卷煙防碰撞物流管理論文

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1RFID數(shù)據(jù)碰撞

標(biāo)簽碰撞是指多個(gè)標(biāo)簽同時(shí)發(fā)射無線信號(hào)所產(chǎn)生的信號(hào)沖突，會(huì)導(dǎo)致閱讀器無法準(zhǔn)確識(shí)別標(biāo)簽。根據(jù)標(biāo)簽類型不同，標(biāo)簽沖撞又分為有源RFID碰撞和無源RFID碰撞[5]。由于有源RFID系統(tǒng)受到了有源標(biāo)簽的成本、體積及功耗的制約，不適合應(yīng)用于物流管理中，因此無源標(biāo)簽的防碰撞問題成為了研究重點(diǎn)。標(biāo)簽本身功能較簡(jiǎn)單、計(jì)算能力有限且不能互相通信，因此防碰撞技術(shù)主要涉及到無線電通信中的多路存取問題，一般有以下幾種[6]：空分多路法：在分離的空間范圍內(nèi)進(jìn)行多個(gè)目標(biāo)的識(shí)別。這種方法是以犧牲硬件成本為代價(jià)的。頻分多路法：把傳輸信道分解成若干個(gè)不同載波頻率的子信道，各子信道之間有隔離區(qū)域，使得各路信號(hào)不會(huì)互相干擾。其缺點(diǎn)是各子信道必須有單獨(dú)的接收模塊，浪費(fèi)頻譜資源，成本較高。時(shí)分多路法：將整個(gè)信道傳輸?shù)男畔澐譃槿舾蓵r(shí)隙，其特點(diǎn)是時(shí)隙分配固定，適用于數(shù)字信息的傳輸。碼分多路法：采用不分頻段傳輸，用編碼區(qū)分同時(shí)傳送的多路信息，能將不需要的無用信號(hào)丟棄，提取需要的有用信號(hào)。

2防碰撞算法

目前，無源RFID防碰撞的研究主要是基于時(shí)分多址的，分為概率性算法和確定性算法兩大類，概率性算法中具有代表性的是動(dòng)態(tài)幀時(shí)隙ALOHA算法，確定性算法主要是二進(jìn)制樹搜索算法。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)這兩類算法進(jìn)行了一定的改進(jìn)研究，文獻(xiàn)[7]中郭志濤針對(duì)動(dòng)態(tài)幀時(shí)隙ALOHA算法提出了改進(jìn)方案，結(jié)合hash函數(shù)和三維估計(jì)方法將標(biāo)簽分配到不同的時(shí)隙，估計(jì)標(biāo)簽數(shù)并調(diào)整幀長(zhǎng)為標(biāo)簽數(shù)的1.7倍，以獲得最好的識(shí)別效果；文獻(xiàn)[8]中袁正午等人提出了一種基于堆棧存儲(chǔ)的改進(jìn)二進(jìn)制搜索算法，通過對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行預(yù)處理以及在閱讀器中設(shè)置堆棧，有效地減少碰撞算法中的識(shí)別次數(shù)和傳輸冗余信息；文獻(xiàn)[9]中高金輝通過設(shè)置堆棧和設(shè)置標(biāo)簽內(nèi)部休眠計(jì)數(shù)器來有效地提高RFID標(biāo)簽識(shí)別效率。根據(jù)分析得知，ALOHA算法簡(jiǎn)單，但識(shí)別碰撞的穩(wěn)定性相對(duì)較差，最高信道利用率不到50%，可以應(yīng)用在對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高、標(biāo)簽數(shù)量較少的場(chǎng)合。二進(jìn)制樹搜索算法相對(duì)較復(fù)雜，但標(biāo)簽識(shí)別正確率較高，穩(wěn)定性強(qiáng)，在卷煙倉(cāng)庫中標(biāo)簽數(shù)量較多的情況下應(yīng)優(yōu)先考慮這種算法，且算法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)主要是縮短標(biāo)簽識(shí)別延遲時(shí)間和降低標(biāo)簽碰撞率。

2.1算法改進(jìn)思想

2.1.1盡可能減少標(biāo)簽識(shí)別過程中的查詢次數(shù)。傳統(tǒng)二進(jìn)制防碰撞算法中，閱讀器每次讀取一個(gè)電子標(biāo)簽后，都會(huì)從根節(jié)點(diǎn)開始重新操作，即讀取標(biāo)簽平均查詢次數(shù)與閱讀器范圍內(nèi)電子標(biāo)簽的數(shù)量有線性關(guān)系。為了盡可能減少查詢次數(shù)，可以使閱讀器返回父節(jié)點(diǎn)進(jìn)行查詢，一定程度上可減少查詢次數(shù)。

2.1.2盡可能減少通信過程中傳輸?shù)男畔⒘俊ｉ喿x器在發(fā)出REQUEST命令后，有效范圍內(nèi)所有的標(biāo)簽都要做出應(yīng)答。假設(shè)閱讀器在譯碼后得知有n位發(fā)生碰撞，即無法識(shí)別n個(gè)比特位信息，由于最高碰撞位之前的若干比特位總是固定的，下一次閱讀器發(fā)出REQUEST命令時(shí)只需發(fā)送最高碰撞位之前的信息以及發(fā)生的碰撞位置，電子標(biāo)簽再次響應(yīng)時(shí)也只需發(fā)送最高碰撞位后面的幾位信息，顯然可以有效減少閱讀器與標(biāo)簽的通信量，提高識(shí)別速度。

2.2算法實(shí)現(xiàn)流程

改進(jìn)后的二進(jìn)制防碰撞算法的流程圖如圖1所示。下面通過一個(gè)具體的例子來說明改進(jìn)算法識(shí)別一組標(biāo)簽的過程。假設(shè)某讀寫器有效作用范圍內(nèi)有6個(gè)件煙托盤，每個(gè)托盤上有一個(gè)RFID標(biāo)簽，標(biāo)簽ID號(hào)分別為：11000001、11010011、11001001、11010001、11000011、11011001。閱讀器發(fā)送請(qǐng)求指令REQUEST（11111111），要求6個(gè)標(biāo)簽都作出響應(yīng)，具體步驟如下：

（l）標(biāo)簽1~6均響應(yīng)閱讀器發(fā)出的請(qǐng)求指令REQUEST（11111111），將自身的ID號(hào)發(fā)送給閱讀器。經(jīng)過曼徹斯特編碼譯碼得到110XX0X1，可以得到下一步的請(qǐng)求指令為REQUEST（00011010，0）。

（2）閱讀器發(fā)出REQUEST（00011010，0）指令，標(biāo)簽鎖定自身ID號(hào)的第1、3、4位。鎖定位中最高位為0的標(biāo)簽響應(yīng)該指令，即標(biāo)簽1、3、5響應(yīng)，返回鎖定位中的剩余位：00、10、01，閱讀器解碼結(jié)果為OXX，得到下一步的請(qǐng)求指令為REQUEST（00）。

（3）閱讀器發(fā)出REQUEST（00）指令，標(biāo)簽1、5響應(yīng)，分別返回自身的ID號(hào)為O和1，閱讀器解碼結(jié)果為00X，于是得到下一步的請(qǐng)求指令為REQUEST（000）。

（4）閱讀器發(fā)出REQUEST（000）指令，標(biāo)簽1作出響應(yīng)，無碰撞發(fā)生，閱讀器發(fā)出SELECT和READ指令對(duì)標(biāo)簽1進(jìn)行讀寫操作，接著執(zhí)行SLEEP指令，使標(biāo)簽1休眠。為減少查詢次數(shù)，采用后退策略從該節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)得到下一步的請(qǐng)求指令為REQUEST（001）。

（5）閱讀器發(fā)出REQUEST（001）指令，標(biāo)簽5作出響應(yīng)，無碰撞發(fā)生，閱讀器完成對(duì)標(biāo)簽5的讀寫后，同樣執(zhí)行SLEEP命令，使之休眠。接著采用后退策略得到下一步的請(qǐng)求指令為REQUEST（01）。

（6）閱讀器發(fā)出REQUEST（01）指令，標(biāo)簽3作出響應(yīng)，無碰撞發(fā)生，同理，該標(biāo)簽完成讀寫后進(jìn)入休眠狀態(tài)，并得到下一步的請(qǐng)求指令為REQUEST（1）。

（7）閱讀器發(fā)出REQUEST（1）指令后，標(biāo)簽2、4、6作出響應(yīng)，產(chǎn)生了碰撞。同上方法將該分支內(nèi)所有產(chǎn)生碰撞的標(biāo)簽都識(shí)別出來，識(shí)別先后順序?yàn)闃?biāo)簽4、標(biāo)簽2、標(biāo)簽6，至此，整個(gè)識(shí)別過程結(jié)束。

2.3算法分析

（1）假設(shè)讀寫器有效范圍內(nèi)有N個(gè)標(biāo)簽，采用傳統(tǒng)的二進(jìn)制搜索算法，從N個(gè)標(biāo)簽中識(shí)別出一個(gè)標(biāo)簽所需要的平均查詢次數(shù)S為[10]：S（N）=log2N+1顯然如果有兩個(gè)以上甚至更多的標(biāo)簽發(fā)生碰撞，則閱讀器重復(fù)詢問的次數(shù)將會(huì)增加很快，算法的性能也急劇下降。對(duì)于改進(jìn)的二進(jìn)制搜索算法，每次正確識(shí)別一個(gè)標(biāo)簽后可得到下一次的REQUEST指令，大大地減少了識(shí)別過程中遍歷節(jié)點(diǎn)的數(shù)目，即減少了總的查詢次數(shù)，因此平均搜索次數(shù)S'為：S（'N）=2N－1由公式得知，改進(jìn)的二進(jìn)制防碰撞算法中，識(shí)別單個(gè)標(biāo)簽平均只需要不到2次的查詢次數(shù)，利用后退思想降低了算法的時(shí)間復(fù)雜度，算法性能得到了很大的提高。

（2）假設(shè)標(biāo)簽ID的長(zhǎng)度為M，在傳統(tǒng)二進(jìn)制搜索算法中，REQUEST請(qǐng)求命令必須發(fā)送標(biāo)簽完整的序列號(hào)，即發(fā)送的二進(jìn)制編碼長(zhǎng)度L=M；在改進(jìn)算法中，REQUEST命令中的參數(shù)是最高碰撞位，即每次發(fā)出的二進(jìn)制編碼長(zhǎng)度L'=log2M+1，顯然減少了閱讀器與標(biāo)簽之間的通信量。綜上分析，改進(jìn)后的二進(jìn)制防碰撞算法在多標(biāo)簽的密集環(huán)境下具有較高的識(shí)別效率，尤其適用于卷煙倉(cāng)庫的物流管理系統(tǒng)，可大大提高件煙托盤的信息讀寫效率，最終有效提高卷煙倉(cāng)儲(chǔ)物流、過程監(jiān)管的技術(shù)服務(wù)水平。

3結(jié)語

本文分析了卷煙物流管理系統(tǒng)中的射頻識(shí)別技術(shù)，研究了RFID系統(tǒng)中數(shù)據(jù)碰撞問題及其解決方法。為了得到更高的標(biāo)簽識(shí)別效率，在原有二進(jìn)制搜索算法的基礎(chǔ)上提出了一種改進(jìn)算法，有效地減少了閱讀器與標(biāo)簽之間的通信量，同時(shí)減少了閱讀器的查詢次數(shù)和時(shí)間延遲。在卷煙倉(cāng)庫中多標(biāo)簽密集的環(huán)境下，可大大提高件煙托盤的信息讀寫速度，使倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性。

作者：楊斐 黃軍 陸垂偉 單位：湖北理工學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院 湖北省大冶市煙草專賣局