Một số giao thức chống xung đột đầu đọc đƣợc đƣa ra để giải quyết vấn đề xung đột đầu đọc. Chúng đƣợc chia thành 3 loại: các giao thức TDMA, FDMA và CSMA.
a) Các giao thức TDMA
Ý tƣởng cơ bản của các giao thức chống xung đột dựa trên đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA là để phân chia toàn bộ khung thời gian thành các khoảng thời gian và cho phép một đầu đọc truyền thông điệp chỉ trong khoảng thời gian đƣợc phân bổ. Bằng cách này có thể tránh đƣợc các xung đột xảy ra. Dƣới đây là 2 giao thức chống xung đột đầu đọc đƣợc dựa trên nguyên lý TDMA: thuật toán DCS và Colorwave.
Giao thức DCS
DCS là một giao thức chống xung đột đƣợc đề xuất bởi Waldrop và các cộng sự. Các khe thời gian đƣợc giả định là đƣợc tô màu bằng các màu 0, 1… đến một màu lớn nhất (maxColor) nào đó theo chu kỳ. DCS giải quyết vấn đề xung đột đầu đọc bằng việc đầu tiên là thu đƣợc một đồ thị đầu đọc, ở đó các đầu đọc đƣợc biểu thị nhƣ các nút và 2 nút (đầu đọc) đƣợc định nghĩa là liền kề và có một ranh giới giữa chúng nếu chúng có thể tác động đến nhau. Sau đó, mỗi đầu đọc đƣợc gán một màu, màu đó là đại diện cho sự ấn định trƣớc một khe thời gian cụ thể cho việc truyền tín hiệu. Nếu tất cả các đầu đọc liền kề khác màu nhau thì sẽ không xảy ra sự xung đột.
DCS là một thuật toán đƣợc phân phối cho phép mỗi đầu đọc lựa chọn một cách ngẫu nhiên một màu (khe thời gian) từ một tập các màu {0, 1, …, maxColor}, trong đó maxColor là một tham số đầu vào và có giá trị không đổi. Khi một đầu đọc muốn gửi tin nhắn cho thẻ, nó sẽ chờ cho đến khi khe
Cao Văn Đức – KTVT –K 52
thời gian của màu sắc đƣợc chọn đến lƣợt. Nếu đầu đọc truyền một tin nhắn trong khe thời gian của màu sắc đã đƣợc chọn nhƣng lại phát hiện xung đột, nó sẽ chọn lại màu khác và thông báo đến tất cả các hàng xóm của nó để chúng lựa chọn màu sắc cho phù hợp. Lƣu ý rằng, thuật toán DCS cần phải đồng bộ thời gian của các khe thời gian mà không cần đồng bộ các giá trị màu sắc trong tất cả các đầu đọc của hệ thống.
Giao thức Colorwave
Giao thức Colorwave hay thuật toán lựa chọn màu sắc đƣợc phân bổ khác nhau tối đa VDCS là sự mở rộng của thuật toán DCS. Trong thuật toán Colorwave, một cơ chế đƣợc đề xuất để tối ƣu số lƣợng màu sắc đƣợc yêu cầu để tô màu cho đồ thị đầu đọc. Nếu những màu sắc đƣợc sử dụng giảm thì hiệu quả của việc truyền tín hiệu có thể đƣợc cải thiện.
Khi một đầu đọc tự quan sát nó hoặc đƣợc thông báo bởi các đầu đọc hàng xóm về tỷ lệ truyền tải thành công ở dƣới ngƣỡng maxColor cộng, nó sẽ tăng giá trị maxColor nội bộ của nó và quảng bá giá trị maxColor mới tới các đầu đọc hàng xóm của nó để chúng chọn lại màu để giảm xung đột khi truyền. Ngƣợc lại, một đầu đọc sẽ giảm giá trị maxColor nội bộ của nó để giảm thời gian chờ đợi khi tỷ lệ truyền thành công ở trên ngƣỡng maxColor trừ.
b) Các giao thức FDMA
Các giao thức đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA chia các băng tần có sẵn thành các kênh không chồng lấn lẫn nhau. Đầu đọc có thể sử dụng các kênh khác nhau để truyền thông với các thẻ cùng một lúc. Hai giao thức sử dụng cơ chế FDMA đƣợc giới thiệu dƣới đây để giải quyết vấn đề xung đột đầu đọc là HiQ và EPCglobal Gen 2.
Cao Văn Đức – KTVT –K 52
Giao thức HiQ
HiQ là là một thuật toán phân cấp và học trực tuyến đƣợc dựa trên
TDMA và FDMA để giải quyết vấn đề xung đột đầu đọc. Mục tiêu thiết kế là tối đa số hóa lƣợng các kênh truyền thông đồng thời giữa các đầu đọc và thẻ trong khi tối thiểu hóa các xung đột đầu đọc bằng cách học các mẫu xung đột của các đầu đọc để gán các tần số cho mỗi khe thời gian cho đầu đọc một cách hiệu quả.
Cấu trúc điều khiển phân cấp của HiQ bao gồm các đầu đọc, các máy chủ R và các máy chủ Q đƣợc mô tả nhƣ hình 2.17 dƣới đây.
Hình 2.17. Cấu trúc điều khiển phân lớp của giao thức HiQ.
Đầu đọc RFID ở cấp thấp nhất và mỗi máy chủ R quản lý một số đầu đọc. Khi một reader muốn gửi tin nhắn đến các thẻ trong vùng truy vấn của nó, nó phải yêu cầu nguồn lực, cụ thể là các kênh tần số và các khe thời gian từ R-server của nó. Đầu đọc có thể gửi tin nhắn cùng một kênh tần số cụ thể
Cao Văn Đức – KTVT –K 52
trong một khe thời gian chỉ sau khi kênh và khe thời gian đƣợc cấp bởi chính R-server quản lý nó.
Với kiến trúc phân tán, các reader hàng xóm có thể gửi tin nhắn trong các khe thời gian tƣơng tự hoặc trong kênh tần số tƣơng tự để gây ra xung đột. Trách nhiệm của reader là phát hiện xung đột với các reader láng giềng. Mỗi reader phải báo cáo số lần va chạm, kiểu va chạm và số lần đọc thành công cho R-server quản lý nó. Sau đó, R-server có thể xác định đƣợc đầu đọc nào mà mình quản lý đang bị can thiệp bằng các báo cáo phản hồi và phân bổ lại các nguồn lực tự động để tránh xung đột.
Các nguồn lực mà R-server có thể phân bổ là từ Q-server quản lý nó trong kiến trúc phân cấp. Với sự linh hoạt và khả năng mở rộng, bản thân các Q-server có thể làm việc trong một kiến trúc phân cấp. Nhƣng luôn có một Q- server gốc có khả năng quản lý toàn bộ việc phân bổ của tất cả các kênh tần số và các khe thời gian.
Giao thức EPCglobal Gen 2
Chuẩn UHF thế hệ 2 đƣợc đề xuất bởi EPCglobal sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA để giảm nhiễu đầu đọc. Toàn bộ băng tần đƣợc phân bổ đƣợc chia thành các kênh. Một reader sẽ chỉ sử dụng một kênh tần sẵn có để liên lạc. Tần số sóng mang đƣợc sử dụng bởi các reader và các thẻ là riêng biệt. Đầu đọc sử dụng kỹ thuật trải phổ nhảy tần để tránh nhiễu.Tại châu Âu, một băng thông rộng 200 kHz đƣợc quy định đối với việc phân bổ tần số, các reader đƣợc khuyên nên sử dụng các kênh chẵn, còn các thẻ thì sử dụng các kênh lẻ. Tại Mỹ, một băng thông rộng hơn 500 kHz đƣợc quy định đối với việc phân bổ tần số, tất cả các kênh có sẵn cho các reader truy vấn nhƣng các thẻ có thể tán xạ các tín hiệu tại các ranh giới của các
Cao Văn Đức – KTVT –K 52
kênh này. Giao thức EPCglobal Gen 2 có thể giải quyết vấn đề xung đột đầu đọc vì hầu hết các thẻ chi phí thấp không có khả năng lựa chọn tần số.
c) Các giao thức CSMA
CSMA là cơ chế thƣờng đƣợc sử dụng trong các hệ thống có dây hoặc không dây để tránh đụng độ. Trong cơ chế này, mỗi thiết bị cần kiểm tra xem các kênh truyền thông có rảnh hay không trƣớc khi truyền các bản tin. Nếu các kênh truyền đã bị chiếm, thiết bị sẽ chờ cho đến khi nó rảnh.
ETSI 302 208 là quy định của châu Âu thông qua cơ chế CSMA đƣợc gọi là “LBT” để giải quyết vấn đề xung đột đầu đọc. Nó phân phối băng tần 865-868 MHz cho các ứng dụng RFID và chia băng tần thành 15 kênh, mỗi kênh là 200 kHz. Với năng lƣợng bức xạ hiệu quả tối đa ERP là 2W, chỉ 10 kênh sẵn có để truyền thông và 5 kênh đƣợc định nghĩa nhƣ các băng bảo vệ hoặc đƣợc dành cho các reader năng lƣợng thấp hơn. Các modul thu của reader đầu tiên đƣợc kích hoạt để theo dõi kênh đƣợc chọn trong khoảng thời gian xác định (5ms) trƣớc khi truyền. Nếu nó cảm nhận đƣợc rằng kênh rỗi trong khoảng thời gian xác định, reader có thể gửi bản tin trực tiếp lên đến 4s và sau đó đầu đọc sẽ kích hoạt modul thu để phát hiện nhiễu. Nếu kênh bị chiếm bởi các reader khác, reader sẽ tìm một kênh rỗi khác để truyền bản tin.
Cao Văn Đức – KTVT –K 52