A survey of RFID readers anticollision protocols
Abdoul Aziz Mbacke1,2, Nathalie Mitton1, Herve Rivanoacute; 1,2
1Inria, 2Univ Lyon, INSA Lyon, CITI firstname.lastname@inria.fr
Abstract—While RFID technology is gaining increased attention from industrial community deploying different RFID-based applications, it still suffers from reading collisions. As such, many proposals were made by the scientific community to try and alleviate that issue using different techniques either centralized or distributed, monochannel or multichannels, TDMA or CSMA. However, the wide range of solutions and their diversity make it hard to have a clear and fair overview of the different works. This paper surveys the most relevant and recent known state-of-theart anti-collision for RFID protocols. It provides a classification and performance evaluation taking into consideration different criteria as well as a guide to choose the best protocol for given applications depending on their constraints or requirements but also in regard to their deployment environments.
Keywords—RFID Radio Frequency Identification; reader anticollision problem; MAC layer; resource allocation; distributed systems; mobile systems
I. INTRODUCTION
The democratization of RFID systems is turning it into a ubiquitous technology met in various everyday applications. Indeed, from the obvious limitations of traditional barcodes, RFID came to the rescue, offering wireless and non-line of sight identification of goods and people. These key factors have made it highly attractive for several applications ranging from retail to supply chain management, going through inventory management, security or infrastructure monitoring.
Another key factor of the large democratization of RFID is its simple architecture that relies on just two main components:
- tags: they are electronic labels storing a unique identifier called electronic product code (EPC). This data is accessed wirelessly by their counterparts upon request. Tags usually encompass three main components: on-board micro-controller, memory storing the data, and transceiver. Most of the tags are considered to be unintelligent entities, which limits them to be powered upon request and answer using the same energy to share their data. Their small size and low cost make them a great option for tracking a whole range of products. Some tags also carry a battery and are referred to as active tags, allowing them to initiate communication and thus transmit without waiting for a request. However, these latter active tags are out of the scope of this paper which in the remaining will only address passive tags.
- readers: they are the counterparts that access the information stored in tags. As their name implies they are in charge of ”reading” the data enclosed in tags. During reading procedure, the reader sends a request towards tags. The electromagnetic signal generated by the reader is then used by the tag to power its components, to access the stored information and send it back to the reader. This process is known as
”backscattering” [1].
Regarding the operating frequency of radio signals, we identify three operating bands being either Low Frequency (LF), High Frequency (HF) or Ultra High Frequency (UHF). LF tags (125kHz - 135kHz) usually have a shorter range of tenths of centimeters at most but perform better in hostile environments such as metal or liquids; HF tags (13.56MHz) have a longer transmission range, up to 1 meter, they are an improvement over LF tags with a smaller form factor; UHF tags (860MHz - 960MHz) have a transmission range of up to several meters and are even smaller in size.
Nowadays, RFID systems can be met on a regular basis throughout the city. Most retail stores rely on a set of RFID tags deployed on their goods. This allows for a tracking of the available stock but also as a security mechanism preventing shoplifting, thanks to RFID readers deployed at exits, identifying goods and signaling any abnormality. In supply chains nowadays, RFID tags are also used to track position and status of goods. As an example, tags can be attached to crates stored in a warehouse with readers used to track entries and exits. They also allow finding a unique product in the warehouse thanks to mobile readers roaming through the aisles.
In the following of this paper, we will mainly target passive tags which are more compliant than active tags, which necessitate a battery, for IoT applications requirements to improve energy efficiency. UHF RFID systems operating in the frequency band of 865minus;868MHz or 902minus;928MHz, according respectively to ETSI [2] or FCC regulations are considered a better choice than LF or HF systems, with lower ranges, for IoT applications thanks to the longer interrogation range. Multiple works have been conducted towards ambient energy harvesting and in particular [3] discusses harvesting energy in UHF RFID. Previously in [4], authors present how sensors could be attached to passive RFID tags in order to get both the original identification but also battery-free environmental sensing. A comparative study of sensing using the different RFID bands is done in [5]. Authors also present the case of wireless temperature and pressure sensors using passive battery-free RFID sensors for industrial applications.
Today, sensors attached to passive tags can be found enabling a whole new range of sensing applications. Indeed, several applications can be found with RFID being evaluated in challenging environments such as embedded in concrete [6], disposed in water [7], buried underground [8] or attached to metallic materials [9]. As such, urban infrastructures such as
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毕业论文(设计) 英文文献翻译 英文题目 A survey of RFID readers anticollision protocols
二0一八年 五月 七日 RFID阅读器的防撞协议的调查 Abdoul Aziz Mbacke, Nathalie Mitton, Hervacute;e Rivano Inria, Univ Lyon, INSA Lyon, CITI firstname.lastname@inria.fr 摘要： 尽管RFID技术正越来越多地受到来自不同基于RFID的应用的工业社区的关注，但它仍然受到阅读冲突的困扰。因此，科学界提出了许多建议，试图利用集中或分布式、单通道或多通道、TDMA或CSMA的不同技术来缓解这一问题。然而，各种各样的解决方案及其多样性使我们很难对不同的作品有一个清晰和公正的概述。本文研究了RFID协议中最相关和最近已知的最先进的反冲突技术。它提供了一个分类和性能评估，考虑了不同的标准，以及根据它们的约束或需求选择最佳协议的指南，也考虑到它们的部署环境。 关键词：RFID无线电频率识别；读者防撞问题；MAC层；资源分配；分布式系统；移动系统 1.引言射频识别系统的民主化使它成为各种日常应用中的普遍技术。事实上，从传统条码的明显局限性来看，RFID的问世为人们提供了无线和非视线的商品和人的视觉识别。这些关键因素使其对从零售到供应链管理、通过库存管理、安全或基础设施监控的几个应用程序非常具有吸引力。 RFID大规模民主化的另一个关键因素是它的简单架构，它只依赖于两个主要组件: 标签:它们是存储唯一标识符的电子标签，称为电子产品代码(EPC)。此数据可通过请求的对等方进行无线访问。标签通常包含三个主要组件:车载微控制器、存储数据的内存和收发器。大多数标签被认为是不智能的实体，这限制了它们在请求和回答时使用相同的能量来共享它们的数据。他们的小尺寸和低成本使他们成为跟踪一系列产品的一个很好的选择。有些标签还带有电池，被称为主动标签，允许它们主动发起通信，因此无需等待请求就可以发送。然而，后者的活动标记不在本文的范围内，在剩下的部分中只处理被动标记。 阅读器:它们是访问存储在标签中的信息的对应方。顾名思义，他们负责“读取”包含在标签中的数据。在阅读过程中，读者向标签发送一个请求。阅读器产生的电磁信号被标签用来驱动其组件，访问存储的信息并将其发送回阅读器。这个过程被称为“反向散射”。 对于无线电信号的运行频率，我们识别出三种操作频带为低频(低频)、高频(HF)或超高频(UHF)。LF标签(125kHz - 135kHz)在大多数情况下通常会有较短的10厘米范围，但在诸如金属或液体等敌对环境中会表现得更好；高频标签(13.56MHz)的传输范围较长，最高可达1米，它们是对LF标签的改进，其形式系数较小；超高频标签(860MHz - 960MHz)的传输范围可达几米，尺寸甚至更小。 现在，RFID系统可以应用在整个城市的基础设施中。大多数零售商店依赖于一套在他们的商品上部署的RFID标签。这允许对现有库存进行跟踪，但也可以作为防止入店行窃的安全机制，这要感谢在出口中部署的RFID阅读器，识别货物并发出任何异常。在当今的供应链中，RFID标签也被用来跟踪货物的位置和状态。举例来说，标签可以附加到存储在仓库的板条箱中，读者用来跟踪条目和出口。他们还允许在仓库里找到一种独特的产品，这要感谢那些在过道里漫游的手机读者。 在本文的后面，我们将主要针对被动标签，它比主动标签更符合要求. 今天，附着在被动标签上的传感器可以找到一种全新的传感应用。事实上，在具有挑战性的环境中，如嵌入混凝土，在水中处理，埋在地下或附着在金属材料上，可以找到若干应用程序。诸如此类的城市基础设施。
表I:标签防撞协议 所有的建筑物、桥梁、道路等都可以通过被动的RFID感知标签来监控，这些标签可以固定在特定的端点，也可以连接到像公共交通线路这样的漫游车。它们的低成本和易于部署也使它们成为传统无线传感器网络(WSN)解决方案的一致挑战者。然而，在一个区域部署大量的阅读器来监视和检索存储在标签中的信息是有代价的。实际上，与传统的条形码或WSN解决方案相比，使RFID具有吸引力的反向散射也是这项技术的主要缺点之一。事实上，和其他无线通信一样，RFID也遭受着碰撞。当查看RFID系统时，可以在两个不同的级别上观察到后者:标记冲突:当阅读器试图同时识别多个标记时，它们就会发生。如果没有适当的机制，所有的查询标签都会在读取器级别上同时产生冲突。这可能导致未读标签，增加延迟，更不用说能源浪费。 阅读器冲突:为了确保对已部署的标签进行适当的覆盖，以避免盲点和误读，一些阅读器被部署在非常接近的地方。因此，阅读器冲突被观察到，它们是多个阅读器试图同时访问相同标签的结果。如果没有一个防撞方案，来自不同阅读器的多个请求不能被分离或识别，因为它们被认为是无线电噪声并被丢弃。类似于标签冲突，这些也会导致未读标签，增加延迟和能量浪费，以成功覆盖所有标签。这个问题仍然是多个提案的主题，这些提案都是为了减轻冲突，同时提高系统的吞吐量、效率、公平性等，就像我们在剩下的论文中看到的那样。 在本文中，我们重点关注阅读器之间的冲突，回顾主要的最先进的建议来缓解这个问题。一些建议已经浮出水面，以解决readerto-tag和tagto -tag的冲突问题，并且可以进行分类。本文根据不同的标准对阅读器的反冲突算法进行了分类: 集中式的或分布式的:所有的阅读器都由一个中央服务器管理，该服务器充当协调器，或者每个阅读器基于本地信息运行本地算法。 基于时间划分或载波感知:在预先建立的时分多访问技术(TDMA)或读取器监听媒体预先检查其状态(称为载波感知多访问(CSMA))时，阅读器访问标记的时间不同。 在这篇手稿的后面，我们将以读者冲突的方式来处理读写器的冲突。本文根据不同方案的工作原理、性能和可扩展性进行了研究。 目前还没有其他关于RFID防撞协议的概述。当时的作者提出了不同的碰撞管理技术。然而，这些评论现在已经过时了，采用了目前最先进的方法。事实上，在我们的工作中，我们建议涵盖大多数已知的和最新的最先进的协议，并根据不同的标准进行比较。本文还提出了基于部署特点和应用要求的RFID阅读器防撞方案的选择。事实上，根据应用的规格，不同的RFID阅读器的防震方案可以被用来提供可靠和可持续的性能，因为它将在下面讨论。 本文的主要贡献是一项最新的技术调查，以及根据其在应用需求方面的表现对协议进行分类。它提供了以下的见解:为了使阅读器在密集和静态的部署中获得最好的性能，而不像环境感知应用程序(湖泊/河流水位、污染监测等)或ACoRAS等是最有效的解决方案;低密度的低密度部署，而非碰撞敏感的应用(工厂、生产线等)脉冲或LBT ;对于高机动性和密度低延迟但不碰撞敏感的应用(智能城市，防止森林火灾，仓库货物跟踪等)CORA如果应用是碰撞敏感但不延迟敏感(港口码头装卸等)，GDMRSOA-AIS是最好的交易。 本文的其余部分组织如下:第二节重新建立并详细说明了碰撞问题和协议设计要求，然后解释第三节中的RFID协议分类。第四节和第五节分别对TDMA和CSMA的建议进行了详细的区分。在第六节中，我们通过比较研究进一步讨论了不同的建议。最后，第七节对目前的工作作出结论。 挑战a.密集的环境智能城市的出现和提高生产力、可追溯性、安全性和临时设置的敏捷性的需求促使阅读器更大规模地部署，以确保覆盖部署区域。在给定的区域内提高部署的阅读器的基数被称为下面的“加密”。虽然密集部署预计会提高覆盖率和延迟，但它们主要导致产生冲突。如前所述，这些碰撞发生在不同的水平，但在本文中，我们只关注于阅读碰撞。当多个阅读器试图同时读取给定的标记时，就会出现这种情况。由于标签是被动的实体，没有计算或频率的分离功能，所以它们无法区分来自不同阅读器的不同请求，并将多个请求识别为无线电噪声，从而产生一个未读的标记。在图1a中，一个例子显示了两个阅读器R1和R2试图识别它们附近的标记。当标签T1和T3分别被读者R1和R2成功读取时，在阅读器的碰撞区域内的T2不被读取。为了避免这样的问题，R1和R2应该在不同的时间或者至少在d =2的距离上运行。CRT 与维CRT 在阅读范围。另一种解决方案是让阅读器以不同的频率运行。然而，在一个非常密集的网络中，可用频率的分布是相当费力的，考虑到可能发生的相邻信道干扰，而信道的数量是不够的。因此，具有高效的动态RFID读写器抗碰撞算法是提高标签识别的关键。 dCRT
(a) Reader collision 图1:RFID碰撞 b.流动性根据第一节所述的应用程序，我们理解需要将移动阅读器与静态阅读器一起使用。实际上，为了监视整个仓库的所有产品都带有标签，仅依赖静态部署的阅读器在需要的设备和成本方面都是非常低效的。让移动读者能够在通道中漫游，到达仓库的各个角落，提高了系统的灵活性。在同样的范围内，在城市基础设施附加标签的智能城市中，系统不能依赖于固定读者，使用公共交通工具或公共自行车有助于到达所有已部署的标签。然而，移动读者的使用，如对致密化，导致了碰撞的增加。实际上，当移动端不受控制来管理多个阅读器之间的冲突时，它会引导未读标签，并可能会发现一些问题，从而违背了拥有移动阅读器的初衷。 在图2中，可以看到部署了6个标记的三个移动阅读器R1、R2和R3的配置。一开始(图2a)， R1, R2和R3将分别能够识别标签T1, T2和T3。为了覆盖剩下的标签，读者将继续向中心移动，跟随所描绘的箭头。在图2b中，我们观察到他们的移动，R1, R2和R3将会在T4, T5和T6上发生碰撞，这将不能被识别在第II-A节中解释。这意味着，如果没有适当的调度机制，尽管有三个移动阅读器，在这个配置中只有50%的标记被读取。 为了克服这些冲突，设计一个执行阅读器的防撞算法应该考虑到设备的潜在流动性。
图2:移动性引起的碰撞
a.时分多址与载波多址接入RFID阅读器的防撞协议可以根据其操作方案大致分为两类。它们要么依赖于时间分布和/或基于保留的算法，要么依赖于介质感知，以便在询问标签之前检查通道的空闲性。在前一种情况下，算法被认为是基于tdma的。在这个配置中，运行的操作时间被划分为时间单位。这些时间块是由阅读器根据算法分配或选择的，以便访问中介和查询标记。他的方案确保只有一个阅读器在它的时间范围内运行，因为相邻的阅读器要么选择不同的时间段，要么在争用过程中被禁用。这样的计划允许更好的能源管理，因为读者可以睡觉和保持空闲，直到他们的时间表出现，回到空闲。然而，这种配置的主要挑战是阅读器之间的同步，可以使用服务器或内部时钟完成。 另一方面，阅读器可以通过媒体上的活动来确保在询问标签之前是空闲的。在这种情况下，它们被认为是基于csma的。由于媒介是在读者之间共享的，他们可以感知到邻居的活动，并且依赖于空闲的媒介，或者他们将能够查询标签。如果介质被感知到被占用，读者会等待一个随机的或定义的时间段，然后再听，以检查通道活动。但是，这个解决方案的主要挑战是，如果阅读器密集部署，阅读器的等待时间可能会很长，因为阅读器可能会在等待访问标签的时间之前，从而影响系统性能。这使得它不适用于涉及使用移动标记的应用程序。举个例子，在一个城市的车辆上贴上标签，有可追溯性，对于快速行驶的汽车的阅读器来说，漫长的等待时间意味着几 剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料 资料编号：[23839]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word |
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