1 引言

射频识别(Radio frequency identification，RFID)技术是物联网的核心技术之一，是一种非接触的自动识别技术，典型的射频识别系统一般由电子标签和阅读器组成[1]，射频识别技术中最关键的问题是多标签识别问题，由于多个标签共用一个信道，当多个标签同时向阅读器发送数据时，就会引起数据冲突或碰撞，导致RFID系统不能正常工作，解决冲突的方法就是防碰撞方法[2].大多数标签为无源标签，能量来自阅读器，处理能力弱，不具备载波侦测能力，很多传统的防碰撞方法不能用于RFID系统，现阶段的防碰撞方法主要是基于时分多路的方法，主要有：基于ALOHA的不确定性算法和基于搜索树的确定性算法[3].基于ALOHA的算法相对较简单，易于实现，但由于其时隙是随机分配的，存在某一标签在长期内不能被识别而导致的“饥饿”问题，而且随着标签数量的增加，其性能急剧恶化[4].基于搜索树的算法具有100%的标签识别率，但存在搜索次数多，识别时间长等问题[5].

常用的搜索树算法有：基本二进制搜索树(Binary Search，BS)算法[6]，动态二进制搜索树(Dynamic Binary Search，DBS)算法[7]，跳跃式动态搜索树(Jumping and Dynamic searching，JDS)算法[8]等，其中DBS算法为ISO/IEC1443A标准推荐的算法，但在实际应用中，这些算法难以完全满足要求，为了提高搜索树算法的识别效率，很多学者对此展开了研究，文献[9]中提出一种四叉树搜索算法，根据碰撞位信息进行四叉树搜索，相对二叉树搜索，减少了搜索时隙，但增加了空闲时隙,文献[10]中提出了一种基于多叉树搜索的防碰撞算法，根据碰撞位的不同来动态选择二叉树搜索或四叉树搜索，但仍有很多空闲时隙，文献[11]提出IAMS算法，通过碰撞因子来动态选择二叉树或四叉树搜索，并对四叉树的查询前缀进行优化,以避免空闲时隙，文献[12]指出IAMS算法存在碰撞因子减少了利用四叉树减少碰撞时隙机会等问题，并提出了CCBD算法，利用连续碰撞位进行探索查询和多叉树搜索，但是当遇到非连续碰撞位时，这种方法无能为力.

针对这些方法存在的缺陷，本文提出一种新的算法：位屏蔽多叉树搜索射频识别防碰撞算法(A RFID anti-collision algorithm based on bit-shield and multi-tree search，BMS)，该算法利用屏蔽寄存器，把阅读器已知的标签信息进行屏蔽，把阅读器未知的标签位组成一个从最低位到最高位都连续碰撞的新序列号，并从最高两个碰撞位开始进行预查询和四叉树搜索，避免了空闲时隙，提高了搜索效率.

2 位屏蔽多叉树防碰撞算法

BMS算法的指导思想是：尽量减少碰撞时隙，完全避免空闲时隙，尽量减少阅读器和标签间的数据通信量.

标签采用曼彻斯特编码，以便阅读器能够准确的检测碰撞位.

为了减少碰撞时隙，在标签中设置屏蔽寄存器，把阅读器已知的非碰撞位屏蔽起来，把剩下的阅读器未知的ID位组成一个完全连续碰撞的新序列号，并采用后退式四叉树进行搜索；为了避免空闲时隙，对最高两个碰撞位进行预查询，以获知标签最高两个碰撞位的准确信息；为了减少数据通信量，通过屏蔽寄存器，标签只发送阅读器不知道的碰撞位信息，阅读器在屏蔽某层标签后，只发送该层标签的非屏蔽位个数信息.

2.1 算法命令

2.1.1 屏蔽寄存器

为了实现本算法，在标签中设置屏蔽寄存器S，其长度同标签ID的长度，屏蔽寄存器S的数据和标签ID一一对应，与屏蔽寄存器S的‘0’对应的标签ID位为屏蔽位，与屏蔽寄存器S的‘1’对应的标签ID位为非屏蔽位，由标签ID的非屏蔽位组成的序列号称为非屏蔽序列号.

增加屏蔽寄存器，在提高系统性能的同时，也对标签性能提出了更高的要求，但屏蔽寄存器占用存储空间小，计算量不大，以较小的代价获得了较高的性能.

2.1.2 编码和译码

2.1.3 阅读器命令

在BMS算法中，非屏蔽位就是相应子集标签的碰撞位，因此，最高两个碰撞位就是最高两个非屏蔽位.

设标签最高两个碰撞位为A1A0，对应编码为B3B2B1B0，则编码方法如表1所示.

选取我院2016年3月～2017年12月收治的70例急性白血病患者并随机、平均分成对照组（n=35）与观察组（n=35）。对照组男19例、女16例，年龄20～57岁，平均（36.7±2.48）岁。观察组男21例、女14例，年龄21～59岁，平均（35.4±3.97）岁。上述两组患者一般资料客观分析，差异不大，差异无统计学意义（P＞0.05）。

表1 编码对应表

A1A000011011B3B2B1B00001001001001000

阅读器接收编码数据，由碰撞位信息就可知道最高两个碰撞位信息，这一过程就是译码，例如：假设接收数据为0XXX，则译码为：“00”、“01”、“10”.

对于事业单位已完工的项目应按照绩效目标要求，持续跟踪管理。项目不仅在结束期考核，更应该在目标期内引入各类指标进行考核。因为项目不仅仅是上马，而更应该着眼于持续性、前瞻性、效益性。即便是项目资金运用的合理合规，但是不跟踪考核，并不能验证其社会效应取得了多少成效。因此，引入绩效管理，更重要的是建立绩效考评的长效机制，保证财政资金发挥最大效应，而不是闲置浪费。

为了准确的检测标签最高两个碰撞位的数据信息，需要对标签最高两个碰撞位进行编码和译码.

为了描述算法方便，定义了以下几个阅读器请求命令.

(1)REQUEST1(NULL)：首次搜索命令，阅读器作用范围内所有标签响应命令.

(2)REQUEST2(P):屏蔽预查询命令，屏蔽寄存器S中‘1’的个数和P的长度相等的标签响应命令，分三步进行：

(a)更新屏蔽寄存器S:用P的各位取代S的对应‘1’位.

(b)编码：对最高两个非屏蔽位进行编码.

(c)标签返回编码给阅读器.

BMS算法的时隙总数由碰撞时隙、预查询时隙和识别时隙组成，如果不考虑只有一个碰撞位时直接识别两个标签和只有两个碰撞位时，通过预查询直接识别多个标签的情况，则预查询时隙和碰撞时隙相等，识别时隙为K，总时隙数为：

(a)更新屏蔽寄存器S:非屏蔽位最高两位转为屏蔽位(即S最高两个‘1’清零).

(b)发送非屏蔽序列号给阅读器.

2.2 算法步骤

阅读器设置堆栈，按先进后出的规则存取数据.

建立危险、剧毒、有害、放射性、可传染性物品的全程监控体系，不断列出和修订上述物品清单，通过统一或申报购置，财务报销警示，使用者提供购置、使用、销毁方案等方式对其实行自购置到销毁的一条龙处置方案，经校院两级审批，严格把好使用和监控关。

阅读器设深度寄存器，以区分不同搜索深度的标签.

Step1：阅读器初始化堆栈为空，阅读器发送请求命令REQUEST1(NULL).

在Step6中，如果L为2(L不可能小于2)，则只有两个碰撞位，通过Step5，这两个碰撞位已被识别，故可直接识别多个标签(2个、3个或4个).

Step2：阅读器作用范围内所有标签返回ID数据,同时初始化屏蔽寄存器S为全“1”.

Step3：阅读器接收数据，如果没有碰撞位，则识别一个标签,转至 Step6；如果有一个碰撞位，则识别两个标签，转至 Step6；如果有两个或两个以上的碰撞位，设碰撞位个数为L，则更新深度寄存器的值也为L；令碰撞位为‘1’,其余位为‘0’，可得到一个序列号，设为P,阅读器发送请求命令REQUEST2(P).

Step4：S中‘1’的个数和P的长度相等的标签更新屏蔽寄存器S，对最高两个非屏蔽位编码，返回编码数据给阅读器.

Step5：阅读器接收数据并译码，得到标签最高两个碰撞前缀信息，即：“00”、“01”、“10”、“11”中的两个、三个或四个，取出深度寄存器值L,把“前缀+L”分别写入堆栈.

Step6：阅读器读取堆栈数据，如果堆栈为空，搜索结束；如果堆栈不为空，读取栈首前缀和L值，如果L值为2,则识别标签，重新开始Step6；如果L值大于2，设前缀为Q,阅读器发送请求命令REQUEST3(Q,L).

Step7：非屏蔽位最高两位为Q且非屏蔽位长度为L的标签响应命令，先更新屏蔽寄存器S，再发送非屏蔽序列号给阅读器，转至Step3.

由以上步骤可以看出，通过屏蔽寄存器，能够确保标签每次处理分析的序列号都是连续碰撞的序列号，标签每次发送的数据都是阅读器不知道的碰撞位信息，避免重复发送阅读器已知的数据信息；阅读器也仅需发送碰撞位位置信息或碰撞位个数信息，避免重复发送标签已知的数据信息；标签往下逐级分层搜索，通过深度寄存器，能够确保标签在完成本层标签识别后，能够后退到上一层进行搜索，以便控制标签进行后退式搜索并减少标签搜索次数.

在Step3中，如果只有一个碰撞位，则可判定总共有两个标签，一个标签碰撞位为‘1’，一个标签碰撞位为‘0’，故可直接识别两个标签.

假设攻击节点j在前55个信任评价周期内表现为正常节点,在56到115信任周期内表现为恶意节点,以0.7～1.0的几率展开选择性转发与发送虚假监测数据。从116信任周期开始停止攻击,又表现为正常节点,j的信任变化曲线如图5所示。

2.3 算法举例

假设有8个标签，标签ID号如表2所示.

表2 标签及其序列号

标签序列号标签序列号A1100110011E1101110110B1000110101F1001011000C1001011010G1100010011D1100010111H1001010010

BMS算法识别过程如表3所示.由表3可以看出，8个标签，总共用了8个时隙.在时隙5，阅读器接收数据为XXX0，译码得到“11”、“10”、“01”，并与深度寄存器值2一起分别写入堆栈，接着，取出栈首数据：“01”和2，由于深度寄存器值为2，说明标签只有两个碰撞位，且这两个碰撞位为“01”，则识别标签H；同理，堆栈弹出数据“10”和2可识别标签F；堆栈弹出数据“11”和2可识别标签C.标签A、D、G的识别过程与标签C、F、H类似；标签B、E无碰撞，直接识别.

表3 BMS算法识别过程

搜索次数请求命令屏蔽寄存器R标签返回数据阅读器接收数据堆栈深度寄存器识别标签1REQUEST1(NULL)A:1111111111B:1111111111C:1111111111D:1111111111E:1111111111F:1111111111G:1111111111H:1111111111A:1100110011B:1000110101C:1001011010D:1100010111E:1101110110F:1001011000G:1100010011H:10010100101X0XX1XXXX72REQUEST2(0101101111)A:0101101111B:0101101111C:0101101111D:0101101111E:0101101111F:0101101111G:0101101111H:0101101111A:0100B:0001C:0010D:0100E:1000F:0010G:0100H:0010XXXX00,701,710,711,77

续表

搜索次数请求命令屏蔽寄存器R标签返回数据阅读器接收数据堆栈深度寄存器识别标签3REQUEST3(00,7)B:0000101111B:10101B:1010101,710,711,77B4REQUEST3(01,7)C:0000101111F:0000101111H:0000101111C:01010F:01000H:000100X0X010,711,725REQUEST2(01010)C:0000001010F:0000001010H:0000001010C:1000F:0100H:0010XXX010,711,72CFH6REQUEST3(10,7)A:0000101111D:0000101111G:0000101111A:10011D:00111G:00011X0X1111,727REQUEST2(10100)A:0000100100D:0000100100G:0000100100A:0100D:0010G:00010XXX11,72ADG8REQUEST3(11,7)E:0000101111E:10110101102E

3 性能分析

下面对BMS算法进行性能分析.

对于满四叉树，在X层有4X个节点，在4X个节点中选择一个节点的概率为P=4-X，K个标签中有Y个标签在X层选择同一节点的概率服从二项分布[13]：

P(Y/K)

(1)

若Y=0，表示空闲时隙概率P(0/K)；若Y=1，表示识别时隙概率P(1/K)，则碰撞时隙概率为：

P(Y>1/K)=1-P(0/K)-P(1/K)

(2)

假设同一层每个节点发生碰撞的概率相同，四叉树的平均碰撞时隙总数为：

KLM型立式螺旋搅拌磨机工作原理为：螺旋搅拌机构在立磨机筒体内部旋转时会带动磨机内部研磨介质、矿浆等低速旋转，在离心力、重力和研磨介质表面摩擦力的共同作用下，使介质与矿物间、矿物与矿物间发生研磨作用，通过物料间的强力挤压、折断、微剪切、劈裂等综合作用，进而达到矿物细磨的效果。此外，由于螺旋式搅拌装置结构，其会带动合格粒级向上运动，不合格粒级通过筒体与搅拌装置间的间隙向下运动进行再磨，从而实现粗细颗粒的有效分级，提升产品的细度和合格度。立磨机可与外部旋流器构成闭路，通过控制旋流器的沉砂量来调节磨机的处理量，大大增加了磨机的磨矿粒度范围［5］。

C(K)

根据张静先生的分类，从形式角度可以将动词AABB重叠式分为两类:“有的是‘AB’的扩展式……有的是‘AA+BB’。”①参照张静先生的分类标准，我们将东北方言AABB重叠式分为AB扩展式和“AA+BB”式。

(3)

(3)REQUEST3(Q,L):标签搜索命令，Q为两位二进制，非屏蔽位最高两位为Q且非屏蔽位长度为L的标签响应命令，分两步进行：

T′(K)=2C(K)+K

(4)

设只有一个碰撞位时直接识别的标签数为T1，下面计算T1.

只有一个碰撞位时，一定是两个标签发生碰撞，只有两个标签发生碰撞的时隙总数为：

(5)

设标签ID各位是相互独立的随机值，则两个标签之中任意一位不会发生碰撞的概率服从二项分布：

张老认为鼻渊的病因病机为气虚或脾虚，痰湿滞留，其根本是正虚，可因虚而罹病，或久病致虚。故而其治疗应以扶正培本为主，辅以健脾益肺，或化湿通窍，或消痈托毒排脓，其中重视健脾、增强体质是张老治疗鼻渊的特色之一。除外辨证施用辛夷清肺饮、龙胆泻肝汤、玉屏风散、参苓白术散等经典方剂，张教授又引用外科治疗脓肿的托毒排脓、扶正与祛邪并举的方法，结合多年丰富的临床经验，拟定出治疗鼻渊的有效验方“逐渊汤”，对于正虚邪恋、湿浊困阻鼻窍所导致的鼻渊，表现为多量黏脓浊涕，或长期鼻分泌物倒流入咽（鼻后滴漏症）、咽喉部痰堵不适等症状，无论手术与否，辨证准确，均可灵活化裁加以应用。

=2-1

只有4个标签发生碰撞的时隙总数为：

(6)

则两个标签之中任意一位发生碰撞的概率为：

P2

抗胃癌植物类中药的抗肿瘤机制主要集中在抑制增殖/生长、调节免疫、诱导凋亡、抑制侵袭/转移等方面，丰度分别为0.741、0.718、0.447、0.271；主要涉及品种包括太子参、胡颓子叶、人参、白术等，详见表1（表中，由于同一植物类中药可能涉及多种抗肿瘤机制，故涉及品种数合计值＞85，以下各表类同）。这提示现有植物类中药大多通过上述机制来发挥抗胃癌作用，故在后续中药组方的拟订或新药研发时应予以密切关注。

=2-1

(7)

设标签ID的长度为L，则两个标签之中，只有一位发生碰撞的概率服从二项分布：

1932年7月，中华苏维埃共和国执行委员会颁布训令(第十四号)规定：“对苏维埃中贪污腐化分子，各级政府一经查出，必须给予严厉的制裁”[10]P627，并进行为期两年的反腐败运动。之后颁布的《关于惩治贪污浪费行为的训令》规定：不论是党员干部，还是一般工作人员，若贪污500元以上都要处以死刑。党和苏维埃不仅严肃查处大案要案，即使一般案件同样予以严肃查处。这一时期，毛泽东鲜明地指出：腐败不清除，苏维埃旗帜就打不下去，共产党就会失去威望和民心！与贪污腐化作斗争，是我们共产党人的天职，谁也阻挡不了。党和苏维埃通过严惩贪污腐败和奢靡浪费之风，营造清正廉洁的执政风气。

从高职院校方面分析主要有4个原因：（1）课题申报时就没有考虑到成果转化，仅考虑如何申请成功。（2）高校课题申请并不是为了解决实际生产技术问题，而是为了课题经费或者职称评审等而申请。（3）课题研究成果本可以转化为实际生产力，但在课题结题之后，没有精力与动力再考虑成果转化。（4）高职院校科研管理部门与企业实际生产脱节，对科技成果转化的路径并不熟悉，课题完成之后便将成果束之高阁。高校科研管理体制缺乏激励、引导作用，不能提升教师推进科研成果转化的积极性，一些教师将课题科研成果转化当作可有可无的工作[4]。

P12

=L2-L

(8)

由于发生一次碰撞可以识别两个标签，所以：

T1=2C2(K)P12

(9)

设只有两个碰撞位时，通过预查询直接识别的标签数为T2，下面计算T2.

当有两个碰撞位时，发生碰撞的标签数不小于2个，不大于4个.

只有两个标签发生碰撞的时隙总数见式(5).

只有3个标签发生碰撞的时隙总数为：

(10)

自然边坡如按传统边坡治理，存在开挖支护范围大，对山体的扰动大，对环境的破坏大，施工难度大，安全风险大，费用投入高、治理工期长等特点。目前,自然边坡治理问题在国内提出的时间较短，无详尽的治理措施及治理深度、无明确的施工规范和验收标准。

(11)

先分析两个标签碰撞的情况:两个标签之中，只有2位发生碰撞的概率为：

P22

由于互联网的快速普及和发展，中国正成为全球奢侈品牌打破传统的破冰之地，更成为创新营销的先行战场，中国消费者的购物行为和生活习惯成为了全球奢侈品牌们研究的典型样本。据华丽志发布的《2017年度中国时尚消费调查报告》显示，2017年8090后高端时尚消费者中，34.8%的人消费的最贵单品价格在万元以上，其中有16.75%的男性消费者购买的最贵单品是腕表。这在一定程度上说明了，中国8090后正在成长为钟表品牌们的潜在客户。

=L(L-1)2-(L+1)

(12)

再分析三个标签碰撞的情况:三个标签之中任意一位不会发生碰撞的概率为：

(13)

三个标签之中任意一位发生碰撞的概率为：

(14)

=9L(L-1)2-(2L+1)

P23

通过总结乡村地区规划设计经验，其设计普遍被贴有“高谈阔论”和“不接地气”等标签。在EPC建造模式中，由于施工总承包管理权限更大、业务面更广，在建设单位与施工总承包目标一致的情况下，使用新技术、新工艺、新材料等可提高项目工程整体效果。在传统项目中，一些体量大或者复杂的项目会被拆分成多个标段进行同步建设，存在不同的建筑商，施工质量极有可能会出现差异。但在EPC模式中，总承包单位可有效地组织相关技术人员发挥统一的作用。

三个标签之中，只有两位发生碰撞的概率为：

(15)

最后分析四个标签碰撞的情况:四个标签之中任意一位不会发生碰撞的概率为：

=8-1

(16)

四个标签之中任意一位发生碰撞的概率为：

(17)

四个标签之中，只有两位发生碰撞的概率为：

P24

=49L(L-1)2-(3L+1)

(18)

则只有两个碰撞位时，通过预查询直接识别的标签数为：

T2=2C2(K)P22+3C3(K)P23+4C4(K)P24

(19)

可得到BMS算法总时隙数为：

T(K)=T′(K)-T1-T2

(20)

吞吐率为：

(21)

4 算法仿真

利用MATLAB对DBS算法、JDS算法、IAMS算法、CCBD算法和BMS算法进行仿真和比较，假设标签ID为96bit，标签数量为10-100个，取10次仿真实验的平均值作为仿真结果.

图1是几种算法的总时隙比较图，由图可见，BMS算法总时隙明显小于IAMS算法和CCBD算法，更远小于DBS算法和JDS算法，这是由于BMS算法利用位屏蔽形成连续的碰撞位，利用四叉树减少碰撞时隙，利用预查询避免空闲时隙和减少识别时隙；当标签数量为100时，BMS算法总时隙数为131，IAMS算法和CCBD算法分别为191和153，BMS算法的总时隙数相比IAMS算法和CCBD算法分别减少了31%和14%.

图2是几种算法吞吐率比较图，由图可见，在标签数量10-100之间，DBS算法、JDS算法、IAMS算法和CCBD算法吞吐率变化比较平稳，BMS算法随着标签数量的增大有略微增大的趋势，BMS算法吞吐率明显大于其他几种算法，这是由于BMS算法具有更少的总时隙数；当标签数量为100时，BMS算法吞吐率为0.77，IAMS算法和CCBD算法吞吐率分0.52和0.65，BMS算法吞吐率相比IAMS算法和CCBD算法分别提高了48%和18%.

图3是几种算法阅读器和标签间的数据通信量比较，由图可见，BMS算法相比其他几种算法在减少数据通信量方面有较大优势，这是由于BMS算法减少了总时隙数，同时，通过位屏蔽，也减少了阅读器和标签间的通信比特数；CCBD算法由于探测命令较长以及总时隙减少不明显，仍有较大的通信比特数，IAMS算法通信比特数略小于JDS算法，DBS算法由于搜索次数多，其通信比特数最高；当标签数量为100时，BMS算法通信量为15003bit，IAMS算法和CCBD算法分别为23131bit和20878bit，BMS算法的总时隙数相比IAMS算法和CCBD算法分别减少了35%和28%.

5 结束语

本文提出了一种新的基于位屏蔽和多叉树搜索的RFID防碰撞算法，通过标签中的位屏蔽寄存器，把需要处理的标签ID号转换成连续碰撞的序列号，再利用多叉树搜索和高碰撞位预查询来减少碰撞时隙、识别时隙和避免空闲时隙；通过位屏蔽寄存器，把阅读器已知的信息进行屏蔽，标签仅发送阅读器不知道的信息，阅读器也仅发送标签不知道的信息，使阅读器和标签间的数据通信比特数得到减少.这种方法克服了IAMS算法和CCBD算法的不足，有效的减少了总时隙数，提高了吞吐率、减少了通信复杂度，提高了RFID系统的防碰撞性能.

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