Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Chương IV: HIỆU QUẢ THUẬT TOÁN CHỐNG VA CHẠM SỬ DỤNGCAPTURE EFFECT CHO GIAO THỨC RFID ISO 18000-6C

Chương IV: HIỆU QUẢ THUẬT TOÁN CHỐNG VA CHẠM SỬ DỤNGCAPTURE EFFECT CHO GIAO THỨC RFID ISO 18000-6C

Tải bản đầy đủ - 0trang

đọc đã được ước tính là quá thấp và quá thấp tương ứng. Do đó, phương pháp ước

lượng tồn đọng truyền thống [2-3] khơng hoạt động hiệu quả. Ngồi ra, các phương

trình thơng lượng thay đổi với 𝑐1. Kết quả là phương trình kích thước khung tối ưu

truyền thống là khơng thích hợp cho trường ghi bắt. Do đó, các thuật toán chống va

chạm mới lạ là cần thiết để giảm thiểu những vấn đề này.

Hai chương trình theo dõi hiệu ứng ghi bắt được đề xuất cho hệ thống RFID Aloha

khung rãnh [5-6].[5] trình bày một phương pháp ước lượng tồn đọng ML (khả năng

tối đa) quá phức tạp để áp dụng cho các hệ thống RFID, và thất bại trong việc đưa ra

một phương trình kích thước khung tối ưu dạng đóng. [6] đã đề xuất một phương pháp

điều khiển truy cập ghi bắt bằng cách chia các thẻ thành nhiều nhóm phụ thuộc vào

cường độ tín hiệu nhận được và chỉ cho phép một cặp được chọn của các nhóm tham

gia vào q trình xác định để kích hoạt nhiều hơn hiệu ứng ghi bắt. Chương trình này

đạt được một hiệu suất thông lượng cao; Tuy nhiên, nó khơng tương thích với giao

thức ISO 18000-6C. Ngồi ra, hiệu suất phụ thuộc vào độ chính xác của tỷ lệ ghi bắt

(tức là tỷ lệ ngưỡng công suất giữa thẻ dự kiến và thẻ giao thiệp để kích hoạt các hiệu

ứng ghi bắt), điều mà rất khó khăn để có được và thay đổi từ các bộ đọc.

Trong chương này trình bày một thuật tốn chống va chạm ghi nhận hiệu quả mà

tương thích với giao thức 18000-6C ISO và dễ áp dụng. Ý tưởng chính của đề xuất

của chúng tôi nằm trong thiết kế một phương pháp ghi nhận ước lượng tồn đọng

(CMEBE) và độ lệch của phương trình (𝐿opt) kích thước khung tối ưu ghi nhận. Với

CMEBE, số thẻ và cũng xác suất ghi bắt trung bình có thể được ước tính. 𝐿opt được

phân bổ cho tới ít hơn số lượng thẻ để kích hoạt nhiều hơn hiệu ứng ghi bắt. Giới hạn

thông lượng tối đa dạng đóng theo đề xuất của chúng tơi cũng được trình bày. Các kết

quả bằng số cho thấy có thể đạt được thông lượng cao hơn nhiều so với việc sử dụng

kỹ thuật của chúng tơi.

IV.2 MƠ HÌNH HỆ THỐNG THEO TRƯỜNG CAPTURE EFFECT

Xác suất Capture Effect trung bình trong một khe va chạm, ký hiệu là α được định

nghĩa trong (4.1), với 𝑝cap (i) là xác suất ghi bắt khi i thẻ va chạm, 𝑝col (𝑖) là xác suất

mà i thẻ va chạm trong một khe, và n là số thẻ. Nói chung, α xấp xỉ bằng 𝑝cap (2), vì

𝑝cap (i) và 𝑝col (i) là rất nhỏ khi i> 2.



 



n



p



cap



(i ) pcol (i )



(4.1)



i 2



Trong hệ thống Aloha khung rãnh, các giá trị của 𝑐0, 𝑐1, 𝑐k được cho bởi [2]



48



co  L(1 



1 n

1

) , c1  n(1  )n1 , ck  L  co  c1

L

L



(4.2)



Với L là kích thước khung hiện tại. Trong các hệ thống RFID thực tế, giá trị của 𝑐0,



𝑐1, 𝑐k được cho bởi bộ đọc bằng cách ước tính 𝑐e (số rãnh trống), 𝑐s (số rãnh tiếp



nhận thành công) và 𝑐f (số rãnh lỗi). Dưới môi trường không Capture Effect, bộ đọc

có thể cung cấp các giá trị chính xác 𝑐0, 𝑐1, 𝑐k, tức là: 𝑐0 = 𝑐e, 𝑐1 = 𝑐s, 𝑐k = 𝑐f. Tuy nhiên,

khi hiệu hứng ghi bắt tồn tại, các giá trị của 𝑐s và 𝑐f cho bởi bộ đọc chênh lệch với 𝑐1

và 𝑐k:



ce  c0 , cs  c1   ck , c f  ck   ck



(4.3)



Theo (4.2) và (4.3), thông lượng hệ thống dưới mơi trường ghi bắt có thể được viết









n(1 



1 n 1

1

1

)  [ L  L(1  )n  n(1  )n 1 ]

L

L

L

L



(4.4)



IV.3 THUẬT TOÁN CHỐNG VA CHẠM GHI BẮT CHO GIAO ISO

18000-6C

Các kết quả từ (4.3) và (4.4) cho thấy các thuật toán chống va chạm ghi nhận cần

phải được thiết kế như thế nào. Thuật tốn đề xuất trong bài này có các tính năng sau

đây:

1) Nó hồn tồn tương thích với giao thức ISO 18000-6C.

2) Các phương pháp ước lượng tồn đọng có khả năng ước lượng không chỉ số lượng

thẻ không xác định trong mơi trường ghi bắt mà còn xác suất ghi bắt trung bình.

3) Kích thước khung tối ưu được phân bổ cho được ít hơn số lượng thẻ, nhằm kích

hoạt nhiều hơn các hiệu ứng ghi bắt trong các khe va chạm và tối đa hóa thơng lượng.

Chúng tơi lần đầu tiên thiết kế phương pháp ước tính tồn đọng chi nhận. Ý tưởng

chính là để ước tính n và α ta sử dụng các giá trị của 𝑐e, 𝑐s, 𝑐f được cung cấp bởi người

đọc. Viết lại (4.3) như (4.5),



49



1 n

)

L

1

1

1

cs  n(1  )n 1   [ L  L(1  ) n  n(1  ) n 1 ]

L

L

L

1

1

c f  (1   )[ L  L(1  ) n  n(1  ) n 1 ]

L

L



ce  L(1 



(4.5)



Với L là kích thước khung trước đó. Đề cập đến bất đẳng thức Chebyshev nói rằng kết

quả của một thử nghiệm ngẫu nhiên có liên quan đến một biến ngẫu nhiên là rất có thể

khoảng nào đó gần với giá trị dự kiến của [2], chúng tôi đề xuất một phương pháp ước

lượng tồn đọng sai số tối thiểu ghi nhận (CMEBE). CMEBE chọn số thẻ n (n ≥ 1) và

xác suất chụp trung bình α (0 < α <1) giảm sai số



 ce _ m   ce _ c



 

   cs _ m    cs _ c

c

 

 f _ m   c f c















(4.6)



Với ɛ là chênh lệch giữa các kết quả phép đo (𝑐e-m, 𝑐s-m, 𝑐f-m) cho bởi bộ đọc RFID và

các kết quả tính tốn (𝑐e-c, 𝑐s-c, 𝑐f-c) cho bởi phương trình (4.5). So với các phương

pháp Vogt gốc [2], CMEBE tăng tính phức tạp 𝑦 lần do nhiệm vụ bổ sung ước tính α.

Thơng thường cho rằng 𝑦 lớn hơn 2 một chút khi mà α đã được ước tính sau khung

đầu tiên (ký hiệu là α1), trong khung sau, α ước tính chỉ phải được chọn lựa từ 3 giá

trị:này: α1 – step, α1, α1 + step với step là một chiều dài của bước tìm kiếm của α. Ví

dụ, n thẻ được cho trong phạm vi bộ đọc, sau khung đầu tiên, CMEBE sẽ vượt qua giá

trị của n và α từ một khoảng tìm kiếm được xác định trước N (ví dụ, từ 2𝑐k đến 3𝑐k) và

A (ví dụ từ 0.1 đến 0.6), sau đó y+1 bằng với số lượng các yếu tố ở A; và ở các khung

sau, y = 2.



50



Ước lượng số lượng Tag



Số thẻ thực tế, n



Hình 4.1. Ước lượng số lượng tag của CMEBE trong môi trường Capture Effect (α =

0.5)

Bước tiếp theo là lấy vi phân của kích thước khung tối ưu (Lopt) theo mơi trường

Capture Effect. Lopt có thể thu được bằng cách tìm giá trị của L mà tối đa hóa thơng

lượng hệ thống được cho ở (4.4). Đặt vi phân của (4.4) bằng 0



d



n(1 



1



)



n2



L

L







3



dL



[  (1   )n  L]



(4.7)



Chúng ta thu được kích thước khung tối ưu là



Lopt    (1   )n



(4.8)



Phương trình (4.8) cho thấy kích thước khung tối ưu ghi nhận là nhỏ hơn số thẻ n, và

giảm đều khi α tăng từ 0 đến 1.

Thuật tốn chống va chạm ghi nhận được tóm tắt ở bảng sau:

Cho mỗi khung {

khởi tạo thông số:

i = 1 // biến đếm khung

Li = Lini // khởi tạo độ dài khung

lặp:

i = i + 1 // tăng biến đếm khung

theo dõi Ce, Cs, Cf //số lượng slot khung trước

ước lượng ni và αi sử dụng CMEBE //

Li =



α + (1- α) ni



// xác định độ dài khung tối ưu



51



đầu đọc - thẻ chất vấn trong Li slot //

cho đến khi Cs = 0 & Cf = 0}

IV.4 CÁC KẾT QUẢ PHÂN TÍCH VÀ SỐ LIỆU

Hiệu suất của phương pháp ước lượng tồn đọng đã đề xuất (CMEBE) được mơ

phỏng. Hình 4.1 cho thấy độ chính xác dưới mơi trường Capture Effect với α = 0.5, so

sánh với các phương pháp Vogt [2], Schoute[3], và Lower Bound [2] được sử dụng

rộng rãi trong các hệ thống RFID ISO 18000-6C. Xem rằng các đường chéo của Hình

4.1 tương ứng với ước tính hồn hảo (tức là, 𝑛est ln ln bằng 𝑛), có thể thấy được

rằng CMEBE cho ước tính các số thẻ chính xác và tin cậy hơn nhiều so với các

phương pháp khác. Hình 4.2 cho thấy độ chính xác ước lượng xác suất ghi bắt trung

bình khi số thể là 200. Các đường chéo vẫn tương ứng với ước tính hồn hảo. Như

vậy, chúng ta có thể thấy rằng, CMEBE có hiệu suất ước tính tốt đặc biệt là khi α ≥

0.2.



Xác xuất capture trung bình thực tế



Hình 4.2. Ước lượng xác xuất Capture trung bình thực tế của CMEBE ( n = 200)



52



Thông lượng



Xác xuất capture trung bình



Hình 4.3. Sự cải thiện thơng lượng của thuật tốn chống va chạm với Cature Effect (𝑛 = 200).



Hơn nữa, hiệu suất của thuật toán chống va chạm ghi nhận được đề xuất theo giao

thức ISO 18000-6C được mô phỏng. Hình 4.3 chỉ ra thơng lượng với hàm xác xuất ghi

bắt trung bình khi số thẻ là 200. Thuật tốn đề xuất của chúng tôi được so sánh với hai

thuật tốn khác có tên là phương pháp ước tính tồn đọng Vogl [2] và Schoute [3], mà

tất cả kích thước khung tối ưu bằng với số thẻ. Chúng tôi quan sát thấy khi α bằng 0,

thông lượng của ba thuật toán này đều ở khoảng 1/e, với giới hạn hiệu suất nổi bật của

hệ thống Aloha khung rãnh dưới môi trường khơng Capture Effect. Vì α tăng, thuật

tốn của chúng tôi đạt đến thông lượng cao hơn [2] và [3] , đặc biệt khi α ≥ 0.2, tức là

khi Capture Effect chính xác hơn.

Ngồi ra, các thơng lượng đặt được tối đa dạng đóng của thuật tốn chống va chạm

ghi nhận được đề xuất, được lấy vi phân theo phân tích. Thay L vào phương trình

(4.4) với Lopt trong phương trình (4.8), ta có



max    (1   )(1 



1

(1   )  

n



) n 1



(4.9)



As n   ta co

limmax    (1   )e

n 







1

1



(4.10)



53



Với các giới hạn thông lượng chỉ là hàm số của α Và khi α là 100%, giới hạn thơng

lượng là 100%, đó là điều hợp lý rằng tại thời gian đó, kích thước khung được thiết

lập đến 1 và sự Capture Effect luôn luôn xảy ra.

IV.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG

Trong chương này đề xuất một thuật toán chống va chạm ghi nhận tương thích với

giao thức ISO 18000-6C, trong đó bao gồm một phương pháp ước lượng sai số tồn

đọng tối thiểu ghi nhận và phương trình kích thước khung tối ưu mới. Kết quả phân

tích và mơ phỏng cho thấy rằng các thuật toán đề xuất hoạt động tốt hơn những thay

thế hiện tại.



54



CHƯƠNG V: KẾT LUẬN

Trong luận văn này, tơi đã tìm hiểu hệ thống RFID và tầm quan trọng các ứng

dụng của công nghệ RFID trong thực tế, Ngồi ra chúng ta có thêm kiến thức về vấn

đề xung đột tín hiệu, các giao thức chống xung đột tín hiệu trong hệ thống RFID.Tiếp

theo tơi đã tổng kết các giao thức để đưa ra giải pháp tối ưu cho vấn đề xung đột tín

hiệu trong hệ thống RFID, đồng thời tôi cũng so sánh các phương pháp chống xung

đột, giao thức Slot-ALOHA, giao thức dựa trên bộ đếm, giao thức cây nhị phân để

hiểu rõ bản chất của các phương pháp. Từ đó tơi đã xác đinh được hiệu suất tối đa của

giao thức slot-aloha.

Trong luận văn đã tơi đã tìm hiểu các loại fading trong hệ thống rfid, nguyên nhân gây

ra fading, đánh giá mức ảnh hưởng của fading đến môi trường truyền, ảnh hưởng của

fading đến aten thu và anten phát trong hệ thống.

Mặt khác tơi phân tích thêm tranh chấp giữa những gói tin xuất hiện khi vài gói tin

xung đột trên kênh truyền. Cơng suất nhận của mỗi gói phụ thuộc vào vị trí của trạm

cuối truy cập và điều kiện kênh truyền. Do đó, thậm chí nếu vài gói tin xung đột nhau,

đơi khi gói có cơng suất nhận lớn nhất vẫn “sống sót”. Một cách tổng quát, hiện tượng

này được gọi là “hiệu ứng lấn át” (Capture Effect).

Phần cuối của luận văn tơi tập trung vào phân tích hiệu quả của thuật tốn chống va

chạm sử dụng Capture Effect, thơng qua chương trình mơ phỏng bằng MATLAB tơi

đã đánh giá số lượng tag của CMEBE trong môi trường Capture Effect , đánh giá xác

suất trung bình Capture Effect của CMEBE (n=200), sự cải thiện thơng lượng của

thuật tốn chống va chạm với Capture Effect.

Hạn chế đề tài

Trong phần lý thuyết có thể còn một số nội dung trình bày chưa được tìm hiểu sâu,

chi tiết. Trong phần mơ phỏng em mới chỉ dừng lại ở việc truyền tín

Hướng phát triển của đề tài

Tiến hành khắc phục những hạn chế mà trong khuôn khổ nội dung đề tài chưa thực

hiện được. Cụ thể là tiến hành tìm hiểu để truyền được nhiều dạng tín hiệu

hơn…Đồng thời có thể nghiên cứu phương pháp mới nhằm nâng cao chất lượng

đường truyền.



55



TÀI LIỆU THAM KHẢO:



[1] Class 1 Generation 2 UHF Air Interface Protocol Standard Version 1.0.9, EPCglobal,

2005. Available: http://www.epcglobalinc.org.

[2] H. Vogt, F. Mattern, and M. Naghshineh, editors, “Efficient object identification with

passive RFID tags,” in Proc. 1st Int. Conf., PERVASIVE 2002, Zurich, Switzerland, Aug.

2002, LNCS, vol. 2414, pp. 98-113.

[3] F. C. Schoute, “Dynamic frame length ALOHA,” IEEE Trans. Commun., vol. COM-31,

pp. 565-568, Apr. 1983.

[4] C. Floerkemeier and S. Sarma, “RFIDSim–a physical and logical layer simulation engine

for passive RFID,” IEEE Trans. Autom. Sci. Eng., vol. 6, no. 1, Jan. 2009.

[5] Y. Oh, S. Jung, J. Hong, and C. Lie, “A scheme to increase throughput in framedALOHA-based RFID systems with capture,” ETRI Journal, vol. 30, no. 3, June 2008.

[6] W. J. Shin and J. G. Kim, “A capture-aware access control method for enhanced RFID

anti-collision performance,” IEEE Commun. Lett., vol. 13, no. 5, pp. 354-356, May 2009.



[7] Y.-C. Lai và L.-Y. Hsiao, “General binary tree protocol for coping with the

capture effect in RFID tag identification,” IEEE Commun. Lett., quyển 14, số 3, trang

208–210, Tháng 3 2010.

[8] Information technology-Radio frequency identification (RFID) for Item

management—Part 6: Parameters for Air Interface Communications at 860 MHz to

960 MHz, Tiêu chuẩn Quốc tế ISO/IEC 18000-6, 2013.

[9] H. Vogt, “Efficient object identification with passive RFID tags,” trong Proc. Int.

Conf. Pervas. Comput., Zurich, Thụy Sĩ, Tháng 8 2002, trang 98–113

[10] H. Wu và Y. Zeng, “Efficient framed slotted aloha protocol RFID tag anticollision,” IEEE Trans. Autom. Sci. Eng., quyển 8, số 3, trang 581–588, Tháng 1

2011.

[11] Y. Cui và Y. Zhao, “Performance evaluation of a multi-branch tree algorithm in

RFID,” IEEE Trans. Commun., quyển 58, số 5, trang 1356–1364, Tháng 5 2010.

[12] D. R. Hush và C. Wood, “Analysis of tree algorithm for RFID arbitration,” trong

Proc. IEEE Int. Symp. Inform. Theory, Cambridge, MA, USA, Tháng 8 1998.

[13] EPC Radio-Frequency Identification Protocols Class-1 Generation-2 UHF RFID

Protocol for Communications at 860 MHz-960 MHz Version 1.1.0 Draft1, EPCglobal

Inc, Lawrenceville, NJ, USA, 2005.

[14] F. C. Schoute, “Dynamic frame length ALOHA,” IEEE Trans. Commun., quyển

31, số 4, trang 565–568, Tháng 4 1983.

56



[15] H. Wu và Y. Zeng, “Bayesian tag estimate and optimal frame length for anticollision aloha RFID system,” IEEE Trans. Autom. Sci. Eng., quyển 7, số 4, trang

963–969, Tháng 10 2010.

[16] Y. Maguire và R. Pappu, “An optimal Q-algorithm for the ISO 18000-6C RFID

protocol,” IEEE Trans. Autom. Sci. Eng., quyển 6, số 1, trang 16–24, Tháng 1 2009.

[17] X. Yang, H. Wu, Y. Zeng, và F. Gao, “Capture-aware estimation for the number

of RFID tags with lower complexity,” IEEE Commun. Lett., quyển 17, số 10, trang

1873–1876, Tháng 10 2013.

[18] B. Li và J. Y. Wang, “Efficient anti-collision algorithm utilizing the capture

effect for ISO 18000–6C RFID protocol,” IEEE Commun. Lett., quyển 15, số 3, trang

352–354, Tháng 3 2011.

[19] Bùi Trọng Dục (2007), Nghiên cứu RFID, Luận văn thạc sĩ khoa học, Đại học bách khoa

Hà Nội.

[20] Đặng Lê Khoa, Kênh truyền Vô Tuyến, Đại học sư phạm kỹ thuật TP.HCM.

[21] Nguyễn Linh Lan (2008), Nghiên cứu thiết kế hệ thống nhận dạng thẻ vô tuyến thông

minh (RFID) ứng dụng trong quản lý nhân sự, Luận văn thạc sĩ khoa học, Đại học bách khoa

Hà Nội



[22] , YAN ZHANG, LAURENCE T.YANG, JIMING CHEN, RFID and sensor

networks: Architectures, Protocols, Security, and Integrations, CRC Press (2010).

[23] , AMIN RIDA, LI YANG, MANOS TENTZERIS, RFID-Enabled Sensor Design

and Applications, Artechhouse (2010).



Tài liệu tham khảo trên internet:

http://zoka.byethost11.com/1/showthread.php?tid=67&pid=446#pid446

http://www.vietnamlib.net/hien-dai-hoa-thu-vien/cong-nghe-rfid-trong-linh-vuc-thu-vien

http://hptc.com.vn/ContentDetail.aspx?content=40

http://buyer.com.vn/forums/showthread.php/757-Cong-nghe-xac-nhan-doi-tuong-bang-songvo-tuyen-RFID

http://www.icdrec.edu.vn/en/node/497

http://buyer.com.vn/forums/showthread.php/1443-Cong-nghe-RFID-Canh-tay-phai-dacluc?s=164bd096cff62963dd08100d9282500e

http://clip.vn/watch/Ung-dung-RFID-va-nhan-dang-tu-dong,2v_

http://vietnamnet.vn/khoahoc/2008/08/800916/, truy cập cuối cùng ngày 06/06/2010.

http://www.tin247.com/sparking_bai_giu_xe_tu_dong,_an_toan_cao-12-21378784.html, truy

cập cuối cùng ngày 06/06/2010.

57



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Chương IV: HIỆU QUẢ THUẬT TOÁN CHỐNG VA CHẠM SỬ DỤNGCAPTURE EFFECT CHO GIAO THỨC RFID ISO 18000-6C

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×