4 数据校验和防碰撞

数据校验和防碰撞算法

在RFID系统中，数据传输的完整性存在两个方面的问题：

一是外界的各种干扰可能使数据传输产生错误；

二是多个应答器同时占用信道使发送数据产生碰撞。

运用差错控制/数据检验（差错检测）和防碰撞算法可分别解决这两个问题。

差错检测

监督码元

差错的性质

•随机错误

•突发错误

•混合错误

差错的表示方法

误比特率

差错控制

–在传输信息数据中增加一些冗余编码，使监督码元和信息码元之间建立一种确定的关系，实现差错控制编码和差错控制解码功能。

–反馈重发（ARQ）、前向纠错（FEC）和混合纠错（HEC）

反馈重发发送端需要在得到接收端正确收到所发信息码元（通常以帧的形式发送）的确认信息后，才能认为发送成功。

前向纠错接收端通过纠错解码自动纠正传输中出现的差错，所以该方法不需要重传。这种方法需要采用具有很强纠错能力的编码技术。

混合纠错是ARQ和FEC的结合，设计思想是对出现的错误尽量纠正，纠正不了则需要通过重发来消除差错。

检纠错码的分类

•分组码

–码组的监督码元仅与本码组的信息码元有关，而与其他码元组的信息码元无关

•卷积码

–码组的监督码元不仅与本码组的信息码元相关，而且与本码组相邻的前m个时刻输入的码组的信息码元之间也具有约束关系

–性能优于分组码

•交织码

–利用交织技术构造出来的编码

RFID中的差错检测

线性分组码奇偶校验码 CRC码

防碰撞算法

有两个或两个以上的应答器同时发送数据，那么就会出现通信冲突，产生数据相互的干扰，即碰撞。

多个应答器处在多个阅读器的工作范围之内，它们之间的数据通信也会引起数据干扰。

采取防碰撞（冲突）协议，由防碰撞算法（Anti-collision Algorithms）和有关命令来实现。

防碰撞机制的实现

空分多址 SDMA 空间分割多重存取

分离的空间范围内重新使用确定的资源（通信容量）

是一种信道增容的方式，可以实现频率的重复使用，充分利用频率资源

频分多址 FDMA 频率分割多重存取

码分多址 CDMA

时分多址 TDMA 是把整个可供使用的信道容量按时间分配给多个同户的技术。

RFID中，常用时分多址。

ALOHA算法

ALOHA是一种时分多址存取方式

纯ALOHA算法

只要有数据待发，就可以发送。碰撞周期为2T。

用于只读系统。当应答器进入射频能量场被激活以后，它就发送存储在应答器中的数据，且这些数据在一个周期性的循环中不断发送，直至应答器离开射频能量场。

时隙ALOHA算法

把时间分为离散的时间段（时隙），每段时间对应一帧，这种方法必须有全局的同步。

ISO/IEC15693标准中的防碰撞使用的就是时隙为16的ALOHA算法。

动态时隙ALOHA算法

阅读器在等待状态中的循环时隙段内发送请求命令，该命令使工作应答器同步，然后提供1或2个时隙给工作应答器使用，工作应答器将选择自己的传送时隙，如果在这1或2个时隙内有较多应答器发生了数据碰撞，阅读器就用下一个请求命令增加可使用的时隙数（如4，8，…），直至不出现碰撞为止。

Q值算法

在应答器数量较多的情况下，该算法可实时自适应地调整帧长，提高效率

二进制树形搜索算法

由阅读器控制驱动，通过标签内随机产生0、1及内置计数器实现标签的防碰撞。

树分叉算法

基本思想是：将处于碰撞的标签分成左右两个子集0和1，先查询子集0，若没有碰撞，则正确识别标签，若仍有碰撞则分裂，把1子集分成00和01两个子集，直到识别子集1中所有标签。

Improved Anti-collision Algorithm搜寻过程

详细过程

送REQUEST（11111111）命令，要求区域内所有标签应答，根据曼彻斯特编码，解码数据为101??1?1,发生碰撞，算法做下如下，将碰撞的最高置0，其它碰撞位置1。得下次的REQUEST(10101111)

送REQUEST（10101111）命令，标签A和C应答。解码数据为1010?111,发生碰撞，算法做下如下，将碰撞的最高置0，其它碰撞位置1。得10100111

送REQUEST（10100111）命令，只有标签A应答。解码数据为1010?111,没有发生碰撞，阅读器对标签A进行阅读操作。

防碰撞总结

应答器控制：纯ALOHA算法。

阅读器控制：时隙ALOHA算法（需要同步）、二进制树型搜索算法。

ISO/IEC14443标准TYPE A的防碰撞：二进制树型搜索算法。

ISO/IEC14443标准TYPE B的防碰撞：动态时隙ALOHA算法。

ISO/IEC15693标准的防碰撞：时隙ALOHA算法

ISO/IEC18000-6标准TYPE A的防碰撞：动态时隙ALOHA算法

ISO/IEC18000-6标准TYPE B的防碰撞：二进制树型搜索算法

ISO/IEC14443标准TYPE B的防碰撞：动态时隙ALOHA算法。

ISO/IEC15693标准的防碰撞：时隙ALOHA算法

ISO/IEC18000-6标准TYPE A的防碰撞：动态时隙ALOHA算法

ISO/IEC18000-6标准TYPE B的防碰撞：二进制树型搜索算法

ISO/IEC18000-7标准的防碰撞：动态时隙ALOHA算法