RFID标签算法在船舶物资管理系统中的应用
时间：2020-12-14 20:09:03 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：针对物联网技术的廣泛应用以及通信技术的大力发展，基于RFID技术的船舶物资管理系统的开发已经成为船舶行业提高自身竞争力与企业管理效率必不可少的手段。RFID技术（无线射频识别）是物联网四大技术之一，经过射频耦合信号的激励对待识别电子标签内的有关数据做出识别、读取以及存储等一系列反应，对于船舶物资管理具有显著作用。本文对RFID技术在船舶物资管理系统中进行应用研究，分析RFID技术中涉及的防碰撞算法及改进，做出算法仿真，从而提高数据信息吞吐率，以及后续对整个系统进行软件开发设计。
关键词：RFID技术；防碰撞ALOHA算法；改进算法；物资管理系统；.NET平台
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）29-0245-04
随着无线电技术、大规模集成电路以及物联网技术的发展与普遍应用，出现了一种高速、实时、信息量大的数据信息采集处理技术，即无线射频识别技术RFID（Radio Frequency Idenfifi-cation）。RFID技术是物联网四大技术之一，已被公认为影响21世纪十大重要技术其中之一，因此RFID技术在各个领域中的运用势在必行。
RFID技术是一种远距离非接触式、高效以及自动化的识别技术，具有数据存储信息量大、识别准确率高、识别距离远、使用寿命长、可适应各种恶劣环境等优点。因而，近年来RFID技术已被广泛应用于生产制造与生产管理、产品物流、公共安全管理、军事管理、卫生医疗事业、交通运输、服务行业等有关社会、经济、军事的各个领域。对物流运输管理、产品供应链管理、人事设备管理、生产控制管理等方方面面发挥了重要的作用。RFID技术已经成为企业实现企业信息化、提高整体管理水平、降低生产成本、提高企业国际化的竞争力必不可少的有力工具。随着经济全球化的影响与物联网技术的大规模应用，RFID技术的普及式的运用已经成为势不可挡的趋势。
1RFID技术工作原理及特点优势
1.1RFID技术组件
在船舶物联网技术应用系统中，其中RFID技术所涉及的组件有标签读写器、物资电子标签和通信网络等部分，具体的结构如图1所示。
1）电子标签
电子标签是RFID技术中携带物资数据信息的电磁器件，主要由电磁耦合天线、内置芯片构成，任意一个电子标签都由唯一的标识码进行标识确定。根据分类的不同，电子标签的种类多式多样。具体分类见图1所示。
2）读写器
标签读写器主要是通过射频器激励发射出的短波与电子标签进行无线磁场耦合，以此进行相关数据信息的传送、存储、控制，从电子标签中的读取到的数据信息通过网络传递给船舶物联网系统中的其他相关设备。
3）通信网络（数据库系统）
该部分是用于将标签读写器、电子标签以与船舶物资管理系统当中的其他相关设备进行网络通信连接。从而对物资信息进行管理，对相关数据做出控制。
涉及RFID技术组件大致框架图2所示。
1.2RFID技术的工作原理
射频识别系统是根据无线电感耦合原理进行工作以及功能实现的。当电子标签进入到标签读卡器辐射范围中时，标签中的耦合天线受到激励产生感应电流，以此电子标签受到激发并向标签读卡器发送自带序列编码或一定频率的信号等信息，标签读卡器接收到来自电子标签的载波信号，将接收过来的信号解调后，传递给计算机控制终端进行处理，终端根据逻辑运算判定该电子标签是否合法，对不同情形进行操作控制以及发送指令等处理。电子标签中携带的数据被解调后发送至控制逻辑，从而接收指令进行从数据传送、存储等其他操作。大致的工作原理见图3所示。
2RFID系统应用的防碰撞算法
2.1防碰撞算法分类
在无线射频识别技术中，标签读写器与电子标签之间的信息干扰（即标签碰撞）是一直存在的技术问题，与此同时，科研学者也对应地研讨出解决该问题的各种方法。基本上分为四种方法，具体关于RWD防碰撞算法的大致分类如图4所示：
2.2改进的动态帧时隙ALOHA算法
RFID读写器与电子标签通过射频耦合构建数据连接时，读写器并不能完全清楚所要处理的标签总数，因而将产生时隙浪费、标签碰撞等不良情况。而动态帧时隙（Dvnamic FSA，DF-SA）算法依据所需识别标签的数目和产生碰撞的时隙数对帧长度做出动态调整，一定程度上克服了帧时隙算法与纯ALOHA算法的不足。如果所需识别标签数大于时隙数，经过加大帧长度来有效降低碰撞；如果所需识别标签数小于时隙数，可通过缩小帧长度，以此尽量减除多余的时隙浪费。动态帧时隙算法可以极大地提高电子标签识别率，出于对设备条件的考虑，系统无法实现一直加大帧长度（一般情况下，帧长度的最大值Nmax=256）。因而如果所需识别标签数目过多时，帧长度会增加很多，会导致系统产生严重的工作负荷。经过对常规DFSA算法（原理示意图见图5所示）进行研究，针对RFID技术系统的应用，处理识别标签碰撞的首要问题在于确定所需识别标签数的总数和帧长度的取定，按照电子标签数目设定恰当的帧长度值，从而使系统得到最大信息吞吐率，实现识别过程的灵活调节。
标签读写器通过某一初始的帧长度发出请求指令，以已识别标签数推断标签总数，按照电子标签总数实时地对帧长度值做出调整。假设所需识别电子标签数目小于时隙数则缩小帧长度，若大于时隙数，则加大帧长度。
改进后的算法：
取定帧长度值为Ⅳ，最大帧长度为Nmax且Nmax=256，假设需要识别的标签数为k，只有一个标签发送数据的时隙数计为o1，无标签发送数据的时隙数计为o0，出现标签碰撞的时隙数计为oi。
