Các giao thức chống xung đột trong hệ thống RFID (P2)

Các giao thức chống xung đột cho Tag

Một số các giao thức cũng đã được đề xuất để giảm xung đột tag. Chúng được phân làm ba loại: Giao thức dựa trên ALOHA, cây khung và bộ đếm.

Giao thức dựa trên ALOHA

Giao thức này dựa trên cơ chế dự phòng, hoạt động theo kiểu xác suất. Chúng cố gắng xếp xen kẽ các khoảng thời gian đáp ứng của các tag trong vùng chất vấn. Nhìn chung, các giao thức dựa trên ALOHA đơn giản và có hiệu năng khá cao. Tuy nhiên, có thể xảy ra hiện tượng thiếu hụt tag nghĩa là một tag có thể không bao giờ được nhận dạng vì các đáp ứng luôn bị xung đột với các tag khác. Giao thức ALOHA, slotted ALOHA và frame slotted ALOHA  là các giao thức dựa trên ALOHA. Trong giao thức ALOHA, đầu tiên reader sẽ gửi đi một câu lệnh để các tag phát đi các ID của chúng. Trong khi nhận tín hiệu chất vấn của readei; mỗi tag sẽ đợi một khoảng khoảng thời gian dự phòng ngẫu nhiên và sau đó đáp trả ID của mình cho reader. Nếu không có đột xảy ra trong suốt quá trình trả lời của tag thì ID đó được nhận dạng đúng. Trong giao thức slotted ALOHA khoảng thời gian dự phòng ngẫu nhiên là bội số của một khe thời gian xác định trước. Giao thức Frame slotted ALOHA tương tự như giao thức Slotted ALOHA ngoại trừ toàn bộ quá trình chất vấn được chia thành một tập các khung với mỗi có một lượng khe thời gian cố định và mỗi tag có thể gửi ID tới reader trong một khe được chọn ngẫu nhiên trong suốt độ dài một khung.

Giao thức dựa trên cây khung

Ý tưởng cơ bản của giao thức chống xung đột dựa trên cây khung là chia tách các tag gặp xung đột thành các phân nhóm theo tag ID cho đến khi chỉ còn một tag trong một phân nhóm được nhận dạng thành công. Các giao thức này có thể được áp dụng cho các tag có hoặc không có bộ nhớ ghi được. Các tag có bộ nhớ giá thành cao hơn. Tuy nhiên, các giao thức cho loại tag này có hiệu năng tốt hơn. Giao thức Query Tree QT thích hợp với các tag không có bộ nhớ ghi được. Trong giao thức này, reader đầu tiên quảng bá chuỗi bit yêu cầu S có độ dài thay đổi tới các tag. Một tag có ID Prefix (phần đầu của ID) trùng với S sẽ đáp trả ID của mình cho reader. Khi các xung đột xảy ra, reader quảng bá lại chuỗi bit SO hay S1 để chia các tag xung đột thành hai phân nhóm. Cây nhị phân bit-by-bit thích hợp cho những tag có bộ nhớ ghi được. Trong giao thức này, một reader đầu tiên quảng bá câu lệnh yêu cầu và  mỗi tag sẽ trả lời bằng bit đầu tiên của ID. Nếu xung đột xảy ra, reader sẽ xác nhận với các tag bằng 0 (hoặc 1). Chỉ tag có bit đầu tiên bằng 0 (hoặc 1) sẽ trả lời bit tiếp theo cho reader. Theo cách này, các tag được chia nhỏ liên tục thành hai nhóm. Bảng 1 chỉ ra các bước của quá trình xác nhận của giao thức QT.

Bảng 2: Thuộc tính của giao thức chống xung đột

Một số các giao thức dựa trên cây khung khác ví dụ như EPCglobal Class 0, tree-slotted ALOHA (TSA), Bi Slotted Query Tree Algorithm (BSQTA) và Bi Slotted Collision Tracking Tree Algorithm (BSCTTA). Các giao thức này tương tự QT, cũng sử dụng phương pháp chia tách các tag để giải quyết vấn đề xung đột tag. Nhược điểm chính của giao thức dựa trên cây khung là hiệu năng bị ảnh hưởng bởi độ dài ID và sự phân phối tag ID. Nhìn chung, giao thức dựa trên cây khung có thời gian trễ nhận dạng lâu hơn giao thức dựa trên ALOHA nhưng không gặp vấn đề thiếu hụt tag.

Giao thức dựa trên bộ đếm

Giao thức dựa trên bộ đếm giống giao thức dựa trên cây khung, không xảy ra vấn đề thiếu hụt tag. Ý tưởng cơ bản của hai lớp giao thức là chia tách các tag gặp phải xung đột thành các phân nhóm cho đến khi chỉ còn duy nhất một tag trong nhóm được xác nhận thành công. Sự khác nhau chính giữa hai lớp giao thức này là giao thức dựa trên cây khung dựa vào Tag ID tĩnh với sự phân chia xác định, còn giao thức dựa trên bộ đếm phụ thuộc vào các bộ đếm thay đổi động để phân chia. ISO/IEC 18000- 6B là một chuẩn xuất phát từ giao thức chống xung đột tag dựa vào bộ đếm. Trong ISO/IEC 18000-6B, mỗi tag có bộ đếm khởi tạo ban đầu bằng 0. Khi reader gửi yêu cầu tới các tag, mỗi tag có giá trị bộ đếm lớn hơn 0 thì sau đó sẽ tăng bộ đếm của nó lên 1, trong khi các tag có bộ đếm bằng 0 phát ngẫu nhiên một bit 0 hoặc 1 và cộng nó vào trong bộ đếm của chúng. Theo cách này, các tag có giá trị bộ đếm bằng 0 bị chia thành hai phân nhóm. Các giao thức dựa vào bộ đếm khác, ví dụ như Adaptive Binary Splitting (ABS), sử dụng cách tương tự để chia các tag gặp phải xung đột. Các giao thức dựa vào bộ đếm không gặp vấn đề thiếu hụt. Thêm vào đó, chúng có thuộc tính cố định là hiệu năng của nó không bị ảnh hưởng bởi sự phân phối ID hay độ dài ID.

Tài liệu tham khảo

[1],YAN ZHANG, LAURENCE T.YANG, JIMING CHEN, RFID and sensor networks: Architectures, Protocols, Security, and Integrations, CRC Press (2010).
[2],AMIN RIDA, LI YANG, MANOS TENTZERIS, RFID-Enabled Sensor Design and Applications, Artechhouse (2010).

ThS. Trần Thị Lan, TS. Trịnh Quang Khải, ThS. Mai Thị Thu Hương