應(yīng)急物資管理射頻標簽優(yōu)化技術(shù)及仿真

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摘要:射頻標簽(RFIDtag)又稱電子標簽，在跟蹤、物流、應(yīng)急物資管理等領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用。其中，用于解決射頻讀寫器作用范圍內(nèi)多標簽識別的射頻標簽防碰撞方法是該領(lǐng)域的重要研究點。目前學(xué)術(shù)界對射頻標簽防碰撞問題集中于對算法本身的研究，一般沒有考慮射頻標簽編碼策略的因素。本文對采用經(jīng)典的QT射頻標簽防碰撞算法情況下，分別使用“層次化編址”和“隨機編址”兩種編址策略的射頻標簽識別吞吐率進行比較研究。本文進一步提出，在射頻標識系統(tǒng)設(shè)計和射頻標簽編址策略的具體選擇過程中，需要綜合考慮射頻標簽識別吞吐率、數(shù)據(jù)庫訪問瓶頸等多種關(guān)鍵因素，全面優(yōu)化射頻標識系統(tǒng)的性能。本文的研究成果具有較高的現(xiàn)實指導(dǎo)意義.

關(guān)鍵詞:射頻標簽;防碰撞;編址策略;應(yīng)急;物資管理;計算機仿真

1研究背景和概述

射頻標簽(RFIDtag)又稱電子標簽，在跟蹤、物流、物資管理等領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用，例如:圖書館門禁系統(tǒng)，交通收費，倉儲管理、貨架管理以、應(yīng)急物資管理及食品安全溯源等。其中，用于解決讀寫器作用范圍內(nèi)多標簽識別情景下的射頻標簽識別防碰撞方法已成為該領(lǐng)域的重要研究點。射頻標簽的防碰撞方法主要是為了解決在射頻標簽識別設(shè)備的有效通信區(qū)域內(nèi)，當多個射頻標簽同時與識別設(shè)備進行通信時產(chǎn)生的地址沖突問題。目前學(xué)術(shù)界對射頻標簽防碰撞問題集中于對算法本身的研究，一般沒有考慮射頻標簽編碼策略的因素。本文對采用經(jīng)典的QT射頻標簽防碰撞算法情況下，分別使用“層次化編址”和“隨機編址”兩種編址策略的射頻標簽識別吞吐率進行比較研究。通過模擬仿真可以得出結(jié)論，利用“隨機編址”策略可以獲得比“層次化編址”策略更高的射頻標簽識別吞吐率。而“層次化編址”策略也有其優(yōu)勢，一是現(xiàn)有的商用射頻標簽產(chǎn)品，大多采用了高位地址相同，低位地址連續(xù)增加的“層次化編址”策略；二是“層次化編址”本身可以直接提供商品廠家、類型等信息。因此，研究針對“層次化編址”策略的射頻標簽防碰撞算法、以及研究“層次化編址”策略的應(yīng)用場景是下一步的研究方向。

2射頻標簽編碼策略分析

2.1射頻標簽國際標準協(xié)議采用的射頻標簽編碼協(xié)議

在較早版本的射頻標簽國際標準協(xié)議（如ISO18000-6TypeB）中，射頻標簽的地址是固定的。而在較新的射頻標簽國際標準（如ISO18000-6TypeC）集中，用戶可以根據(jù)需要優(yōu)化定制射頻標簽編址策略。隨著RFID技術(shù)的發(fā)展，在許多應(yīng)用領(lǐng)域中，需要更加靈活的射頻標簽國際標準，因此本文研究采用經(jīng)典的QT射頻標簽防碰撞算法情況下，分別對射頻標簽使用“層次化編址”和“隨機編址”兩種編址策略時，對射頻標簽識別吞吐率的影響，為射頻識別系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計和新的射頻標識標準科學(xué)制定提供參考。

2.2層次化編址策略與隨機編址策略

作為“層次化編址”策略的一個例子，EPC（ElectronicProductCode）即電子產(chǎn)品編碼，是一種編碼系統(tǒng)。它建立在EAN.UCC（即全球統(tǒng)一標識系統(tǒng)）條型編碼的基礎(chǔ)之上，并對該條形編碼系統(tǒng)做了一些擴充，用以實現(xiàn)對單品進行標志。EPC編碼由版本號、產(chǎn)品域名管理、產(chǎn)品分類部分和序列號四個字段組成。EPC編碼根據(jù)地址長度的不同又分為EPC-64,EPC-96等多種編碼方法，如圖1所示。EPC-64是目前得到行業(yè)支持較廣泛的一種EPC編碼方法，又分為TYPE-I,TYPE-II,TYPE-III三種實現(xiàn)方案。較新的射頻標簽國際標準ISO18000-6TypeC也在協(xié)議的層面上對EPC提供了支持?！半S機編址”策略，顧名思義，就是對每一個射頻標簽隨機生成和分配一個地址。隨機生成的地址僅做標簽識別，沒有具體的意義，可以在后臺數(shù)據(jù)庫中與產(chǎn)品類型、廠商品牌等其他信息進行關(guān)聯(lián)。

3基于計算機仿真的射頻標簽編碼策略比較研究

3.1射頻標簽編碼策略計算機仿真

本文開發(fā)了射頻標簽識別防碰撞算法計算機仿真軟件，分別對射頻標簽使用“層次化編址”和“隨機編址”兩種編址策略的射頻標簽識別吞吐率進行計算機模擬。在仿真過程中，射頻標簽防碰撞算法采用經(jīng)典的QT算法。射頻標簽地址長度為64bit。對于“層次化編址”策略，采用EPC-64TYPY-I規(guī)范，對“隨機編址”策略，采用隨機生成的方式生成射頻標簽地址。射頻標簽識別防碰撞算法計算機仿真參數(shù)的選擇基于現(xiàn)實的射頻標簽讀取場景，包括超市個人結(jié)算場景和大型倉儲區(qū)貨架管理場景。這兩種場景的共同點是每種場景下系統(tǒng)都需要考慮兩個數(shù)量Ntotal和Nlocal。Ntotal表示已經(jīng)入庫且分配了射頻標簽的物品總數(shù)量，Nlocal表示射頻標簽閱讀器某一次讀取操作中需要讀取的射頻標簽數(shù)量。在超市個人結(jié)算場景下Nlocal大約在數(shù)十個的數(shù)量級，在大型倉儲區(qū)貨架管理場景場景下Nlocal大約在數(shù)百個的數(shù)量級。而Ntotal可能在幾萬至幾十萬的數(shù)量級。在本文的模擬過程中，Ntotal取值為10000至100000，每隔10000計算一個模擬數(shù)值。而Ntotal取20和200兩個數(shù)值，分別模擬超市個人結(jié)算場景和大型倉儲區(qū)貨架管理場景。

3.2不同射頻標簽編址策略仿真結(jié)果

可以看出在射頻標簽閱讀器一次需要讀取20個射頻標簽的情景下，采用隨機編址策略時，射頻標簽閱讀器只需發(fā)起50次左右前綴匹配。而采用EPC-64TYPY-I層次化編址策略，則大約需要發(fā)起400次左右前綴匹配。由圖3右側(cè)圖表可以看出在射頻標簽閱讀器一次需要讀取200個射頻標簽的情景下，采用隨機編址策略情況下，射頻標簽閱讀器只需發(fā)起不到600次左右前綴匹配。而采用EPC-64TYPY-I層次化編址策略，則大約需要發(fā)起800至1500次前綴匹配。

3.3仿真結(jié)果分析與進一步的研究方向

通過上文的仿真結(jié)果，可以得出結(jié)論：采用隨機編址策略，射頻標簽閱讀器可以通過發(fā)起更少的射頻標簽前綴匹配操作，完成射頻標簽匹配讀取任務(wù)，射頻標簽識別吞吐率由于“層次化編址”策略。出現(xiàn)這種情況的原因是因為，在使用隨機編碼編址情況下，射頻標簽間的地址是低相關(guān)性的，標簽地址沖突只會出現(xiàn)在射頻標簽地址前幾位。而采用層次化編址策略情況下，射頻標簽間的地址是高相關(guān)性的，在不同策標簽地址層次分段上，都有可能產(chǎn)生射頻標簽地址讀取沖突。雖然從射頻標簽讀取效率的角度講，“隨機編址”策略，優(yōu)于“層次化編址”策略，然而簡單放棄“層次化編址”策略并非最終的解決方案。第一個原因是而現(xiàn)有的射頻標簽產(chǎn)品，大多采用了高位地址相同，低位地址連續(xù)增加的“層次化編址”策略；第二個原因是“層次化編址”策略本身比“隨機編址”策略直接提供了關(guān)于產(chǎn)品的更多信息。因此，下一步的研究方向包括下面幾個方面：一是對基本的QT算法進行優(yōu)化，研究在采用層次化射頻標簽編址策略情況下，讀取效率仍然較高的射頻標簽讀取算法。二是從系統(tǒng)優(yōu)化的觀點選取適合的射頻標簽編址策略。例如某應(yīng)用需要通過掃描射頻標簽獲得產(chǎn)品信息，就需要從系統(tǒng)的角度考慮是直接采用包含產(chǎn)品信息的“層次化編址策略”更加優(yōu)化，還是采用“隨機編址”策略，然后從數(shù)據(jù)庫讀取產(chǎn)品信息更加優(yōu)化。

4結(jié)論

射頻標簽又稱電子標簽，是一種得到廣泛應(yīng)用的物品單元自動識別通信技術(shù)。本文根據(jù)射頻標識技術(shù)的最新發(fā)展，在射頻標簽地址優(yōu)化編碼技術(shù)方向上開展研究與仿真。模擬結(jié)果表明采用經(jīng)典的QT射頻標簽防碰撞算法，利用“隨機編址”策略可以獲得比“層次化編址”更高的射頻標簽識別吞吐率。下一步的研究方向包括：一是對基本的QT算法進行優(yōu)化，研究在采用層次化射頻標簽編址策略情況下，讀取效率仍然較高的射頻標簽讀取算法；二是面向應(yīng)用，綜合考慮射頻標簽識別算法吞吐率、數(shù)據(jù)庫訪問瓶頸等多種關(guān)鍵影響因素，從系統(tǒng)優(yōu)化的觀點選取適合的射頻標簽編址策略。本文的研究成果具有較高的現(xiàn)實指導(dǎo)意義。

參考文獻

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作者:李競 單位:中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院