多标签识别防碰撞算法设计 - 一款完美的射频识别RFID空间定位系统设计

　　2 多标签识别防碰撞算法设计

　　定位系统涉及多个标签与读写器之间的实时通信，需要解决多标签识别信号碰撞问题。基于序列号对时隙数运算的排序算法具有算法易于实现、响应速度快、执行效率高等特点，是时分复用方法的一种。利用微控制器PIC16F877A通过SPI接口来控制CC2500数据的发送时隙，将标签作为应答器，基于序列号对时隙数运算的排序算法的实现流程如下：

　　在争用周期内，首先利用标签序列号除以争用周期时隙数所得的余数来确定标签在争用数据帧内的发送时隙；然后利用标签序列号除以争用周期时隙数所得的商确定标签在争用帧内相应时隙的发送位，然后在争用周期内发送的争用数据帧的相应时隙发送位填充数据“1”;最后利用填充过的争用数据帧确定标签在整个数据发送周期内的发送顺序（即标签的发送顺序=其发送位及其前面各发送位中“1”的总数），从而给不同序列号的标签分配不同的发送时序。本设计用了9个待定位标签，利用上述算法进行标签识别排序，具体流程如图3所示（这里的应答器指标签应答器）。

　　图3倒数第二行为9个标签的发送时序，发送的时序是A0，A4，A8，A1，A5，A2，A6，A3，A7.这样这9个标签就可以保证无碰撞地被读写器识别，这种多标签防碰撞冲突是多标签定位系统能够正常工作的前提。

　　

　　图3 基于序列号对时隙数运算的排序算法

　　3 定位算法设计

　　本系统采用的定位算法是圆周定位法，圆周定位法是利用读写器接收标签信号得到RSSI值，通过相关的定位计算公式来进行定位的一种方法。

　　无线信号的接收信号强度和信号传输距离的关系可以用式（3）来表示，其中RSSI是接收信号强度，d是收发节点之间的距离，n是信号传播因子，EAF是环境因子。

　　

　　由式（1）中可以看出，射频参数A和n的值决定了接收信号强度和信号传输距离的关系。A和n用于描述通信操作环境。射频参数A被定义为dbm，表示距发射机1 m时接收到信号平均能量的绝对值，如平均接收能量是-10 dbm，那么参数A就被定义为10.射频参数n指出了信号能量随着到收发器距离增加而衰减的速率，其数值的大小取决于无线信号传播的环境。通过大量的比较和验证，得到实际应用场合环境因子EAF的大概值为13.5，A取45，n取3.5.依据式（1）可得到待定位标签到读写器的直线距离，r表示读写器与待定位标签之间的距离，即r=d.3个读写器的位置已知，分别是p1（x1，y1），p2（x2，y2），p3（x3，y3）。则待定位标签的坐标计算如式（2）所示：