序論

1.1 研究背景

近年來，RFID(Radio Frequency Identification)的技術愈來愈受重視，但是此 技術並非是這幾年才有的新技術。RFID 技術早在第二次世界大戰中(約 1940 年)，就已經被應用。當時此技術主要是用於敵我識別上(分辨敵方飛機和我方飛 機)，在我方飛機上裝載著高耗電量的主動式標籤，當雷達發送一個詢問(Request) 的訊號時，我方飛機上的主動式標籤會適時的回應，並藉由此方式來判斷空中的 飛機是敵方或是我方。然而因為礙於成本與技術上的限制，並未能將其技術應用 於軍事以外的用途上。一直到了1970 年代末期，美國政府方面透過 Los Alamos 科學實驗室把RFID 的技術轉移至民間。然而此技術轉移至民間後，在商業上最 先應用於動物身上。到了1980 年代，美國與歐洲方面有幾家公司開始著手於 RFID 標籤上又研發。直到 1990 年代才開始被應用於供應鏈系統上。此時自動化 廠商也已經開始著手於導入RFID 的系統佈局，例如：西門子、歐姆龍、洛克威 爾等，都已經將RFID 系統與既有的自動化系統作結合。但是直到沃爾瑪

(Wal-Mart)與美國國防部宣佈要在 2005 年開始全面啟用 RFID 系統，此時才真正 開始市場對RFID 技術方面的重視。沃爾瑪並規定旗下的供貨商必需將商品貼上 RFID 電子標籤，將使商品上原先的二元條碼(Bar-code)皆由 RFID 電子標籤來取 代。因為美國國防部和沃爾瑪大力推動，使各家廠商紛紛投入RFID 技術上的研 究以及開發。至於條碼(Bar-code)與無線射頻辨識(RFID)有何差異呢？連零售業 者的龍頭Wal-Mart 也決定將條碼完全由 RFID 來取代之。然而 RFID 到底魅力為 何，使得愈來愈多廠商一直跟進此技術的佈局，二者之間的差異性如表1-1 所示：

表 1-1 Bar-code 和 RFID 的差異 電子標籤均可完成辨識的動作。讀卡機(Reader)在傳輸距離上，也會依據 Reader 頻率上的不同，傳輸距離也會有所不同，如表1-2 所示。

表 1-2 不同 Reader 頻率的傳輸距離 Reader 頻率 135kHz

(LF)

13.56MHz (HF)

860~930MHz (UHF)

2.45GHz (Microwave)

傳輸距離 ≦10cm ≦1m ≦10m ≦10m

大部份應用都使用高頻無線射頻讀卡機為主，主要的優點在於價格便宜(與超高 頻、微波作比較)、技術上也較超高頻(微波)成熟、使用上也較穩定[1]。但缺點 在於傳輸距離過短。所以廠商紛紛把焦點都集中於超高頻無線射頻讀卡機的開發 上，以被動式電子標籤而言最遠傳輸距離可到達至10m，主動式電子標籤傳輸距

離更大於10m 以上。

然而隨著RFID 技術的提昇，因此有許多相關研究開始針對 Multi-tag 環境 下的應用提出了許多的看法以及評估[2][3]。至於在 Multi-tag 環境下所產生的碰 撞效應，也有許多想關研究開始針對傳統碰撞演算法來進行改善[4][5]，透過閒 置和碰撞時槽的減少進而達到Reader 與 tag 之間通訊時間縮短，使得系統能夠更 快速完成多重標籤辨識。接下來將提出問題所在，當 Reader 送出一個請求 (Request)訊號時，Reader 感測範圍內的電子標籤收到 Reader 的請求訊號後，會 送出一個回應(response)訊號給 Reader，再進行資料的傳遞。若 Reader 同時收到 多張電子標籤所送出的回應訊號時，則會有碰撞的情形，Reader 會依據防碰撞 (Anti-collision)機制來完成資料的辨識[6]，但在辨識的過程中，Reader 將隨機選 取Reader 感測範圍內所有電子標籤[7]，直到所有電子標籤完成辨識[8][9][10]。

由上述的情形可知，Reader 系統只具備多重標籤辨識方面上的功能並無法完成分 類的動作。假若系統能同時具備多重標籤顯示並且資訊排序正確的功能，在應用 範圍上想必能更廣泛。例如：在混凝土裝填上，可以透過此系統，區分出裝填車 輛以及待裝填車輛，並依照工程的需求來裝填混凝土多寡。在商品(貨物)管理 上，也可以藉由此系統，指示機器針對於A 類商品、B 類商品、C 類商品該做那 些處理。在停車場管理上，可透過此系統來指示電子柵門需要打開那一扇門，原 本需要在進出口的電子柵門上各設置一台Reader，也只需要一台即可完成進出口 閘門控管[11][12]。

本研究的目的是為了解決多重標籤在分類上的問題，然而造成多重標籤無 法分類的問題在於多重標籤無法正確排序出來所造成的，所以必需透過新的演算 機制來解決多重標籤在排序上的問題，進一步使系統能完成分類的動作。

1.3 研究方法

目前在無線網路環境下，進行定位服務的定位模式有以下四種方法[13]：

1. 收訊角度法(Angle of Arrival , AOA)：

接收端利用方向性天線或天線陣列來決定出傳送端訊號來源的方向，來得 知傳送端訊號可能的方向。

2. 收訊時間法(Time of Arrival, TOA)：

利用傳送端訊號到達接收端時所需的傳播時間，再將傳播時間和傳播速度 作相乘，來得知傳送端位置所在。

3. 收訊時間差法(Time Difference of Arrival, TDOA)：

利用二台接收器，來接收傳送端訊號到達接收端所需的傳播時間，再將二 台接收器分別收到的傳送訊號時間相減後再乘上傳播速度之後，代入雙曲線來求 出此方程式，並得知傳送端的距離。

4. 訊號強度法(Received Signal Strength, RSS)：

利用傳送端所送回訊號強度的強弱，進一步判定傳送端位置所在。

上述四種方法中，以訊號強度法較適合於室內環境(短距離傳輸)，其餘另外三種 方法則是較適合於室外環境(長距離傳輸)。

目前常用的搜尋演算法有以下五種方法：

1. 循序搜尋法(Linear Search) 2. 二元搜尋法(Binary Search) 3. 插補搜尋法(Interpolation Search) 4. 雜湊搜尋法(Hashing Search) 5. 費伯那西搜尋法(Fibonacci Search)

本論文中，採用訊號強度法則配合上搜尋演算法來解決多重標籤分類上的 問題。訊號強度法是完成電子標籤的辨識[14]，搜尋演算法是完成電子標籤的排 序。Reader 與電子標籤因為距離無法太遠，所以當電子標籤收到 Reader 送出的

發射功率，電子標籤回應Reader 因為彼此間距離不遠，所以 Reader 在收到電子 標籤的時間差幾乎是幾毫秒的差距，系統無法處理這麼短的時間差，故不採用 TOA、TDOA 方式來完成。Reader 會隨著位置角度的擺放，所接收到的電子標 籤也會有所不同，因為差異性很大，故不採用AOA 方式來完成。最後採用 RSS 方式來完成。搜尋演算方式採用的是二元搜尋法，此方法在進行搜尋執行時，所 執行的次數遠比循序搜尋法還要少，因此在搜尋方面節省很多的時間，使系統在 執行上能更有效率[15][16][17]。

1.4 論文架構

本論文共分成五章，其大綱如下所示：

第一章：序論。介紹RFID 的背景，並說明研究動機以及目的為何。

第二章：RFID 的基礎理論部份。介紹 RFID 相關的簡介、操作原理、操作 頻率、多重存取方式。

第三章：設計一個新的演算機制。此演算機制中運用到接收訊號強度法結 合搜尋演算法，首先利用訊號強度法則來完成 Reader 感測範圍中所有電子標籤 的數量，並再利用搜尋演算法來進行訊號強度的增減，此演算機制稱之為可調輻 射功率演算法。系統透過此演算機制來完成多重標籤的排序。

第四章：實驗結果與分析。針對系統加入新的演算機制後，並透過環境的 架設而得到的實驗結果，再由實驗結果來証實系統是否能完成多重標籤排序的動 作，進而完成分類的動作，接著分析電子標籤旋轉方向與系統錯誤率關係以及電 子標籤數量與時間上的關係。

第五章：結論。針對實驗環境的架設以及實驗測量的結果做整合性的分析 與討論，並在最後提出此演算法有何需要改進的空間以及未來展望。