閔渭興

        【摘 要】目的:優(yōu)化RFID標(biāo)簽防碰撞算法從而提高紡織物資管理效率。方法:針對(duì)確定性防碰撞算法存在識(shí)別效率不高等問(wèn)題,設(shè)計(jì)一種基于位隙分組的動(dòng)態(tài)退避式二進(jìn)制搜索(BGDRBS)算法。該算法先讓標(biāo)簽隨機(jī)選擇各自的位隙,閱讀器根據(jù)標(biāo)簽返回的位隙值實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽分組,在組內(nèi)識(shí)別中,每次查詢只發(fā)送和返回部分序列號(hào),且無(wú)須從頭開(kāi)始。結(jié)果:仿真實(shí)驗(yàn)表明,與DBS算法和RBS算法相比,當(dāng)標(biāo)簽數(shù)達(dá)到100時(shí),BGDRBS算法的數(shù)據(jù)傳輸量分別降低了70.55%、53.77%,吞吐率分別提高了239.41%、8.14%。結(jié)論 BGDRBS算法提高了系統(tǒng)識(shí)別效率,且簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn),在紡織物資管理中應(yīng)用前景良好。

        【關(guān)鍵詞】RFID;位隙分組;防碰撞算法;MATLAB仿真;物資管理

        中圖分類號(hào): TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào): 2095-2457(2019)31-0069-002

        DOI:10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.31.031

        0 引言

        無(wú)線射頻識(shí)別(radio frequency identification,RFID)是一種高效、非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)[1]。將RFID技術(shù)應(yīng)用到紡織物資管理中,能消除很多人為差錯(cuò),提高工作效率,降低人力和物力的開(kāi)銷[2]。由于在閱讀器識(shí)別多個(gè)信息的過(guò)程中會(huì)發(fā)生標(biāo)簽碰撞問(wèn)題,使閱讀器不能對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行識(shí)別,從而導(dǎo)致標(biāo)簽數(shù)據(jù)傳送失敗[3]。目前,主要的標(biāo)簽防碰撞算法有ALOHA類隨機(jī)性防碰撞算法和二進(jìn)制樹(shù)確定性防碰撞算法兩大類[4],ALOHA類算法簡(jiǎn)單,但存在讀取率低、部分標(biāo)簽被“遺忘”等問(wèn)題,而確定性防碰撞算法可以完全讀取[5]。因此,基于RFID紡織物資管理系統(tǒng),本文提出了一種基于位隙分組的動(dòng)態(tài)退避式二進(jìn)制搜索(BGDRBS)算法,其思想是在識(shí)別前先讓全部標(biāo)簽隨機(jī)選擇各自的位隙,閱讀器根據(jù)標(biāo)簽返回的位隙值實(shí)現(xiàn)分組識(shí)別,在組內(nèi)識(shí)別中,每次查詢只發(fā)送和返回部分序列號(hào),且無(wú)須從頭開(kāi)始,降低識(shí)別過(guò)程的查詢次數(shù)與數(shù)據(jù)傳輸量,進(jìn)一步提高系統(tǒng)的識(shí)別效率。

        1 基于位隙分組的動(dòng)態(tài)退避式二進(jìn)制搜索(BGDRBS)算法

        1.1 算法原理

        本文算法旨在減少閱讀器查詢次數(shù)和數(shù)據(jù)傳輸量,提高系統(tǒng)的識(shí)別效率。因此,在退避式二進(jìn)制搜索算法的基礎(chǔ)上結(jié)合動(dòng)態(tài)查詢思想,并且引入標(biāo)簽分組:

        假定待識(shí)別標(biāo)簽數(shù)為n,標(biāo)簽位隙長(zhǎng)度為L(zhǎng),p=1L,通過(guò)位隙分組后:

        一組內(nèi)有r個(gè)標(biāo)簽的概率為:

        P(r)=C■■p■(1-p)■(1)

        可知,含有r個(gè)標(biāo)簽的組的期望值為:

        E(r)=L*P(r)(2)

        則,分組后的平均標(biāo)簽個(gè)數(shù)為:

        n■■=■(3)

        由公式(3)可知,位隙長(zhǎng)度L取值越大,平均分到各組的標(biāo)簽數(shù)就越少,從而提高了識(shí)別效率,但同時(shí)也提高了標(biāo)簽成本,所以位隙長(zhǎng)度要根據(jù)RFID系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用情景來(lái)設(shè)置。

        1.2 算法實(shí)現(xiàn)流程

        本算法需要建立新的查詢指令:Request(R+B)——初始查詢,閱讀器發(fā)送查詢命令,所有序列號(hào)小于或等于查詢序列號(hào)的標(biāo)簽響應(yīng),并隨機(jī)選擇自己的位隙;Request(R+BR)——組內(nèi)查詢,只有位隙值等于BR的標(biāo)簽才會(huì)響應(yīng)。其中R參數(shù)為查詢序列號(hào),B參數(shù)為位隙值,BR參數(shù)為查詢位隙值。

        (1)閱讀器向周邊標(biāo)簽發(fā)送初始查詢指令Request(R+B),R的初始值為全1,B的初始值為0、長(zhǎng)度為位隙長(zhǎng)度L,所有標(biāo)簽響應(yīng)并隨機(jī)選擇自己的位隙。假如某個(gè)標(biāo)簽選擇的位隙為n,則該標(biāo)簽位隙標(biāo)志位的第n位為1,其他位為0。隨后標(biāo)簽將生成的位隙值B傳送回閱讀器。

        (2)如果B為0,則說(shuō)明無(wú)標(biāo)簽存在,跳轉(zhuǎn)至(8)。否則,找到B中為1的最低位,讓BR對(duì)應(yīng)的值為1,其他位為0,形成該組的查詢BR,并將B的最低位清零。

        (3)閱讀器發(fā)送組內(nèi)查詢指令Request(R+BR),R的初始值為全1,所有B等于BR的標(biāo)簽響應(yīng),將各自的序列號(hào)傳送回閱讀器,若沒(méi)有收到響應(yīng)信號(hào),則說(shuō)明本組內(nèi)已無(wú)未識(shí)別的標(biāo)簽,跳轉(zhuǎn)至(2)。否則,繼續(xù)。

        (4)閱讀器檢查標(biāo)簽返回的序列號(hào),如果能識(shí)別,則跳轉(zhuǎn)至(6)。如果出現(xiàn)碰撞位,繼續(xù)下一步。

        (5)閱讀器將當(dāng)前查詢序列號(hào)壓棧,把碰撞的最高比特位置0,高于最高碰撞比特位不變,再輸出查詢前綴碼,跳轉(zhuǎn)至(4)。

        (6)根據(jù)識(shí)別出的標(biāo)簽序列號(hào),執(zhí)行選取指令Select(R),使該標(biāo)簽進(jìn)入讀取狀態(tài),隨后閱讀器再發(fā)送讀取指令Read-data,對(duì)處于讀取狀態(tài)的標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取,數(shù)據(jù)讀取完成后,發(fā)送去選擇指令Unselect,使該標(biāo)簽轉(zhuǎn)為去激活狀態(tài),對(duì)此后閱讀器的指令不再響應(yīng)。

        (7)壓棧的序列號(hào)從堆棧中彈出[6],作為查詢序列號(hào),如果序列號(hào)為全1,跳轉(zhuǎn)至(3)。否則,跳轉(zhuǎn)至(4)。

        (8)回到流程(3)。

        (9)結(jié)束。

        其中步驟(1)、(2)是通過(guò)位隙分組實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽的分組查詢,步驟(3)~(8)是通過(guò)動(dòng)態(tài)查詢與節(jié)點(diǎn)退避實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽的組內(nèi)識(shí)別。

        2 算法仿真與分析

        應(yīng)用MATLAB軟件分別對(duì)DBS算法、RBS算法和本文算法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真,實(shí)驗(yàn)的標(biāo)簽數(shù)目范圍為[1,100],標(biāo)簽ID為16位,位隙長(zhǎng)度為16。為了確保實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性,取100次仿真結(jié)果的平均值。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸量與吞吐率是衡量RFID系統(tǒng)識(shí)別效率的重要指標(biāo)。如圖1和2,標(biāo)簽分組使得各組平均識(shí)別標(biāo)簽數(shù)較總標(biāo)簽數(shù)少了很多,從而降低了數(shù)據(jù)傳輸量,提高了系統(tǒng)吞吐率。

        圖1 數(shù)據(jù)傳輸量的比較

        圖2 吞吐率的比較

        3 結(jié)語(yǔ)

        針對(duì)紡織物資管理系統(tǒng)中RFID標(biāo)簽碰撞問(wèn)題,設(shè)計(jì)了一種基于位隙分組的動(dòng)態(tài)退避式二進(jìn)制搜索(BGDRBS)算法。在閱讀器識(shí)別前,先對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行分組處理,再運(yùn)用動(dòng)態(tài)查詢和節(jié)點(diǎn)退避的查詢思想逐組識(shí)別所有標(biāo)簽。仿真結(jié)果顯示,BGDRBS算法的識(shí)別效率有了明顯的改進(jìn),且算法簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn),能進(jìn)一步推動(dòng)紡織行業(yè)企業(yè)信息化的發(fā)展。

        【參考文獻(xiàn)】

        [1]A.EL ALAMI,Y.GHAZAOUI,S.DAS,S.D.BENNANI,M.EL GHZAOUI.Design and Simulation of RFID Array Antenna 2x1 for Detection System of Objects or Living Things in Motion[J].Procedia Computer Science,2019,151.

        [2]楊衡亮.紡織企業(yè)倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].棉紡織技術(shù),2015,43(05):29-32.

        [3]Nasour Bagheri,Parvin Alenaby,Masoumeh Safkhani.A new anti‐collision protocol based on information of collided tags in RFID systems[J].International Journal of Communication Systems,2017,30(3).

        [4]張小紅,張佳琦.基于幀時(shí)隙的RFID系統(tǒng)迫零預(yù)編碼防碰撞算法研究[J].信息網(wǎng)絡(luò)安全,2018(02):34-39.

        [5]王丹,趙凱.基于距離預(yù)測(cè)分組的ALOHA算法[J].南京理工大學(xué)學(xué)報(bào),2018,42(01):102-106.

        [6]李鋒,南敬昌,李蕾,等.后退鎖位式RFID自適應(yīng)多叉樹(shù)防碰撞算法[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2017,53(08):102-105+164.

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