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第4章(6学时)-RFID数据传输的完整性技巧.ppt73页
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* TYPE B的防碰撞协议（时隙ALOHA算法）
REQB/WUPB命令
前缀APf 05H 应用簇标识符，代表由PCD指定的应用类型（见表4.8）
0为REQB命令
1为WUPB命令 当AFI匹配且N 1时，PICC应答REQB/WUPB命令 当AFI匹配但N≠1时，PICC要选择随机时间片（在1～N之间），若N 1立即应答；若N 1等待SLOT-MARKER命令来匹配时间片。 * TYPE B的防碰撞协议 SLOT-MARKER命令 若多个PICC在同一时间进行应答发生碰撞时，PCD应发出时间片SLOT-MARKER命令 。
PCD给出命令为第nnnn个时间片，当PICC产生的随机时间片等于nnnn时才应答。 * TYPE B的防碰撞协议 ATQB应答
用于防碰撞期间区分PICC，它由PICC动态产生的数或各种固定的数，仅在Idle状态改变其值 协议信息：比特率、最大帧长、协议类型等 AFI（1个字节） CRC-B（2个字节） 应用数量（1个字节）：指示在PICC中有关应用的出现情况。 PICC对REQB/WUPB命令和SLOT-MARKER命令的应答都是ATQB * TYPE B的防碰撞协议 ATTRIB命令
PICC在ATQB应答中PUPI值 PCD接收到正确的ATQB应答后发出ATTRIB命令。 PICC发送副载波之前的最小延迟时间、PICC向PCD通信时是否需要SOF（帧开始）或EOF（帧结束）、最大帧长度、比特率等信息
注：通过ATTRIB命令，PCD可以实现对某个PICC的选择，使其进入active状态。 高层信息，长度可为0字节，选用时用于传送高层信息。 TYPE B的防碰撞协议 对ATTRIB命令的应答
对高层命令的响应，长度可为0字节 最大缓冲器容量索引。PICC通过该编码告知PCD，PICC能够接收的链接链的最大值。 返回CID值，若PICC不支持CID，则其编码为0000 * TYPE B的防碰撞协议 HLTB命令及应答 HLTB命令用于将PICC置于Halt状态，此时PICC除了接受WUPB命令外，其它命令对它没有影响。
TYPE B型PICC状态转换图 TYPE B防碰撞过程示例
习题： 1、RFID中差错检测主要采用
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时隙ALOHA二进制指数回退算法
2013年第5期目录
&&&&&&本期共收录文章20篇
　　摘要： 中国论文网 /8/view-5869741.htm　　时隙ALOHA由于简单而被广泛应用于无线通信中，但时隙ALOHA本质上是不稳定的，各种控制算法被应用以保证系统的稳定吞吐量。在建立二进制指数回退（BEB）算法的马尔可夫模型基础上，分析了系统的稳定性调节过程。数值计算和仿真测试表明二进制指数回退算法能够保证系统的稳定性，且当节点数在一定范围内时能获得时隙ALOHA的理论极限吞吐量。比较了二进制指数回退算法与伪贝叶斯算法在平均吞吐量的性能差异，结果表明，BEB算法受窗口值的影响，当用户数较大（大于128）或较小（小于32）时，吞吐量均较伪贝叶斯算法低。 　　关键词： 　　时隙ALOHA；伪贝叶斯算法；吞吐量；稳定性；马尔可夫模型 　　0引言 　　在通信网络中，当多个用户共享通信介质时就需要通过竞争方式接入信道。ALOHA及时隙ALOHA[1-2]作为一种通用的介质访问控制（Media Access Control，MAC）协议广泛应用于多个用户节点竞争同一个媒质的环境。现今，时隙ALOHA协议已被广泛应用于全球移动通信系统的随机接入信道（Random Access CHannel， RACH）中。另外，由于时隙ALOHA协议操作简单，在超宽带无线网络的实验网络开发和基于无线认知技术的动态频谱共享网络的实验网络开发中均得到了应用。然而，时隙ALOHA本质上是不稳定的，当输入数据到达率λ从0开始逐渐增加时，信道吞吐量随着数据流的增加而增大，当λ达到某一门限值，吞吐量也到达最大值。若输入负载流量λ继续上升，冲突将随之加大，重复发生的碰撞将浪费系统的部分带宽，从而使系统吞吐量随着输入负载流的增加而快速下降，系统进入不稳定的状态。 　　为解决时隙ALOHA的不稳定性，文献[3]提出了在不同总体负载情况下使用不同的重传概率Pr的方式来获得系统的稳定性。Sarker等在文献[4-6]中研究了在控制新包生成率、允许系统存在一定拒绝率及传输信道存在错误概率等多种环境下，有限次重传控制机制对系统稳定性的影响，研究并获得了系统的稳定范围。文献 [7-8]依据系统的连续状态和节点间协作分析了系统性能，并将博弈理论引入到信道竞争中，并以此研究了时隙ALOHA系统的信道利用率和吞吐量。文献[9]在结合物理信道特性并考虑到信号检测上的存在的误差，分析该类信道上时隙ALOHA的吞吐量及稳定性问题。Pietrabissa等[10]分析了标准和带缓存的时隙ALOHA的稳定性，并使用凸优化方式提出了一种冲突分解算法，以使系统获得稳定的最大吞吐量。Rivest[1]提出的伪贝叶斯算法（PseudoBayesian Control Algorithm，PBCA） 　　和Ivanovich等[11]提出p坚持控制算法都是通过对实统实际通信节点的准确估计，并调整各节点的数据发送概率来达到调整系统稳定性的目的。现有关于时隙ALOHA算法的研究主要集中在系统的稳定范围方面，而系统稳定性调节算法方面的研究，除了动态调整重传概率方法和伪贝叶斯算法外的研究成果相对较少。二进指数回退 （Binary Exponential Backoff， BEB） 算法作为一种稳定性控制算法已经广泛应用在有线以太网络的载波监听多路访问/冲突检测机制（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect，CSMA/CD）协议及80211分布式协调功能（Distributed Coordination Function， DCF）的载波侦听多路访问/冲突避免（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance，CSMA/CA）协议中[11]，而BEB算法在时隙ALOHA协议中的应用并未引起研究者的广泛关注。 　　本文结合Cali等[12]在DCF中对BEB算法的研究，建立了时隙ALOHA协议的原理模型及马尔可夫模型，通过对模型的求解得出该算法的系统吞吐量；然后通过仿真测试了BEB算法在不同窗口设定值、重传次数参数设置环境下，系统节点数变化后系统的吞吐量及系统的调节过程；并通过与伪贝叶斯算法在平均吞吐量的比较分析了造成BEB算法性能差异的原因。 　　在本文中，若无特殊说明，吞吐量为归一化吞吐量，定义为一段时间内信道成功完成数据传输的时间所占的比例，也是一个时隙内成功传输数据的概率。 　　1时隙ALOHA的BEB算法模型 　　从图10的仿真结果看，在起始阶段系统各种情况下的吞吐量都接近于0，经过一段时间的调整后系统吞吐量趋于一个恒定值。窗口最小值设置越小，能明显提高小节点数系统的吞吐量，但同时会降低节点数较多情况下的系统吞吐量。从图10还可以看出，当系统中所有节点都被初始化为同一个最小值W（W=CWmin），在前64个时隙，系统的吞吐量几乎为0。设Xi表示节点在回退阶i按均匀分布在（0，Wi-1）选择一个整数值的随机变量，则节点在回退阶i平均回退计数器BC的均值E（Xi）=（Wi-1）/2。在初始化阶段，所有节点的窗口值Wi设置为同一值W。若W=32，节点发生数据传输平均需要等待16个时隙。另外，由于各节点回退窗相同，也必将产生大量的冲突，从而造成系统吞吐量在调整阶段较低的问题。经过一定时间的调整后系统吞吐量基本趋于稳定。仿真结果也表明，系统稳定后将节点发生冲突的概率看作是一个独立的常量是正确的。 　　所有的仿真结果表明，当系统节点数较少时，如果按传统的二进制回退算法对最小回退窗口值的设置（W=32），系统的吞吐量小于系统最大稳定吞吐量。由式（12）的可知，系统中节点的发送概率q=1/n（其中n为系统节点数），系统获得最大稳定吞吐量0.368。但依据式（10），在使用BEB控制算法时q∈（2W+1，21+2mW），要保证系统能够获得最大吞吐量，就必须保证1n∈（2W，21+2mW），即n∈（W2，1+2mW2），当n较小时W（即CWmin）也必须减小，且满足W<2n。假若节点数为2，为保证系统能获得最大系统吞吐量，W的取值应该小于4。另一方面，当节点数较大时，又必须保证n<（1+2mW）/2，当系统节点数为200时，CWmax=2mW≥2×200-1≈400，即CWmax必须大于400，由于BEB算法是按2的指数次方增长的，因此W和CWmax尽可能取2的幂次方。但是当CWmax增大时，必然会增大系统的调节时间。另外，当一个节点传输成功后，其回退窗口值将设置为最小值W，增大该节点数据传输的概率，造成了系统公平性下降。针对BEB算法的公平性问题，不少学者在DCF的BEB控制算法研究中提出了许多改进意见，在时隙ALOHA中应用BEB算法时可以作为一个很好的参考。
　　3结语 　　通过数值分析和仿真测试表明在时隙ALOHA协议中应用二进制指数回退（BEB）算法可以保证系统的稳定性。当最小窗口值CWmin偏大时，若节点数较小，则系统吞吐量明显低于理论最大极限值0.368；若减小CWmin值，若节点数较大，系统吞吐量明显又低于理论最大极限值0.368。同伪贝叶斯算法相比，当节点数目过大或过小时，BEB算法性能明显降低。在实际应用中应该考虑使用一种动态调整CWmin的机制来保证系统在各种节点情况均能获得最大稳定吞吐量。 　　参考文献： 　　[1] 　　RIVEST R L. Network control by Bayesian broadcast [J]. IEEE Transactions on Information Theory，1987， 33（3）： 323-328. 　　[2] 　　RICHARD T B M， VISHAL M， DAN R. An analysis of generalized slottedAloha protocols [J]. IEEE/ACM Transactions on Networking， 2009， 17（3）： 936-949. 　　[3] 　　CLARE L P. Control procedures for slotted Aloha systems that achieve stability [J]. ACM SIGCOMM Computer Communication Review， 1986， 16（3）： 302 -309. 　　[4] 　　SARKER J H，MOUFTAH H T.A retransmission cutoff random access protocol with multipacket reception capability for wireless networks [C]// SENSORCOMM09： Proceedings of the 2009 Third International Conference on Sensor Technologies and Applications. Washington， DC： IEEE Computer Society， 2. 　　[5] 　　SARKER J H. Stability of random access protocol with newly generated packet rejection and retransmission cutoff [C]// WTS06： Proceedings of the 2006 Wireless Telecommunications Symposium. Piscataway： IEEE， . 　　[6] 　　SARKER J H. Stable and unstable operating regions of slotted ALOHA with number of retransmission attempts and number of power levels[J]. IEEE Proceedings Communications，（3）：355-364. 　　[7] 　　PARK J， van der SCHAAR M. Medium access control protocols with memory [J]. IEEE/ACM Transactions on Networking， 2010， 18（6）： . 　　[8] 　　HU YINGBO， YANG WEIWEI.Throughput analysis of slotted ALOHA with cooperative transmission using successive interference cancellation[J]. Science in China Series F： Information Sciences，2009， 52（12）： . 　　[9] 　　WANG SH， HONG YW P. Transmission control with imperfect CSI information in channelaware slotted ALOHA networks [J]. IEEE Transactions on Wireless Communications，2009， 8（10）： . 　　[10] 　　PIETRABISSA A， FIASCHETTI A. An innovative optimal approach to slottedAloha random access protocol[C] // Advanced Satellite Multimedia Systems Conference and the 11th Signal Processing for Space Communications Workshop. Piscataway： IEEE， 2010： 462-468. 　　[11] 　　IVANOVICH M， ZUKERMAN M，CAMERON F.A study of deadlock models for a multiservice medium access protocol employing a slotted Aloha signalling channel[J]. IEEE/ACM Transactions on Networking， 2000， 8（6）： 800-811. 　　[12] 　　CALI F， CONTI M， GREGORI E. Dynamic tuning of the IEEE 802.11 protocol to achieve a theoretical throughput limit [J]. IEEE/ACM Transactions on Networking， 2000， 8（6）： 785-799. 　　[13] 　　BIANCHI G. Performance analysis of the IEEE 802.11 distributed coordination function[J]. IEEE Journal on Selected Areas in Communications，2000， 18（3）： 535-547.
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