Thiết kế và đánh giá hiệu năng các giao thức truyền thông trong hệ thống RFID.Thiết kế và đánh giá hiệu năng các giao thức truyền thông trong hệ thống RFID.Thiết kế và đánh giá hiệu năng các giao thức truyền thông trong hệ thống RFID.Thiết kế và đánh giá hiệu năng các giao thức truyền thông trong hệ thống RFID.Thiết kế và đánh giá hiệu năng các giao thức truyền thông trong hệ thống RFID.Thiết kế và đánh giá hiệu năng các giao thức truyền thông trong hệ thống RFID.Thiết kế và đánh giá hiệu năng các giao thức truyền thông trong hệ thống RFID.Thiết kế và đánh giá hiệu năng các giao thức truyền thông trong hệ thống RFID.Thiết kế và đánh giá hiệu năng các giao thức truyền thông trong hệ thống RFID.Thiết kế và đánh giá hiệu năng các giao thức truyền thông trong hệ thống RFID.Thiết kế và đánh giá hiệu năng các giao thức truyền thông trong hệ thống RFID.Thiết kế và đánh giá hiệu năng các giao thức truyền thông trong hệ thống RFID.Thiết kế và đánh giá hiệu năng các giao thức truyền thông trong hệ thống RFID.Thiết kế và đánh giá hiệu năng các giao thức truyền thông trong hệ thống RFID.Thiết kế và đánh giá hiệu năng các giao thức truyền thông trong hệ thống RFID.Thiết kế và đánh giá hiệu năng các giao thức truyền thông trong hệ thống RFID.Thiết kế và đánh giá hiệu năng các giao thức truyền thông trong hệ thống RFID.Thiết kế và đánh giá hiệu năng các giao thức truyền thông trong hệ thống RFID.Thiết kế và đánh giá hiệu năng các giao thức truyền thông trong hệ thống RFID.Thiết kế và đánh giá hiệu năng các giao thức truyền thông trong hệ thống RFID.Thiết kế và đánh giá hiệu năng các giao thức truyền thông trong hệ thống RFID.Thiết kế và đánh giá hiệu năng các giao thức truyền thông trong hệ thống RFID.Thiết kế và đánh giá hiệu năng các giao thức truyền thông trong hệ thống RFID.Thiết kế và đánh giá hiệu năng các giao thức truyền thông trong hệ thống RFID.Thiết kế và đánh giá hiệu năng các giao thức truyền thông trong hệ thống RFID.Thiết kế và đánh giá hiệu năng các giao thức truyền thông trong hệ thống RFID.Thiết kế và đánh giá hiệu năng các giao thức truyền thông trong hệ thống RFID.Thiết kế và đánh giá hiệu năng các giao thức truyền thông trong hệ thống RFID.Thiết kế và đánh giá hiệu năng các giao thức truyền thông trong hệ thống RFID.Thiết kế và đánh giá hiệu năng các giao thức truyền thông trong hệ thống RFID.Thiết kế và đánh giá hiệu năng các giao thức truyền thông trong hệ thống RFID.Thiết kế và đánh giá hiệu năng các giao thức truyền thông trong hệ thống RFID.Thiết kế và đánh giá hiệu năng các giao thức truyền thông trong hệ thống RFID.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI HOÀNG TRUNG TUYẾN THIẾT KẾ VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CÁC GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG TRONG HỆ THỐNG RFID Ngành: Kỹ thuật viễn thơng Mã số: 9520208 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VIỄN THÔNG Hà Nội−2023 Cơng trình hồn thành tại: Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: 1.PGS.TS Nguyễn Thành Chuyên 2.TS Tô Thị Thảo Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Đại học Bách khoa Hà Nội họp Đại học Bách khoa Hà Nội: Vào hồi giờ, ngày tháng năm 2023 Có thể tìm hiểu luận án thư viện Thư viện Tạ Quang Bửu - Đại học Bách khoa Hà Nội Thư viện Quốc gia Việt Nam GIỚI THIỆU CHUNG Tính cấp thiết đề tài Công nghệ nhận dạng sử dụng tần số vô tuyến (RFID) ngày trở nên phổ biến ứng dụng IoT RFID sử dụng để xác định, theo dõi số lượng lớn đối tượng thiết bị khác mạng IoT Gần đây, RFID thu hút nhiều quan tâm, đầu tư nghiên cứu nhằm giải thách thức liên quan đến cơng nghệ Một số thách thức (i) chống xung đột thẻ (ii) giám sát/phát thẻ bị Trong đó, chống xung đột thẻ tập trung vào việc giải xung đột thẻ truyền tín hiệu đồng thời đến đầu đọc Điều dẫn đến đầu đọc giải mã thành cơng tín hiệu từ thẻ Nói cách khác, đầu đọc khơng thể nhận dạng xác thẻ hệ thống Mặt khác, vấn đề giám sát/phát thẻ bị nhằm thiết kế giao thức đáng tin cậy giám sát/phát xác liệu số thẻ có bị hay khơng Để đối phó với vấn đề xung đột thẻ, nhiều giao thức truyền thông đề xuất năm vừa qua Các giao thức thường dựa kỹ thuật đa truy cập khác nhau, lập lịch kiểm sốt thứ tự truyền thẻ Trong số đó, kỹ thuật đa truy cập phân chia theo mã (CDMA) coi giải pháp chống xung đột hứa hẹn nhất, đặc biệt hệ thống RFID dày đặc Mỗi thẻ gán với mã giả có tính trực giao để nhận dạng thành cơng nhiều thẻ lúc Trong trường hợp này, tách sóng giải tương quan (Decorrelating Detector - DD) thường triển khai đầu đọc để giải mã tín hiệu truyền từ thẻ Tuy nhiên, việc triển khai DD làm tăng nhiễu (background noise) đó, làm giảm hiệu suất hệ thống Để khắc phục nhược điểm việc tăng background noise DD, tách sóng giả tương quan Quasi-Decorrelating Detector (QDD) nghiên cứu giải pháp thay Điều thúc NCS nghiên cứu đề xuất sử dụng QDD giải pháp hiệu cho cấu trúc đầu đọc hệ thống RFID dựa CDMA Các thuật tốn/cơng nghệ truyền thơng xử lý tín hiệu đóng vai trò quan trọng việc giảm thiểu xung đột thẻ Một cách tiếp cận biết đến gần kỹ thuật đa truy cập không trực giao (NOMA) NOMA cho phép giải mã tín hiệu nhiều thẻ truyền đồng thời đến đầu đọc cách sử dụng loại bỏ nhiễu liên tiếp (Successive Interference Cancellation - SIC) Điều đạt nhờ mức công suất truyền thiết kế khác nhau, gọi NOMA miền công suất (Power-Domain NOMA hay PD-NOMA) Trong công bố gần tác giả Guo năm 2018, Guo đề xuất khung thiết kế cho hệ thống truyền thông tán xạ ngược (BackScatter Communication - BackCom) (bao gồm RFID) cách sử dụng TDMA kết hợp PD-NOMA Cụ thể, thiết bị tán xạ ngược (Backscatter Node BN), tức thẻ xếp, phân loại vào vùng khác dựa mức lượng chúng Sau đó, lược đồ ghép nối thiết bị tán xạ dựa kỹ thuật NOMA triển khai Các thiết bị tán xạ từ vùng khác ghép với để tạo thành nhóm nghép NOMA Tuy nhiên, có ba nhược điểm lớn khung thiết kế Guo Một là, thiết bị tán xạ BN chọn ngẫu nhiên để tạo thành nhóm ghép NOMA, điều làm tăng xác suất lỗi giải mã tín hiệu khiếm khuyết kênh vô tuyến Hai là, thiết bị tán xạ BN thuộc phân vùng gán cố định hệ số phản xạ công suất Kết làm giảm hiệu suất hệ thống BackCom trước thay đổi kênh vô tuyến theo thời gian (time-varying channel) Thứ ba, khung thiết kế sử dụng cho hệ thống BackCom tĩnh Tuy nhiên, hệ thống thực tế, thiết bị tán xạ BN thường xuyên xuất khỏi vùng phủ sóng đầu đọc Do đó, lược đồ ghép nối thiết bị tán xạ cho hệ thống BackCom động hỗ trợ NOMA cần phải triển khai Những hạn chế khung thiết kế Guo dẫn đến việc cần thiết phải phát triển lược đồ ghép nối thiết bị tán xạ để nâng cao hiệu suất hệ thống BackCom hỗ trợ NOMA thơng thường Chính vậy, luận án nhằm mục đích giải hạn chế cách đề xuất lược đồ ghép nối thiết bị tán xạ cho hệ thống BackCom tĩnh động Mặt khác, vấn đề giám sát/phát thẻ bị hệ thống RFID nghiên cứu rộng rãi nhiều năm gần Tuy nhiên, giám sát/phát thẻ bị vấn đề tương đối chưa nghiên cứu cách kỹ lưỡng Nhiều cơng trình nghiên cứu nhà khoa học giả định việc triển khai hệ thống hồn hảo, hệ thống bao gồm thẻ dự kiến (expected tag - thẻ mà đầu đọc biết ID) Giả định rõ ràng khơng thực tế hệ thống thực luôn tồn thẻ không mong muốn (unexpected tag/unknown tag - thẻ mà đầu đọc ID) Trong trường hợp vậy, thẻ không mong muốn gửi phản hồi đầu đọc có truy vấn Điều dẫn đến xung đột tín hiệu nghiêm trọng khe thời gian mà thẻ (expected tag, unexpected tag) gửi phản hồi Hơn nữa, đầu đọc quan sát sai trạng thái khe thời gian xảy xung đột Trong trường hợp này, giao thức trước đưa cảnh báo sai phát kiện thẻ Hơn nữa, nhiều nghiên cứu không xem xét vấn đề detection error (lỗi phát hiện) khiếm khuyết kênh vơ tuyến Trong đó, tượng lỗi phát biết đến phổ biến hệ thống RFID Cụ thể là, cường độ tín hiệu nhận đầu đọc khe thời gian giảm xuống mức ngưỡng độ nhạy định (do ảnh hưởng nhiễu, fading đa đường), việc giải mã tín hiệu khơng thành cơng Do đó, giao thức phát thẻ thơng thường thường xun đưa cảnh báo sai cho quản trị viên hệ thống, bênh cạnh nhiều thời gian lượng tiêu thụ Sự không hiệu không đáng tin cậy khiến giao thức thông thường khơng cịn hiệu đáng tin cậy Do đó, luận án đề xuất để giảm thiểu tác động thẻ không mong muốn tượng lỗi phát giao thức phát kiện thẻ Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu luận án đưa khung thiết kế để nâng cao hiệu giao thức truyền thông hệ thống RFID, cách xem xét hai vấn đề quan trọng (i) chống xung đột thẻ (ii) giám sát/phát thẻ Để chống xung đột thẻ, mục tiêu việc triển khai tách sóng giả tương quan QDD cấu trúc đầu đọc hệ thống lai ghép ALOHA/CDMA không cải thiện hiệu suất nhận dạng thẻ mà khắc phục nhược điểm tăng cường nhiễu (background noise) sử dụng DD Ngoài ra, để cải thiện hiệu suất cho hệ thống truyền thông tán xạ ngược thông thường BackCom hỗ trợ NOMA, lược đồ ghép nối thiết bị tán xạ/thẻ RFID cho hệ thống BackCom tĩnh động nghiên cứu, đề xuất Bên cạnh đó, lược đồ lựa chọn nhóm ghép nối NOMA dựa xác suất giải mã thành công lược đồ điều chỉnh hệ số phản xạ công suất thiết bị tán xạ theo điều kiện khác kênh truyền đề xuất Mặt khác, để giám sát/phát thẻ, mục tiêu luận án thiết kế lại giao thức giám sát/phát thẻ thông thường xét đến ảnh hưởng thẻ không mong muốn tượng lỗi phát (detection error) Đóng góp luận án Luận án có đóng góp sau: • Đóng góp luận án phân tích đánh giá hiệu suất hệ thống RFID lai ghép ALOHA/CDMA sử dụng tách sóng giả tương quan QDD Nghiên cứu chứng minh phân tích mơ hình tốn mơ máy tính để nâng cao hiệu việc nhận dạng thẻ tác động kênh vô tuyến Kết cơng bố Tạp chí REV Journal on Electronics and Communications, 2019 • Đóng góp thứ hai luận án đề xuất khung thiết kế cho hệ thống truyền thông tán xạ ngược BackCom tĩnh động tăng cường NOMA Đối với hệ thống BackCom tĩnh, lược đồ ghép nối hai thiết bị tán xạ/thẻ RFID (Two-Node Pairing - TNP) lược đồ điều chỉnh hệ số phản xạ công suất (Adaptive Power Reflection Coefficient - APRC) đề xuất Lược đồ TNP dự đốn ngăn việc truyền khơng thành cơng từ nhóm ghép NOMA, đó, APRC điều chỉnh hệ số phản xạ công suất thiết bị tán xạ/thẻ RFID dựa thay đổi kênh truyền Do đó, khả giải mã thành cơng nhóm ghép NOMA tăng lên Đối với hệ thống BackCom động, lược đồ ghép nhóm kích thước động (Dynamic-Size Pairing - DSP) lược đồ lai ghép APRC/DSP đề xuất Các lược đồ cải thiện hiệu suất số lượng bit giải mã thành cơng số lượng nhóm ghép NOMA truyền thành công Kết công bố tạp chí IEEE Open Access, 2023 (ISI) • Đóng góp thứ ba luận án đề xuất hai giao thức phát kiện thẻ mRUN1 mRUN2 dựa việc cải tiến giao thức giám sát thẻ bị xem xét có mặt thẻ không mong muốn (RFID monitoring protocol with unexpected tags - RUN) tượng lỗi phát (detection error) Hai giao thức đề xuất sử dụng đếm (counter) cấu trúc đầu đọc thẻ để giảm thiểu ảnh hưởng tượng lỗi phát đưa định cảnh báo kiện thẻ đếm đạt giá trị ngưỡng thẻ xác định trước Hai giao thức chứng minh tính khoa học, logic xác thơng qua phân tích mơ hình tốn mơ Monte-Carlo Kết chứng minh tốn học mơ máy tính cho thấy tính ưu việt so với giao thức thông thường xác suất cảnh báo cảnh báo sai Kết cơng bố tạp chí Wireless Communications and Mobile Computing, 2019 (ISI) Chương CƠ SỞ CỦA NGHIÊN CỨU 1.1 Nền tảng nghiên cứu 1.1.1 Hệ thống nhận dạng vô tuyến (RFID) RFID công nghệ thu thập liệu nhận dạng tự động không tiếp xúc (Automatic Identification and Data Capture - AIDC) cách sử dụng tần số vô tuyến Thành phần hệ thống RFID: Hệ thống RFID bao gồm đầu đọc, thẻ phần mềm trung gian mô tả Hình 1.1 Data Reader Clock Energy Contactless data carrier = Transponder Coupling element (coil, microwave antenna) Application Hình 1.1: Thành phần hệ thống RFID Thẻ thiết bị mang liệu thực tế gắn vào đối tượng để nhận dạng Thẻ thu lượng từ truy vấn đầu đọc, thực tính toán truyền liệu để phản hồi truy vấn tương ứng đầu đọc Đầu đọc thiết bị điện tử giao tiếp với thẻ sóng vơ tuyến Đầu đọc cố định di động, tùy thuộc vào ứng dụng khác Phần mềm trung gian thành phần thiết yếu hệ thống RFID cho phép quản lý liệu đầu đọc RFID thu thập Giao thức truyền thông: Giao thức sử dụng rộng rãi RFID giao thức Aloha (Frame Slotted Aloha) Trong giao thức FSA, nhiều thẻ gửi phản hồi ngẫu nhiên tới đầu đọc frame với f timeslot (khe thời gian) Cụ thể là, bắt đầu thực frame, đầu đọc gửi lệnh truy vấn tới thẻ với thông tin ⟨f, R⟩ Khi nhận lệnh truy vấn, thẻ chọn ngẫu nhiên timeslot frame để phản hồi tới đầu đọc cách tính tốn dựa hàm Hash, cụ thể H(ID, R) mod f Khi thực duyệt frame, đầu đọc có khả phân loại timeslot theo ba loại, là: (i) empty slot - khơng có thẻ lựa chọn để gửi phản hồi, (ii) singleton slot có thẻ phản hồi (iii) collision slot - có nhiều thẻ phản hồi 1.2 Vấn đề nghiên cứu cơng trình liên quan đến đề tài Trong giao thức truyền thông RFID tại, xung đột tín hiệu thường xảy timeslot, đặc biệt số lượng đầu đọc và/hoặc thẻ lớn Điều làm cho hiệu suất hệ thống thời gian mức tiêu thụ lượng bị suy giảm nghiêm trọng Vấn đề xung đột tín hiệu phân thành hai loại, xung đột thẻ xung đột đầu đọc Xung đột thẻ xảy nhiều thẻ cố gắng truyền liệu đến đầu đọc lúc, khiến đầu đọc khơng thể giải mã xác tín hiệu, dẫn đến thẻ khơng nhận dạng Mặt khác, xung đột đầu đọc xảy nhiều đầu đọc lân cận đồng thời gửi truy vấn đến thẻ vùng phủ sóng, khiến thẻ phân biệt truy vấn đầu đọc để gửi phản hồi 1.2.1 Các giao thức/thuật toán chống xung đột Nguyên tắc giao thức/thuật tốn chống xung đột tín hiệu giảm timeslot xung đột truyền đồng thời từ thẻ đầu đọc Có ba cách tiếp cận khác để giải vấn đề này, là: Chống xung đột thẻ: Trong phương pháp chống xung đột thẻ, thẻ kiểm soát đầu đọc việc truyền liệu cách có tổ chức hiệu quả, giảm thiểu xung đột tối ưu hóa trình nhận dạng thẻ Nhiều giao thức giao tiếp đầu đọc thẻ chủ yếu dựa kỹ thuật đa truy cập khác Trong số đó, FSA biết đến giao thức dựa TDMA hiệu sử dụng phổ biến hệ thống RFID để giảm thiểu xung đột Trong FSA, frame tổ chức theo nhiều timeslot, thẻ truyền ID lần frame để giảm thiểu xung đột Quá trình lặp lại timeslot có xung đột tín hiệu khơng cịn phát Nguyên tắc FSA số lượng timeslot tổng số thẻ cần nhận dạng tổng số singleton slot thẻ xác định frame tối đa Nói theo cách khác, hiệu suất nhận dạng cực đại Chính vậy, hầu hết giao thức dựa FSA cố gắng ước lượng tổng số thẻ cách sử dụng quan sát trạng thái timeslot Tuy nhiên, độ xác ước lượng bị ảnh hưởng fading dẫn đến tượng phổ biến kênh vô tuyến tượng capture effect (CE) detect error (DE) CE đề cập đến thẻ xác định timeslot xung đột SINR nhận cao ngưỡng độ nhạy thu đầu đọc, DE xảy thẻ không phát singleton slot SNR nhận nhỏ ngưỡng độ nhạy thu đầu đọc Những tượng dẫn đến trạng thái timeslot quan sát sai làm giảm độ xác ước lượng phương pháp thông thường Lập lịch đầu đọc: Lập lịch đầu đọc hay lập kế hoạch trình đọc đề cập đến quy trình thiết kế để lập lịch điều phối hoạt động nhiều trình đọc để giảm thiểu xung đột trình đọc Cụ thể, cần phải giảm số lượng tần số cần thiết để giảm thiểu nhiễu đồng thời giảm thiểu thời gian cần thiết để tất đầu đọc giao tiếp với thẻ tương ứng vùng thẩm vấn chúng Thuật tốn/cơng nghệ truyền thơng xử lý tín hiệu: Các thuật tốn/cơng nghệ truyền thơng xử lý tín hiệu đóng vai trị quan trọng việc giảm thiểu xung đột tín hiệu hệ thống RFID Các cơng trình khác nghiên cứu, dựa cách tiếp cận khác CDMA đa truy cập không trực giao (NOMA) Các giao thức chống va chạm dựa CDMA sử dụng mã giả ngẫu nhiên để tránh xung đột tín hiệu tách sóng giải tương quan (DD) để loại bỏ nhiễu đa truy cập (MAI) trình giải mã Mã Gold thường sử dụng làm mã PN tách sóng đa truy nhập (detector) triển khai phía đầu đọc Tuy nhiên, thực tế, mã PN khơng trực giao, gây nhiễu MAI DD giải pháp hiệu để loại bỏ MAI, làm tăng nhiều (background noise) Mặt khác, NOMA cho phép nhiều thẻ phục vụ/phản hồi thời điểm/tài nguyên tần số nhờ nguyên tắc loại bỏ nhiễu liên tiếp (SIC) đầu đọc Các thẻ phản hồi đồng thời phải có mức cơng suất truyền khác nhau, gọi NOMA miền công suất (PD-NOMA) Các nghiên cứu gần tập trung vào việc sử dụng NOMA hệ thống BackCom, bao gồm RFID Một số nghiên cứu tác giả Guo năm 2018 đề xuất khung thiết kế cho hệ thống BackCom hỗ trợ NOMA việc sử dụng lược đồ ghép nối thiết bị tán xạ ngược BN 1.2.2 Giám sát/phát thẻ Giám sát/phát thẻ vấn đề thực tế quan trọng Vấn đề thẻ đề cập đến việc theo dõi tập hợp thẻ, phát xác định thẻ bị thiếu Giám sát/phát thẻ nhằm mục đích thiết kế giao thức phát thẻ bị thiếu hiệu hệ thống thực tế với số yêu cầu xác định trước độ tin cậy, thời gian mức tiêu thụ lượng Một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đáng kể đến giao thức tồn thẻ không mong muốn (unexpected tag) Trong trường hợp này, giao thức thông thường ngăn cản can thiệp từ thẻ không mong muốn, dẫn đến giảm hiệu làm giảm độ tin cậy nhận dạng, phát thẻ Để giải vấn đề này, giao thức RUN đề xuất, nhiên, RUN hồn tồn khơng xét đến ảnh hưởng tượng lỗi phát hay gọi detection error gây khiếm khuyết kênh vô tuyến Chương PHÂN TÍCH HIỆU SUẤT CỦA CÁC HỆ THỐNG RFID LAI GHÉP ALOHA/CDMA SỬ DỤNG BỘ TÁCH SÓNG GIẢ TƯƠNG QUAN QDD TRONG CÁC KÊNH CÓ NHIỄU 2.1 Giới thiệu chung Như trình bày Chương 1, việc sử dụng tách sóng giải tương quan DD đầu đọc dẫn đến tăng background noise, đó, chương này, NCS tập trung nghiên cứu hiệu suất hệ thống RFID lai ghép ALOHA/CDMA cách triển khai tách sóng giả tương quan QDD QDD khắc phục nhược điểm việc tăng background noise gây DD Bằng cách triển khai QDD cấu trúc đầu đọc, mặt lý thuyết, NCS phân tích hiệu suất nhận dạng thẻ hệ thống RFID lai ghép xem xét ảnh hưởng vấn đề xung đột mã (khi thẻ truyền/chia sẻ mã) tượng lỗi phát (false detection) Bên cạnh đó, NCS nghiên cứu tác động QDD hiệu suất phát kiện thiếu thẻ, vấn đề quan trọng ứng dụng thực vế thương mại dựa RFID 2.2 Mô tả hệ thống cách tiếp cận thơng thường 2.2.1 Mơ hình hệ thống Hệ thống RFID xem xét bao gồm đầu đọc N thẻ CDMA f f f Hình 2.1: Hệ thống RFID dựa CDMA với giao thức FSA Hình 2.1 Mỗi thẻ có ID với 96 bit gán ngẫu nhiên với mã K , (K < N ) mã Gold mã GK Để đơn giản phân tích thiết kế hệ thống, mơ hình NCS sử dụng mã Gold Tuy nhiên, loại mã khác 0.0146 12 DD Theoretical DD Simulation QDD Theoretical QDD Simulation 11.5 System efficiency 0.0142 QDD Theoretical QDD Simulation BER 0.0138 0.0134 11 10.5 10 0.013 9.5 0.0126 10 13 Number of tags 16 500 19 Hình 2.4: Tỉ lệ BER QDD DD theo số lượng thẻ, cho trước giá trị Lc =31, SNR=7 dB, ϵ = 700 900 1100 Number of tags 1300 1500 Hình 2.5: Hiệu suất hệ thống số lượng thẻ, cho trước f = 32, K = 30, Lc = 30, SNR = dB 3.2 4.5 3.1 System efficiency System efficiency 2.9 2.8 3.5 2.7 DD QDD 2.6 500 700 900 1100 Number of tags DD QDD 1300 2.5 25 1500 28 31 34 37 40 43 46 49 Number of codes (a) Số lượng thẻ (b) Số lượng mã Hình 2.6: Hiệu suất, cho trước K = 30, f = 32, Lc = 31, SNR = dB 0.25 3.2 3.1 System efficiency System efficiency 0.24 0.23 2.9 2.8 0.22 2.7 DD QDD 0.21 20 25 30 35 40 Frame size DD QDD 45 2.6 20 50 (a) SNR = dB 25 30 35 40 Frame size 45 50 (b) SNR = dB Hình 2.7: Hiệu suất hệ thống với số lượng timeslot, cho trước N =1000, K = 30, Lc = 31 11 thẻ có hệ thống thông báo bị Gọi Nfa số lượng thẻ có hệ thống phát thẻ bị Mặt khác, phát sai xảy thẻ thực tế bị lại xác nhận có hệ thống Gọi Nfd số lượng thẻ bị thực tế phát có hệ thống 0.2 DD QDD DD QDD 0.8 False detection rate False alarm rate 0.16 0.12 0.08 0.04 -10 0.6 0.4 0.2 -5 -10 10 SNR (dB) -5 10 SNR (dB) (a) Tỉ lệ cảnh báo sai (b) tỉ lệ phát sai Hình 2.8: Tỉ lệ cảnh báo sai tỉ lệ phát sai SNR giao thức phát thẻ sử dụng DD QDD, cho trước N =1000, K = 15, f = 512, L = 4, Threshold = 0.3 Tỉ lệ cảnh báo sai phát sai trình bày theo giá trị khác SNR Hình 2.8(a) Hình 2.8(b) 2.5 Kết luận chương Chương nghiên cứu hiệu suất hệ thống lai ghép ALOHA/CDMA RFID sử dụng QDD DD Cấu trúc đầu đọc hiệu suất hệ thống sử dụng QDD DD nghiên cứu lại bối cảnh RFID Hiệu suất hệ thống phân tích kịch thực tế với diện xung đột mã lỗi phát Các mơ máy tính thực hiện, cho thấy kết phân tích tốn học mơ hiệu suất hệ thống hoàn toàn trùng lặp với Bên cạnh đó, kết mơ cho thấy giao thức nhận dạng phát thẻ sử dụng QDD tốt so với sử dụng DD kênh có nhiễu Đóng góp đăng Tạp chí REV Journal on Electronics and Communication, 2019 12 Chương THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG TÁN XẠ NGƯỢC ĐƯỢC TĂNG CƯỜNG BỞI KỸ THUẬT ĐA TRUY NHẬP KHÔNG TRỰC GIAO 3.1 Giới thiệu chung Hệ thống truyền thông tán xạ ngược (BackCom) bao gồm hai thành phần đầu đọc thiết bị tán xạ ngược (Backscatter Node - BN) Mơ hình đơn giản hệ thống BackCom hệ thống RFID Trong đó, đầu đọc đảm nhiệm vai trò cung cấp nguồn lượng điện từ ổn định cho hoạt động BN (hay thẻ RFID) Bên cạnh đó, đầu đọc thu nhận thơng tin truyền từ BN Các BN thiết bị không sử dụng pin hay nguồn lượng tích cực khác mà tái sử dụng lượng sóng điện từ truyền tới từ đầu đọc Trong trình giao tiếp, BN điều chỉnh trở kháng anten giao tiếp với đầu đọc cách phản xạ lại tín hiệu truyền từ đầu đọc thơng qua hệ số phản xạ Một phần công suất tín hiệu truyền từ đầu đọc thu lại để cung cấp lượng cho mạch BN Phần công suất tín hiệu cịn lại phản xạ trở lại đầu đọc nhờ hệ số phản xạ Chính vậy, hệ thống BackCom truyền thơng tin sử dụng sóng vơ tuyến từ thiết bị phát mà không yêu cầu nguồn cung cấp lượng chuyên dụng (như pin hay nguồn lượng tích cực) cho BN Các tính tiết kiệm lượng làm cho hệ thống BackCom trở thành ứng viên tiềm cho ứng dụng IoT mạng không dây tương lai Để khai thác lợi ích công nghệ nêu trên, kết hợp kỹ thuật đa truy nhập không trực giao NOMA BackCom gần thu hút quan tâm nghiên cứu nhà khoa học toàn giới Các hệ thống BackCom hỗ trợ NOMA làm gia tăng tốc độ truyền dẫn, nâng cao hiệu sử dụng phổ tần tiết kiệm lượng 3.2 Mô hình hệ thống phương pháp tiếp cận 3.2.1 Mơ tả hệ thống Hình 3.1 mơ tả hệ thống xem xét bao gồm đầu đọc B thiết bị tán xạ ngược (BN) Đầu đọc thu thập liệu từ BN sử dụng chế tán xạ ngược (backscattering) Ban đầu, đầu đọc gửi truy vấn đến BN Khi nhận truy vấn, BN gửi phản hồi tới đầu đọc mini-timeslot (như Hình 3.1 (b) 13 r RI Ts B Ts B Mini-slot for Mini-slot for single-node b G1 G2 GM ξ2 RO ξ1 Time-slot duration of Ts a b -node NOMA group (a) xi ( t ) y (t ) (b) G1 G2 Antenna BN i Sensor & Controller Apply SIC ξ1 ξM BN j x j (t ) (c) Reader Backscatter Node Incident RF signal Backscatter signal Hình 3.1: Minh họa (a) mơ hình hệ thống, (b) cấu trúc timeslot (c) hệ thống BackCom hỗ trợ NOMA M = 3.2.2 Cách tiếp cận thông thường Như giới thiệu Phần Giới thiệu chung, khung thiết kế tác giả Guo (2018) tồn ba nhược điểm lớn Một là, thiết bị tán xạ BN chọn ngẫu nhiên để tạo thành nhóm ghép NOMA, điều làm tăng xác suất lỗi giải mã tín hiệu khiếm khuyết kênh vô tuyến Hai là, thiết bị tán xạ BN thuộc phân vùng gán cố định hệ số phản xạ cơng suất Kết làm giảm hiệu suất hệ thống BackCom trước thay đổi kênh vô tuyến theo thời gian (time-varying channel Ba là, khung thiết kế sử dụng cho hệ thống BackCom tĩnh Tuy nhiên, hệ thống thực tế, thiết bị tán xạ BN thường xuyên xuất khỏi vùng phủ sóng đầu đọc 3.3 Đề xuất hệ thống BackCom hỗ trợ NOMA 3.3.1 NOMA-Enhanced BackCom: Hệ thống tĩnh Lược đồ ghép nối hai node (Two-Node Pairing - TNP) Lược đồ TNP nhằm khắc phục nhược điểm phương pháp ghép nối thiết bị tán xạ thông thường Guo đề xuất Cụ thể là, thay chọn ngẫu nhiên BN từ vùng khác để ghép nhóm NOMA, TNP thực ghép nhóm NOMA dựa khả giải mã thành cơng tín hiệu từ nhóm ghép TNP có khả dự đoán ngăn chặn việc truyền hay giải mã khơng thành cơng từ nhóm NOMA Lược đồ hệ số phản xạ cơng suất thích ứng (Adaptive Power Reflection Coefficient - APRC) 14 lược đồ APRC nhằm giải nhược điểm thứ hai phương pháp ghép nối thiết bị tán xạ thông thường Guo đề xuất Cụ thể là, thay sử dụng hệ số phản xạ công suất cố định hay ξ = số, đầu đọc điều chỉnh hệ số phản xạ công suất ξ thiết bị tán xạ tùy thuộc vào điều kiện kênh truyền đầu đọc thiết bị tán xạ 3.3.2 NOMA-Enhanced BackCom: Hệ thống động Lược đồ ghép nhóm kích thước động (Dynamic-sized Pairing - DSP) Lược đồ ghép nhóm kích thước động nhằm mục đích khắc phục nhược điểm thứ ba phương pháp ghép nối thiết bị tán xạ thông thường Guo đề xuất DPS thực để tăng số lượng nhóm ghép NOMA truyền thành cơng hệ thống BackCom động Để thực mục tiêu này, DSP không phân chia thiết bị tán xạ vào phân vùng khác Về quy mơ nhóm ghép NOMA với số lượng thiết bị tán xạ không thiết phải M Hơn nữa, việc lựa chọn thiết bị tán xạ cho nhóm NOMA khơng phải ngẫu nhiên mà thực tương tự lược đồ TNP Lược đồ ghép nối APRC/DSP Các hệ số phản xạ công suất thiết bị tán xạ DSP giá trị không đổi Để nâng cao hiệu suất hệ thống BackCom động hỗ trợ NOMA, lược đồ lai APRC/DSP thực sở kết hợp lược đồ APRC DSP 3.4 Kết mô thảo luận 3.4.1 Số lượng thiết bị tán xạ ghép nối thành công Đầu tiên, Hình 3.2 (a), số lượng thiết bị tán xạ truyền thành cơng chuẩn hóa lược đồ ghép nối TNP APRC trình bày theo giá trị khác γth Các kết mô cho thấy rằng, lược đồ TNP APRC vượt trội so với lược đồ thông thường (conventional scheme Guo đề xuất) Lý TNP APRC tăng khả giải mã thành cơng nhóm NOMA cách ghép nối thiết bị tán xạ lựa chọn (TNP), lựa chọn ngẫu nhiên Hơn nữa, APRC điều chỉnh hệ số phản xạ công suất tùy thuộc vào điều kiện kênh truyền Hình 3.2 (b) minh họa kết phân tích lý thuyết mơ số lượng thiết bị tán xạ truyền thành cơng chuẩn hóa theo giá trị khác γth Kết phân tích lý thuyết mơ khẳng định tính đắn mơ hình mà NCS đề xuất Bên cạnh đó, kích thước nhóm NOMA tăng lên, số lượng thiết bị tán xạ truyền thành công chuẩn hóa giảm mơ tả Hình 3.2 (c) Lý kích thước nhóm NOMA lớn làm giảm khả giải mã thành công hệ thống NOMA Cuối cùng, Hình 3.2 (d), NCS nghiên cứu hiệu suất hệ thống BackCom tăng cường NOMA động lược đồ DSP Kết mô 15 Normalized number of successful BNs Normalized number of successful BNs 0.8 0.6 0.4 Proposed TNS Scheme Proposed APRC Scheme Conventional Scheme 0.2 0.8 0.6 P Tx = 27 dBm P Tx = 25 dBm P Tx = 23 dBm 0.4 P Tx = 21 dBm Simulation 0.2 10 12 14 16 Channel threshold, γ th (dB) 18 20 (a) 20 (b) M M M M 0.8 Normalized number of successful BNs Normalized number of successful BNs 10 12 14 16 18 Channel threshold, γ th (dB) =5 =4 =3 =2 0.6 0.4 0.2 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 P Tx = 27 dBm 0.4 P Tx = 25 dBm 0.3 P Tx = 23 dBm P Tx = 21 dBm 0.2 10 12 14 16 Channel threshold, γ th (dB) 18 20 (c) 10 12 14 16 18 Channel threshold, γ th (dB) 20 (d) Hình 3.2: Số lượng thiết bị tán xạ truyền thành công chuẩn hóa cho thấy để số lượng thiết bị tán xạ truyền thành cơng chuẩn hóa u cầu mức công suất truyền cao 3.4.2 Số lượng bit truyền thành cơng trung bình Trong Hình 3.3, NCS đánh giá hiệu suất hệ thống BackCom tăng cường NOMA động số bit truyền thành công trung bình Với kích thước nhóm NOMA M = Hình 3.3(a) minh họa hiệu suất hệ thống với PT x = 25 dBm theo giá trị khác γth Kết mô cho thấy, lược đồ APRC/DSP đạt hiệu suất tốt lược đồ DSP với giá trị khác γth Lý APRC/DSP không tận dụng ưu điểm DSP mà cịn điều chỉnh hệ số phản xạ công suất dựa theo APRC để tăng khả giải mã thành cơng nhóm ghép NOMA Các kết quan sát tương tự minh họa Hình 3.3(b), γth = 10 dB 16 (a) (b) Hình 3.3: So sánh hiệu suất lược đồ DSP APRC/DSP hệ thống BackCom tăng cường NOMA 3.5 Kết luận chương Chương đề xuất khung thiết kế cho hệ thống truyền thông tán xạ ngược BackCom tĩnh động tăng cường NOMA Các lược đồ ghép nối thiết bị tán xạ lần đề xuất nhằm nâng cao hiệu suất cho hệ thống BackCom Đối với hệ thống BackCom tĩnh, lược đồ TNP APRC đề xuất Lược đồ TNP dự đoán ngăn việc truyền khơng thành cơng từ nhóm ghép NOMA, đó, APRC điều chỉnh hệ số phản xạ công suất thiết bị tán xạ dựa thay đổi kênh truyền Do đó, khả giải mã thành cơng nhóm ghép NOMA tăng lên Đối với hệ thống BackCom động, lược đồ ghép ghép nhóm kích thước động DSP lược đồ lai ghép APRC/DSP đề xuất Các lược đồ cải thiện hiệu suất số lượng bit giải mã thành cơng số lượng nhóm ghép NOMA truyền thành công Các kết mô hỗ trợ việc lựa chọn tham số hệ thống xác nhận tính hiệu lược đồ đề xuất NCS so với lược đồ thông thường Ngồi ra, thơng qua kết thu được, NCS đưa khuyến cáo quy mơ nhóm ghép NOMA sử dụng lược đồ TNP APRC Bên cạnh đó, NCS lược đồ APRC/DSP trì hiệu suất tốt lược đồ DSP hệ thống BackCom tăng cường NOMA động Kết đóng góp cơng bố tạp chí IEEE Access, 2023 (ISI) 17 Chương THIẾT KẾ GIAO THỨC PHÁT HIỆN SỰ KIỆN THẺ MẤT THẺ TRONG CÁC HỆ THỐNG RFID KHI XEM XÉT ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THẺ KHÔNG MONG MUỐN VÀ LỖI PHÁT HIỆN 4.1 Giới thiệu chung Trong ứng dụng thương mại dựa RFID, phát kịp thời xác sản phẩm, hàng hóa (được gắn với thẻ RFID) bị cắp thời gian thực nhiệm vụ cho mục đích quản lý chống trộm Trong nghiên cứu gần đây, vấn đề thẻ thu hút quan tâm nghiên cứu nhà khoa học toàn giới Các cơng trình nghiên cứu đề xuất giao thức/thuật toán khác để giải vấn đề Tuy nhiên, hầu hết cơng trình nghiên cứu nhà khoa học giả định việc triển khai hệ thống hồn hảo, hệ thống bao gồm thẻ dự kiến (expected tag - thẻ mà đầu đọc biết ID) Giả định rõ ràng khơng thực tế hệ thống thực luôn tồn thẻ không mong muốn (unexpected tag/unknown tag - thẻ mà đầu đọc ID) Trong trường hợp vậy, thẻ không mong muốn gửi phản hồi đầu đọc có truy vấn Điều dẫn đến xung đột tín hiệu nghiêm trọng khe thời gian mà thẻ (expected tag, unexpected tag) gửi phản hồi Hơn nữa, đầu đọc quan sát sai trạng thái khe thời gian xảy xung đột Trong trường hợp này, giao thức trước đưa cảnh báo sai phát kiện thẻ Để đối phó với thẻ khơng mong muốn, giao thức với tên gọi RUN đề xuất Tuy nhiên, RUN hoàn toàn bỏ qua gọi lỗi phát hay detection error Hiện tượng phổ biến dẫn đến quan sát sai phản hồi thẻ timeslot Do đó, slot coi trống (empty) hay khơng có thẻ phản hồi số thẻ phản hồi đầu đọc timeslot Do đó, giao thức phát kiện thẻ thơng thường RUN thường xun đưa cảnh báo sai kiện thẻ 4.2 Mơ tả hệ thống 4.2.1 Mơ hình hệ thống Hệ thống RFID xem xét mơ tả Hình 4.1 bao gồm đầu đọc, tập hợp expected tag unexpected tag Gọi tập thẻ expected tag unexpected tag E U Đầu đọc có nhiệm vụ giám sát thẻ thuộc tập expected tag Đầu đọc số lượng thẻ thuộc tập unexpected tag ID 18 Missing tag Unexpected tag Expected tag Reader Hình 4.1: Hệ thống RFID thẻ unexpected tag Giả sử rằng, có m thẻ số thẻ |E| cho bị khỏi hệ thống, | · | số lượng tập hợp ⩽ m ⩽ |E| Nhiệm vụ nghiên cứu thiết kế giao thức/thuật tốn hiệu nhanh chóng phát kiện thẻ với độ tin cậy thỏa mãn ≥ α, (0 ≤ α < 1) m thỏa mãn lớn ngưỡng thẻ cho trước, ký hiệu T 4.3 Các giao thức phát kiện thẻ đề xuất Luận án đề xuất hai giao thức với tên gọi mRUN1 mRUN2, dựa việc cải tiến giao thức RUN Trong nghiên cứu này, giao thức đề xuất không xem xét ảnh hưởng thẻ unexpected tag mà xem xét ảnh hưởng tượng lỗi phát (detection error) Hai giao thức giả định sử dụng đếm triển khai đầu đọc thẻ để giảm thiểu ảnh hưởng tượng detection error 4.3.1 Mô tả giao thức Mục đích sử dụng đếm đầu đọc hay thẻ nhằm giảm thiểu ảnh hưởng lỗi phát đến hiệu suất phát kiện thẻ Để phát kiện thẻ, giao thức đề xuất sử dụng giao thức FSA cho giao tiếp đầu đọc thẻ Do biết trước thông tin ID thẻ expected tag nên đầu đọc hồn tồn biết trước vị trí mà thẻ lựa chọn timeslot để gửi phản hồi Do đó, đầu đọc biết timeslot empty (khơng có thẻ phản hồi), non-empty (có thẻ phản hồi) Khi thực duyệt frame, việc sử dụng đếm, timeslot mà dự kiến non-empty quan sát thực tế empty đếm tương ứng tăng giá trị thêm Nếu đếm đạt đến giá trị ngưỡng đếm mà xác định trước (ký hiệu Cth ) mRUN1 mRUN2 dừng trình truy vấn đưa kết luận kiện thẻ hệ thống Ngoài ra, để nâng cao hiệu suất phát kiện thẻ hệ thống, giao thức đề xuất thực ước lượng số lượng thẻ unexpected tag |U| (do trước số lượng), tính tốn số lượng timeslot fi+1 số lượng frame cần thực thi ni+1 trước vòng đọc Giao thức mRUN1 sử dụng |E| đếm expected tag, ký hiệu đếm 19 thẻ C11 , · · · , C1|E| Giả sử frame thứ i-th, kiện thẻ phát số timeslot đếm tất thẻ expected tag liên quan đến timeslot tăng thêm Sau đó, đầu đọc tiếp tục truyền tin với thông tin frame size random seed ⟨f, R⟩ cho vòng đọc Trong trường hợp không phát thẻ bị nào, đếm expected tag giữ nguyên đầu đọc tiếp tục trình truyền truy vấn với thông tin frame size random seed ⟨f, R⟩ khác Quá trình truy lặp lại đếm expected tag thỏa mãn giá trị Cth Dựa chế này, kiện thẻ mà thẻ thực bị xảy lần timeslot Hơn nữa, khả mà thẻ expected tag bị hệ thống báo gây lỗi phát (hiện tượng detection error) giảm thiểu đáng kể Giao thức mRUN2 sử dụng đếm đầu đọc, ký hiệu đếm C2 Giả sử, kiện thẻ xảy thực frame slot thứ i-th, đếm đầu đọc tăng thêm đầu đọc dừng trình duyệt timeslot cịn lại sau slot thứ i-th Sau đó, đầu đọc tiếp tục gửi truy vấn với thông tin frame size random seed ⟨f, R⟩ tới thẻ Nếu kiện thẻ phát timeslot C2 tiếp tục tăng thêm trình truy vấn lặp lại C2 đạt đến giá trị Cth Nếu trình gửi lại truy vấn để xác định kiện thẻ slot thứ i-th mà kiện thẻ không phát C2 đặt đồng thời đầu đọc truyền truy vấn với thông tin frame size random seed Điểu lưu ý là, giao thức mRUN2 khác với mRUN1 chỗ mRUN2 xử lý kiện thẻ mà không xác định xác thẻ bị mRUN1 4.3.2 Tối ưu hóa tham số Giao thức mRUN1, mRUN2 thực thi cách nhanh chóng phát kiện thẻ hệ thống với độ tin cậy α, (0 ≤ α < 1) số lượng thẻ bị m lớn mức ngưỡng cho trước kiện thẻ, ký hiệu T Do đó, tham số hệ thống cần phải tối ưu hóa để đạt hiệu suất cao Để thực việc này, trước tiên giao thức ước lượng số lượng thẻ không mong muốn |U| n o l X01 i−1 X ln − (1−Pde )(fl −kl ) n o |Ui | = − (4.1) i−1 ln − l=1 fl Dựa giá trị ước lượng |U|, giá trị tối ưu fi ni xác định sau f≥ 1− 1− (1−α) nT 1−Pde 20 |U|+|1E|−m (4.2) Tổng số timeslot S sử dụng để phát kiện thẻ n S= 1− 1− (1−α) nT 1−Pde (4.3) |U|+|1E|−m Để tìm giá trị tối ưu số lượng frame cần sử dụng n, thực đạo hàm S theo n, cuối sử dụng phương pháp tìm kiếm Newton-Raphson để xác định giá trị tối ưu n 4.3.3 Thời gian phát kiện thẻ dự kiến Gọi số lượng timeslot dự kiến cần dùng để phát kiện thẻ giao thức mRUN1 mRUN2 ký hiệu D1 D2 Gọi g xác suất mà kiện thẻ phát timeslot thứ i-th tổng số f timeslot duyệt frame " |E| # m |E|+|U|−m 1 g = Pde − − + 1− 1− (4.4) 1− f f f Do mRUN1 duyệt tất timeslot frame nên D1 tính sau E[D] D1 = + f + (Cth − 1) f, (4.5) f ⌊a⌋ đại diện cho số nguyên lớn nhỏ a Mặt khác, mRUN2 dừng duyệt timeslot cịn lại tính từ vị trí timeslot xảy kiện thẻ thực frame Do đó, D2 tính sau E[D] D2 = E[D] + (Cth − 1) E[D] − f (4.6) f 4.4 Kết mô thảo luận |U| = 1000, |E| = 100, m = T, α = 0.9, Pde = 10 -2, Cth = 3000 3500 mRUN1 Theoretical mRUN1 Simulation mRUN2 Theoretical mRUN2 Simulation 3000 2500 2000 No of slots No of slots 2500 |U| = 1000, |E| = 100, α = 0.9, m = 1, T = 1, Cth = 2000 1500 1500 1000 1000 500 500 10-3 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 mRUN1 Theoretical mRUN1 Simulation mRUN2 Theoretical mRUN2 Simulation 10-2 Detection error probability, Pde No of missing-tags (a) Số lượng missing tags (b) Detection error probability Hình 4.2: Kết lý thuyết mơ số lượng timeslot 21 10-1 Hình 4.2 mơ tả kết mô lý thuyết số lượng timeslot sử dụng giao thức đề xuất biết trước giá trị ngưỡng thẻ Xác suất lỗi phát Pde ngưỡng Cth giả sử 0, 01 Kết mô cho thấy kết lý thuyết hồn tồn phù hợp với kết mơ phỏng, điều khẳng định tính đắn nghiên cứu Ngồi ra, mRUN1 sử dụng nhiều timeslot để phát kiện thẻ so với mRUN2 Điều mRUN2 xử lý kiện thẻ mRUN1 cần xác định xác thẻ bị 4.4.1 Xác suất báo báo sai kiện thẻ Hiệu suất hai giao thức đề xuất cịn đánh giá thơng qua xác suất báo sai xác suất báo kiện thẻ Lần lượt ký hiệu hai giá trị xác suất ta lần Pfa Pta Cụ thể là, số Nm lần phát kiện thẻ, Nm fa lần lỗi phát (ảnh hưởng thẻ thực bị mất, Nm ta + N fa Theo đó, P P tương ứng có tượng detection error gây ra) Ở đây, Nm = Nm ta fa m ta Nmfa Nm thể tính Pfa = Nm Pta = Nm Probabilities 0.8 0.6 |U| = 1000; |E| = 100; m = 1; T = 1; α = 0.9 mRUN2 FA, Cth = mRUN1 TA, Cth = mRUN1 FA, Cth = mRUN1 TA, Cth = 0.4 mRUN1 FA, Cth = 0.6 0.2 0.4 Detection error probability, P 10-3 10-1 mRUN2 TA, Cth = mRUN2 FA, Cth = 0.2 10-2 mRUN2 TA, Cth = mRUN2 FA, Cth = mRUN1 TA, Cth = 10-3 |U| = 1000; |E| = 100; m = 1; T = 1; α = 0.9 0.8 mRUN1 FA, Cth = Probabilities mRUN2 TA, Cth = 10-2 Detection error probability, P de (a) mRUN1 10-1 de (b) mRUN2 Hình 4.3: Xác suất báo xác suất báo sai kiện thẻ Kết mô xác suất báo đúng, báo sai kiện thẻ mô tả Hình 4.3 (a) 4.3 (b) Các giao thức đề xuất dễ dàng đạt hiệu suất hoàn hảo với khả phát kiện thẻ gần 100% với giá trị Cth (Cth ≤ 2) không lớn Tuy nhiên, Pde tăng lên, khả quan sát sai trạng thái timeslot tăng lên Do đó, số lần báo sai kiện thẻ tăng lên 4.4.2 So sánh hiệu suất với giao thức thông thường NCS thực so sánh hiệu suất giao thức RUN1 mRUN2 với hiệu suất giao thức RUN BMTD Như kết Hình 4.4 (a) trình bày số lượng timeslot sử dụng để phát kiện thẻ Kết mô cho thấy mRUN1 mRUN2 sử dụng nhiều timeslot để phát kiện thẻ so với RUN BMTD Tuy nhiên, số lượng thẻ bị tăng lên số lượng 22 |U| = 1000, |E| = 100, α = 0.9, P 3000 de = 10 -2, C |U| = 1000; |E| = 100; m = 1; T = 1; α = 0.9; C =2 RUN BMTD mRUN1 mRUN2 2000 th =2 0.8 Probabilities 2500 No of slots th 1500 0.6 0.4 1000 RUN FA BMTD FA mRUN1 FA mRUN2 FA BMTD TA RUN TA mRUN1 TA mRUN2 TA 0.2 500 10-3 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 10-2 10-1 Detection error probability, Pde No of missing-tags (a) Số lượng timeslot (b) Xác suất False-alarm (FA) True-alarm (TA) Hình 4.4: So sánh hiệu giao thức timeslot cần dùng giảm đáng kể Ngoài ra, xác suất báo xác suất báo sai kiện thẻ giao thức so sánh với Hình 4.4 (b) Kết mô cho thấy Pde nhỏ (10−3 ) RUN rõ ràng không đáng tin cậy (Pta ≈ 70%) Trong đó, giao thức đề xuất đạt gần 100% Điều lỗi phát (detection error) tính đến giao thức đề xuất tượng hồn tồn khơng xem xét RUN BMTD 4.5 Kết luận chương Chương nghiên cứu vấn đề phát kiện thẻ hệ thống RFID xem xét ảnh hưởng thẻ unexpected tag lỗi phát (detection error) Hai giao thức mRUN1 mRUN2 đề xuất cách sử dụng nhiều vòng đọc dựa Aloha đếm giả sử triển khai đầu đọc thẻ Trong mRUN2 xử lý kiện thẻ mRUN1 cịn xác định xác thẻ bị Các kết mơ cho thấy tính hơp lý khoa học phân tích, đánh giá Hiệu suất giao thức đề xuất so sánh với giao thức RUN BMTD Kết so sánh cho thấy sử dụng nhiều timeslot so với RUN BMTD, mRUN1, mRUN2 cho kết gần giống với RUN BMTD xác suất lỗi phát số lượng thẻ bị thiếu tiếp tục tăng lên Hơn nữa, giao thức đề xuất thể hiệu suất tốt đưa cảnh báo sai thấp cảnh báo cao nhiều so với RUN BMTD Các kết chứng minh tính hiệu độ tin cậy giao thức đề xuất Kết đóng góp cơng bố tạp chí Wireless Communications and Mobile Computing, 2019 (ISI) 23 KẾT LUẬN Mục tiêu luận án đưa khung thiết kế để nâng cao hiệu giao thức truyền thông hệ thống RFID, cách xem xét hai vấn đề quan trọng (i) chống xung đột thẻ (ii) giám sát thẻ bị Những đóng góp quan trọng tóm tắt sau: Chương đề xuất hệ thống RFID lai ghép ALOHA/CDMA sử dụng tách sóng giả tương quan (QDD) Cả kết phân tích lý thuyết mô hệ thống đề xuất đánh giá xem xét vấn đề xung đột mã lỗi phát Kết mơ cho thấy tính hợp lý xác nghiên cứu phân tích lý thuyết mơ Ngồi ra, kết cho thấy hiệu suất hệ thống RFID lai ghép ALOHA/CDMA sử dụng QDD tốt so với DD Bên cạnh đó, hệ thống RFID sử dụng với QDD đạt hiệu suất tốt so với DD đánh giá thông qua hiệu suất phát kiện thẻ Chương đề xuất khung thiết kế cho hệ thống truyền thông tán xạ ngược BackCom tĩnh động tăng cường NOMA Đối với hệ thống BackCom tĩnh, lược đồ ghép nối hai thiết bị tán xạ/thẻ RFID (Two-Node Pairing - TNP) lược đồ điều chỉnh hệ số phản xạ công suất (Adaptive Power Reflection Coefficient - APRC) đề xuất Lược đồ TNP dự đoán ngăn việc truyền khơng thành cơng từ nhóm ghép NOMA, đó, APRC điều chỉnh hệ số phản xạ công suất thiết bị tán xạ/thẻ RFID dựa thay đổi kênh truyền Do đó, khả giải mã thành cơng nhóm ghép NOMA tăng lên Đối với hệ thống BackCom động, lược đồ ghép nối kích thước nhóm ghép động (Dynamic-Size Pairing - DSP) lược đồ lai ghép APRC/DSP đề xuất Các lược đồ cải thiện hiệu suất số lượng bit giải mã thành công số lượng nhóm ghép NOMA truyền thành cơng Ngồi ra, chương đạt kết phân tích lý thuyết cho lược đồ ghép nối TNP thực mơ Monte-Carlo để xác thực phân tích lý thuyết Nhìn chung, khung thiết kế tồn diện đóng góp đáng kể cho hệ thống BackCom tăng cường NOMA Chương đề xuất hai giao thức phát kiện thẻ mRUN1 mRUN2 dựa việc cải tiến giao thức giám sát thẻ bị xem xét có mặt thẻ khơng mong muốn tượng lỗi phát (detection error) Cụ thể, giao thức đề xuất sử dụng đếm theo dõi triển khai đầu đọc thẻ để giảm thiểu ảnh hưởng tượng detection error Hiệu suất hai giao thức đề xuất đánh giá thông qua phân tích lý thuyết mơ để chứng minh tính ưu việt chúng so với giao thức thông thường 24 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN A Các cơng trình liên quan trực tiếp tới luận án: Chuyen T Nguyen, Tuyen T Hoang, Linh T Hoang, and Vu X Phan (2019), Efficient missing-tag event detection protocols to cope with unexpected tags and detection error in RFID systems, Wireless Communications and Mobile Computing, DOI: 10.1155/2019/6218671, (ISI), 2019 Tuyen T Hoang, Hieu V Dao, Vu X Phan, and Chuyen T Nguyen (2019), Performance Analysis of Hybrid ALOHA/CDMA RFID Systems with Quasi-decorrelating Detector in Noisy Channels, REV Journal on Electronics and Communications, Vol 9, No 1–2, January–June, 2019 Tuyen T Hoang, Hoang D Le, Luu X Nguyen, and Chuyen T Nguyen (2023), On the Design of NOMA-Enhanced Backscatter Communication Systems, IEEE Access, DOI: 10.1109/ACCESS.2023.3272892, (ISI), May 2023 B Các cơng trình liên quan tới luận án: Chuyen T Nguyen, Tuyen T Hoang, and Vu X Phan (2017), A simple method for anonymous tag cardinality estimation in RFID systems with false detection, In 2017 4th NAFOSTED Conference on Information and Computer Science (NICS), IEEE, Vietnam, ISBN 978-1-4673-8013-3, pp.101-104, 2017