密集型RFID系統(tǒng)閱讀器防碰撞技術(shù)(2022新)

密集型RFID系統(tǒng)閱讀器防碰撞技術(shù)RFIDContents目錄空分多路法01頻分多路法02碼分多路法03時分多路法041、RFID讀寫器沖突及解決途徑密集讀寫器環(huán)境就是指在RFID系統(tǒng)應(yīng)用中，在預(yù)定區(qū)域內(nèi)部署多個RFID讀寫器，以滿足對區(qū)域內(nèi)的所有標(biāo)簽進行完全的、高可靠的讀取要求。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中包含多個讀寫器和一個中央計算機，讀寫器與中央計算機之間一般采用局域網(wǎng)（LAN）或無線局域網(wǎng)（WLAN）方式進行通信連接。讀寫器防碰撞機制的實現(xiàn)密集讀寫器網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)密集讀寫器環(huán)境中的讀寫器沖突1、RFID讀寫器沖突及解決途徑網(wǎng)絡(luò)中的每個讀寫器通常具有不同范圍的識讀區(qū)域，各讀寫器的識讀區(qū)域可能有交集，即識讀區(qū)域有相互重疊的部分。為了便于說明，用圖7-17近似地描繪了密集讀寫器環(huán)境下的讀寫器沖突。每個圓圈代表一個讀寫器的識讀區(qū)域（實際應(yīng)用中的識讀區(qū)域可能為不規(guī)則形狀），圓點代表相應(yīng)的讀寫器。如果兩個讀寫器的識讀區(qū)域有相互重疊，如圖7-17中的R1和R2，則當(dāng)R1、R2同時工作時，如果不采取防沖突措施，就會產(chǎn)生讀寫器沖突，甚至使整個RFID系統(tǒng)無法正常工作。讀寫器防碰撞機制的實現(xiàn)密集環(huán)境下讀寫器沖突示意圖分時傳輸解決讀寫器沖突1、RFID讀寫器沖突及解決途徑分布式時隙控制方法以防沖突算法Colorwave和IRCM為代表，時隙分配過程以網(wǎng)絡(luò)中的每個讀寫器為中心，各讀寫器之間相互反復(fù)通信協(xié)商來確定各自的工作時隙，發(fā)生沖突時往往通過增加新的時隙來解決，結(jié)果使得時隙分配過程較長且需要的總時隙數(shù)目多；集中式時隙控制方法幾乎不占用讀寫器的資源，通過中央計算機或服務(wù)器運行優(yōu)化算法進行時隙分配問題的求解。這種方法求解速度快且不占用讀寫器資源。讀寫器防碰撞機制的實現(xiàn)分時傳輸解決讀寫器沖突1、RFID讀寫器沖突及解決途徑圖7-18讀寫器沖突問題的平面圖,RFID讀寫器沖突問題類似于一個簡單的平面圖G=(R，E)。頂點集合R是RFID讀寫器集合，即R={r1，r2，…，rn)。邊集合E描述了RFID系統(tǒng)中讀寫器之間的沖突關(guān)系。也就是說，如果讀寫器Ri和讀寫器Rj的識讀區(qū)域之間存在交集，就將頂點ri和rj用一個無向線段連接起來。據(jù)此建立圖7-17中的讀寫器沖突問題的平面圖G=(R，E)如圖7-18所示。讀寫器防碰撞機制的實現(xiàn)平面圖著色與讀寫器防沖突讀寫器沖突的平面圖1、RFID讀寫器沖突及解決途徑讀寫器防碰撞機制的實現(xiàn)Hopfieid神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型n×n階對稱矩陣n×4階矩陣為了消除網(wǎng)絡(luò)中的讀寫器沖突問題，必須使網(wǎng)絡(luò)中存在沖突關(guān)系的讀寫器工作在不同的時隙。根據(jù)這樣的約束要求，讀寫器防沖突神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的能量函數(shù)如下：讀寫器防碰撞機制的實現(xiàn)讀寫器防沖突問題混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型當(dāng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的能量函數(shù)E的值等于‘0’時，當(dāng)前的輸出矩陣v的值就是讀寫器防沖突神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的可行解。讀寫器防碰撞機制的實現(xiàn)讀寫器防沖突問題混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型二維Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能量函數(shù)的一般表達形式：比較式(3)和式(4)，可以得到：因此，讀寫器防沖突神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的微分方程為：Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型可以收斂到一個穩(wěn)定的平衡解，但會經(jīng)常陷入局部最優(yōu)。因此，在上述建立的Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型基礎(chǔ)上，本文通過引入混沌機制和模擬退火策略，為讀寫器防沖突建立基于退火策略的混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型如下：讀寫器防碰撞機制的實現(xiàn)基于退火策略的混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型當(dāng)模擬溫度衰減至趨近于‘0’時，混沌狀態(tài)消失，此后算法獲得一個較好的初值，并按照Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法繼續(xù)進行搜索并逐漸收斂于有效解。步驟1：設(shè)置A，B，C，，0，￡，k，a，z(0)，，／Z(0)等參數(shù)的值，如表1。實驗中，(0)取[0，1]區(qū)間的隨機數(shù)。步驟2：根據(jù)式(10)和(11)計算(t)。

步驟3：根據(jù)式(3)計算能量函數(shù)。

步驟4：根據(jù)式(12)計算／Z(t+1)。

步驟5：判斷能量函數(shù)是否滿足穩(wěn)定條件。如果滿足進行步驟6，否則進行步驟2。能量函數(shù)的穩(wěn)定判據(jù)為：1)的值在連續(xù)l0次迭代中的變化量小于0．01；2)如果E≤10～，則停止迭代；3)如果算法在1000次迭代中無法收斂到有效解，則停止仿真。

步驟6：輸出仿真結(jié)果，即輸出VandE。采用MATLAB對基于退火策略的混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)讀寫器時隙分配算法進行仿真。仿真流程如下：讀寫器防碰撞機制的實現(xiàn)仿真流程對于圖2和圖3所示的讀寫器沖突網(wǎng)絡(luò)，用基于退火策略的混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法在經(jīng)過162次迭代后，得到了讀寫器防沖突的時隙分配有效解。輸出矩陣的值為：讀寫器防碰撞機制的實現(xiàn)仿真實驗結(jié)果讀寫器防碰撞機制的實現(xiàn)仿真實驗根據(jù)輸出矩陣中的每行元素，得到各讀寫器的時隙分配結(jié)果如表2所示：讀寫器防碰撞機制的實現(xiàn)仿真實驗若以4種形狀分別代表時隙T1,T2,T3,T4,對圖2所示的讀寫器網(wǎng)絡(luò)按照表2的結(jié)果進行著色填充的結(jié)果如圖5所示：從圖5中可以看出，任意兩個識讀區(qū)域存在交集的讀寫器(即存在沖突約束的讀寫器)的識讀區(qū)域分別采用不同的填充方式，表明了求解結(jié)果的正確性。盡管與式(1)的的值不同，但仍然是讀寫器防沖突時隙分配問題的可行解。讀寫器防碰撞機制的實現(xiàn)算法性能分析首先，基于退火策略的混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)讀寫器防沖突算法是基于TDMA原理的，因此運用該算法來解決讀寫器沖突問題原理上是可行的。

其次，本算法屬于集中式控制算法，算法的執(zhí)行過程在中央計算機上實現(xiàn)，幾乎不占用讀寫器的掃描時間(只在確定讀寫器之間沖突關(guān)系時占用極少的時間)。而分布式算法在執(zhí)行的全過程中，所有的讀寫器要相互通訊來協(xié)調(diào)時隙分配，在時隙分配完成前無法掃描標(biāo)簽。因此，從應(yīng)用的角度來說，本文提出的方法更具有合理性和實用性。最后，在密集讀寫器環(huán)境中，