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基于二進制防碰撞算法的RFID定位系統的設計

作者: 時間:2012-08-20 來源:網絡 收藏

1.3 低功耗
的標簽采用電池供電,是有源標簽。而電池是一種消耗性的電源,工作時間短。為了延長車載卡的工作時間,需要進行電源管理,以降低功耗。當前大多數的電源管理方法采用一種周密的喚醒、休眠方法。但大多數情況下,喚醒周期的大部分時間是無用的,消耗能量。本中采用一種無線觸發喚醒的電源管理方法。在這種方法中,有源標簽進入休眠模式后就會一直保持睡眠狀態,在讀寫器沒有發送出特定頻率的無線信號時,它是不會被喚醒的。當然,這個特定頻率的無線信號會立即喚醒休眠的標簽。這樣,就節省了在喚醒前和監測期間的電源消耗。喚醒脈沖通過特定頻率傳送,而數據通信采用另外的無線頻率傳送。一旦讀寫器與標簽建立通信連接后,雙方便跳到由讀寫器指定的固定頻率上工作,這樣即使車場中其他標簽在無線通信范圍內也不會被喚醒,避免了同頻干擾。無線觸發喚醒電路主要由無源元件構成,其基本電路如圖3所示。

本文引用地址:http://cqxgywz.com/article/154104.htm

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2 多標簽的防
要實現多目標識別,必然要解決下述問題:在一個讀寫器的范圍內有多個電子標簽時,由于所有電子標簽都采用同一工作頻率,故當多個電子標簽同時傳輸數據就會產生數據沖突,使各電子標簽之間的傳輸相互干擾,進而導致信息的丟失,這就是通常所說的問題。在電子標簽和讀寫器的通信過程中一般會有3種形式的:標簽碰撞、讀寫器干擾、標簽干擾。本文主要研究標簽碰撞。
搜索法又名二叉樹搜索法,所有用唯一標簽的電子標簽的ID號可以看成一棵完全二叉樹。在讀寫器作用范圍內,同步向讀寫器發送信號的標簽ID號也構成一棵二叉樹。讀寫器根據信號碰撞的情況反復對完全二叉樹的分枝進行篩選,最終找出這棵二叉樹。在尋找的過程當中逐一確定作用區域內響應的標簽,同時也完成了它們與讀寫器之間的信息交換。
接下來將通過一個實例對搜索具體實現過程進行詳細的說明。采用ID為8位的4個標簽,其ID分別為10110010、10100011、101 10011、11100011。
二進制搜索步驟如下:
①讀寫器設置篩選條件ID11111111,向標簽發送請求。
②閱讀區內的所有標簽均符合篩選條件,響應讀寫器的請求,發送各自的ID。
③讀寫器檢測到第2、4、8位發生碰撞,即1X1X001X讀寫器將碰撞的最高位置0,其余低位置1,重新設定篩選
條件ID10111111,向標簽發送請求。
④標簽10110010、10100011、10110011響應讀寫器請求,發送各自的ID。
⑤讀寫器檢測到第4、8位發生碰撞(即101X001X),讀寫器將碰撞最高位置0,其余低位置1,重新設定篩選條件為ID10101111,向標簽發送請求。
⑥標簽10101111響應讀寫器的請求,發送ID號。
⑦讀寫器檢測到沒有碰撞發生,成功識別出標簽10100011,然后使標簽10100011處于休眠狀態,完成對標簽的讀寫。
⑧瀆寫器重新設定篩選條件為ID11111111,重復識別過程,直至所有標簽識別出來。
二進制搜索的識別示意圖如圖4所示。

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3 算法
LANDMARC算法是一種經典的有源的室內定位算法,的思想是采用額外的固定參考標簽(或稱為輔助標簽),這些參考標簽在該定位中作為參考點使用,通過參考點的信號強度值與待定位標簽的信號強度值之間的比較,計算出待定位標簽的坐標。由于讀寫器獲得到的相鄰標簽的RSSI也是相近的,所以LANDMARC算法通過比較閱讀器接收到的待定位標簽與參考標簽強度值的大小來求得離待定標簽距離的幾個參考標簽,然后根據這幾個最相鄰參考標簽的坐標,并結合它們的權重,用經驗公式計算出待定位標簽的坐標。LANDMARC方法具有較高的定位精度,可擴展性好,能處理比較復雜的環境,是一種經常使用的定位方法。
LANDMARC定位算法具有3個特點:
◆采用多個低廉的標簽代替昂貴的讀寫器,節省了開支;
◆可以較好地適應環境所引起的動態因素;
◆定位信息與其他定位技術比較,更加精確、可靠。
LANDMARC定位算法支持移動和動態的屬性,可以更好地完成一些接近實時傳感的工作。當然,輔助標簽和閱讀器擺放的位置對定位的精度有一定的影響。
LANDMARC定位算法采用了一種稱為“最鄰近距離”的思想。理論上,當某個待定位標簽與參考標簽的距離相臨近,那么它們在同一個RF ID閱讀器中所獲得的信號強度值應該也是相臨近的,這種思想以及在實驗中得到的一些經驗公式,可以求解出待定位標簽的坐標位置。
無線信號的接收信號強度和信號傳輸距離的關系可以用式(1)來表示,其中RSSI是接收信號強度,d是收發節點之間的距離,n是信號傳播因子,EAF是環境因子(即實際實驗環境對理論實驗結果的影響因數),射頻參數A定義為距讀寫器1 m時接收到信號平均能量的絕對值。
RSSI=-(A+10nlgd)-EAF (1)
可以看出,常數A和n的值決定了接收信號強度和信號傳輸距離的關系。射頻參數A和n用于描述網絡操作環境。射頻參數A被定義為dBm表示距發射機1 m時接收到信號平均能量的絕對值,如平均接收能量是-20 dBm,那么參數A就被定義為20。射頻參數n指出了信號能量隨著收發器距離增加而衰減的速率,其數值的大小取決于無線信號傳播的環境。通過大量的驗證,在開曠的操場上得到了環境因子EAF的大概值為13.6 dBm,A取46dBm,n取3.5 dBm。

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