مدل شناسایی فرکانس رادیویی برای شبیه سازی کردن چارچوب اسلاتی الوها براساس پروتکل ضد تلاقی برای معرفی کردن چندین برچسب RFID Model for Simulating Frame slotted ALOHA based anti-collision protocol for Multi-Tag Identification

1-1- ترکیب فیزیکی

یک سیستم RFID از یک برنامه کاربردی، قرائت کننده و برچسب ها ایجاد شده است.

• برنامه کاربردی یک برنامه نصب شده براساس یک کامپیوتر می باشد که می تواند قرائت کننده ها را کنترل کند.

• قرائت کننده یک ابزار می باشد که توابع و عملکردهایی را مانند قرائت کردن، نوشتن و سندیت دادن را اجرا می کند. زمانی که قرائت کننده داده ها را از برچسب های انتقال های آن ها نسبت به برنامه کاربردی کامپیوتر جمع آوری می کند.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

قرائت کننده در ارتباط با کتمپیوتر می باشد و دارای یک انتقال دهنده و دریافت کننده می باشد، در حالی که یک برچسب دارای واحد یا تراشه کنترل می باشد و دارای یک عنصر دوتایی یا آنتن می باشد.

شکل 1- ترکیبات فیزیکی RFID

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

2-1- چارچوب اسلاتی شده الگوریتم ضد تلاقی ALOHA

الگوریتم ALOHA یک الگوریتم تحلیل تلاقی براساس دسترسی چندین رسته زمانی یا TDMA می باشد. سه چاشنی برای الگوریتم ALOHA اصلی وجود دارد: ALOHA خالص، ALOHA اسلات شده و ALOHA با چارچوب اسلات شده.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

شکل 2- الگوریتم های ALOHA اسلات شده و خالص

قرائت کننده گسترش دهنده دستورالعمل REQUEST نسبت به برچسب های واقع شده در محدوده بررسی در طول لینک پایینی می باشد در حالی که برچسب ها داده ها را نسبت به قرائت کننده در طول لینک بالایی انتقال می دهند. همه برچسب های فعال شده در مشارکت با جزئی از لینک بالایی یا تقاطع کامل می باشند که می تواند در الگوریتم ALOHA خالص رخ دهد. به هر حال، اگر داده ها با استفاده از اسلات چارچوبی انتقال یابند تقاطع جزئی می تواند محدود گردد. علاوه بر این برای کاهش دادن کسری از تقاطع، برچسب های رخ داده داده هایشان را بیش از یک بار درون یک چارچوب ارسال نمی کنند که یک الگوریت ALOHA با چارچوب اسلات شده می باشد. ما در ادامه جزئیات بیشتری از اجرا شدن سه الگوریتم ALOHA معرفی شده در بالا را نشان دادیم.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

یک برچسب خودش تصمیم در مورد زمان تصادفی انتقال داده ها زودتر از فعال شدن آن را می گیرد. زمان انتقال هم زمان با قرائت کننده و دیگر برچسب ها به هیچ وجه نمی باشد. زمانی که الکتریسیته به وسیله موج الکترو مغناطیسی شارژ می گردد، برچسب ها داده ها را بعد از دریافت کردن دستور REQUEST از قرائت کننده انتقال می دهند. اگر چندین برچسب، داده ها را فورا انتقال دهنده (چه زودتر و چه دیرتر) سپس یک تقاطع جزئی یا کامل رخ می دهد (شکل 2 الف). انتقال یافتن مجدد بعد از تحویل دادن تصادفی راه حلی برای تقاطع است. در طول چرخه قرائت، قرائت کننده داده ها را دریافت می کند و برچسب های معرفی شده داده ها را بدون تداخل ارسال می کنند. زمانی که یک چرخه قرائت انجام می شود سپس قرائت کننده دستور SELECT را با معرفی کننده برچسب منحصر به فرد و دریافتی از برچسب گسترش می دهد. در ابتدا برچسب ها پاسخ توقف برچسب ها را برای دستور تقاضا انتخاب می کنند برای مثال برچسب های انتخاب شده خاموش باقی می مانند تا زمانی که آن ها دیگر دستورات برای مثال سندیت، قرائت و یا نوشتن را دریافت کنند یا قدرت برچسب به وسیله واقع شدن در محدوده قدرت قرائت کننده خاموش گردد. زمانی که برچسب مجددا نسبت به محدوده بررسی قرائت کننده وارد می گردد، این مجددا آغاز کننده انتقال یافتن داده ها نسبت به قرائت کننده است. مزیت مربوط به این الگوریتم ساده بودن می باشد.

2-2-1- ALOHA اسلات شده

این به وسیله اضافه کردن ساختاری نسبت به ALOHA خالص به دست آمده است. چرخه قرائت به فواصل زمانی مجزا تفکیک می گردد که اسلات نام دارد و هم زمان با کل برچسب ها توسط قرائت کننده است. بنابراین برچسب ها باید یکی از اسلات ها را به صورت تصادفی انتخاب کنند و داده ها را درون یک اسلات سیگنالی انتقال دهند. انتقال بعد از یک اسلات حائل می باشد (شکل 2 ب). این باعث می شود که هر یک از بسته ها هر یک به صورت کامل به هم برخورد کنند یا این که اصلا به هم برخورد نکنند. هیچ گونه تلاقی جزئی در الگوریتم ALOHA اسلات شده وجود ندارد. این هدروی و نسبی بودن چرخه قرائت را در مقایسه با الگوریتم ALOHA خالص کاهش می دهد. به هر حال اسلات خالی می تواند در چرخه قرائت رخ دهد و عیب آن این می باشد که نیاز به مکانیسم هم زمانی به منظور رخ دادن هم زمان اسلات در همه برچسب ها دارد.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

الگوریتم ALOHA با چارچوب اسلاتی شده از چارچوبی استفاده می کند که دارای فاصله زمانی مجزایی از چرخه قرائت می باشد و هر چارچوب به تعداد مشابهی از اسلات ها تقسیم می گردد. چندین چارچوب در چرخه قرائت مجزا وجود دارد و اندازه چارچوب توسط قرائت کننده مورد تصمیم قرار می گیرد (شکل 3: یک ساختاری وجود دارد که برچسب ها می توانند داده ها را تنها یک بار در هر چارچوب انتقال دهند. این ممکن است تعداد اسلات های تلاقی یافته را کاهش دهد و این کارایی بهتری را در بین آن ها نشان می دهد.

3-1- طبقه بندی پروتکل ALOHA با چارچوب اسلاتی شده

FSA (ALOHA با چارچوب اسلاتی شده) می تواند به صورت BFSA (ALOHA با چارچوب اسلاتی شده اساسی) و DFSA (ALOHA با چارچوب اسلاتی شده دینامیک) برطبق استفاده از اندازه های چارچوبی ثابت یا اندازه چارچوبی در دسترس طبقه بندی شود. اگر تعداد برچسب های حقیقی ناشناخته باشند DFSA می تواند برچسب ها را به صورت موثر در مقایسه با BFSA توسط تغییر دادن اندازه چارچوب معرفی کند و از این به بعد BFSA از اندازه چارچوب ثابت شده استفاده می کند. علاوه بر این BFSA و DFSA می تواند علاوه بر این براساس حمایت کردن آن ها از میرایی یا مشخصات اولیه – انتهایی طبقه بندی گردد. میرایی برچسب ها را خاموش بعد از معرفی شدن توسط قرائت کننده می سازد در حالی که اولیه – انتهایی به یک قرائت کننده اجازه بسته شدن یک اسلات اولیه ایده آل را در زمان مشخص نبودن پاسخ می دهد. شکل 4 برای طبقه بندی کردن FSA نشان داده شده است.

شکل 3- الگوریتم ALOHA با چارچوب اسلاتی شده

شکل 4- طبقه بندی FSA

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

ALOHA با چارچوب اسلات شده و درخت دو دویی دو مورد بسیار وسیع می باشند که برای معرفی کردن برچسب های چندگانه با پروتکل های ضد تقاطع مورد استفاده قرار می گیرند. فابیو کاپلتی و همکاران پروتکل درخت دو دویی را از RFID با استفاده از OPNET IT Guru 11 در سال 2005 شبیه سازی کردند. در این مقاله آن ها ورودی شبکه را اندازه گیری کردند و تاخیرها را از طریق شبیه سازی سرشماری کردند. و آن ها شکل گیری شبیه سازی و نتایج تحلیلی را مقایسه کردند. چگونگی این امر در شکل 5 نشان داده شده است.

پارامترهای تحلیلی- پارامترهای شبیه سازی- واحد

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

خروجی به ازای هر گره- خروجی به ازای هر گره- درصد

کل سرشماری تاخیرها

حد پایین تر

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

متوسط محاسباتی

ابتکاری و اکتشافی- کل سرشماری تاخیرها- تعداد اسلات ها

زمان مورد نیاز برای نشان دادن یک برچسب مجزا

 

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

حد بالاتر

متوسط محاسباتی

ابتکاری و اکتشافی- زمان مورد نیاز برای نشان دادن یک برچسب سیگنالی مجزا- تعداد اسلات ها

 

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

 

شکل 5- پارامترهای اندازه گیری شده برای تحلیل و شبیه سازی

ورودی شبکه نشان دهنده نسبت بین تعداد بسته های انتقال موفقیت آمیز و کل تعداد بسته های ارسالی توسط برچسب ها می باشد در حالی که خروجی به ازای هر گره نشان دهنده متوسط تعداد بسته های ارسالی توسط یک برچسب مجزا می باشد. نتایج مربوط به مقاله نشان می دهد که کارایی و اجرای تحلیای در یک توافق خوب با نتایج شبیه سازی بود.

1-2- اجرای و ارزیابی پروتکل ALOHA با چارچوب اسلاتی شده توسط سیستم دستورالعمل فیلیپس

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

این یک محصول تجاری از سیستم RFID می باشد که قابل قیاس با برچسب های حقیقی و یک قرائت کننده در ارتباط با کامپیوتر می باشد. برنامه کاربردی در کامپیوتر برای کنترل کردن داده های جمع آوری شده توسط قرائت کننده از برچشب ها نصب می گردد. ساختار مربوط به پروتکل ALOHA با چارچوب اسلاتی شده به وسیله سیستم فراهم می گردد. اندازه حافظه برای یک برچسب با دستورالعمل I به صورت کل 64 بیت می باشد که برای داده های برنامه کاربردی 46 بیتی، شماره سریال 8 بیتی و عملکردهای 10 بیتی مانند حفاظت از نوشتن، حفظ کردن حالت آرام برچسب و باقی ماندن در این حالت و غیره را در دسترس می باشد و قرائت کننده سطح مشترکی را برای شکل گیری پارامترهای مجموعه ای مانند سرعت ارتباط سریالی و دستورالعمل ها برای مدیریت کردن ارتباط با برچسب ها را فراهم ساخته است. مثال های مربوط به دستورات به صورت زیر می باشد:

•- انتخاب یا تقاطع عکس یا ضد یا ACS: بعد از گسترش یافتن این دستور، برچسب ها شماره سریال هایشان را انتقال می دهند. در ابتدا برچسب در حالت انتخاب باقی می ماند و سپس کاملا به صورت دستورهای ACS باقی می ماند.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

•- نوشتن: این دستور ایجاد کننده برچسب های انتخاب شده برای نوشتن داده های انتقال یافته توسط قرائت کننده می باشد.

2-2-2- فرایند معرفی کردن برچسب

فرایند معرفی کردن برچسب براساس طبقه بندی کردن RFID متفاوت می باشد. دو نوع از فرایندها براساس مشخصات برچسب ها در پروتکل ALOHA با چارچوب اسلاتی شده وجود دارد. یکی از آن ها در زمان قرائت کردن خاموش می گردد در حالی که دیگری خاموش نمی گردد اما به انتقال ها پاسخ می دهد. سیستم دستورالعمل I برچسب را خاموش می کند. شکل 6 نشان دهنده فرایندهای سرشماری با استفاده از اجرای سیستم دستورالعملی I می باشد.

شکل 6- فرایند معرفی کردن برچسب برای سیستم دستورالعملی I

قرائت کننده دستور ACS را با مقدار تصادفی گسترش می دهد، اندازه چارچوبی برچسب های انتقالی برای شماره سریال قرائت کننده را ایجاد می کند. زمانی که برچسب یک دستور را از قرائت کننده دریافت می کند در ابتدا همه این ها نوع دستور را معرفی می کنند و در صورتی که آن ACS است و حالت و وضعیت های برچسب انتخاب نمی گردد از این رو سپس این پاسخ مربوط به شماره اسلات را با استفاده از مقدار تصادفی و اندازه چارچوب به عنوان پارامترها را محاسبه می نماید. مقدار تصادفی برای جلوگیری کردن از تقاطع های مشابه از رخ دادن تکراری مورد استفاده قرار می گیرد. شماره سریال در اسلات محاسبه شده به قرائت کننده توسط برچسب انتقال می یابد. در طول یک لینک بالایی، انتقال داده ها از برچسب ها نسبت به قرائت کننده می باشد، قرائت کننده می تواند برچسب های انتقال یافته را بدون تقاطع معرفی کند. نتایج چرخه قرائت (تعداد اسلات های خالی، تعداد اسلات های پر شده با یک برچسب و تعداد اسلات های متقاطع) برای تجزیه و تحلیل کردن مورد استفاده قرار می گیرد. در ابتدا برچسب معرفی کننده برچسب باقی مانده تا اجرا شدن کامل دستورات دیگر می باشد برای مثال قرائت کردن یا خواندن با شماره سریال گستردگی می یابد. و اگر برچسب مجددا وارد ناحیه قدرت قرائت شده بعد از برطرف کردن آن شود آن نیاز به معرفی کردن مجدد دارد. چرخه قرائت تا زمانی تکرار می شود تا به سطح اطمینان دست یابد، احتمالا این معرفی کننده همه برچسب ها در محدوده قرائت می باشد.

جهت مشاهده متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

از طریق شبیه سازی ما می توانیم کل تاخیرها را توسط تغییر دادن اندازه چارچوب برای تعداد مشخصی از برچسب ها سرشماری کنیم. سپس ما می توانیم اندازه چارچوب بهینه را بیابیم که ناشی از حداقل شدن کل تعداد تاخیرها برای تعداد مشخصی از برچسب ها می باشد (شکل 7 را ببینید).

اندازه چارچوب بهینه ناشی از حداقل تعداد تاخیرها می تواند برطبق کل تعداد برچسب ها تعیین شود. شکل 8 نشان دهنده مثالی از رابطه بین کل تعداد برچسب ها و اندازه چارچوب می باشد. برای مثال اندازه چارچوب بهینه برای 80 برچسب فعال 45 می باشد در حالی که برای 30 برچسب غیر فعال 40 می باشد.