第 2 章 相關研究
2.2 RFID 被動式標籤防碰撞相關演算法
2.2.5 強化混合電子標籤防碰撞演算法(H 2 QT)
A X
X
B C
D E
Tag A：001010 Tag B：001101 Tag C：001110 Tag D：100111 Tag E：110100
X
Success Collision Idle
Removed idle X
00 01 10 11
0010 0011
001101 001110
001010
001101 001110
101111 110100
圖 2.19 混合查詢樹協定實例
表 2.3 混合查詢樹協定實例完整流程
步驟 查詢字串 查詢結果 成功辨識 查詢佇列
1 empty collision
00,01,10,11
2 00 collision
01,10,11,0010,0011
3 01 idle
10,11,0010,0011
4 10 success Tag_D 11,0010,0011 5 11 success Tag_E 0010,0011 6 0010 success Tag_A 0011
7 0011 collision
001101,001110 8 001101 success Tag_B 001110
9 001110 success Tag_C null
在使用相同的5個電子標籤樣本的狀況下分別執行四元查詢樹演算法及混合查詢 樹協定，可得到四元查詢樹演算法則是12次查詢、2次碰撞及5次閒置；混合查詢樹協 定則是9次查詢、3次碰撞及1次閒置，閒置次數確實已被大大地減少了，連帶的好處 是減少了無效的查詢，查詢次數由12次降為9次。
閒置問題，一個不同於混合查詢樹協定的技術被提出，這便是強化混合電子標籤防碰 撞演算法(Hybrid Hyper Tag Anti-Collision Algorithm, QT)。所使用的方法為當電子 標籤回覆讀取器時，是回覆電子標籤的UID，而延遲回覆的單個時槽長度正是UID的 長度。因此當某時槽內剛好只有一個電子標籤回覆完整的UID時，就可以成功辨識。
跟混合查詢樹協定比較不同處為強化混合電子標籤防碰撞演算法( QT)是使用前綴 字串後接續的3位元來決定於那一個時槽回覆讀取器，而混合查詢樹協定(HQT)則是 使用前綴字串後接續的2位元來決定於那一個時槽回覆讀取器如圖2.20所示。
Reader
Tag D
‘100...’
Time slot 1
time
Response time Request‘empty’
Time slot 2 Time slot 3 Time slot 0
Tag F
‘101...’
Tag G
‘110...’
Tag A
‘000...’
Tag C
‘010...’
Tag B
‘001...’
Tag E
‘011...’
Tag H
‘111...’
圖 2.20 強化混合電子標籤防碰撞演算法示意圖
強化混合電子標籤防碰撞演算法決定的方式共4種說明如下：
1.前綴字串後接續的3個位元是’000’時，此3個位元資料共有零個’1’，則電子標
3.前綴字串後接續的3個位元是’011’、’101’及’110’時，這三組3個位元的資料各 自共有二個’1’，則電子標籤將延遲二個時槽時間(2-time slot)於第2時槽回覆讀 取器。
4.前綴字串後接續的3個位元是’111’時，此3個位元資料共有三個’1’，則電子標 籤將延遲三個時槽時間(3-time slot)於第3時槽回讀取器。
如此一來，當某時槽內有碰撞發生時，便依據該時槽所訂的’1’的個數來對當次 查詢的前綴字串的後續3個位元做分析，得出該3個位元的可能組合，然後將這些可能 組合與前綴字串合併為新的查詢字串並放入查詢佇列，接著讀取器進行下一次查詢，
直到查詢佇列為空。
我們以圖2.21開始來實際解說強化混合電子標籤防碰撞演算法的方法，同樣使用 前面所舉的5個電子標籤其UID分別為Tag_A：001010、Tag_B：001101、Tag_C：001110、
Tag_D：100111及Tag_E：110100。首先讀取器發送出空的查詢字串，此時符合查詢 字串的電子標籤的前綴字串接續3個位元共有零個’1’的無標籤符合，所以第零時槽無 電子標籤回覆；接續3個位元共有一個’1’的有Tag_A：001010、Tag_B：001101、Tag_C：
001110及Tag_D：100111，會於第一時槽回覆UID，但因為大於一個電子標籤回覆，
所以發生碰撞，此時這3個位元的碰撞訊號為’x0x’，所以分析出可能組合為’001’
及’100’，然後將’001’及’100’放入查詢佇列；接續3個位元共有二個’1’的有Tag_E：
110100，會於第二時槽回覆UID，因為只有一個電子標籤回覆，所以成功辨識；接續 3個位元共有三個’1’的無標籤符合，所以第三時槽無電子標籤回覆。
Reader
Tag A
‘001010’
Time slot 1
time
Response time Request‘empty’
Time slot 2 Time slot 3 Time slot 0
Tag B
‘001101’
Tag C
‘001110’
Tag D
‘100111’
Tag E
‘110100’
Success Collision
圖 2.21 強化混合電子標籤防碰撞演算法之實例 步驟一
接著如圖2.22，讀取器發送出’001’的查詢字串，此時符合查詢字串的電子標籤的 前綴字串接續3個位元共有零個’1’的無標籤符合，所以第零時槽無電子標籤回覆；接 續3個位元共有一個’1’的有Tag_A：001010，會於第一時槽回覆UID，因為只有一個 電子標籤回覆，所以成功辨識；接續3個位元共有二個’1’的有Tag_B：001101、Tag_C：
001110，會於第二時槽回覆UID，但因為大於一個電子標籤回覆，所以發生碰撞，此 時這3個位元的碰撞訊號為’1xx’，所以分析出可能組合為’101’及’110’，然後與此查詢 回合的前綴字串組合後將’001101’及’001110’放入查詢佇列；接續3個位元共有三個’1’
Reader
Tag A
‘001010’
Time slot 1
time
Response time Request‘001’
Time slot 2 Time slot 3 Time slot 0
Tag B
‘001101’
Tag C
‘001110’
Success Collision
圖 2.22 強化混合電子標籤防碰撞演算法之實例 步驟二
接著如圖2.23，讀取器發送出’100’的查詢字串，此時符合查詢字串的電子標籤的 前綴字串接續3個位元共有零個’1’的無標籤符合，所以第零時槽無電子標籤回覆；接 續3個位元共有一個’1’的無標籤符合，所以第一時槽無電子標籤回覆；接續3個位元 共有二個’1’的無標籤符合，所以第二時槽無電子標籤回覆；接續3個位元共有三個’1’
的有Tag_D：100111，會於第三時槽回覆UID，因為只有一個電子標籤回覆，所以成 功辨識。
Reader Time slot 1
time
Response time Request‘100’
Time slot 2 Time slot 3 Time slot 0
Success Tag D
‘100111’
圖 2.23 強化混合電子標籤防碰撞演算法之實例 步驟三
接著如圖2.24，讀取器發送出’001101’的查詢字串，此時只有Tag_B：001101於 第零時槽回覆，所以成功辨識Tag_B。
Reader Time slot 1
time
Response time Request‘001101’
Time slot 2 Time slot 3 Time slot 0
Success Tag B
‘001101’
圖 2.24 強化混合電子標籤防碰撞演算法之實例 步驟四
接著如圖2.25，讀取器發送出’001110’的查詢字串，此時只有Tag_C：001110於 第零時槽回覆，所以成功辨識Tag_C。
Reader Time slot 1
time
Response time Request‘001101’
Time slot 2 Time slot 3 Time slot 0
Success Tag C
‘001110’
圖 2.25 強化混合電子標籤防碰撞演算法之實例 步驟五
接著查詢佇列裡已無待查詢字串了，這時整個查詢動作結束，同時所有電子標籤 也都被辨識成功了，整個完整的流程如表2.4所示。
表 2.4 強化混合電子標籤防碰撞演算法實例完整流程
步驟 查詢字串 查詢結果 成功辨識 查詢佇列
子標籤防碰撞演算法，可得到混合查詢樹協定是9次查詢、3次碰撞及1次閒置；強化 混合電子標籤防碰撞演算法則是5次查詢及2次碰撞。比較之下，效率確實有提升。
2.2.6 預 先 偵 測 廣 播 電 子 標 籤 防 碰 撞 演 算 法 (Pre-Detection Broadcast Tag Anti-Collision Algorithm, PDBQT)
強化混合電子標籤防碰撞演算法( QT)雖然解決了在混合查詢樹協定(HQT)中 的閒置問題，但是在 QT中，因為每個時槽的回覆長度皆為UID的長度，如果當時 槽內沒有任何電子標籤回覆時，就會造成等待時間的浪費，於是便有了預先偵測廣播 電子標籤防碰撞演算法(Pre-Detection Broadcast Tag Anti-Collision Algorithm, PDBQT) 的提出。預先偵測廣播電子標籤防碰撞演算法(PDBQT)義了兩種不同功能的時槽，為 預先偵測時槽(Pre-Detection Time Slot)與廣播回覆時槽(Broadcast Time Slot)。預先偵 測時槽安排了4個4位元的時槽，讓符合條件的電子標籤選擇時槽以4位元亂數來回覆 藉以偵測電子標籤碰撞、閒置與成功情形；廣播回覆時槽則由讀取器根據預先偵測時 槽的回覆情況，廣播一個4位元的資訊，而電子標籤收到此4位元資訊後，依據這組4 位元資訊來決定回傳自己UID的回覆時槽。實際來說預先偵測廣播電子標籤防碰撞演 算法的運作可分為三個階段如圖2.26所示，以下我們分別說明：
Reader
Tag A 001010 RN 0011
Time slot 1
‘01’
time
Pre-Detection Time Slot Request‘empty’
Time slot 2
‘10’
Time slot 3
‘11’
Time slot 0
‘00’
Tag B 001101 RN 0101
Tag C 001110 RN 0111
Tag D 100111 RN 1101
Tag E 110100 RN 0011
Success Collision
Reader Broadcast
Data
‘0011’
Time slot 4 Broadcast Time Slot Success
Response time
Response UID Response UID
圖 2.26 預先偵測廣播電子標籤防碰撞演算法示意圖
第一個階段是利用預先偵測機制，讀取器先發送出查詢字串，此時電子標籤依據 相符的前綴字串接續的2個位元來決定在預先偵測時槽(Pre-Detection Time Slot)的哪 一個時槽來回覆，決定的方式共4種說明如下：
1. 假如接續的2個位元是’00’，則電子標籤馬上於第零時槽回覆4位元亂數給讀 取器。
2. 假如接續的2個位元是’01’，則電子標籤將延遲1個時槽時間(1-time slot)於第 一時槽回覆4位元亂數給讀取器。
3. 假如接續的2個位元是’10’，則電子標籤將延遲2個時槽時間(2-time slot)於第 二時槽回覆4位元亂數給讀取器。
4. 假如接續的2個位元是’11’，則電子標籤將延遲3個時槽時間(3-time slot)於第
知若有2個電子標籤同時產生一個4位元的亂數，則產生相同亂數的機率是 等於16 分之1的機會，而3個電子標籤產生相同的亂數其機率為 等於256分之1，依次類推，
因此在同一個時槽內，若有2個以上電子標籤同時產生並回覆相同的亂數機率將是非 常低的。而若在預先偵測時槽內偵測到碰撞，則將電子標籤的前綴字串再加上其後接 續的2個位元為新的查詢字串放入查詢佇列裡。
接著第二個階段是讀取器依據在第一階段所得到的資訊後，再利用廣播回覆時槽 (Broadcast Time Slot)進行廣播一組4位元的字串訊號，這組4位元的字串，每個位元分 別對應到預先偵測時槽(Pre-Detection Time Slot)的四個時槽內的狀況，字串的最高位 元對應到第零個時槽，接續字串最高位元後的第1個位元對應到第1個時槽，接續字串 最高位元後的第2個位元對應到第2個時槽，接續字串最高位元後的第3個位元對應到 第3個時槽。這組4位元字串的內容定義為：當字串位元值為’1’時，代表著對應的時 槽內的狀況是只有一個電子標籤的存在；當字串位元值為’0’時，則代表著兩種無法 辨識到電子標籤的情況，其一是對應的時槽中沒有電子標籤存在，其二是對應的時槽 中有兩個以上的電子標籤存在。在廣播的同時，讀取器會依據4位元字串中’1’的數量 來安排回覆時槽的數量給電子標籤回覆UID。
第三個階段則是當參與第一階段的電子標籤收到讀取器送來的4位元訊號後，會 根據這組4位元訊號來決定回傳UID的回覆時槽。此時若有碰撞，則將電子標籤的前 綴字串再加上其後接續的2個位元為新的查詢字串放入查詢佇列裡，接著便重複查詢 回合直到查詢佇列為空。
我們以圖2.27開始來實際解說預先偵測廣播電子標籤防碰撞演算法(PDBQT)的 方法，同樣使用前面所舉的5個電子標籤其UID分別為Tag_A：001010、Tag_B：001101、
Tag_C：001110、Tag_D：100111及Tag_E：110100。首先讀取器發送出空的查詢字 串，此時在第一階段電子標籤依據相符的前綴字串接續的2個位元來決定在預先偵測 時槽(Pre-Detection Time Slot)的哪一個時槽來回覆。第零時槽有Tag_A：001010、Tag_B：
001101及Tag_C：001110回覆4位元亂數，而因為亂數皆不相同，故偵測到碰撞，所
以把’00’列為新的查詢字串放入查詢佇列裡。第一時槽沒有電子標籤回覆。第二時槽 有Tag_D：100111回覆4位元亂數，因只有1組亂數，故沒有偵測到碰撞。第三時槽有 Tag_E：110100回覆4位元亂數，因只有1組亂數，故沒有偵測到碰撞。接著第二階段 讀取器依據在第一階段所得到的資訊後，再利用廣播回覆時槽(Broadcast Time Slot) 進行廣播’0011’的字串訊號。第三個階段電子標籤收到讀取器送來的4位元訊號後，
Tag_D：100111根據對應到廣播字串’0011’最高位元後的第二個位元的’1’，而此’1’在 廣播字串裡是第一個’1’，所以在第一個回覆時槽回覆UID。Tag_E：110100根據對應 到廣播字串’0011’最高位元後的第三個位元的’1’，而此’1’在廣播字串裡是第二個’1’，
所以在第二個回覆時槽回覆UID。
Reader
Tag A 001010 RN 0011
Time slot 1
‘01’
time
Pre-Detection Time Slot Request‘empty’
Time slot 2
‘10’
Time slot 3
‘11’
Time slot 0
‘00’
Tag B 001101 RN 0101
Tag C 001110 RN 0111
Tag D 100111 RN 1101
Tag E 110100 RN 0011
Success Collision
Reader Broadcast
Data
‘0011’
Time slot 4 Broadcast Time Slot Success
Response time
Response UID Response UID
圖 2.27 預先偵測廣播電子標籤防碰撞演算法之實例 步驟一
接著如圖2.28所示，讀取器發送出’00’的查詢字串，此時在第一階段電子標籤依