摘 要：射频识别技术凭借体积小，信息量大、寿命长等优点，在很多领域得到了广泛的应用。随之而来，就是多标签的碰撞问题，解决此问题有四类方法。文章一一列举了这些方法，研究其工作情况，总结其优缺点及实际的应用场合。
　　关键词：射频识别；碰撞；解决方法；优缺点
　　中图分类号：TP391.44 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）02-0007-02
　　射频识别RFID（Radio Frequency Identification）技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。目前RFID技术应用很广，如图书馆、门禁系统、食品安全溯源等。
　　1 射频识别工作原理
　　一套完整的RFID系统，是由阅读器（Reader）与电子标签（TAG）也就是所谓的应答器（Transponder）及应用软件系统三个部分所组成的。阅读器根据使用的结构和技术不同可以是读或读/写装置，是RFID系统信息控制和处理中心。阅读器通常由耦合模块、收发模块、控制模块和接口单元组成。阅读器和应答器之间一般采用半双工通信方式进行信息交换，同时阅读器通过耦合给无源应答器提供能量和时序。在实际应用中，可进一步通过Ethernet或WLAN等实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。应答器是RFID系统的信息载体，应答器大多是由耦合原件（线圈、微带天线等）和微芯片组成无源单元。以RFID 卡片阅读器及电子标签之间的通讯及能量感应方式来看大致上可以分成：感应耦合（Inductive Coupling） 及后向散射耦合（BackscatterCoupling）两种。一般低频的RFID大都采用第一种方式，而较高频大多采用第二种方式。
　　RFID的阅读器（读写器）通过天线与RFID电子标签进行无线通信，可以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作。其工作原理为：标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（Passive Tag，无源标签或被动标签），或者由标签主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签），解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。
　　2 射频识别放碰撞的方法
　　由于射频识别技术的广泛应用，在很多场合，读写器需要在很短时间内尽快识别多个标签，当读写器的天线区域中有多个电子标签到达时，由于这些标签相互独立而且共享无线通信信道，它们返回的信号若在同一时刻发出，标签信号之间将发生混叠，造成多标签碰撞 （Collision）。多标签碰撞将使得当前一次通信完全失败，需要重新开始新一轮的通信，因此标签防碰撞协议对RFID系统识别能力至关重要，如果没有有效的防碰撞技术，读写器的读写效率会随着电子标签数量的增加迅速下降，从而无法达到快速准确识别多个电子标签的目的。多标签防碰撞（Anti-collision）技术可以分为空分多路 （SDMA）、时分多路（TDMA）、码分多路（CDMA）频分多路（FDMA）4种方法。
　　2.1 空分多路法
　　空分多路（Space Division Multiple Access）法是根据阅读器周围标签的位置的不同而进行区分不同标签完成防碰撞算法的，可以理解为在分离的空间范围内重复使用确定的资源。应用到无线射频识别中，一般有两种方式：一种方法是使用多个读写器，将读写器和天线之间的作用距离按空间区域进行划分，把大量的读写器和天线安置在一个天线阵列中。当标签进入这个天线阵列的覆盖范围后与之距离最近的读写器对该标签进行识别。由于每个天线的覆盖范围较小相邻的读写器识别范围内的标签同样可以进行识别而不受到相邻的干扰如果多个标签根据在天线阵列中的空间位置的不同可以同时被识别。另外一种方法是读写器利用一个相控阵天线通过让天线的方向性图对准单独的标签这样标签根据其在读写器作用范围内的角度位置的不同而区别开来。空分多址法的读写器使用相控阵天线，使天线的波束依次对准作用范围内不同标签来实现多路存取。该方法中天线系统的结构设计十分复杂且实施成本很高，所以，这种方式不利于大规模普遍性使用，仅适用于某些特定场合。空分多址法示意图如图1所示。
　　2.2 频分多路法
　　频分多路（Frequency Division Multiple Access，FDMA）法在区分阅读器读取范围内的多个标签时，是以通信频率的不同而对标签进行防碰撞识别的，它把若干个使用不同通信频率的传输通路同时提供给通信用户使用。在射频识别的下行通路（从读写器到应答器）的频率固定的情况下，上行通路（从应答器到读写器）中，应答器可以采用各自独立的副载波频率（如在某个频率范围内）来进行数据传输。在使用频分多址法的RFID系统中，由于不同的标签使用的是不同的通信频率，阅读器接收端需要设置多个接收器。每个接收器只识别各自对应不同通信频率的标签。
　　该方法每个接收通路必须有自己单独的接收器，以接收不同频率的应答器信号？局限性更大，读写器的成本很高因此该方法也只适用与特定的场合。频分多址法示意如图2所示。
　　2.3 码分多址法（CDMA）
　　码分多址法是把若干个使用不同码的传输通路同时提供给通信用户使用的技术。码分多址法中存在着很多的缺点：频带的利用率低、通道容量小、地址码的选取困难且捕获所需的时间长；码分多址法虽然在移动通信中应用非常广泛，但目前在射频识别系统中尚未得到普遍应用。
　　2.4 时分多路法（TDMA）
　　时分多路（Time Division Multiple Access，TDMA）是把整个可供使用的通路容量按时间分配给多个用户的技术，在RFID系统防碰撞领域应用是最广泛的。时分多址法可以分为基于概率的ALOHA算法和确定的Binary算法（二进制算法）解决随机的冲突利用标签控制法，该方法中每个应答器随机选择一个时间槽。如果发生冲突，应答器就换成另外的时间槽。应答器成功完成数据交互后，通过读写器发出的命令进入“静止”状态，即不再发送自己的序列号和数据。优点是可以在比较短的时间内识别出大部分的应答器。缺点最后可能会产生一定的误差。减少冲突应答器集合的读写器控制法，这种方法每次找到一个应答器，成功后就沉默，所以应答器依次产生响应。所有的序列号被读写器依次询问，直至某个有相同序列号的应答器响应为止。二进制搜索法，读写器发出一个请求命令，以从一组应答器中选择其中之一。读写器通过合适的信号编码，确定发生冲突的准确比特位置，从而对应答器返回的数据做出进一步的判断，发出另外的请求命令，以最终确定读写器作用范围内的所有应答器。优点是在足够长的时间内总可以识别出所有的应答器。缺点是在某些情况下，可能在不匹配任何应答器的序列号上耽搁太长时间。时分多址法综合考虑射频识别系统的通信形式、功耗、系统复杂性和成本等因素，选择TDMA 来解决 RFID 系统的碰撞问题是目前较为普遍的主流方法。
　　3 结 语
　　对于射频识别系统来说，时分多路是最常见的技术。按照防碰撞算法中标签的响应方式，时分多路防碰撞算法通常分为随机型防碰撞算法、确定型防碰撞算法和混合型防碰撞算法。随机型算法中电子标签利用随机时间响应读写器的命令，随机型算法大都基于Aloha机制，如时隙Aloha，Frame-slotted Aloha算法等。确定型算法是读写器根据标签ID的唯一性来选择电子标签进行通信，最简单的确定型算法是二进制搜索算法。结合ALOHA算法和二进制树搜索算法的混合型算法，比如TSA、Bi- slotted Query Tree等，从RFID应用的角度来看，目前防碰撞算法的识别率和识别能力有待提高。
　　参考文献：
　　[1] 付俊.无线射频识别技术研究[J].山西科技，2009，（1）.
　　[2] 张忠志，胡建国，位召勤，等.无源RFID标签无线接口电路研究与实现[J].通信技术，2008，（12）.
　　[3] 王闯，孙军伟，张妍，等.RFID防碰撞算法研究[J].微处理机，2009，（6）.
　　[4] 王铖岑.RFID系统防碰撞算法[J].计算机技术与发展，2010，（1）.