1 引言 射频识别技术（RFID，Radio Frequency Identification）与条形码识别相比，它具有识别距离长、无人工干预、存储容量大等特点。根据RFID 系统调制载波频率不同，RFID 可分为低频(30~3000kHz）、高频（3~30MHz）、超高频UHF（300-960MHz）以及微波频段(2).4~5.8GHz）。完整的RFID 系统包括四个部分：射频卡/标签（Tag）、读写器（Reader）和天线（Antenna）、主机管理系统和网络。在许多应用程序中，多个物体需要在读写器信号范围内识别。此时，多个标签与读写器之间的通信存在信道争用问题。传统的信道争用解决方案大致可分为以下四种：空分多址（SDMA）、频分多址（FDMA）、码分多址（CDMA）和时分多址（TDMA）。
但在RFID 在系统中，除了受到复杂性和成本的限制外，还需要解决自身通信的因素，如无源标签需要提供能量、未知标签总数、读写器控制碰撞判断、防碰撞协议简单易实现等。
在 RFID 无源标签系统中广泛使用的防碰撞算法主要是基于TDMA，两种经典的基本方法是：基于Aloha 基于二进制树的算法和搜索算法。对于UHF 频段的RFID 系统信号识别距离长，覆盖范围广，需要识别的标签数量大。如果识别的对象有一定的速度，则需要良好的防碰撞算法来减少冲突，以实现快速、准确地识别多个目标。
2 UHF 频段RFID 系统防碰撞方案
在 UHF 工作频段，主要是ISO/IEC 18000-6(860~960)MHz 无接触通信空气接口参数用于物品管理)标准包括A、B、C（EPC Class1 Gen2 标准纳入18000-6C）三种类型。如表1 所以它们使用的防碰撞算法也不同，都是基本算法的改进应用。TYPE A 采用动态间隙ALOHA 算法防碰撞协议。标签中的硬件需要随机数发生器和比较器，设计相对简单。TYPE A 防碰撞机制的缺点是，如果标签数与初始间隙数相差较大，则防碰撞过程较长。TYPE B 应用的防碰撞机制要比较TYPE A 更有效，它使用随机生成的0和1 信号达到了二进制树形搜索的效果，但随着标签数量的增加，防碰撞效率会下降。TYPE C 应用的防碰撞算法是时隙随机防碰撞仲裁机制，是动态时隙ALOHA 在帧大小调整和以前动态帧间隙方面，算法的改进ALOHA 算法有了很大的改进，目前还没有找到这种调整的理论依据。但是它的阅读速度很高，在美国已经达到了1500 欧洲的标签/秒可达600 标签/秒[1]；同时也适合在高密度多读写器环境下工作。
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3 讨论和分析算法改进
为了缩短二进制树搜索算法的查询时间和返回信息的比例，一些人提出了动态二进制搜索算法，许多研究人员提出了其他新的改进方法。如文献[2]提出修剪枝的二进制树形搜索，文献[3]提出基于返回式二进制树形搜索。还有二进制树搜索算法和ALOHA 结合算法[4]，共同实现系统的高效率。由于ALOHA 算法简单易实现，适应标签数量的变化，应用广泛，优化改进。因此，本文专注于分析ALOHA算法的改进和模拟。最基本的 ALOHA 算法有部分碰撞和完全碰撞，导致碰撞的概率很大，碰撞期是数据帧的两倍。而且最大系统吞吐率只有18.4%。文献[5]提出间隙，以提高系统吞吐率和可行性和有效性 ALOHA 和帧时隙ALOHA 算法，许多研究人员试图找出帧大小的选择，并估计未读标签的数量[6]。上节提到的TYPE C 采用帧间隙ALOHA算法的应用改进可以识别大量标签的识别，但在实际应用中，我们总是希望系统的识别效率尽可能高，系统的成本尽可能小。因此，间隙数量会相应减少，实际工作效率也会提高。
4 仿真结果
采用仿真实验 Matlab 7 研究标签盘存动态间隙对系统效率的影响。从0记录标签数 到600 变化时（以2Q 系统效率变化曲线，为算法的改进提供理论基础。为了保持系统的高效率，必须动态改变帧间隙的大小，并通过反馈估计标签的数量。当帧间隙的大小相当于待读标签的数量时，系统的效率最高。
假设捕获效应没有考虑(指几个标签的响应碰撞，离开RFID 由于信号强，读写器附近的标签可能会覆盖其他标签的信号)N 轮询的间隙长度，n 在读写器信号范围内未读标签数，r 一个标签出现在给定时间隙概率服从两项分布为[6]：
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由图 1 如所示，当标签数量越大时，系统的效率将保持在较高水平。当达到一定数量时，系统效率将再次下降，需要再次调整总间隙数。
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图 1 系统效率与标签数量有关
对(2)型求导，
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从(4)公式来看，标签数量越大，当总间隙数与未读标签数量相等时，系统效率最高。如果采取适当的反馈和合理的估计方法，Q 动态变化可以显著提高系统效率，理想情况如图2所示 所示。
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图2 理想的系统效率曲线
如果采取适当的反馈和合理的估法Q 动态变化可以显著提高系统效率，理想情况如图2所示 所示。若估计的标签数n 小于当前时间隙数N，若n 大于当前时间隙数，需要增加时间间隙数N，根据实验和环境，可以调整、测试和验证反馈量的参数以及如何实际取值。由于评估标签的数量取决于评估方法，系统实现相对复杂，本文提出调整当前间隙帧数，结合实验进一步验证具体可行性。
5 总结 本文分析了 UHF 频段RFID 防碰撞方案，模拟算法的改进方法和更新间隙的方法，提出空闲率和碰撞率的方法，调整总间隙，可以大大提高系统的效率，需要进一步结合实验验证。但从RFID 从系统应用的角度来看，需要进一步提高当前防碰撞算法的识别率、识别速度和信道利用率（系统效率限制超过36.8%），加强安全和个人隐私考虑。进一步考虑功率消耗和模拟实际信道建模等。这些方面需要进一步研究，以配合复杂系统的应用，如多个目标和高速运动物体的识别。
