RFID第7章實(shí)際環(huán)境下系統(tǒng)性能測試與分析

RFID第7章實(shí)際環(huán)境下系統(tǒng)性能測試與分析第一頁，共35頁。射頻識別技術(shù)原理、協(xié)議及系統(tǒng)設(shè)計第六章

實(shí)際環(huán)境下系統(tǒng)性能的測試與分析第二頁，共35頁。本章內(nèi)容7.1實(shí)際系統(tǒng)中的標(biāo)簽識別算法7.2發(fā)射功率對系統(tǒng)性能的影響7.3天線輻射角度對系統(tǒng)性能的影響7.4距離對系統(tǒng)性能的影響7.5標(biāo)簽部署密度對系統(tǒng)性能的影響7.6調(diào)整設(shè)備位置對系統(tǒng)性能的影響7.7影響標(biāo)簽識別時間的因素7.8問題與啟發(fā)7.9小結(jié)第三頁，共35頁。7.1實(shí)際系統(tǒng)中的標(biāo)簽識別算法Q算法模型實(shí)際RFID系統(tǒng)如何調(diào)整幀長Alien-9900+閱讀器Alien-9611天線Alien9640標(biāo)簽第四頁，共35頁。7.1實(shí)際系統(tǒng)中的標(biāo)簽識別算法標(biāo)簽個數(shù)為1時Q算法的幀長變化過程1）啟動識別過程：閱讀器在開始識別過程之前，會先發(fā)送一個時隙（即Q=0）用來檢測當(dāng)前識別范圍內(nèi)是否存在標(biāo)簽。減少時間浪費(fèi)2）結(jié)束識別過程：在實(shí)際的RFID系統(tǒng)中，如果只有一個標(biāo)簽或者沒有標(biāo)簽，則閱讀器可以在該時隙中完成識別（或檢測），隨后有15個時隙用來確認(rèn)識別過程是否結(jié)束，只有當(dāng)這15個時隙均為空時隙，閱讀器結(jié)束該幀；如果識別區(qū)域中超過一個標(biāo)簽，閱讀器將會進(jìn)入下一幀的識別。廠商設(shè)置第五頁，共35頁。7.1實(shí)際系統(tǒng)中的標(biāo)簽識別算法標(biāo)簽個數(shù)為1時Q算法的幀長變化過程第六頁，共35頁。7.1實(shí)際系統(tǒng)中的標(biāo)簽識別算法標(biāo)簽個數(shù)為25時Q算法的幀長變化過程1）Q的初始值設(shè)定：Q算法中Q的初始值是3，不同于EPCC1G2標(biāo)準(zhǔn)中默認(rèn)的Q=4。2）啟動下一幀的方式：在是系統(tǒng)的RFID系統(tǒng)的識別過程中，當(dāng)前幀的沖突時隙太多時，說明未識別標(biāo)簽較多，閱讀器將會在下一幀中選用一個更大的幀長。廠商設(shè)置簡化算法執(zhí)行的邏輯第七頁，共35頁。7.1實(shí)際系統(tǒng)中的標(biāo)簽識別算法標(biāo)簽個數(shù)為25時Q算法的幀長變化過程第八頁，共35頁。7.1實(shí)際系統(tǒng)中的標(biāo)簽識別算法標(biāo)簽個數(shù)為25時Q算法的具體識別過程未識別標(biāo)簽數(shù)Q值幀長當(dāng)前幀識別標(biāo)簽數(shù)已識別標(biāo)簽總數(shù)25Q=381124Q=416101114Q=41641510Q=384196Q=382214Q=242232Q=240232Q=122250Q=12025第九頁，共35頁。7.2發(fā)射功率對系統(tǒng)性能的影響發(fā)射功率對識別范圍的影響整體識別范圍第十頁，共35頁。7.2發(fā)射功率對系統(tǒng)性能的影響發(fā)射功率對識別范圍的影響一行的識別寬度第十一頁，共35頁。7.2發(fā)射功率對系統(tǒng)性能的影響發(fā)射功率對識別范圍的影響發(fā)射功率增大時，整體的是被范圍增大，但是新識別的標(biāo)簽不一定位于新增加的識別區(qū)域中，可能位于之前的識別區(qū)域中。第十二頁，共35頁。7.2發(fā)射功率對系統(tǒng)性能的影響發(fā)射功率對單個標(biāo)簽的影響發(fā)射功率對系統(tǒng)性能的影響第十三頁，共35頁。7.2發(fā)射功率對系統(tǒng)性能的影響發(fā)射功率對單個標(biāo)簽的影響對于某一個標(biāo)簽而言，一旦它能夠獲得足夠的能量，被成功識別后，繼續(xù)增加閱讀器的能量，它一直都能夠被成功識別。如果需要識別盡可能多的標(biāo)簽，需要采用大的發(fā)射功率，功率小的時候能夠識別的標(biāo)簽在功率增大時也一定能夠被成功識別。因而，功率越大，識別的標(biāo)簽數(shù)目越多。但是，處于識別范圍內(nèi)的標(biāo)簽由于受到路徑損耗、多徑效應(yīng)、信號干擾等因素的影響，也未必能夠100%被識別。第十四頁，共35頁。7.3天線輻射角度對系統(tǒng)性能的影響標(biāo)簽位置不變，改變天線角度天線位置不變，改變標(biāo)簽角度第十五頁，共35頁。7.3.1標(biāo)簽位置不變,改變天線角度輻射方向與標(biāo)簽平面的夾角對識別性能的影響第十六頁，共35頁。7.3.1標(biāo)簽位置不變,改變天線角度對于一個特定的標(biāo)簽而言，當(dāng)輻射角度較小時（輻射方向與標(biāo)簽接近平行狀態(tài)），到達(dá)標(biāo)簽的能量較小，若要激活標(biāo)簽，則要增加閱讀器的發(fā)射功率；當(dāng)輻射角度較大時（輻射方向與標(biāo)簽接近正交狀態(tài)），所需要的閱讀器發(fā)射功率較小對于一定數(shù)目的標(biāo)簽而言，天線的輻射角度越小，能夠識別的標(biāo)簽數(shù)目越小。當(dāng)輻射角度增大是，能夠識別的標(biāo)簽數(shù)目增大第十七頁，共35頁。7.3.2天線位置不變,改變標(biāo)簽角度當(dāng)標(biāo)簽平面與天線的中心輻射方向垂直時，識別性能最佳，閱讀器識別標(biāo)簽所需的發(fā)射功率最小。當(dāng)標(biāo)簽繞自身的短軸旋轉(zhuǎn)時，識別性能幾乎不受影響當(dāng)標(biāo)簽繞自身的短軸旋轉(zhuǎn)時，對識別性能影響較大當(dāng)標(biāo)簽平面與天線中心輻射方向趨近平行時，識別性能最差第十八頁，共35頁。7.3天線輻射角度對系統(tǒng)性能的影響提高識別性能天線的中心輻射方向與標(biāo)簽平面垂直調(diào)節(jié)天線正對著被識別的標(biāo)簽第十九頁，共35頁。7.4距離對系統(tǒng)性能的影響距離對系統(tǒng)性能的影響第二十頁，共35頁。7.4距離對系統(tǒng)性能的影響距離對系統(tǒng)性能的影響為了提升標(biāo)簽的識別率，我們應(yīng)該盡量減小天線與標(biāo)簽之間的距離。同時，識別率難以到達(dá)100%，RFID還可以采取一些額外的措施來提升識別率。比如，改變天線的位置（減弱多徑效應(yīng)的影響）再次讀取標(biāo)簽等。第二十一頁，共35頁。7.5標(biāo)簽部署密度對系統(tǒng)性能的影響標(biāo)簽部署密度對識別性能的影響第二十二頁，共35頁。7.5標(biāo)簽部署密度對系統(tǒng)性能的影響標(biāo)簽部署密度對系統(tǒng)性能的影響在實(shí)際環(huán)境中，閱讀器的有效識別范圍受到標(biāo)簽部署密度的影響，我們不能采用理論上的天線輻射模型來計算有效識別區(qū)域。如果標(biāo)簽部署密度較大，使得閱讀器的有效識別區(qū)域變小，我們可以通過增大閱讀器的發(fā)射功率、移動閱讀器實(shí)現(xiàn)多次掃描等操作來讀取更多的標(biāo)簽，提升系統(tǒng)的性能。第二十三頁，共35頁。7.6調(diào)整設(shè)備位置對系統(tǒng)性能的影響調(diào)整設(shè)備位置對系統(tǒng)性能的影響如果想要盡可能多地識別當(dāng)前區(qū)域的標(biāo)簽，可以通過改變天線與標(biāo)簽的相對位置，減弱多徑響應(yīng)產(chǎn)生的影響：如移動天線的位置，移動標(biāo)簽等.還可以通過增加標(biāo)簽與地面之間的距離來減弱多徑效應(yīng)的影響。第二十四頁，共35頁。7.7影響標(biāo)簽識別時間的因素識別時間域標(biāo)簽個數(shù)之間的關(guān)系第二十五頁，共35頁。7.7影響標(biāo)簽識別時間的因素閱讀器不同功率時，標(biāo)簽的識別時間第二十六頁，共35頁。調(diào)整設(shè)備位置對系統(tǒng)性能的影響7.7影響標(biāo)簽識別時間的因素標(biāo)簽的識別時間只有被識別的標(biāo)簽個數(shù)有關(guān)，而與其他因素沒有直接關(guān)系。閱讀器的發(fā)射功率、天線輻射角度、天線與標(biāo)簽之間的距離對整體識別時間的影響都是因為其影響了識別的標(biāo)簽個數(shù)。對于每個標(biāo)簽而言，其識別時間與閱讀器發(fā)射功率、天線的輻射角度、天線與標(biāo)簽的距離等其他因素?zé)o關(guān)。在實(shí)際環(huán)境中，當(dāng)我們需要識別相同數(shù)目的標(biāo)簽時，我們可以實(shí)際需要采用合適的方法（調(diào)節(jié)閱讀器功率、天線輻射角度、天線與標(biāo)簽之間的距離等），而不需要考慮調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)對識別時間的影響。第二十七頁，共35頁。7.8.1實(shí)際系統(tǒng)與理論模型的差異理論上閱讀器發(fā)射功率對識別范圍的影響從理論上來說，RFID天線發(fā)射出來的射頻電磁波以球狀或者錐形狀發(fā)散出去。其中，全向天線的射頻電磁波以球狀向四周擴(kuò)散出去，定向天線以一定的方向呈錐形狀擴(kuò)散。因此，理論上，讀取范圍投影到平面上應(yīng)該是一個規(guī)則的圓形區(qū)域。閱讀器識別區(qū)域的中心位置能量密度最大，隨著隨行區(qū)域外擴(kuò)，能量密度也逐漸減小第二十八頁，共35頁。7.8.1實(shí)際系統(tǒng)與理論模型的差異實(shí)際情況下的讀取區(qū)域在實(shí)際情況下，由于受到路徑損耗、多徑效應(yīng)、信號干擾等因素的影響，閱讀器的有效識別區(qū)域并非是規(guī)則的圓形區(qū)域。第二十九頁，共35頁。7.8.1實(shí)際系統(tǒng)與理論模型的差異實(shí)際讀取中讀取區(qū)域中漏讀標(biāo)簽處于閱讀器識別區(qū)域中的標(biāo)簽并非能夠被全部讀取。由于多徑效應(yīng)等因素的存在，標(biāo)簽的識別率難以達(dá)到100%。第三十頁，共35頁。7.8.2實(shí)際系統(tǒng)中的方針策略（1）在實(shí)際系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中，為了易于操作，可以在遵守標(biāo)準(zhǔn)（如EPCC1G2）的前提下適當(dāng)簡化算法，使得系統(tǒng)能夠更穩(wěn)定的工作。（2）為了提高標(biāo)簽的識別性能，需要盡可能地使天線正對著標(biāo)簽，讓標(biāo)簽處于閱讀器識別范圍的中心區(qū)域。如果希望識別的標(biāo)簽越多越好，則可以增加閱讀器的發(fā)射功率，提高識別性能。（3）當(dāng)天線或者標(biāo)簽的位置可變動時，盡量減小二者之間的距離，以便提高標(biāo)簽的識別率，減少漏讀標(biāo)簽。第三十一頁，共35頁。7.8.2實(shí)際系統(tǒng)中的方針策略（4）為了保證高的識別率，可以采用移動天線或者標(biāo)簽位置等措施減少多徑效應(yīng)等因素的影響，減少處于識別死角的標(biāo)簽。（5）我們需要考慮實(shí)際環(huán)境的影響因素（如標(biāo)簽部署密度、多徑效應(yīng)等），有效地調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)，不能盲目地使用理論模型推算系統(tǒng)的識別性能。第三十二頁，共35頁。7.9小結(jié)隨著RFID技術(shù)的不斷發(fā)展，實(shí)際的RFID系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入人們的生活。為了提高RFID系統(tǒng)在實(shí)際環(huán)境下的工作性能，我們以Alien-9900+閱讀器、Alien-9611天線、Alien9640標(biāo)簽組成的系統(tǒng)為例，探索了RFID系統(tǒng)在真實(shí)環(huán)境下的工作方式以及工作性能。我們分析了實(shí)際系統(tǒng)與理論模型之間的差異，并針對實(shí)際環(huán)境下的RFID系統(tǒng)提出了一些方針策略，用來提高系統(tǒng)的性能。第三十三頁，共35頁。課件說明本課件供教師、學(xué)生