UHF RFID 충돌 방지 알고리즘

다중 태그 충돌: 여러 태그가 리더의 작업 영역에 있습니다. 두 개 이상의 태그가 동시에 데이터를 전송하면 통신 충돌과 데이터 간섭(충돌)이 발생합니다.

이러한 충돌을 방지하려면 충돌 문제를 해결하기 위해 무선 주파수 식별 시스템에 특정 관련 명령을 설정해야 합니다. 이러한 명령을 충돌 방지 명령 또는 알고리즘이라고 합니다. 결정론적 폴링 메커니즘을 기반으로 하는 결정론적 알고리즘과 랜덤 메커니즘을 기반으로 하는 비결정론적 알고리즘(주로 ALOHA 알고리즘)의 두 가지 유형으로 구분됩니다.

ALOHA 알고리즘은 랜덤 액세스 방식입니다. 기본 아이디어는 태그가 먼저 말하는 방식을 채택하는 것입니다. RFID 전자 태그가 리더기의 인식 영역에 들어가면 자동으로 UHF 리더기에 고유한 ID 번호가 전송됩니다. 태그에서 데이터를 보내는 과정에서 다른 태그가 있는 경우에도 데이터가 전송되고 있어 신호가 중복되어 충돌이 발생하게 됩니다. 리더는 수신된 신호에 충돌이 있는지 여부를 감지합니다. 충돌이 발생하면 리더는 태그 전송을 중지하라는 명령을 보내고 충돌을 줄이기 위해 다시 보내기 전에 일정 시간 동안 기다립니다.

1. 순수 ALOHA 알고리즘

순수 ALOHA 알고리즘에서 읽기-쓰기 장치가 신호에 상호 간섭이 있음을 감지하면 리더-라이터는 리더-라이터로의 신호 전송을 중지하라는 명령을 태그에 보냅니다. 태그는 명령 신호를 받은 후 정보 전송을 중단하고 임의의 시간 동안 대기 상태에 들어가며, 해당 시간이 경과한 후에야 정보가 다시 RFID 리더로 전송됩니다. 각 RFID 전자 태그의 대기 시간 세그먼트의 길이는 무작위이며, 신호를 다시 리더에 보내는 시간도 다르기 때문에 충돌 가능성을 줄입니다.

UHF 리더가 특정 태그를 성공적으로 인식하면 즉시 태그에 명령을 내려 휴면 상태로 들어가게 됩니다. 다른 태그는 항상 리더가 실행한 명령에 응답하고 반복적으로 리더에게 정보를 보냅니다. 태그가 인식되면 리더가 모든 태그를 인식할 때까지 하나씩 휴면 상태로 들어갑니다. 해당 영역의 레이블이 선택된 후에야 알고리즘 프로세스가 종료됩니다. 프레임 전송에는 충돌이 없으며 전송 성공 확률 P는 처리 속도 및 포함된 데이터 양과 관련이 있는 것으로 분석될 수 있습니다.

특징: 패킷 길이(동일한 길이), 큰 충돌 영역, 간단한 구현, 낮은 패킷 전송 밀도가 있는 시나리오에 적합

요약: 충돌이 감지되면 대기 상태로 진입하여 임의의 시간 동안 기다린 후 전송합니다.

2. 타임슬롯 ALOHA

슬롯 ALOHA 알고리즘은 시간을 여러 개의 개별 시간 슬롯으로 나누고, 각 시간 슬롯의 길이는 한 프레임과 같거나 약간 크며, 태그는 각 시간 슬롯의 시작 부분에서만 데이터를 보낼 수 있습니다. 이러한 방식으로 태그가 성공적으로 전송되거나 완전히 충돌하여 순수 ALOHA 알고리즘에서 부분 충돌을 피하고 충돌 기간을 절반으로 줄이며 채널 활용도를 향상시킵니다. 슬롯형 ALOHA 알고리즘을 사용하려면 판독기가 식별 영역에서 태그의 시간을 보정해야 합니다. 태그는 특정 시간 슬롯에서만 데이터를 전송하기 때문에 이 알고리즘의 충돌 빈도는 순수 ALOHA 알고리즘의 절반에 불과하지만 시스템의 데이터 처리량 성능은 두 배가 됩니다.

특징: 충돌 영역은 시간 슬롯으로 제한됩니다. 올바른 수신: 충돌 없음, 올바른 확인, 충돌: 수신 오류, 빈 시간 슬롯

요약: 채널을 여러 개의 시간 슬롯(1 프레임 이상)으로 나누면 각 단말은 각 시간 슬롯에서만 정보 전송을 시작할 수 있으며 충돌 영역은 시간 슬롯으로 제한되며 결과는 성공과 충돌뿐입니다. (실패) 슬롯형 ALOHA의 처리량은 순수 ALOHA의 처리량의 두 배입니다.

3. 프레이밍 시간 슬롯 ALOHA

프레이밍 시간 슬롯 알고리즘에서 시간은 여러 개의 개별 시간 슬롯으로 나뉘며 전자 태그는 시간 슬롯의 시작 부분에서만 정보 전송을 시작할 수 있습니다. 리더/라이터는 프레임 주기로 쿼리 명령을 보냅니다. 전자태그가 리더로부터 요청 명령을 받으면 각 태그는 시간대를 무작위로 선택하여 리더에게 정보를 보낸다. 고유한 태그에 의해서만 시간 슬롯이 선택되면 이 시간 슬롯의 태그가 전송한 정보가 Honglu 리더에 의해 성공적으로 수신되고 태그가 올바르게 식별됩니다. 두 개 이상의 태그가 동일한 시간 슬롯을 선택하여 전송하는 경우 conflicts가 발생하며 동시에 정보를 보내는 이러한 태그는 독자가 성공적으로 식별할 수 없습니다. 이러한 방식으로 전체 알고리즘의 인식 과정이 모든 태그가 인식될 때까지 반복됩니다.

특징: 이 알고리즘의 단점은 태그 수가 시간 슬롯 수보다 훨씬 클 경우 태그를 읽는 시간이 크게 늘어난다는 것입니다. 태그 수가 시간 슬롯 수보다 훨씬 적으면 시간 슬롯이 낭비됩니다.

요약: 여러 개의 시간 슬롯이 프레임을 형성하고 모든 태그는 프레임에 보낼 시간 슬롯을 선택합니다.

ALOHA 알고리즘의 이항 모델

이진 트리 검색 알고리즘: 이진 트리 검색 알고리즘은 리더에 의해 제어됩니다. 충돌을 일으키는 전자태그를 지속적으로 분할하여 하나의 전자태그만 응답할 때까지 다음 단계에서 검색할 태그 수를 줄이는 것이 기본 아이디어이다.

기본 아이디어: 여러 태그가 독자의 작업장에 들어간 후 리더는 제한 사항이 포함된 조회 명령을 보내고 제한 사항을 충족하는 태그가 응답합니다. 충돌이 발생하면 오류가 발생한 비트에 따라 제한 사항을 수정하고 정답을 찾고 태그에 대한 읽기 및 쓰기 작업이 완료될 때까지 다시 쿼리 명령을 보냅니다. 모든 태그에 대한 읽기 및 쓰기 작업이 완료될 때까지 나머지 태그에 대해 위 작업을 반복합니다.