改进的RFID防碰撞算法在仓储管理系统中的应用外文翻译资料

2015 Third International Conference on Robot, Vision and Signal Processing

Application of Improved Anti-collision Algorithm of RFID in Warehouse

Management System

ZHANG Li

Fuzhou College of Foreign Studies and Trade

Fuzhou, China

E-mail:415613585@qq.com

Abstract—RFID tag anti-collision is one of the key problems of radio frequency identification technology. Although the correct rate of binary anti-collision algorithm that is most used now is higher, the repeat search process affects the recognition

speed. To improve the efficiency of the RFID tag identification

system, the article improved the binary anti-collision

algorithm. Then the article analyzed the performance of the

improved algorithm. Reached a conclusion that compared with the binary algorithm, the improved algorithm could improve the efficiency of identification. Especially when the number of tags to be identified was large, the improved algorithm could save the time spent in identifying the labels significantly. Then the efficiency of warehouse operations was improved.

Keywords-technology;anti-collision;warehouse management system

I. INTRODUCTION

RFID system has the advantages that can identify multiple tags at the same time. So RFID will play an important role on logistics warehousing link which pursuit of winning by shorter time [1]. Since the signal transmission

is achieved by wireless communication, the reader is usually

disturbed while reading tags contain information in the

process of the RFID system applications, which may lead to

the collision problem. The occurrence of collision increases

the time required by identification. At present, collision

algorithm used at home and abroad is based on the

uncertainty of ALOHA algorithm and the determination of

binary algorithm [2].The uncertainty algorithm based on

ALOHA can solve the low frequency passive and read-only

electronic tag collision problem only. The high frequency

active tags are also useful in the storage system. So the

binary collision algorithm is must be used. The nature of

binary algorithm is that reduce the number of labels in their

reading scope until you find target tags through the

judgment. In the recognition process, most of the labels may

pass judgment more than once, so there are a lot of

unnecessary judgment processes which lead to the

consumption of time. In this paper, the binary algorithm is

improved. It didnrsquo;t search the complete number as a search

commands every time. It divided a number of the longer

label into several segments to identify. So we can reduce

some repetitive path and reduce unnecessary judgment. The

time which identification process takes will greatly be

reduced. The efficiency of warehouse operation can be

improved significantly.

978-1-4673-9646-2/15 $31.00 copy; 2015 IEEE

7 9

DOI 10.1109/RVSP.2015.70

II. THE REASON THAT CAUSE RFID TAG COLLISIONS

In the radio frequency identification system, the data of electronic tags that contains item information can be read completely by reader. The way of RFID tag reading is non- contact. The reader can read information contained by tags through a certain distance. In this process, the data transmission is through wireless communication. However, some factors may obstruct the process of wireless communication. It will lead to the readers can not get correct information of the labels.

Generally speaking, each tag has a fixed range of the

transmitted signal, while the readers also have their own

fixed recognition range. When multiple labels enter the

scope of the reader, every tag will transmit their signal. It

will disturb the identification of the reader. Then it will lead

to reading errors [3]. Similarly, if a plurality of the readers

occurs in the transmitting range of a tag, whole readers can

read the tag information. But generally the information of

tag should be read by only one reader, while the other

readers did not have the right of reading.

III. RFID TAG ANTI-COLLISION ALGORITHM

Regardless of which kind of collision produced by the above reason will increase the time needed by the reader identification. In addition to this, electronic tags consume more energy. Thereby it limits its use of the promotion. It have been concerned that how to reduce collisions and how to prevent the collision since the radio frequency

identification technology has begun. In radio

communications technology, the problem is referred to a

multiple access method in radio communication system.

Basically, multiple access method is divided into four kinds:

time-division multiplexing method, frequency division

multiplexing method, space division multiplexing method

and code division multiple method.

Binary anti-collision algorithm is an algorithm most of

the tags used in anti-collision at present. The basic principle

of binary algorithm is that it can set a command to the

reader. The command is that when the tag enters the

identification distance, it will sent information contained by

itself to the reader. If the reader does not meet the label

which can fit this command, then the reader will stop

sending messages and reading information. All tags begin

sleep at the same time[4]. If there is one and only one serial

number of the tag consistent with serial number of the

reader sent, then the tag is the target tag. The reader will

select this tag, and then it will send information contained

to the reader [5]. If there

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改进的RFID防碰撞算法在仓储管理系统中的应用

摘要：RFID标签防撞是射频识别技术的关键问题之一。虽然目前最常用的二进制防碰撞算法的正确率较高，但它的重复搜索过程影响了识别速度。为了提高RFID标签识别系统的效率，本文改进了二进制防碰撞算法。然后分析了改进算法的性能。得出了与二进制算法相比，改进后的算法可以提高识别效率的结论。特别是当要识别的标记数量较大时，改进后的算法可以节省大量标识标签所花费的时间。提高了仓库运营效率。

1.简介

RFID系统具有可同时识别多个标签的优点。因此RFID将在那些在短时间内谋求收益的物流仓储环节中发挥重要作用。由于信号传输是通过无线通信来完成的，所以在RFID系统应用过程中，读取标记包含信息时通常会受到干扰，这可能会导致冲突问题。碰撞的发生增加了识别所需的时间。目前国内外的碰撞算法都是基于阿罗哈算法的不确定性和二进制算法的确定。基于阿罗哈的不确定性算法只能解决低频被动和只读电子标签碰撞问题。高频活动标签在存储系统中也很有用。因此，必须使用二进制碰撞算法。二进制算法的性质是，减少标签的数量在他们的阅读范围，直到你找到目标标签通过判断。在识别过程中，大多数标签可能不止一次地通过判断，因此有很多不必要的判断过程导致时间的消耗。本文对二进制算法进行了改进。它没有每次搜索完整的数字作为搜索命令。它划分了许多更长的标签入几个段辨认。因此，我们可以减少一些重复的路径，减少不必要的判断。识别过程所采取的时间将大大减少。仓储作业效率可以显著提高。

2.RFID碰撞产生的原因

在射频识别系统中，包含项目信息的电子标签数据可以被阅读器全部读取。RFID标签阅读的方式是非接触的。阅读器可以通过一定的距离读取标记所包含的信息。在这个过程中，数据传输是通过无线通信进行的。然而，一些因素可能会阻碍无线通信的进程。这将导致阅读器无法得到正确的标签信息。一般而言，每个标签都有一个固定范围的传输信号，而阅读器也有自己的固定识别范围。当多个标签进入阅读器的范围时，每个标记都将传输它们的信号。它会扰乱阅读器的身份。然后它将导致读错误。同样，如果多个阅读器出现在标记的传输范围内，则整个阅读器都可以读取标记信息。但一般情况下，标签的信息应该只被一个阅读器读取，这时其他的阅读器没有读取标签的权限。

3.RFID标签防碰撞算法

无论哪种碰撞产生的原因都将增加读者的识别时间。除此之外，电子标签消耗更多的能量。从而它限制它的促进的用途。自射频识别技术开始以来，如何减少碰撞以及如何防止碰撞，一直是人们关注的问题。在无线电通信技术中，该问题被称为无线通信系统中的一种多址接入方法。从根本上说，多址接入方法分为四类:时分复用法、频分复用法、空间分复用法和码分多路法。

二进制反碰撞算法是目前反碰撞中常用的一种标记算法。二进制算法的基本原理是可以将命令设置为阅读器。该命令是当标签进入标识距离时，它将自己所包含的信息发送给阅读器。如果阅读器不符合适合此命令的标签，则阅读器将停止发送消息和读取信息。所有标签都在同一时间开始休眠。如果标签中只有一个序列号与发送的阅读器序列号一致，则标记为目标标签。阅读器将选择此标签，然后它将向阅读器发送包含的信息。

如果有多个序列号与阅读器序列号一致的标签同时发送信息。在此过程中，这些标签同时发送信息。这会导致它们的信号互相干扰，将对识别过程产生影响。阅读器必须继续判断。阅读器必须发送另一个查询代码，此过程将重复下去，直到只有一个标签符合该命令。此时，阅读器可以识别所有的标签，每个标签中包含的信息都将被阅读器读取。现在给出如下表1所示的4种电子标签以作参考。

（1）阅读器发送请求命令(11111111)。4标签都可以接收指令，并向读者发送自己的ID号。阅读器接收ID号，可以知道碰撞分别发生在，4，5，7位，可以识别其他位。结果是11???1?1。下一个命令是11011111。

(2)发送请求命令(11011111)，标记A和D将回复命令并发送其ID11010111和11010101，并且可以知道冲突发生在5、7位，因此结果为1101?1?1。下一个命令是11010101。

(3)发送的从(2)中得到的ID，标签D满足命令，并将其信息发送给读者。然后，阅读器可以正确读取标签d的ID号并发送select命令以选择标记d。此标记在完成传输后将进入休眠状态。重复步骤1到3，直到阅读器没有收到任何ID号。然后阅读器从所有标签读取数据。

二进制算法的原理是可以找到曼彻斯特编码方法进行碰撞的位置。至于它的本质则是它通过判断，逐渐减少了可以在阅读范围内回复命令的标签数量，直到找到目标标签。虽然该算法是有效的，但仍存在一些不足之处。它需要标签发送一个完整的ID从开始到完成在识别过程中。如果没有找到目标标记，它将发送另一个ID。大多数标记可能不止一次地被判断。因此，有很多不必要的判断过程导致了时间的消耗。二进制算术需要更多的搜索，当识别一个更长的标记数。这将花费更多的时间。不必要的搜索所消耗的时间。这将大大降低效率。

4.改进的RFID标签防碰撞算法

RFID系统具有无可比拟的优越性，在仓储管理系统中有着广泛的应用。为了在市场竞争中获得优势，物流公司目前正在尽一切努力提高仓储业务的效率。因此，节约在WMS中识别货物所需的时间是很有必要的。上述算法存在许多不足之处。为了更好地利用WMS中的RFID系统，本文对上述算法进行了改进。改进算法的基本思想是将具有较长数字的标记划分为几个段落来识别。在确定第一段后，第二段开始确定。身份查验过程按段落分段，直到最后一个段落确定。因此，它可以减少重复路径的数量，并确定不必要的判断数。在识别过程中花费的时间将大大减少。

以A，B，C，D，E，F6个标签为例，6个标签的序列号分别为0100，0101，0110，1010，1100，1110。算法的原理和步骤见图1。

对于上面的长度为4的标签，改进的算法将前两个字段合并用作第一次的识别。如图3所示。二个二进制数字的组合是00，01，10，11这四类。在上面的六个标签中，前两个字段有01、11和10共3种情况。当阅读器发送00确定命令时，不存在带有命令标签的标签，这一次的识别结束。当阅读器发送01确定命令时，有三个标签符合此命令。他们是0100，0101和0110。因此阅读器无法识别目标标签，需要进行下一个搜索。接下来发送010，有两个标签，其编号为0100和0101符合。继续发送0100和0101，没有更多的干扰，因而阅读器能识别这2个标签。另一个分支发送了011个搜索命令。0110标签被直接识别。当阅读器发送10确定命令时，只有一个标签符合条件。因此，标签可以直接读取，不需要进一步地判断。当阅读器发送11确定命令时，有两个标记符合此命令。他们是1100和1110。由于这两个标签会产生干扰，阅读器需要继续搜索。继续发送110和111，不再有有干扰了，因而阅读器辨认二个标记。总而言之，阅读器可以通过发送10个命令来识别所有标记。

算法的详细步骤见图2。

5.改进的算法效率分析

本文假定读者需要识别的标签总数为N。首先，读者选择电子标签的前面的l个字段，显然阅读器首次能发出的信道有2^l种。阅读器需要全部信道可在以下三种情况下计算出。情况1:可以满足条件的标签不存在。情况2:只有一个可以满足条件的标签存在。情况3:两个或多个可以满足条件的标签同时存在。计算公式如下:

T_e=2^l(1-2^-l)^N (1)

T_r=2^l(1-2^-l)^N-1 (2)

T_e=2^l[1-T_e-T_r] (3)

使用二进制算法和改进的算法识别 N 个标记， 则它们所需的时间信道数分别为:

T₁=N( 1) (4)

T₂=2^l( 1) 2^l=N(-l 1) 2^l (5)

只要拿公式4减去公式5，就可以得到改进的算法比二进制算法所减少的信道数。

T=T₁-T₂=Nl-2^l （6）

我们可以得出结论：改进的算法比二进制算法所减少的信道数与Nl和2^l有关，减少的信道数T与Nl成正相关，与2^l成负相关。

取公式5关于l的部分倒数。当信道数最小时， 我们可以得到电子标签数N 和l的关系:

T_ABD-BS=ln2*2^l-N=0 (7)

2^t=N/ln2 (8)

通过以上公式5可以看出，改进后的算法的性能不仅与阅读器中的标签数量有关，而且与参数l有关，即与阅读器第一次选取的电子标签的字段数有关。l设置的数目应参照公式8确定，l与电子标签总数N密切相关。在大多数第三方物流公司的仓库中，每一天都有固定模式数量的货到达仓库。在缺货、存货和提货高峰期，货物的流动更加频繁，可能需要标识大量标签。也就是说，N在这个时候是一个很大的数字。而在某一时期，仓储业务减少。处理所需的标签总数非常小。因此，工人需要计算在第三方物流公司仓库首先需要识别的标签数量。找出每个期间正常情况下的所需标签数。根据公式l=，他们可以设置最合理的l，以节省更多的时间。

6．结论

本文改进了目前最常用的抗碰撞算法中的二进制防碰撞算法。它将一个较长的编号标签划分为要识别的段落，与二进制算法相比，改进后的算法可以显著减少重复路径的数量。阅读器识别过程所花的时间大大减少。本文还用数学公式分析了改进算法的性能。我们可以得出一个结论，即改进后的算法提高识别效率远远超过二进制算法，特别是在第三方物流公司的仓库有大量电子标签的情况下，它可以大大节省系统在识别标签所花费的时间，从提高仓储操作的效率。最后指出，为了帮第三方物流公司找到最合适的初次识别值，找出不同时段的标签规则模式将是很有必要的。

附件：WMS发展现状分析

根据国家信息中心发布的零售业预测报告，在2005年至2010，中国零售业以8%minus;10%的增速在稳步增长。在2020年，消费品零售总额将超过20万亿元。此外，零售业对外国投资逐步开放，加剧了零售业的竞争。因此，竞争已经从一个单一的公司转移到整个供应链，效率起着至关重要的作用。

大致来说，零售商品的流通就像供应商-分销商仓库或配送中心-零售商店。其中，仓库是上游和下游实体之间的重要联系，因此其性能至关重要。在合同中，大部分的仓储业务要么是劳动力，要么是资本密集型。通常，仓库管理系统(WMS)被广泛应用于仓库数据的收集，以优化操作和管理。然而，目前的WMS系统在终端数据收集方面存在明显的弱点，因为它们不包含实时的、自动的数据检索功能。相反，WMS系统很大程度上依赖仓库员工手动或通过条码系统输入操作信息。因此，不正确的信息是不可避免的，因为人为错误是占错误信息的80%。仓库的效率是不尽人意的。因此，这些实际问题和热点问题日益成为企业的瓶颈，降低了规模经济的优势。此外，很难由仓库工作人员或通过WMS系统制定可靠的材料处理解决方案，以处理不同的订单。因此，有必要提出一种具有实时、自动数据同步功能的智能系统，将物流操作与WMS系统结合起来。

在零售业中，仓库是连接上游和下游的关键部件。今天激烈的竞争呼唤仓库管理系统更高的要求。目前，仓储管理系统(WMS)已被广泛应用于仓库资源的处理和仓库业务的监控。然而，目前WMS很大程度上依赖传统的条码系统来获取盒子、托盘和货架上的信息。基于条码的方法的缺点包括驱动程序必须手动离开他们的卡车和扫描条码标签。条形码标签可能因脏或损坏而变得不可读。更进一步地说，也不可能编辑条形码标签上的数据。此外，条码系统的数据收集缺乏实时信息共享能力。因此，WMSs无法捕获实时信息或可视化仓库的实际库存状况

事实上，各种各样的技术被采用来改善仓库的性能。从业务的角度来看，毫无疑问，无论何种技术最终都在仓库管理中得到普及，更高的效率和更低的成本是迫切需要的。在所有的技术中，无线电频率识别(RFID)被认为是最有前途的。RFID技术以其小型化、穿透性强、无线可读性、形状多样性、可重用性和相对低成本的优点，满足了两种主要需求(效率和成本效益)。与自动化仓库的高投入和运营成本相比，RFID技术的应用充分利用了现有的设备和设备，具有成本低廉、操作快捷的特点。RFID并不是推动仓库管理系统演进的唯一技术。最大化仓储业务的优化工具是WMS的另一项技术补充。这些工具专门用于查看仓库或分销业务，并发现

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