40、基于四叉树的改进 RFID 防碰撞算法解析

基于四叉树的改进 RFID 防碰撞算法解析

1. 引言

射频识别（RFID）技术作为物联网感知层的重要技术，通过射频信号实现读写器与电子标签间的非接触式信息传输，以达到自动识别目的。它在物流、仓储、运输等众多领域广泛应用。然而，当读写器识别范围内存在多个标签时，标签同时向读写器传输信息会导致冲突，即“碰撞”，这可能造成标签识别失败。为解决此问题，人们提出了多种防碰撞算法，主要分为基于 ALOHA 的算法和基于树的算法。传统基于树的防碰撞算法识别时间长、效率低，因此本文提出基于四叉树的改进 RFID 防碰撞算法。

2. 基于树的防碰撞算法

树是一种重要的非线性数据结构，由节点和分支组成。基于树的防碰撞算法会根据一定长度对标签 ID 进行分组，不同分组长度对应不同的树算法，如分组长度为 1 是二叉树算法，为 2 是四叉树算法，为 3 是八叉树算法等。

2.1 二叉树算法原理

当读写器请求标签传输 ID 时，会发送一个 k 位的前缀 Pk。响应范围内的标签会确认该前缀是否与自身 ID 的开头部分相同，若相同则向读写器响应自身 ID。此时会出现三种情况：识别（只有一个以 Pk 开头的标签）、碰撞（两个或更多以 Pk 开头的标签）、空闲（没有以 Pk 开头的标签）。若发生碰撞，先在原前缀 Pk 后加“0”形成新前缀 Pk+1，读写器发送新前缀查找左子树；若再次碰撞则重复此过程，直到成功识别一个标签，然后在原前缀 Pk 后加“1”形成新前缀 Pk+1，读写器发送新前缀查找右子树。

例如，有三个标签 ID 分别为 0100、0111、1101，其使用二叉树防碰撞算法的识别过程如下：