RFIDها در TAGهای شناسایی پروتکلبررسیِ

بهزاد کرکانیو مهدی شیرازی

دانشجوی مقطع کارشناسی ارشد رشته معماریِ کامپیوتر دانشگاه روزبهان ساری دانشجوی مقطع کارشناسی ارشد رشته معماریِ کامپیوتر دانشگاه روزبهان ساری

M_shirazi2@yahoo.com

karkani@gmail.com

کیدهچ

Identification اصوالً به هر سیستمی که قادر به خواندن و تشخیص اطالعات افراد یا کاالها باشد سیستم شناسایی یا

System شودگفته می.

است سیمیبی شناساییسامانه RFID به اختصار (Radio Frequency Identification ) رادیویی امواج با بازشناسی سامانه

است و یک بازخوان که به یک کاال، شئ، کارت و... متّصل شده Tag یک بین اطاّلعات برقراری وسیله به هاداده تبادل به قادر که

(Reader) هایاست. سامانه RFID ماس ها بدون تداده خواندن و نوشتن برای الکترومغناطیسی های الکترونیکی واز سیگنال

.کنندگیری میبهره

رد.تداخل شناساییِ تگها یا وجود دابا بازخوان تگ وبازخوان با بازخوان امکان بوجود آمدن دو نوع تداخل RFIDدر سیستم

تگ و بازخوان موضوعِ اصلیِ این مقاله میباشد . ما پس از معرفیِ چندین الگوریتم برایِ شناساییِ تگها توسطِ بازخوان به تداخل

قایسه آنها می پردازیم و نقاط قوت و ضعفِ هر کدام را بدست می آوریم.م

کلمات کلیدی

شناسایی تاخیر ,تداخل شناسایی ,بازخوان ,تگ

مقدمه -1

تگ ها است . سریعشناسایی RFIDهای هدف بازخوان

محدودیت در این است که یک تگ امکان خوانده شدن یکبار در هر

مکانچندین تگ بطور همزمان در یک نخواندرو زمان را دارد. از این

مشکل ساز خواهد بود . بعلت اینکه سیگنالهای مربوطه با تصادم مواجه

پروتکلهای ضد RFID. بنابراین بازخوان های شده و از بین میروند

تصادم را اجرا میکنند ، تا تصادم را به حداقل رسانده و یا از بین ببرند .

ایی تگ ها سرعت ببخشند .از این رو به شناس

متاسفانه ، پروتکلهای ضد تصادم با یک چالش اساسی روبرو هستند و

آن این است که از هویت تگها و یا از تعداد تگها در محدوده خود بی

اطالع هستند . اگر این اطالعات را در دسترس داشته باشیم ، یک

ر یک زمان پروتکل ضد تصادم براحتی میتواند اطالعات هر تگ را د

بدست آورد بدون آنکه با هم تداخل داشته باشند . برای مثال اگر دو

وجود داشته باشد، یک پروتکل ضد تصادم y و xتگ با شناسه

t2بدست آورد ، t2و t1میتواند بترتیب اطالعات تگ ها را در زمان

شروع xبالفاصله پس از ارسال پیام تصدیق بازخوان پس از خواندن

شود . با این حال، در عمل، این دو بیت از اطالعات ناشناخته است.می

در نتیجه، پروتکل های ضد تصادم مشکل حصول اطمینان از پاسخ

tag ها را داردند . عالوه بر این، بمنظور به حداکثر رساندن سرعت

خواندن ،پروتکل ضد تصادم باید اطمینان حاصل کند که پاسخ

اشد . این بدان معنی است که بازخوان برچسب ها پشت سر هم ب

منتظر پاسخ برچسب در این میان نماند . در غیر اینصورت با تاخیر در

شناسایی باعت اتالف زمان و پهنای باند میگردد .

تا به امروز محققان دو دسته از پروتکلهای ضد تصادم را پیشنهاد کرده

ا مزایا و معایبی داند . . هر کدام از این پروتکله tree و alohaاند :

وعده شناسایی قطعی را میدهد اما پیچیدگی و treeبطور کلی پروتکل

سربار حافظه را متحمل میشود و نیازمند سخت افزار پیچیده است

طراحی بازخوان سادتر ، خصوصیاتِ aloha. در مقابل پروتکل [2, 1]

د نیاز ، تعداد پیچیدگی کمتر پروتکل و کاهش استفاده پهنای باند مور

پویا بصورتِ ارسال فرمان کمتر به تگ و قادر به سازگاری با جمعیت

. را دارد بر چسبها مختلف

Iso (International Standardsاین استاندارها توسط دو موسسه

Organization) وEPC Global مدیریت میشوند.

ود را ارائه کرده به غیر از این سازمانها ، شرکت فیلیپس نیز استاندار خ

است .

پروتکل های ضد تصادم -2

2-1- Pure Aloha سه تگ را در منطقه یک بازخوان نشان میدهد . 1در شکل

ژی ، هر تگ بطور تصادفی پاسخ درخواست بازخوان پس از گرفتن انر

را ackرا میدهد . بازخوان پس از دریافت پاسخ موفق از برچست پیام

صادر میکند .

)عدم nack یگر ، اگر تصادم صورت گیرد . بازخوان پیام از سوی د

موفقیت( را صادر میکند . که باعت ارسال مجدد شناسه تگ پس از

تاخیر تصادفی میگردد .

همزمانیِ ارسالِ اطالعات - 1شکل

از تصادم نسبی شناخته pure alohaمبتنی بر RFIDسیستمهای

ه . ب [3] محدود میکند % 11به شده رنج میبرد که توان عملیاتی آن را

، محققین روشهای بهینه سازی pure alohaمنظور بهبود عملکرد

سایی تگ ها را ارائه کرده مختلفی جهت کاهش برخورد و افزایش شنا

. [4]اند

2-1-1- Pure Aloha with Muting در این روش بازخوان دستوری مبتنی بر ساکت کردن تگ ، پس

از muteند. در نتیجه تگ با دریافت دستور از شناسایی آن صادر میک

پاسخ دادن به درخواست بازخوان در آینده پس از شناسایی خود

صرف نظر میکند . این بدین معنی است که پس از هر شناسایی ،

تعداد تگهایی که باید به بازخوان پاسخ دهند کاهش میابد .

د . در را نمایش میده Pure Aloha with mutingرفتار 2شکل

با همپوشانی مواجه میشود که باعت تصادم 2و 1ابتدا انتقال تگ

میگردد . این تگها پس از یک تاخیر تصادفی مبادرت به ارسال مجدد

، بازخوان 3میکنند . پس از شناسایی موفق تگ ، بعنوان مثال تگ

دیگر هیچ 3ارسال میکند . )پس تگ 3را به تگ muteدستور

از گردانه 3ان ارسال نمیکند ، بدین صورت تگپاسخی به بازخو

شناسایی خارج میشود (.

Pure Aloha with Muting - 2شکل

2-1-2- Pure Aloha With Slow Down

slowدر این روش ، زمانی که یک تگ شناسایی شد ، دستور

down برای افزایش زمان پشت کردن)جواب ندادن ( تگ توسط

بازخوان صادر میشود .

Pure Aloha With Slow Down – 3شکل

)کاهش سرعت( استفاده نمیشد ، slow downاگر از 3شکل در

میشود 2و 1باعث تداخل انتقال تگ 3مشاهده میکنیم که پاسخ تگ

.در اینصورت با کاهش سرعت ، بازخوان دستور جواب ندادن برای مدت

احتمال ارسال میکند ، در نتیجه بازخوان با 3طوالنی را به تگ

را با موفقیت تشخیص دهد . 2و 1بیشتری میتواند تگ

2-1-3- Pure Aloha with Fast Mode

)سکوت( را پس از تشخیص ” silence“بازخوان دستور

آغاز انتقال برچسب صادر میکند . این دستور باعث ساکت کردن

دیگر تگها میشود . تگ ها مجاز به پاسخ دوباره هستند اگر بازخوان

را ارسال کرده باشد و یا سپری شدن مدت زمان انتظار پیام تصدیق

تگها .

Pure Aloha with Fast Mode - 4شکل

را نمایش میدهد . Pure Aloha with Fast Mode 4در شکل

تا زمانی 3و 1را تشخیص میدهد ، تگ 2زمانی که بازخوان آغاز انتقال تگ

سبها با پاسخ یکنند .در غیر اینصورت ، این برچکه انتقال پایان بیابد سکوت م

.برخورد میکنند 2تگ

Pureدر نهایت میتوان با ترکیب روشهای باال ، به دیگر روشهای

Aloha رسید . یعنی

Pure Aloha با حالتfast mode وmuting

Pure Aloha با حالتfast mode وslow down .

ت میشوند ، هر زمانی که که در حالت اول.) تگ ها بطور موقت ساک

یک برچسب انتقال خود را آغاز کرده باشد . سپس پس از شناسایی

شدن تگ، آن تگ نادیده گرفته میشود . از طرف دیگر در حالت دوم

بجای نادیده گرفتن تگ پس از شناسایی ، آن را به تاخیر می انداخت

به اندازه ای که باعث تصادم با دیگر تگها نشود .

2-2- Slotted Aloha

محدود کردن سرعت خواندن Pure Alohaمشکل اصلی

و برخوردهای نسبی است . برای غلبه بر این مشکل اساسی،

، که دارای Slotted Alohaمیتواند از RFIDسیتمهای

Pure. که دو برابر [3]است بهره ببرد % 33حداکثر توان، حدود

Aloha مداوم ، برچسبها است . بجای تکیه بر یک جدول زمانی

در یک اسالت از پیش تعریف شده پاسخگو هستند . این بدان

معنی است که بازخوان وتگ شدیدا با هم هماهنگ هستند و تگها

فقط در ابتدای اسالت اجازه انتقال را دارد . در صورت وقوع تصادم

، تگها برای چند اسالت تصادفی صبر میکنند ، سپس دوباره انتقال

یکنند . افزایش عملکرد کلیدی بدست آمده توسط را آغاز م

Slotted Aloha با توجه به این واقیت است که تصادم در ابتدای

در هر زمانی Pure Aloha هر اسالت صورت میگیرد، که در

ممکن بود رخ بدهد .

Slotted Aloha مشابهPure Aloha انواع متعددی

روش دارد :

2-2-1- Slotted Aloha with Muting or

Slowdown Pure Aloha with muting or slowاین روش در اصل همان

down . است ، با این تفاوت که در اسالت ها اتفاق می افتد

2-2-2- Slotted Aloha with Early End

بازخواننده اگر در ابتدای هر اسالت هیچ انتقالی را تشخیص

ندهد ، آن اسالت را میبندد .از دو دستور

End-of-frame (EOF) .برای بستن یه اسالت بیکار

Start-of-frame (SOF) برای شروع یک سیکل

خواندن.

چگونگی بستن زود هنگام برای پایان دادن دو اسالت 5 شکل

بیکار را نمایش میدهد.در نتیجه تگها میتوانند هرچه زودتر انتقال

ود. عالوه بر این یابند، که منجر به باال بردن سرعت خواندن میش

ژی تا در یافت پاسخ بعدی میباشد بازخواننده قادر به حفظ انر

[5].

with Early End Slotted Aloha– 5شکل

2-2-3- Slotted Aloha with Early End and

Muting را به تگ muteپس از شناسایی برچسب ، بازخوان دستور

از رقابت برای پاسخ در صادر میکند ، در نتیجه آن پرچسب را

اسالتهای بعدی حذف میکند . عالوه بر این اسالتهای بیکار را نیز با

میبندد . EOFدستور

2-2-4- Slotted Aloha with Slow Down and

Early End

است . به Early End وslow downاین روش ترکیبی از

ی شناسایی شده را عبارت دیگر عالوه بر بستن اسالتهای بیکار ، تگها

برای پاسخ به تاخیر میاندازد .

2-2-5- Pure versus Slotted Aloha Variants

Kari و [3]و همکارانش Rivera شبه [7] و همکارانش

Slotted Alohaو Pureسازی و تحلیلهای گسترده ای در مورد

شرح زیر انجام داده اند . پارامترهای شبیه سازی اصلی مورد استفاده به

ISOکیلوبیب بر ثانیه به عنوان استاندارد 23است . نرخ داده تگها

. آنها مدل ارتباط بین بازخوانها و تگها بعنوان یک فرایند 15693

Poisson معرفی میکنند . بطور خاص، زمان متوسط رسیدن بین

idمتوسط چرخه کار تگها است . λو که λ/1پاسخها برچسب را با

اسالت Kبیت انداره دارد . آنها تاخیر ارسال مجدد را به 112هر تگ

را بعنوان بهترین وباالترین مدت تاخیر شناسایی k=5شواتز ، تصادفی

.[3]کردند

Pure Aloha withکه توان نشان می دهد 3در شکل

fast mode ازSlotted Aloha باالتر است ) توان تعریف شده از

Pureهای شناسایی شده در هر ثانیه( . عالوه بر این پروتکل تعداد تگ

Aloha با استفاده ازfast mode در حداکثر توان ، در زمانی است

که تعداد زیادی تگ وجود دارد . بنابر این هنگامی که پروتکل در

fast mode Pure Alohaحداکثر بهره وری میباشد ، انواع حالت

.در حداکثر توان میباشد

Pureاین بدان معنی میباشد که با توجه به همان تعداد تگها ،

Aloha variants using fast mode تجربه بیشتری نسبت به

زمان آزاد کانال در مقایسه با پروتکلهای دیگر دارد ، از این رو پاسخ

برچسبها کمتر امکان برخورد دارد .

به Slottedو Pureتوجه داشته باشد که بهره وری پروتکهای

میزان برخورد محدود شده است .

از برخورد جزئی رنج Pureبرای روشن شدن مطلب ، پروتکل

محدود میکند . از سوی دیگر % 11میبرد که بهره وری آن را به

میباشد بعلت % 33دارای بهره وری Slotted Alohaپروتکل

. [3]اینکه تصادم ، فقط در ابتدای اسالت رخ میدهد

Alohaکارآییِ الگوریتمهای – 6شکل

[3] میانگین برخورد را در خواندن چندین تگ نمایش میدهد 7شکل

بدلیل دوره آسیب Pure Aloha، Pure Aloha .در میان مدل

= زمان انتقال شناسه تگ( دارای بیشترین تعداد t) 2tپذیری از

Pure Aloha with fast mode andبرخورد است .از سوی دیگر

muting دارای کمترین تعداد برخورد است . به این علت کهfast

Mode وmuting تعداد برخورد را کاهش میدهد .در میان انواع

slotted Aloha ،slotted Aloha معمولی دارای بیشترین تعداد

slotted Aloha with mutingبرخورد است .از سوی دیگر

earlyاشد . توجه داشته باشید که کمترین تعداد برخورد را دارا میب

end تاثیری بر روی تعداد برخورد ندارد . در مجموعPure Aloha

fast mode از انواع دیگر خود و تمام نوع هایslotted Aloha

بهترین بهره وری را دارا میباشد . با این حال سنگینی پیچیدگی

ای انتقال سریع سییتم افزایش یافته است ، زیرا از یک کانال مجزا بر

فرمان استفاده میشود .

میانگینِ تداخلها با افزایشِ تعدادِ تگها – 7شکل

تگ nتعداد اسالتهای بیکار را هنگام خواندن 1در شکل

وPure Aloha.میتوانیم ببینیم که برای [3و7] نمایش میدهد

Pure Aloha with mutingوPure Aloha with slowdown

با افزایش تعداد تگها ، تعداد اسالتهای خالی کاهش میابد . این بدین

دلیل است که احتمال خواندن یه تگ در اسالت خالی ، با افزایش تگها

اسالتهای fast modeبویژه حالت Pure Alohaصورت پذیرد.برای

تگ اسالتهای 35خالی در ابتدا افزایش میابد و پس از شروع خواندن

fast modeش میابد . این به این دلیل است که در خالی کاه

تعدادبرخوردها کاهش پیدا میکند و در نتیجه ارسال مجدد کمتری رخ

میدهد و این را توضیح میدهد که تعداد کمی از اسالتهای اوله خالی

هستند . با این حال انتظار میرود با افزایش تعداد تگها،بار ارائعه شده

د که باعث کاهش احتمال اسالتهای بیکار میگردد به بازخوان بیشتر شو

slotted Aloha، تعداد اسالتهای بیکار Pure Aloha. مشابه انواع

با افزایش تعداد تگها کاهش پیدا میکند .

تعداد کمتری تصادم را تجربه میکنند و Fast modeانواع حاالت

مدل ها قادر این به این معنی است که، یک خواننده با استفاده از این

به شناسایی بیشترین تعداد از برچسب به سرعت خواهد بود.

بطور قابل توجهی مصرف انرژی را با کم کردن Early endانواع

اسالتهای خالی کاهش میدهند .با این حال استفاده از آن در کاهش

برخورد هیچ تاثیری ندارد . جدای از آن ، عنوان تعداد برچسبها را

های اسالتهای خالی را کاهش میدهد و از ه دادهد ؛ گوش افزایش مید

این رو هیچ مزایایی را برای کاهش انرژی فراهم نمیکند .

Pure Aloha with fast modeو muting میتوانند بطور کلی

تعداد بیشتری از تگها را بخوانند .که کمترین تصادم و باالترین سرعت

خواندن را بما ارئه کنند .

میانگینِ اسالتهای خالی به نسبتِ تعدادِ تگها - 8شکل

درخت(( : splittingالگوریتم های -2-3

تمام تگهایی که بین انها تصادم رخ داده را به دو زیر شاخه

زیر تقسیم میکند.

اطالعات تگهای زیر شاخه اول را چک میکند تا وقتی که

بین انها تصادم رخ ندهد سپس زیر شاخه دوم .... .

QT(Query tree)

BT(Binary tree)

2-3-1- QT )ساده( :

تقسیم تگهای تصادمی به زیرشاخه های متوالی

بازخوان اولین داده را از پشته خود داشته و برای تمامی تگها می

فرستد.

خود مقایسه می کند اگر یکی IDتگها پس از دریافت انرا با

ند.بود داده خود را میفرست

اگر چندین تگ در چنین حالتی قرار گیرند تصادم رخ میدهد.

برچسب خوان پشته بصورت زیر خود را بروز رسانی

را به پشته خود ارسال (query+1)و (o+query)میکند.دو داده

میکند

اگر تصادمی رخ نداد یا سیستم بیکار مانده یا یکی از شناسه

ها را خوانده است.

QTالگوریتم - 9شکل

2-4- Basic Framed Slotted Aloha :

میتواند بر اساس ویژگیهای BFSAپروتکل ضد تصادم

زیر مرتب سازی شود :Muting , Early End

BFSA-no-muting BFSA-with-muting

BFSA-no-muting-with-early-end

BFSA-muting early-end

یک مشکل این پروتکلها با یک فریم ثابت کار میکنند .

این است BFSA-NO Mutingبا BFSA-Mutingاساسی

استفاده شده Frame Sizeکه وقتی تعداد تگها زیادتر از

میشود تاخیر شناسایی بازخوان بطور نمایی افزایش پیدا میکند .

کوچک جداسازی شود برای حل این مشکل باید تگها به گروه های

[1]باشد Frame Sizeبطوریکه تعداد تگهای در حال پاسخ کمتر از

های دچار تداخل شده به Slot. بدین منظور وقتی که نسبت

Frame Size بیشتر میشود بازخوان یک رشته بیت را به 5,5از

تگها میفرستد . سپس تگها این رشته ها را در مقابل یک قسمت از

ID تگها با 25به بیت 25ن مقایسه میکنند . برای مثال بیت خودشا .

جاری پاسخ میدهند . Frameیک نتیجه کمتر در

اشکال این نظریه این است که تعداد تگها را در یک گروه محدود

تگ را در منطقه بازجویی خودش نمیداند IDنمیکند و بعالوه بازخوان

ان ممکن است یک گروه خالی و پس از ارسال رشته مذبور توسط بازخو

باشد یا همه تگها در یک گروه جمع شده باشند .

2-5- Dynamic Framed Slotted Aloha:

Frameهای گوناگون استفاده از BFSAمشکل اصلی

size ثابت است . وقتی تعداد تگها کم است ممکن است یک بازخوان

Idle Slot داد تگها زیادتر از داشته باشد . در ضمن وقتی تعFrame

Size میشود تداخل رخ میدهد . در نتیجه نیاز است کهFrame

Size بصورت خودکار با تعداد تگها تنظیم شود .بازخوان برای اولین

قرار q2را برابر Frame Sizeکرده و Broadcastرا Qارسال

( است . 1تا 5یک عدد باینری بین Qمیدهد .)

) q2 -0- (1تصادفی در بازه را بصورت Slot سپس تگها یک

Idleها را مشاهده میکند . Slotانتخاب میکند . سپس بازخوان همه

Slot باعث میشود که بازخوان مقدار Q را کاهش دهد در حالی که

slot های با تداخل باعث میشوند که بازخوان مقدارQ را افزایش

گرد میشود و به تمامی Q خواندن بعدی مقدار دهد.قبل از سیکل

تگها فرستاده میشود.

استفاده ی frame sizeاین تکنیک محاسباتی ارزان و سریع از فضای

.]9] بهینه را میکند

تکامل : اول سیگنال های اضافی الگوریتم کاهش داده شده اند یعنی

در همه حال. فقط پس از تغییر برای تگها فرستاده میشود نه Qمقدار

دوم : یک بازخوان میتواند از یک مقدار و مقیاس متفاوت برای بروز

استفاده کند. Q رسانی مقدار

برای frameها در اخرین slot یک تابع تخمین تگ از وضعیت

تخمین تگ استفاده میکند.

بر پایه محیط ارایه mutingانها دو تابع تخمین برای محاسبه

مینامیم. nها را دادند.تعداد تگ

که پس از گرد کردن بصورت زیر در می اید.

DFSA تعداد تگها را با فرمول زیر محاسبه میکند

N سایز فریم جاری است.این معادله وقتی C0 = 0 است درست

جوابگو نیست.

وقتی این اتفاق میافتد تهداد تگها با فرمول مقابل محاسبه میشود.

که ارایه شد بازخوان اطالعات فریم سایز قبلی را نیز در فرمول بعدی

ذخیره میکند تا در مرحله ی فعلی از ان استفاده کند.

را تشخیص میدهد که بیشترین بازدهی را با تعداد nتابع فریم سایز

میدهد. تگ

تا تگ iاحتمال وجود تابع

ز مقدار اخرین فریم سایز و در منطقه ی بازخوان است.این فرمول ا

استفاده میکند. slotاخرین

این طرح خیلی محاسباتش زیاد است بصورت متوالی بازخوان باید

و مقدار فریم سایز را محاسبه کند.

هیچ کدام از فرمول های فوق مناسب نیست.

های انتظار داشته ارایه slotتابعی ارایه شد که یک جواب واحد برای

دهد.

n0بدست امده است: ze تخمین تگهایی که از

nkبدست امده است:ce تخمین تگهایی که از

C0 وc1 از مشاهده یslot .های بیکار بدست میایدslot ها با یک

انتقال مطمین در فریم انجام میشود.

If(n0<nk) : n0=tag estimate در غیر این صورتte=nk

محاسبه میکند.ت اسال mدررا تگ kاین فرمول تعداد

N .اندازه فریم میباشد

بیت را 4را بصورت رندوم انتخاب میکند و slot تگ یک

بصورت کد منچستر به بازخوان میفرستد.تعداد اسالت ها با تعداد

شماره اسالت collision detection تگهایی برابر است که به

خود اعالم کرده اند.

ز : تداخلش بسیار کم است و بازخوان انرژی خود را صرف امتیا

از فریم زودتر collision detectionدریافت بیت های خراب نمیکند.

اسالت ها در هر فریم برابر با تعداد انتقال اصلی دریافت میشود.تعداد

از کدینگ منچستر استفاده cd میباشد. cdهای صحیح در

ی وسط یک بیت هیچ انتقالی صورت نگیرد انرا تصادم در میکند.وقت

نظر میگیرد.

2-6- Enhanced DFSA:

این است FSAیک مشکل اساسی در همه ی پروتکلهای

که با افزایش تعداد تگها اندازه فریم بصورت نمایی رشد میکند . یعنی

DFSA یکMAX FRAME SIZE دارد وقتی تعداد تگها از

MAX SIZE .تجاوز کند یک تداخل ماندگار رخ میدهد

EDFSA پروتکلی است که تعدادSLOT ها را بصورت خطی برای

خواندن تگها زیاد میکند.این ایده مشخص می کند که آیا تعداد تگهای

تخمین زده شده با اندازه فریم متناسب است یا نه.

نیازی به تگ 354گروه تقسیم میشوند.)تا Mاگر نیست تگها به

گروه بندی نیست.(

IDبازخوان تعداد تگها را میفرستد و تگها با استفاده از

خود در گروه ها مشخص میشوند.پس از اولین دور بازخوان دوباره

.[12]تنظیم میکند Frame sizeتعداد گروه ها را برای تنظیم بهتر

ی مانده اند میتوانند پاسخ در این حال فقط تگهایی که باق

دهند.در هر دور خواندن تگهای خوانده نشده از هر گروه کمتر میشوند.

تا وقتی که تعداد تگهای خوانده نشده به حد EDFSAدر

د . از این شوتنظیم نمی Frame size( نرسیده Thrisholdآستانه)

پس سیستم به حالت مفید باز میگردد.

2-7- Hybrid :

Hybrid مخلوطی از امتیازاتFSA پروتکل دیگر 3و

یک پروتکل بهبود Tree Slotted Aloha.برای مثال [22و11]است

با جدا سازی و TSAیافته است که یک ساختار شبیه درخت دارد.

.[23]شناسایی سریع تگها کار میکند

کار را آغاز میکند.سپس Frame sizeبازخوان با یک

را به Slotانتخاب و ذخیزه میکنند و این Random Slotتگها یک

های دچار Slot بازخوان میفرستند .آخر هر فریم بازخوان شماره

آنها دچار Slotتداخل شده را به تگها میفرستد . تگهایی که شماره

خود را به Slotتداخل شده متوجه میشوند که باید دوباره شماره

تند . این سناریو تا وقتی که انتهای فریم ارسالی بازخوان بازخوان بفرس

خالی از تداخل باشد تکرار میشود .

سایز فریم از فرمول مقابل بدست می آید :

nتعداد تخمین زده شده ی تگها :

Slotدچار تداخل : هایCk

Slotبدون تداخل : هایC1

2-7-1- RESMAN :

شناسایی تگها را پشتیبانی میکند پروتکلی است که هم

( دارد.monitoringهم دیدبانی)

دیدبانی تگها Monitoringاین پروتکل یک فریم بدون تداخل برای

فریم در فریم اول 3از Resmanبه انتهای فریم اصلی اضافه کرد.

استفاده میکند.

استفاده میشود. Slotفریم اول توسط تگها برای ذخیره کرده

فرستاده میشود . اگر بسته ارسالی دچار Slotیم دوم شماره در فر

تداخل نشود بازخوان این شماره را به تگ مذبور تخصیص میدهد.

( خود را برای بازخوان IDدر فریم سوم تگ کل شماره شناسایی)

میفرستد .

بیت در قسمت سوم فریم به تگ تخصیص میدهد که آنها از 3بازخوان

بیت شروع کد گزاری منچستر استفاده 3تادن این قسمت برای فرس

میکنند تگ بدین وسیله اعالم میکند که هنوز در منطقه شناسایی

به Ackبازخوان قرار دارد . بازخوان در صورت دریافت این پیغام یک

تگ میفرستد .

)تگ( بیکار در منطقه باشد بازخوان برای اطمینان از Slotاگر هم یک

ای تگ مذبور فرستاده سپس آنرا پاک میکند بر NACKنبود آن یک

.

بیکار باشد 2تگ داریم. اگر تگ شماره 4فرض میکنیم

)مرتبا بسته اعالم حضور را به بازخوان نفرستد (یعنی در منطقه نیست

به تمامی تگها میفرستد تا یکی از NACK.در این حال بازخوان بک

جدید خود Slotنتیجه تگها شماره خود کم کنند . در Slotشماره

Slotشماره IDLEرا به بازخوان میفرستند .تگهایی که قبل از

دریافت نمیکنند . NACKخود را به بازخوان اعالم کنند

Hybridقالب بسته های انتقالی در – 11شکل

است . QTاستفاده از Hybridکار باقیمانده پروتکل 2

م که هر تگ یک هماهنگ کننده دارد : تگ داری 2فرض کنید

تگ 2بازخوان ابتدا یک رشته خالی برای مطابقت دادن پیشوند هر

میفرستد .

به بازخوان پاسخ میدهند که این ارسال باعث تداخل 2در نتیجه هر

میشود .

میکند . Pushرا به پشته ی خود 1و 5سپس بازخوان دو پیشوند

کرده و به تگها میفرستد . POPرا 5خوان مقدار در مرحله ی بعد باز

فقط یک تگ پاسخ میدهد . Prefixبا این

این است که بصورت مداوم و قطعی تگها را شناسایی QTامتیاز

میکند .

باشد . IDبطور کلی ممکن است عمق درخت برابر با طول

قال یابند درخت به گروه دیگری انت B,D یا A,Cدر شکل چپ اگر

کوتاه تر و پیشوند آنها کوچکتر میشود :

مشکل : تگها با پیشوند یکسان پاسخ بازخوان را بدهند . راه حل :

QTتگهای شناسایی شده در الگوریتم – 11شکل

است : QTو FSAدو الگوریتم ارایه شده که مخلوط

2-8- Framed Query Tree :

عه ای از فریمها را به تگها ارسال میکند که بازخوان مجمو

تگها یکی از فریمها را بصورت تصادفی برای پاسخ انتخاب کنند در

نتیجه تعداد کمتری تگ با یک فریم پاسخ میدهند عالوه بر این هر

کدام میتوانند پیشوند متفاوت داشته باشند . سپس بازخوان تگها را با

ایی میکند .در هر فریم شناس QTاستفاده از

2-9- Query Tree Aloha :

است . QTو DFSAاین پروتکل مخلوط

را به تگها میفرستد Frame Sizeویک 5ابتدا بازخوان یک پیشوند

.

( پیشوند ارسالی بازخوان هماهنگ (Prefixکه با IDتگها با یک

انتخاب شده جواب Slot انتخاب میکنند و در Slotاست یک

میدهند .

س یک تداخل شناسایی میشود در این حال بازخوان یک پیشوند سپ

( . برای جداسازی تصادم تگها نیز یک 51جدید اضافه و ارسال میکند )

فریم جدید برای خواندن تگها استفاده میشود.

های Slotاختصاص دادن یک فریم با QTکلید اصلی در پروتکلهای

یک Queryبا هر میباشد . بازخوان QT Queryمتعدد در هر

به تگها میفرستد . Slotبرای انتخاب فریم و Slotفریم با چندین

در نتیجه بازخوان میتواند تگها را حتی با پیشوند یکسان

بخواند و تعداد بیشتری تگ میتواند با شماره یکسان خوانده شود .این

د .سناریو را آنقدر تکرار میکند تا هیچ تصادمی نباش

روش کدگذاری منچستر - 12شکل

:جستجوی دودویی الگوریتم -2-11

BSA (Basic Binary Search Algorithm)

فرض شد. D7-D0بیت به فرم 1هرتگ EPCطول

رادراولین درخواست می فرستد.11111111کدبازخوان

به -کدش کوچکترومساوی درخواست فرستاده شده باشد کهتگی

.پاسخ می دهدبازخوان

داده برخورد رخ داده شده را بصورت بازخوان

101xx1x1می کند. دريافت

ثابت ، بیت یا D4 ، بیت های قبل از D4=0اولین بیت تداخل

بزن . 1 راD4 بیت های تداخل بعد از

ID=1010111.بدست آمده را برای درخواست بعدی بفرست

خ دهد ، تگ به ریدر پاس1این فرآیند را آنقدر تکرارکن تا فقط

عدم وجود تداخل ، سپس این تگ شناسایی ودرنهایت قفل می

شود.

دراین حالت ، ریدر درخواست قبلی را بعنوان درخواست جدید

میفرستد.

BSAالگوریتم – 13شکل

2-01-0- dynamic binary Search Algoritm

(DBSA)

رادراولین درخواست می فرستد. 11111111 کدبازخوان

کترومساوی درخواست فرستاده شده باشد ، به تگی که کدش کوچ

پاسخ می دهد.بازخوان

دريافت 101xx1x1داده برخورد رخ داده شده را بصورت بازخوان

می کند.

، بقیه بیت ثابتD4 از، بیت های قبل D4=0اولین بیت تداخل

حذفD4 های بعد از

ID=1010.جدید حاصل را برای درخواست بعدی بفرست

باشد،به درخواست ریدر پاسخ 1515اش IDبیت اول 4که فقط تگی

.میدهد

پاسخ دهد ، عدم بازخوان تگ به 1فرآیند را آنقدر تکرارکن تا فقط

وجود تداخل ، سپس این تگ شناسایی ودرنهایت قفل می شود.

DBSAالگوریتم -14شکل

بهبود الگوریتم : -2-11-2

د.رادراولین درخواست می فرست11111111کد بازخوان

تگی که کدش کوچکترومساوی درخواست فرستاده شده باشد ، به

تگ ، برخورد رخ می 2که درحالت بیش از پاسخ می دهدبازخوان

دهد.

( ، بیت های 00,01,10,11اولین ودومین بیت تداخل رابه ترتیب )

بزن ، بیت های قبل ازتداخل هم 1 دومین بیت تداخل را تداخل بعد از

ثابت می ماند.

اجرا می BSAباشد ، فرایند ساده 1نی که تعداد برخوردمساویزما

.شود

و این روند را انقدر ادامه می دهیم تا اینکه فقط یک تگ پاسخ بدهد

قفل شود.

EBSAالگوریتمِ – 15شکل

2-11- Tree Splitting Algorithm:

Idle Slotاین الگوریتم شناسایی سریع را از طریق کاهش تداخل و

د.فراهم میکن

شمارنده دارد : 2هر تگ

Slot (PSC)شمارنده پیشرفته

Slot(ASC)شمارنده تخصیص

برابر باشند تگ اطالعات را انتقال میدهد. PAS , ASCوقتی

مقدار شمارنده اش را با هر تداخل افزایش و با هر Waitتگ در حال

کاهش میدهد. IDLEشناسایی یا جواب

TSA یزمِچگونگیِ مکان – 16شکل

آزمایش و نتایج : -3

Performance (FSA_Muting) = 26 kbps Tag Id = 96 Bit

Reliability = 99%

آزمایش پروتکل : افزایش تعداد تگها .

پارامترهای محاسباتی : مقدار تاخیر و بیکاری و تداخل در زمان سپس

تاخیر انتشار و خطاهای کانال محاسبه میشود .

DFSA Early Endتشار : کمترین تاخیر ان

MINشناسایی کرده و آنرا به Idle Slotدلیل : تاخیر را با

میرساند.

را Early Endگوناگون هایDFSA Mutingبطور مشابه

DFSAمخلوط کرده و سریعترین زمان خواندن را موجب میشود.

یک راه حل مناسب برای تعداد تگهای زیاد است .

خیلی سریعتر BFSAتگ داریم تاخیر خواندن 35برای مثال وقتی

رشد میکند. EDFSAو DFSAاز

کمتر از Early endو mutingبا EDFSAتاخیر خواندن در

DFSA . است

DFSA_Muting کمتریت Collision .را دارد

BFSA_Muting بیشترین تصادم را دارد . در این موردEarly

End ندارد و فقط برای کاستنِ هیچ تاثیری روی تداخلIDLE

SLOT . مناسب است

DFSA_NON Muting بیشترینIdle Slot رابرای گرفتن

است . Frame Sizeشماره تگها دارد که دلیل آن تغییر

BFSA_Muting کمترینIDLE SLOT را دارد چون از

Frame Size . ثابت استفاده میکند

نها در شناسایی تگها است و قدرت آ EDFSAو DFSAایده اصلی

Idleتخمین غلط ممکن است بازخوان را به تداخل ماندگار یا یک

Slot .با شمار باال هدایت کند

توابعی که تعداد تگها را با آمارهای گرفته شده تخمین میزنند با

افزایش تگها دقیقتر عمل میکنند . در حالی که توابع ثابت فقط برای

تگ داریم 35مناسب هستند .برای مثال وقتی که تعداد کمی از تگها

در نظر بگیرد 121را Frame Sizeیک تابع تخمین ممکن است

برای جبران Early Endکه این تصادم را کاهش میدهد .در نتیجه

باید استفاده شود . جدای از آن تابع Frame Sizeاشتباه در

د . تخمین تگ نیازمندیهای محاسباتی مختلفی دار

DFSA_Muting میتواند تگهای متحرک با سرعتهای متغیر را

سریع شناسایی کند . که کلید اصلی این سرعت ساکت ماندن تگها بعد

ثانیه ( 5,551تگ در 255از شناسایی است . ) شناسایی

ثابت Frame Size ادر شناسایی تگهای متحرک ب

تگها شناسایی نشوند سیگنالهای متغیر در زمان باعث میشود که برخی

متغیر این مشکل حل شده است . Frame Sizeولی در

باعث کاهش مصرف انرژی میشود QTو FSAاستفاده از

و تاخیر شناسایی را نیز کاهش میدهد .

از TSAاست 55وقتی تعداد تگها بیشتر از

DFSA,EDFSA,QT . مفیدتر است

است QTینه است بهترین گز 55وقتی تعداد تگها کمتر از

.

فقط یک تایمر در تگ الزم Pure Alohaدر پروتکل

هزینه و پیچیدگی تگها DFSAاست ولی با پیشرفت تکنولژی در

در تگ باید یک مدار DFSA , Slotted Alohaافزایش یافت . در

تولید کننده رقم و یک مدار همگام ساز و یک تایمر باشد .

توانایی خواندن Alohaنسبت به خانواده DFSAمزیت

تعداد متغیر تگها است . تگها قدرت سیگنال خود را با هر خواندن به

ناچار تغییر میدهند . سیگنالهای قویتر شانس بیشتری برای خوانده

را پشتیبانی کند ابتدا تگهای با Mutingشدن دارند . اگر بازخوان

. [27]سیگنال قویتر خوانده میشوند

را Aloha , Treeکه پروتکل Hybridپروتکلهای

مخلوط استفاده میکنند از دو پروتکل به ترتیب در خواندن تگها

استفاده میکنند .

در جدا سازی تگهای دچار Treeدر واقع توانایی پروتکل

تصادم شده است در حالی که برای جلوگیری از وقوع تصادم دایم یک

است . Alohaمشکل کلیدی در

سیِ تاخیر شناسایی در چندین الگوریتم با افزایشِ برر – 17شکل

تعدادِتگها

میانگین تداخلهای رخ داده در الگوریتمها با افزایش تعداد - 19شکل

تگها

تعداد اسالتهای بال استفاده در راهکارهای متفاوت - 18شکل

مراجع : -4 [1] Finkenzeller, K. (2003) RFID Handbook: Fundamentals and Applications in Contactless Smart Cards and

Identification. Chichester: John Wiley and Sons Ltd.

[2] Hush, D.R. and Wood, C. (1998) Analysis of tree algorithms for RFID arbitration, in The IEEE International

Symposium on Information Theory, pp. 107–114.

[3] Schwartz, M. (1988) Telecommunication Networks Protocols, Modeling and Analysis. New York: Addison-

Wesley.

[4] EPCglobal (2005) Class 1 gen 2 RFID specifications. White paper. http://www.alientechnology.com/docs/

AT wp EPCGlobal WEB.pdf.

[5] Klair, D.K., Chin, K.-W., and Raad, R. (2007b) An investigation into the energy efficiency of pure and

slotted Aloha based RFID anti-collision protocols, in IEEE WoWMoM,

Helsinki, Finland. [6] Klair, D., Chin, K.-W., and Raad, R. (2009) On the energy

consumption of pure and slotted Aloha based

RFID anti-collision protocols. Computer Communications, 32(5): 961–973.

[7] Rivera, A., Klair, D., and Chin, K.-W. (2009) A simulation study on

the energy efficiency of pure AJD slotted Aloha based RFID tag reading protocols, in The 6th IEEE

Consumer Communications and

Networking Conference, Las Vegas, USA. [8] Hwang, T.-W., Lee, B.-G., Kim, Y.S., Suh, D.Y., and Kim, J.S.

(2006) Improved anti-collision scheme for high speed identification in RFID system, in Proceedings of the

First International Conference on

Innovative Computing, Information and Control , pp. 449–452. [9] Lee, D., Kim, K., and Lee, W. (2007) Q+-algorithm: An enhanced

RFID tag collision arbitration algorithm,

in The 4th International Conference on Ubiquitous Intelligence and

Computing, Hong Kong, China.

[10] Schoute, F.C. (1983) Dynamic frame length Aloha. IEEE

Transactions on Communications, 31(4), 565–568.

[11] Vogt, H. (2002b) Multiple object identification with passive RFID

tags, in The IEEE Intl. Conf. on Man and Cybernetics, pp. 6–13.

[12] Zhen, B., Kobayashi, M., and Shimizu, M. (2005) Framed Aloha

for multiple RFID objects identification, IEICE Transactions on Communications, E88-B, 991–999.

[13] Cha, J.-R. and Kim, J.-H. (2005) Novel anti-collision algorithms

for fast object identification in RFID system, in The 11th Intl. Conference on Parallel and Distributed

Systems, pp. 63–67.

[14] Khandelwal, G., Yener, A., Lee, K., and Serbetli, S. (2006) ASAP: a MAC protocol for dense and time

constrained RFID systems, in IEEE International Conference on Communications (ICC’06).

[15] Floerkemeier, C. and Wille, M. (2006) Comparison of transmission

schemes for framed ALOHA based RFID protocols, in Proceedings of the International Symposium on

Applications on Internet Workshops.

[16] Floerkemeier, C. (2007) Bayesian transmission strategy for framed ALOHA based RFID protocols, in

IEEE International Conference on RFID, Grapevine, Texas, USA.

202 RFID Systems [17] Rivest, R. (1987) Network control by Bayesian broadcast, IEEE

Transactions on Information Theory, IT-33(3), 323–328.

[18] Kodialam, M. and Nandagopal, T. (2006) Fast and reliable

estimation schemes in RFID systems, in SIGMOBILE: ACM Special Interest Group on Mobility of Systems, Users, Data and

Computing, pp. 322–333.

[19] Chen, W.-T. and Lin, G.-H. (2006) An efficient anti-collision method for RFID system, IEICE Trans.

Communications, E89(B), 3386–3392.

[20] Feller, W. (1970) An Introduction to Probability Theory and its

Applications. New York: Addison-Wesley.

[21] Wang, J., Zhao, Y., and Wang, D. (2007) A novel fast anti-

collision algorithm for RFID systems, in International Conference on Wireless Communications, Networking and

Mobile Computing (WiCom 2007),

pp. 2044–2047. [22] Auto-ID Center (2003) 13.56MHz ISM band Class 1 radio

frequency identification tag interface specification,

version 1.0. HF RFID standard. http://www.epcglobalinc.org/standards/specs/.

[23] Lee, S.-R., Joo, S.-D., and Lee, C.-W. (2005) An enhanced

dynamic framed slotted Aloha algorithm for RFID tag identification, in The 2nd Intl. Annual Conference on Mobile

and Ubiquitous Systems: Networking

and Services, pp. 166–172. [24] Peng, Q., Zhang, M., and Wu, W. (2007) Variant enhanced

dynamic frame slotted Aloha algorithm for

fast object identification in RFID system, in The IEEE International Workshop on Anti-Counterfeiting,

Security and Identification, China. [25] Bonuccelli, M.A., Lonetti, F., and Martelli, F. (2006) Tree slotted

Aloha: a new protocol for tag identification

in RFID networks, in International Symposium on World of Wireless, Mobile and Multimedia

Networks, pp. 603–608.

[26] Vogt, H. (2002a) Efficient object identification with passive RFID tags, in The International Conference

on Pervasive Computing (PerCom), Forth Worth, USA.

[27] Klair, D.K. and Chin, K.-W. (2008) A novel anti-collision protocol for energy efficient identification and

monitoring in RFID-Enhanced WSNs, in IEEE ICCCN , St Thomas, US

Virgin Islands, USA. [28] Law, C., Lee, K., and Siu, K.-Y. (2000) Efficient memoryless

protocol for tag identification (extended

abstract), in Proceedings of the 4th International Workshop on Discrete Algorithms and Methods for Mobile

Computing and Communications, pp. 75–84.

[29] Shin, J.-D., Yeo, S.-S., Kim, T.-H., and Kim, S.K. (2007) Hybrid Tag Anti-Collision Algorithms in RFID

Systems. Berlin/Heidelberg: Springer.

[30] Namboodiri, V. and Gao, L. (2007) Energy-aware tag anti-collision protocols for RFID systems, in The

5th Annual IEEE International Conference on Pervasive Computing

and Communications (PerCom), pages 23–46, NY, USA.

[31] Klair, D.K., Chin, K.-W., and Raad, R. (2007c) On the suitability

of framed Aloha based RFID anticollision protocols for RFID-Enhanced WSNs, in IEEE ICCCN . Honolulu,

Hawaii, USA.

[32] Klair, D., Chin, K.-W., and Raad, R. (2007a) On the accuracy of tag estimation functions, in Sixth IEEE

International Symposium on Communications and Information

Technologies, Sydney, Australia.

[33] Lee, W., Choi, J., and Lee, D. (2008) RFID Handbook: Applications, Technology, Security and Privacy,

Chapter 9: Comparative Performance Analysis of Anti-Collision

Protocols in RFID Networks, pp. 161–179. Boca Raton, FL: CRC Press.

[34] Floerkemeier, C. (2006) Transmission control scheme for fast

RFID object identification, in The 4th Annual Intl. Conference on Pervasive Computing and Communications

Workshops.

[35] SkyeTek (2009) Skyemodule M1-Mini. Datasheet. http://www.skyetek.com/Portals/0/SkyeModule M1

Mini 060426.pdf.

[36] Crossbow (2009) The mica2 mote. Datasheet