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射频识别技术原理、协议及系统设计第四篇系统设计射频识别技术原理、协议及系统设计第六章实际环境下系统性能的测试与分析本章内容7.1实际系统中的标签识别算法7.2发射功率对系统性能的影响7.3天线辐射角度对系统性能的影响7.4距离对系统性能的影响7.5标签部署密度对系统性能的影响7.6调整设备位置对系统性能的影响7.7影响标签识别时间的因素7.8问题与启发7.9小结7.1实际系统中的标签识别算法Q算法模型实际RFID系统如何调整帧长Alien-9900+阅读器Alien-9611天线Alien9640标签7.1实际系统中的标签识别算法标签个数为1时Q算法的帧长变化过程1）启动识别过程：阅读器在开始识别过程之前，会先发送一个时隙（即Q=0）用来检测当前识别范围内是否存在标签。减少时间浪费2）结束识别过程：在实际的RFID系统中，如果只有一个标签或者没有标签，则阅读器可以在该时隙中完成识别（或检测），随后有15个时隙用来确认识别过程是否结束，只有当这15个时隙均为空时隙，阅读器结束该帧；如果识别区域中超过一个标签，阅读器将会进入下一帧的识别。厂商设置7.1实际系统中的标签识别算法标签个数为1时Q算法的帧长变化过程12345678910111213141516-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81SequencenumberofQueryRoundValueofQValueofQ7.1实际系统中的标签识别算法标签个数为25时Q算法的帧长变化过程1）Q的初始值设定：Q算法中Q的初始值是3，不同于EPCC1G2标准中默认的Q=4。2）启动下一帧的方式：在是系统的RFID系统的识别过程中，当前帧的冲突时隙太多时，说明未识别标签较多，阅读器将会在下一帧中选用一个更大的帧长。厂商设置简化算法执行的逻辑7.1实际系统中的标签识别算法标签个数为25时Q算法的帧长变化过程1234567891011121314151617181920212223242500.511.522.533.54SequencenumberofQueryRoundValueofQValueofQ7.1实际系统中的标签识别算法标签个数为25时Q算法的具体识别过程未识别标签数Q值帧长当前帧识别标签数已识别标签总数25Q=381124Q=416101114Q=41641510Q=384196Q=382214Q=242232Q=240232Q=122250Q=120257.2发射功率对系统性能的影响发射功率对识别范围的影响整体识别范围7.2发射功率对系统性能的影响发射功率对识别范围的影响-2-1.5-1.0-0.50.00.51.01.52.015.716.717.718.719.720.721.722.723.724.725.726.727.728.729.730.7Scanningrange(m)Power(dBm)一行的识别宽度7.2发射功率对系统性能的影响发射功率对识别范围的影响发射功率增大时，整体的是被范围增大，但是新识别的标签不一定位于新增加的识别区域中，可能位于之前的识别区域中。7.2发射功率对系统性能的影响发射功率对单个标签的影响发射功率对系统性能的影响7.2发射功率对系统性能的影响发射功率对单个标签的影响对于某一个标签而言，一旦它能够获得足够的能量，被成功识别后，继续增加阅读器的能量，它一直都能够被成功识别。如果需要识别尽可能多的标签，需要采用大的发射功率，功率小的时候能够识别的标签在功率增大时也一定能够被成功识别。因而，功率越大，识别的标签数目越多。但是，处于识别范围内的标签由于受到路径损耗、多径效应、信号干扰等因素的影响，也未必能够100%被识别。7.3天线辐射角度对系统性能的影响标签位置不变，改变天线角度天线位置不变，改变标签角度7.3.1标签位置不变,改变天线角度天线标签辐射方向与标签平面的夹角对识别性能的影响7.3.1标签位置不变,改变天线角度天线标签对于一个特定的标签而言，当辐射角度较小时（辐射方向与标签接近平行状态），到达标签的能量较小，若要激活标签，则要增加阅读器的发射功率；当辐射角度较大时（辐射方向与标签接近正交状态），所需要的阅读器发射功率较小对于一定数目的标签而言，天线的辐射角度越小，能够识别的标签数目越小。当辐射角度增大是，能够识别的标签数目增大7.3.2天线位置不变,改变标签角度天线标签当标签平面与天线的中心辐射方向垂直时，识别性能最佳，阅读器识别标签所需的发射功率最小。当标签绕自身的短轴旋转时，识别性能几乎不受影响当标签绕自身的短轴旋转时，对识别性能影响较大当标签平面与天线中心辐射方向趋近平行时，识别性能最差7.3天线辐射角度对系统性能的影响提高识别性能天线的中心辐射方向与标签平面垂直调节天线正对着被识别的标签7.4距离对系统性能的影响距离对系统性能的影响7.4距离对系统性能的影响距离对系统性能的影响为了提升标签的识别率，我们应该尽量减小天线与标签之间的距离。同时，识别率难以到达100%，RFID还可以采取一些额外的措施来提升识别率。比如，改变天线的位置（减弱多径效应的影响）再次读取标签等。7.5标签部署密度对系统性能的影响-2-1.5-1.0-0.50.00.51.01.52.00510152025Scanningrange(m)Tagdensity(tags/m)标签部署密度对识别性能的影响7.5标签部署密度对系统性能的影响标签部署密度对系统性能的影响在实际环境中，阅读器的有效识别范围受到标签部署密度的影响，我们不能采用理论上的天线辐射模型来计算有效识别区域。如果标签部署密度较大，使得阅读器的有效识别区域变小，我们可以通过增大阅读器的发射功率、移动阅读器实现多次扫描等操作来读取更多的标签，提升系统的性能。7.6调整设备位置对系统性能的影响调整设备位置对系统性能的影响如果想要尽可能多地识别当前区域的标签，可以通过改变天线与标签的相对位置，减弱多径响应产生的影响：如移动天线的位置，移动标签等.还可以通过增加标签与地面之间的距离来减弱多径效应的影响。7.7影响标签识别时间的因素0510152025303540455050100150200250300350400450500550NumberofidentifiedtagsIdentifiedTime(ms)ReadTime识别时间域标签个数之间的关系7.7影响标签识别时间的因素阅读器不同功率时，标签的识别时间1601802002202402602803000102030405060708090100Power:RFLevelIdentificationTime(ms)IdentificationTime调整设备位置对系统性能的影响7.7影响标签识别时间的因素标签的识别时间只有被识别的标签个数有关，而与其他因素没有直接关系。阅读器的发射功率、天线辐射角度、天线与标签之间的距离对整体识别时间的影响都是因为其影响了识别的标签个数。对于每个标签而言，其识别时间与阅读器发射功率、天线的辐射角度、天线与标签的距离等其他因素无关。在实际环境中，当我们需要识别相同数目的标签时，我们可以实际需要采用合适的方法（调节阅读器功率、天线辐射角度、天线与标签之间的距离等），而不需要考虑调节系统参数对识别时间的影响。7.8.1实际系统与理论模型的差异TAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAG理论上阅读器发射功率对识别范围的影响从理论上来说，RFID天线发射出来的射频电磁波以球状或者锥形状发散出去。其中，全向天线的射频电磁波以球状向四周扩散出去，定向天线以一定的方向呈锥形状扩散。因此，理论上，读取范围投影到平面上应该是一个规则的圆形区域。阅读器识别区域的中心位置能量密度最大，随着随行区域外扩，能量密度也逐渐减小7.8.1实际系统与理论模型的差异实际情况下的读取区域TAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAG在实际情况下，由于受到路径损耗、多径效应、信号干扰等因素的影响，阅读器的有效识别区域并非是规则的圆形区域。7.8.1实际系统与理论模型的差异实际读取中读取区域中漏读标签TAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAG读取区域漏读的标签处于阅读器识别区域中的标签并非能够被全部读取。由于多径效应等因素的存在，标签的识别率难以达到100%。7.8.2实际系统中的方针策略（1）在实际系统实现中，为了易于操作，可以在遵守标准（如EPCC1G2）的前提下适当简化算法，使得系统能够更稳定的工作。（2）为了提高标签的识别性能，需要尽可能地使天线正对着标签，让标签处于阅读器识别范围的中心区域。如果希望识别的标签越多越好，则可以增加阅读器的发射功率，提高识别性能。（3）当天线或者标签的位置可变动时，尽量减小二者之间的距离，以便提高标签的识别率，减少漏读标签。7.8.2实际系统中的方针策略（4）为了保证高的识别率，可以采用移动天线或者标签位置等措施减少多径效应等因素的影响，减少处于识别死角的标签。（5）我们需要考虑实际环境的影响因素（如标签部署密度、多径效应等），有效地调节系统参数，不能盲目地使用理论模型推算系统的识别性能。7.9小结随着RFID技术的不断发展，实际的RFID系统已经进入人们的生活。为了提高RFID系统在实际环境下的工作性能，我们以Alien-9900+阅读器、Alien-9611天线、Alien9640标签组成的系统为例，探索了RFID系统在真实环境下的工作方式以及工作性能。我们分析了实际系统与理论模型之间的差异，并针对实际环境下的RFID系统提出了一些方针策略，用来提高系统的性能。课件说明•本课件供教师、学生、读者免费使用；•本课件内容采用Powerpoint格式，使用者可以根据需要自行增加、修改、删除（包括本页）；•在各种场合下使用本课件时（例如在课堂），请说明本课件的来源及配套教材《射频识别技术——原理、协议及系统设计》；•除了本书的作者，本课件的贡献者还包括南京大学研究生孙健强、樊苑苑、刘畅。•欢迎本课件使用者将意见、建议、以及对本课件的改进发送到