射频识别系统中数字处理核心模块的研究

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1、射频识别系统中数字处理核心模块的研究!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!centralmodule引言射频识别（RFID,radiofreCuencyidentification）技术是一种自动识别技术，从20世纪90年代开始逐步走向商业应用!与其他传统识别系统相比，射频识别系统具有非接触式识别的优点，在完成识别工作时无须人工干预,可识别高速运动物体并可同时识别多个射频卡，操作快捷方便!射频卡可以反复使用，且不易损坏，特别适用于各类管理系统的信[1,2]息自动化采集！射频识别系统至

2、少应包括读写器和射频卡（或称电子标签）2部分!读写器和射频卡之间通过无收稿日期：2005-03-20基金项日：北京邮电大学研究生创新基金项日线收发模块及天线（或感应线圈）实现无线双向通信!读写器通过天线以电磁场的形式向外发射能量，处于该电磁场中的（无源）射频卡接收到电磁场能量后被激活并向读写器发送信息数据，读写器对收到的数据进行校验、解码、编码等一系列操作之[3]后，通过接口模块与计算机实现信息交互！零售、物流、交通等多领域RFID技术在牛产、潜在的巨大应用前景，近几年尤其是2003年以后引起了国内外的广泛关注!很多知名公司如SAP、微软、IBM等纷纷投入到RFID专用

3、软硬件的研发中，这使得RFID技术在国外进展迅速并开始走向商用!国内在RFID技术研发上相对滞后很多且大都作者简介：马玉秋（，男，硕士生，1978—）E-mail：163.com.yuCiuma!沈树群（，男，教授，博士生导师，1945一）E-mail：shenshuCun!sinalOO.com・124北京邮电大学学报第28卷处于研发起步阶段，倍受国外RFID技术专利和标准壁垒的限制，因此,尽早制定标准以及加大力度研发自主知识产权的技术与产甜在目前显得尤为重[4]要.目前，RFID技术研究的重点集中于频率干扰、多卡识别干扰、信息数据安全、识别距离以及运动物体对识别的影

4、响等问题上•数字处理核心模块作为读写器的核心部分，与这些核心问题的解决息息相关，也是决定技术成果的知识产权归属的重要因素•因此，独立自主地研究和设计数字处理核心模块，包括防碰撞算法和数据加密纠错等关键技术的研究，具有很重要的现实意义[4]・随机推迟防碰撞算法针对RFID系统的多卡识别干扰，随机推迟防碰撞(anti-collision)算法［5,6］可以使读写器同时对处于天线识别区域内的多个射频卡进行多卡识别•该算法采用硬件方式或软件方式，或者二者相结合的方式应用于读写器的数字处理核心模块中.采用软件方式来实现防碰撞，使系统简化且易于修改，但在以单片机为主体的数字处理模块

5、中，由于响应时间相对较长而使应用场合受限，而在以高速DSP为主体的字处理模块屮，这种受限度将会有所降低•算法概述：RFID系统工作时，即使有多个射频卡同时在识别区域内，在某一时间片内也只能有1个射频卡和读写器通信，若定义信道占用率R(TO)为TO时长内平均占用信道的射频卡数量，则RTO)!1(TO为不发生碰撞时完成1次通信的时长)•当碰撞发生时，对于nHl个同时申请信道的射频卡，算法提供信道的分配规则，并使信道占用率满足R(ttnTO,1)=tl-tO!1(1)其中tO、tl是n个射频卡完成通信的时间段.该算法的状态转移图如图1所示■-!TA(3)时发生碰撞,令发生碰撞

6、后所有争用信道的射频卡自行产生推迟时长kTA,其中k为射频卡时延随机因子，它是［0,K］内均匀分布的随机数，K为读写器设计给定的时限，k、K均为正整数•产生的概率为pk=K+l(4)射频卡等待kTA时长后，再次中请占用信道.各个射频卡产生的随机数k不同，因此避开了碰撞•当K很大时，口射频卡的到达率不高的情况下，就可以近似满足泊松到达的条件.假设输入负载G为TO时长内射频卡的平均到达次数；吞吐量S为TO时长内射频卡成功完成通信的平均次数•在稳定的状态下，如果通信成功，吞!(k(5)其中Pc表示到达的射频卡中能够成功完成通信的概率•吐量S与输入负载G的关系满足S=G?PcP

7、c=P[!m>T]P[!m>TA](6)由式(2)(、5)和(6)可得S=GJTf!m(m)dmdm=JTf!m(m)AGe-G(1+TT)(7)当G=(1+TA/T)-1时，得到S的极大值Smax=el+T(AT8)当GV(1+TA/T)・1时，吞吐量随G的增大而上升，系统处于稳定状态，否则吞吐量随G的增大而急剧下降.系统在碰撞后将耍根据算法产生时延因子k,由于VkVK,碰撞后可能产牛的时延在到KTA之间•假设每个射频卡平均重发Nr次，则平均响应时间为!=T+Nr2A(9)平均重发次数Nr与K有关，但当K很大时，N「近似与K无关，则l+