在一般的RFID系統(tǒng)中，RFID讀寫器和RFID電子標(biāo)簽之間采用的是無線通信，由于讀寫器和標(biāo)簽數(shù)據(jù)信息傳輸所使用的信道相同。所以當(dāng)多標(biāo)簽同時響應(yīng)時，信道中會有不止一份數(shù)據(jù)信號進行傳輸。就可能會形成信道阻塞的情況，造成數(shù)據(jù)碰撞，致使部分電子標(biāo)簽不能被正確讀取。RFID系統(tǒng)的碰撞問題可以歸為兩類：電子標(biāo)簽之前的互相干擾類和RFID讀寫器互相干擾類。

電子標(biāo)簽之前的互相干擾類

在RFID系統(tǒng)中各個RFID標(biāo)簽之前不具備相互通信的能力，而大多數(shù)RFID應(yīng)用場景中RFID標(biāo)簽數(shù)量密集，在某一時刻若多個標(biāo)簽處于RFID讀寫器的讀取范圍內(nèi)，這些標(biāo)簽應(yīng)答時，將會發(fā)現(xiàn)信道爭用，數(shù)據(jù)之間相互干擾和混疊，如下圖。

多標(biāo)簽碰撞模型圖

RFID讀寫器互相干擾類

傳統(tǒng)的RFID系統(tǒng)中，是采用單一讀寫器方式，但是隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，單一讀寫器的RFID系統(tǒng)中越來越不能滿足多數(shù)場景的需求。因此需要使用多個讀寫器來對目標(biāo)區(qū)域進行監(jiān)視，這就可能造成多讀寫器碰撞問題。如下圖，在R1和R2的共同有效讀取范圍內(nèi)存在一個標(biāo)簽。當(dāng)R1和R2同時給標(biāo)簽發(fā)送指令信號時，會產(chǎn)生信號干擾，最終此標(biāo)簽將不能被讀寫器R1和讀寫器R2的任何一個讀取。

讀寫器和讀寫器的碰撞模型圖

另一種讀寫器之間的碰撞情況如下圖，讀寫器R1和讀寫器R2的有效讀取范圍沒有疊加，但是讀寫器R1的干擾范圍和讀寫器R2的有效讀取范圍存在疊加區(qū)域。因此處于此疊加區(qū)域的RFID標(biāo)簽，會受讀寫器R1發(fā)射的干擾信號影響，導(dǎo)致讀寫器R2可能出現(xiàn)漏讀現(xiàn)象。

讀寫器和讀寫器的碰撞模型圖

因RFID讀寫器自身有能量供應(yīng)，能夠進行較高復(fù)雜度的計算，所以讀寫器能夠檢測到碰撞的產(chǎn)生，并能夠通過與其他讀寫器之間的交流互通來解決讀寫器的碰撞問題，如讀寫器調(diào)度算法和功率控制算法都能比較容易地解決讀寫器碰撞問題，因此，一般討論防碰撞都是針對多標(biāo)簽的碰撞而言的。

為了防止碰撞的發(fā)生，RFID系統(tǒng)中需要設(shè)計相應(yīng)的防碰撞技術(shù)，在通信中這種技術(shù)也稱為多址技術(shù)。RFID讀寫器對RFID標(biāo)簽的讀取過程就是采用的多址存取方式，該方式規(guī)范了讀寫器對標(biāo)簽數(shù)據(jù)讀取的先后次序的。目前解決無線通信中信息沖突的多址存取方式主要可以分為四種：

1、碼分多址(CDMA)

碼分多址技術(shù)是在擴頻通信技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用擴頻技術(shù)在同一時刻同一信道中，完成多路信號的傳輸通信。擴頻的目的是擴展信息帶寬，即把需要發(fā)送的具有一定信號帶寬的信息數(shù)據(jù)， 用一個帶寬遠(yuǎn)大于其信號帶寬的偽隨機碼進行調(diào)制，這樣使原來的信息數(shù)據(jù)的帶寬被擴展，最后通過載波調(diào)制發(fā)送出去。解擴是指在接收端采用完全一致的偽隨機碼，與接收到的寬帶信號作相關(guān)處理，把寬帶信號轉(zhuǎn)換成原來的信息數(shù)據(jù)。多址是給每個用戶分配一個地址碼，各個碼型互不重疊。碼分多址技術(shù)具有抗干擾性好，保密安全性高，信道利用率高等優(yōu)點。但是該技術(shù)也存在諸多缺點，如頻帶利用率低、信道容量小，偽隨機碼的產(chǎn)生和選擇較難，接收時地址碼捕獲時間長等，所以并未得到廣泛使用。

2、空分多址(SDMA)

空分多址是在分離的空間范圍內(nèi)實現(xiàn)多個目標(biāo)識別。其實現(xiàn)的方法有兩種：一種方法是將讀寫器和RFID天線之間的作用距離按空間區(qū)域進行劃分，把大量的讀寫器和天線安置在一個天線陣列中。當(dāng)標(biāo)簽進入這個天線陣列的覆蓋范圍后，與其距離最近的讀寫器對該標(biāo)簽進行識別。由于每個天線的覆蓋范圍較小，相鄰的讀寫器識別范圍內(nèi)的標(biāo)簽同樣可以進行識別而不受相鄰讀寫器的干擾，如果多個標(biāo)簽根據(jù)在天線陣列中的空間位置的不同，可以同時被識別。另外一種方法是，RFID讀寫器利用一個相控陣天線，通過讓天線的方向性圖對準(zhǔn)單獨的標(biāo)簽，這樣標(biāo)簽根據(jù)其在讀寫器作用范圍內(nèi)的角度位置的不同而區(qū)別開來。空分多址技術(shù)的缺點是它對讀寫器天線的要求較高，一個讀寫器可能存在多個天線，系統(tǒng)復(fù)雜，成本較大。

3、頻分多址(FDMA)

頻分多址是把若干個使用不同載波頻率的調(diào)制信號在同時供通信用戶使用的信道上進行傳輸?shù)募夹g(shù)。通常情況下，RFID系統(tǒng)的上行鏈路(從讀寫器到標(biāo)簽)頻率是固定的，用于能量的供應(yīng)和數(shù)據(jù)的傳輸。對于下行鏈路(從標(biāo)簽到讀寫器)，不同的標(biāo)簽采用不同頻率的載波對數(shù)據(jù)進行調(diào)制，這些信號之間不會產(chǎn)生干擾，RFID讀寫器對接收到的不同頻率的信號進行分離，從而實現(xiàn)對不同標(biāo)簽的識別。頻分多址的RFID系統(tǒng)對RFID讀寫器的硬件要求很高，因此此類系統(tǒng)未得到廣泛應(yīng)用。

4、時分多址（TDMA）

時分多址具有簡單易實現(xiàn)的優(yōu)點，它是把整個可供使用的通路容量按時間分配給多個用戶的技術(shù)。時分多路復(fù)用是按傳輸信號的時間進行分割的，它使不同的信號在不同的時間內(nèi)傳輸，將整個傳輸時間分為許多時間間隔，每個時間片被一路信號占用。時分多址就是通過在時間上交叉發(fā)送每一路信號的一部分來實現(xiàn)一條電路傳輸多路信號的。電路上的每一短暫時刻只有一路信號存在。因為數(shù)字信號是有限個離散值，所以時分多路復(fù)用技術(shù)廣泛應(yīng)用于包括計算機網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的數(shù)字通信系統(tǒng)。目前RFID系統(tǒng)的標(biāo)簽防碰撞算法大多采用時分多址技術(shù)。

TDMA是把整個可供使用的通路容量按時間分配給多個用戶的技術(shù)，可分為電子標(biāo)簽控制法和讀寫器控制法。電子標(biāo)簽控制法主要有ALOHA算法；而讀寫器控制法有輪詢法和二進制搜索法。目前，RFID系統(tǒng)中最常見的兩大類標(biāo)簽防碰撞算法是二進制搜索法和ALOHA算法。

二進制樹算法

二進制樹算法的基本思想是將處于沖撞狀態(tài)的標(biāo)簽分成左右兩個子集0和1，先查詢子集0，若沒有沖突，則正確識別標(biāo)簽；若仍有沖突，則再分裂，把子集0分為00和01兩個子集，依次類推，直到識別出子集0中的所有標(biāo)簽，再按此步驟查詢子集1。使用基本的二進制樹形算法的標(biāo)簽?zāi)軌蛴洃浺郧暗牟樵兘Y(jié)果從而減少平均查詢時間，但對功率要求很高。

二進制樹搜索算法是一種無記憶的算法，即標(biāo)簽不必儲存以前的查詢情況，這樣可以降低成。在這種算法中讀寫器查詢的不是一個比特，而是一個比特前綴，只有序列號與這個查詢前綴相符的標(biāo)簽才響應(yīng)讀寫器的命令而發(fā)送其序列號。當(dāng)只有一個標(biāo)簽響應(yīng)的時候讀寫器可以成功識別標(biāo)簽，但是當(dāng)有多個標(biāo)簽響應(yīng)的時候，下一次循環(huán)中讀寫器就把查詢前綴增加一個比特0，通過不斷增加前綴讀寫器就能識別所有的標(biāo)簽。二進制樹搜索的前提是要辨認(rèn)出讀寫器中數(shù)據(jù)碰撞的準(zhǔn)確位置，選用曼徹斯特編碼可以檢測出碰撞位。采用二進制樹搜索算法的RFID系統(tǒng)特點是：具有較高的穩(wěn)定性，易于用軟件實現(xiàn)，吞吐率最高可達36.4%，但ID不能太長，ID越長所需要的時間就越長，當(dāng)時間超過一定限度時，這種算法將不再適用。

二進制搜索樹的程序流程

ALOHA算法

ALOHA系統(tǒng)采用無規(guī)則的時分多址，或叫隨機多址。ALOHA算法采取“標(biāo)簽先發(fā)言”的方式，即RFID標(biāo)簽一進入讀寫器的作用區(qū)域就自動向讀寫器發(fā)送其自身的信息。在標(biāo)簽發(fā)送數(shù)據(jù)的過程中，若有其它標(biāo)簽也在發(fā)送數(shù)據(jù)，那么將會導(dǎo)致沖突。RFID讀寫器檢測接收到的信號有無沖突，一旦檢測到?jīng)_突，RFID讀寫器就發(fā)送命令讓標(biāo)簽先停止發(fā)送，隨機等待一段時間后再重新發(fā)送以減少沖突。

ALOHA算法的主要特點是各個標(biāo)簽發(fā)射時間是完全隨機的，當(dāng)工作范圍內(nèi)標(biāo)簽的數(shù)量不多時ALOHA算法可以很好的工作。缺點就是數(shù)據(jù)幀發(fā)送過程中沖突發(fā)生的概率很大，沖突周期是，而且標(biāo)簽不能自己檢測沖突，只能通過接收讀寫器的命令判斷有無沖突。

當(dāng)工作范圍內(nèi)的標(biāo)簽數(shù)增加時，發(fā)生碰撞的概率增加，性能急劇下降，信道利用率只有18.4%。針對以上問題，提出了時隙ALOHA算法和幀時隙ALOHA算法等來改善ALOHA算法。采用時隙ALOHA算法的RFID系統(tǒng)因為有讀寫器控制在同步時隙內(nèi)傳送數(shù)據(jù)，可能發(fā)生碰撞的時間區(qū)就縮短了一半，吞吐率最大可達36.8%，相對于純ALOHA算法增加了一倍，但仍局限于只讀型電子標(biāo)簽。采用幀時隙ALOHA算法的RFID系統(tǒng)適用于傳輸信息量較大的場合，但當(dāng)標(biāo)簽數(shù)量遠(yuǎn)大于時隙個數(shù)時，讀取標(biāo)簽的時間將會大大增加，在標(biāo)簽數(shù)遠(yuǎn)小于時隙個數(shù)時，就會造成時隙的浪費。

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審核編輯 黃宇