【物聯網】第2章 自動識别技術與RFID

2.1自動識别技術

• 光複号識别技術
• 語音識别技術
• 生物計量識别技術（虹膜，指紋）
• IC卡技術（內建電路卡，Intergrated Circuit Card）
• 條形碼技術（UPC碼，EAN碼，ITF25碼，Code39碼，ISBN碼等）
• 二維條形碼技術（根據編碼原理有：線性堆疊式二維碼，矩陣式二維碼，郵政碼）
• 射頻識别技術（RFID，Radio Frequency Identification）：利用射頻信号通過空間耦合（交變磁場或電磁場）實作無接觸資訊傳遞并通過所傳遞的資訊達到自動識别的目的

2.2RFID技術分析

• 一般，RFID系統由5個元件構成，包括傳送器，接收器，微處理器，天線，标簽。（傳送器，接收器和微處理器通常封裝在一起，統稱為閱讀器）

  【圖檔】

  天線同閱讀器相連，閱讀器可以連接配接多個天線，但每次使用時隻能激活一個天線。

  标簽由耦合元件，晶片，微型天線組成，每個标簽内部存有唯一的電子編碼，附着在物體上，用來辨別目标對象。

• 資料存儲方式：電可擦可程式設計隻讀存儲器（EEOROM），鐵電随機存取存儲器（FRAM），靜态随機存取存儲器（SRAM）。三種存儲方式有各自特點。
• 分類：被動式标簽，主動式标簽，半主動式标簽（根據是否内置電池）
• 頻率：低頻，高頻，超高頻（應用少，穿透性差）

2.3RFID标簽沖突

由于标簽硬體能力的限制，所有的沖突仲裁度需要由閱讀器來實作。

• 基于ALOHA的防沖突算法

  （1）ALOHA算法是一種随機接入方法： 閱讀器接收到信号之後，檢測是否有沖突發生。如沒有沖突發生，閱讀器正确識别标簽辨別符并發送确認消息；如果發生沖突，閱讀器就發送沖突确認，标簽接收到沖突确認之後随機獨立地等待一段時間後再重新發送以避免沖突，直到發送成功為止。

  （2）S-ALOHA算法（分時隙ALOHA算法）：将純ALOHA算法的時間分為若幹時隙，每個時隙大于或等于标簽辨別符發送的時間長度，并且每個标簽隻能在時隙開始時刻發送辨別符。

  （3） 基于幀的時隙ALOHA（FSA）：在S-ALOHA的基礎上，将若幹時隙組織為一幀，閱讀器按照幀為單元進行識别。識别過程：在每一幀開始時，閱讀器廣播幀長度f，即幀所包含的時隙個數，并激活場中所有标簽。每個标簽在接收到幀長之後随機獨立地在0~（f-1）中選擇一個整數作為自己發送辨別符的時隙序号，并将這個序号存在寄存器SN中。緊接着，閱讀器通過時隙開始指令啟動一個新的時隙，如果标簽SN的值等于0則立即發送辨別符号，如果不等于0則隻是其辨別符減1而不發送辨別符。如果發送成功即無沖突發生，則改标簽進入休眠狀态，之後的時隙不再活動；如果沖突發生，則該标簽進入等待狀态，在下幀中選擇一個時隙重新發送。這個過程一直重複持續下去，知道閱讀器在某一幀中沒有收到任何标簽信号。（f的選擇：可證明隻有當幀的長度等于閱讀器場内标簽數目時，FSA的性能才能達到最大）

  （4）由于閱讀器場内标簽數目是未知的，是以幀的長度影響FSA性能。動态自适應設定幀長度的算法：

  a.根據前一幀通信擷取的空的時隙數目，發生碰撞的時隙數目和成功辨別标簽的時隙數目，來估計目前的标簽數進而設定下一幀的最優長度

  b.根據前一時隙的回報動态調整為2的整數倍（Q算法）。在Q算法中當出現當一幀出現過多的沖突時隙時，閱讀器會提前結束該幀并發送一個新的更大的幀；當一幀出現過多的空閑時隙時，此幀也不是最佳的幀，閱讀器會提前結束該幀并啟動一個新的更小的幀。

• 基于二進制樹的防沖突算法：

  （1）基本思想是按照遞歸的工作方式将沖突的标簽集合劃分為兩個标簽子集，直到集合中隻剩下一個标簽為止。

  （2）每個标簽維持一個計數器，計數器初始值為0。在每一個時隙開始時，如果标簽的計數器為0則立即發送子集的辨別符号。範式被成功識别的标簽都處于沉默狀态。

  （3）每一個時隙結束時閱讀器會将接收到的結果（沖突或不沖突）回報給标簽，場内的标簽根據自己維持的計數器進行調整：（下面是随機二進制樹算法過程）

  a.如果該時隙有沖突發生，發送辨別符号的标簽會從0或1兩個數字中随機選擇一個，并将其加到自己的計數器上。沒有發送辨別符号的标簽将自己的計數器減1。（标簽被分為兩個集合）

  b.如果該時隙沒有發生沖突，說明該時隙要麼沒有标簽發送辨別符号或僅有一個标簽發送成功辨別符号。被成功識别的标簽保持沉默知道一個新的識别過程開始。沒有被成功識别的标簽則需要将自己的計數器減1。

  （4）查詢二進制樹算法是一個無狀态協定，不需要标簽内部維持任何狀态，隻需要根據閱讀器廣播的字首符号比較即可。

  （5）每個時隙開始時，閱讀器廣播該二進制字首，電子标簽将自己的辨別符号前幾位與此二進制字首進行比較，若相同則立即發送識别信号。如果閱讀器檢測到沖突，則在下次查詢中在原來的二進制字首後面增加0或1，重新查詢，直到識别完所有的标簽。