时隙的大小对时隙Aloha算法信道利用率的影响

 时隙ALOHA算法把时间分成多个离散的時隙每个时隙长度等于或稍大于一个帧,标签只能在每个时隙的开始处发送数据这样标签要么成功发送,要么完全碰撞避免了纯ALOHA算法中的部分碰撞冲突,碰撞周期减半提高了信道利用率。时隙ALOHA算法需要读写器对其识别区域内的标签校准时间时隙ALOHA算法是随机询问驱動的TDMA防冲撞算法,工作过程如图所示

因为标签仅仅在确定的时隙中传输数据,所以该算法的冲撞发生频率仅仅是纯ALOHA算法的一半但其系統的数据吞吐性能却会增加一倍。

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[0062] 图1为本发明提供的一种基于碰撞時隙独立识别的动态帧时隙Aloha算法流程 图
[0063] 图2为本发明实施例中完成八个标签识别的过程示意图。
[0064] 图3为采用经典的Aloha类算法DFSA方法完成八个标簽识别的过程示意图。
[0065] 图4为本发明在吞吐率上的优势曲线图
[0066] 图5为本发明在识别单个标签所需的平均协调时间的优势曲线图。
[0067] 图6为本发明茬平均识别率上的优势曲线图
[0068] 下面结合附图对本发明的实施例作进一步的说明。
[0070] 本发明提供了一种基于碰撞时隙独立识别的动态帧时隙Aloha算法分为最佳帧 长检测和碰撞时隙独立识别两个阶段。
[0071] 在最佳帧长检测阶段对每帧设置一个检测段进行观测,然后充分利用检测段中、 成功时隙、碰撞时隙以及空闲时隙的统计数来判断当前帧是否为最优若不是最优则重新 调整帧长和设置新的检测段,直到检测到最优嘚帧长为止;若是最优则继续读完整个帧然 后统计出每个碰撞时隙的索引号,压入堆栈然后进入独立碰撞时隙识别阶段。
[0072] 独立碰撞时隙识别阶段是通过索引号对每个碰撞时隙设置独立的帧来进行识 另Ij,直到堆栈为空后整个标签识别过程结束。
[0073] 如图1所示本发明具体包括以下步骤:
[0074] S1、读写器初始化:设置初始Q值Qini (帧长F = 2Q)以及检测段的长度Fds,并将读 写器的时隙计数器Sc、空闲时隙数E、碰撞时隙数C以及成功时隙數S均清零
[0075] S2、读写器向其工作域内的待识别标签广播一个查询命令,查询命令包括时隙帧 长F = 2Q以及检测段F dsFds的大小满足F ds= F/2 k,k为非负整数
[0076] 这里讀写器第一帧广播Query命令,以后每帧均广播QueryAdj命令
[0077] 读写器向工作域内的待识别标签广播一个查询命令后,工作域内的待识别标签接 收到读写器广播的查询命令后提取查询命令中的Q值和Sc值,并在[1F]中产生一个随 机数加载到标签内部的计数器上,并比较计数器与Sc的值若相等,則标签响应读写器的 查询命令并返回数据否则不予响应。
[0078] S3、读写器接收待识别标签的响应情况同时时隙计数器值加 I :Sc = Sc+1 ;
[0079] 若读写器接收到标簽的回复且无碰撞产生,则表示成功识别该标签S = S+l ;
[0080] 若读写器接收到标签的回复且产生碰撞,则表示标签当前时隙内有多个标签同时 响应C = C+1,并统计当前时隙索引号;
[0081] 若读写器没有接收到标签的回复则说明当前时隙空闲,E = E+1
[0084] 若否则广播查询命令并返回步骤S3。
[0085] S5、读写器判断剩餘标签数Iif3st是否在当前Q值的最佳范围内;
[0086] 若是则判断Sc与F是否相等若Sc = F则统计碰撞时隙的索引号并压入堆栈,并 根据nind= r〇und((nest-S)/C)来确定碰撞时隙内的平均标签数nind然后设置每个碰撞时 隙初始帧的大小Find;g Sc辛F则广播查询命令并返回步骤S3 ;
[0087] 若否则设置新的Q值并更新Fds,然后返回步骤S2
[0088] 其中,设置每个碰撞时隙初始帧的大小Find以及设置新的Q值时需要参考剩余标 签数和最佳帧长的关系表根据剩余标签数可以找出对应的最佳帧长,剩余标签數IW和最 佳帧长F的关系根据常规动态帧时隙Aloha算法导出剩余标签数I st和最佳帧长F的具 体关系为:
[0104] 更新Fds时需要参考不同帧所对应的检测段的大小設置,具体为:
[0116] 读写器向其工作域内的标签广播一个查询命令后接收到广播的标签,提取查询 命令中的Sc值并比较标签内部计数器的值與Sc的值,若相等则标签响应读写器的查询 命令并返回数据,否则不予响应
[0117] S6、读写器判断堆栈是否为空;
[0118] 若是则识别过程结束;
[0119] 若否则讀写器从堆栈中提取新的索引号并进入步骤S7。
[0120] S7、读写器广播查询命令查询命令包括时隙Find及其索引号index。
[0122] 读写器向其工作域内的标签广播一個查询命令后接收到广播的标签,提取查询 命令中的Q值、index值和Sc值只有与index值匹配的标签才会在[1,F]中产生一个随 机数加载到标签内部的计數器上并比较计数器与Sc的值,若相等则标签响应读写器的 查询命令并返回数据,否则不予响应
[0123] S8、读写器读完Find个时隙后统计(S,C)判斷C是否等于0;
[0126] 下面以8个标签的识别过程为具体实施例对本发明作进一步描述,如图2所示具 体步骤如下:
[0127] AU读写器初始化清零,读写器时隙计數器Sc空闲时隙数E,碰撞时隙数C以及成 功时隙数S的值均为0
[0129] A3、第一轮识别:当读写器读完Fds个时隙后,统计出(SdsCds)分别为(2,1)通过 nest= round((S ds+2. 39*Cds)*F/Fds)估计出待识别标签数为9,根据剩余标签数nest和最佳 帧长F的关系可知标签数9处于帧长8的最佳范围6~11内,当前帧为最佳帧长因此读 写器继续本轮识别读完8個时隙,统计出碰撞时隙索引号为2和8,并压入堆栈然后根据 nind= round((nest-S)/C)计算出nind= 3,然后根据剩余标签数nest和最佳帧长F的关系确 定每个碰撞时隙的独立帧大小應为Find= 2。
[0130] A4、第二轮识别:读写器从堆栈中提取索引号采用Find= 2,当读完2个时隙后,读 写器统计出(SC)为(0,1)然后读写器根据n"t=r〇und(2.39*C)计算出当前索引丅的剩 余标签数为2,设置帧F ind= 2。
[0131] A5、第三轮识别:读写器在读完Find后统计出(S,C)为(2,0)碰撞时隙为0,因此 该索引下的标签均被成功识别。
[0132] A6、第四轮識别:读写器从堆栈中提取新的索引号采用Find= 2,当读完2个时隙 后,读写器统计出(SC)为(1,1)然后读写器根据n"t= round(2. 39*C)计算出当前索引 下的剩余标签數为2,设置帧Find= 2。
[0133] A7、第五轮识别:读写器在读完Find后统计出(S,C)为(01),然后读写

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8-3、简要说明RFID系统的时隙ALOHA算法的工莋过程:

   时隙ALOHA算法把时间分成多个离散的时隙每个时隙长度等于 或稍大于一个帧,标签只能在每个时隙的开始处发送数据这样标 签要么荿功发送,要么完全碰撞避免了纯ALOHA算法中的部分碰撞 冲突,碰撞周期减半提高了信道利用率。时隙ALOHA算法需要读写 器对其识别区域内的標签校准时间时隙ALOHA算法是随机询问驱动的TDMA防冲撞算法,工作过程如图所示:

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