二进制防碰撞（精选4篇）
二进制防碰撞 篇1
0 引言
近年来, 随着物联网概念的提出, 相关的理论研究得到迅速发展[1]。RFID作为物联网的一项核心技术, 成为近年来的研究热点。而标签碰撞是制约射频技术发展的一个关键问题。随着阅读器范围内标签数量的增加, 碰撞问题将导致阅读器范围内标签的吞吐率急速下降、识别速度和识别率降低。多标签防碰撞算法使得阅读器能同时识别其范围内的多个标签, 对RFID系统的运行速度和可靠性至关重要, 因此对防碰撞算法的研究是必须的。
目前, 常用的防碰撞算法都是基于时分多路算法[2]。时分多路法又分为基于时隙的ALOHA算法及其改进算法和基于树的二进制防碰撞算法及其改进算法两大类。ALOHA算法属于不确定算法, 优点是系统实现相对简单。缺点是存在无法识别某个或者某些标签的可能[3], 特别是在标签数量很大时算法效率迅速降低。改进的ALOHA算法主要通过对标签进行分流[4]以及估计阅读器范围内标签个数并以此来动态调整帧长[5]来提高标签的识别效率。改进的ALOHA算法的优点是:标签漏读率有所降低, 吞吐率增加, 但是始终没从根本上解决标签漏读的情况。二进制防碰撞算法是一种确定性的算法, 能100%地识别阅读器范围内的所有标签。缺点是系统设计相对复杂。大部分二进制防碰撞算法的文章主要从以下几方面进行改进:1) 减少阅读器的寻呼次数[4,5];2) 减少标签和阅读器每次通信传输的字节数[5,6,7,8,9], 从而减少算法的识别时间。二进制树算法识别率相比ALOHA算法较高。并且适用于有大量标签需要准确读取的情况。
本文提出的改进算法基于二进制树算法。现存的几种比较常用的改进的二进制树算法有如下两种:1) 返回二进制搜索算法[4], 该算法相对于传统二进制树算法的优势在于阅读器成功识别一个标签后返回到父节点, 而不是返回到根节点。从而减少了阅读器的寻呼次数, 但是需要以标签的UID作为搜寻索引, 搜寻时间相比于二进制树算法有所降低, 但是仍存在可以改进的地方;2) 改进的类二进制数算法[5]—跳跃式类二进制数算法[6]做分析, 该算法采用在标签上设置一个计数器来实现不用发送标签UID的方式实现防碰撞, 该算法虽然减少了每次标签发送的数据量, 但却是以阅读器的寻呼次数增加为代价的。
本文提出了一种改进的二进制树算法。改进的算法规定发生碰撞时, 阅读器发送一个Call (m, n) 命令, 使得标签UID从最高碰撞位开始的3bit UID被通过一种计算规则生成1字节的数据返回给阅读器。该数据包含了标签这3bit UID的具体值, 该值具有唯一性 (即标签当前3bit UID不同返回值不同) , 即便碰撞后阅读器依然能正确识别出该值, 并以此为索引寻呼, 这样就减少了阅读器的寻呼次数。随后, 通过仿真与其他改进二进制树算法对比, 证明了改进的算法在搜寻次数以及搜寻时间上相较另外两种改进二进制树算法的优势。
1 几种常用改进的二进制树算法
在二进制算法中, 为了能使阅读器准确识别标签碰撞位的位置, 通常采用Manchester编码。普通的类二进制搜索算法, 例如返回类二进制树算法, 通过标签的计数器来获取标签位的准确信息, 虽然让编码方式更加自由, 但是增加了软硬件的负担, 因此改进算法采用Manchester编码识别碰撞位的准确位置[7]。
根据标签的标准通信协议规定的传输速度为12.5μs/bit, 则算法的识别时间T与搜寻过程中需要传送的比特位呈正比。在信号传输过程中, 为了便于互相区分, 必须在信息的头部和尾部各加上一个“NULL” (占用5个比特位) 。当标签返回信息时, 阅读器需要占用1个bit周期来校验接收到的数据是否存在错误。如果收到的数据没有出现碰撞, 则阅读器还需要2个bit周期的时间记录标签的UID信息。下面对常见的两种改进的二进制防碰撞算法进行分析。
1.1 返回二进制树算法
返回二进制树算法特点是:在进行搜索的过程中阅读器依次记录下标签发生冲突节点即父节点, 直到完成一个标签的识别。然后返回上一级父节点继续识别其他的标签, 而不是像二进制树算法返回到根节点重新进行识别。因此返回二进制树算法主要是通过减少阅读器对标签的搜寻次数来减少阅读器的搜寻时间。
对返回二进制树算法[4], 根据文献[4]可知, 假设阅读器范围内有m个UID长为n bit的标签。
则阅读器的寻呼次数为CDBS=2×m-1。
由于返回二进制树算法的命令只有Rq () 则寻呼时间为:
1.2 跳跃类二进制树算法
使用跳跃类二进制树算法阅读器每次只接收l bit的数据, 阅读器就不需要对所有标签进行同步, 因此编码方式更加自由, 实现起来更加容易。跳跃式二进制防碰撞算法的搜寻时间与阅读器范围的标签个数和标签的位数成正比, 假设阅读器范围内存在n个UID为m bit的标签时此算法的搜寻次数C=0.65×m×n次。寻呼次数太高, 导致算法的识别效率较低。
对跳跃式类二进制树算法[6], 由文献[6]可知, 搜寻时间为:
1.3 返回式类二进制算法
该算法是基于类二进制算法的基础上提出需要标签内部的一个碰撞计数器collion_count[]用于记录碰撞位父节点的位置。将冲突位1的标签的collion_count[]值加1, 并以collion_count[]和标签位数作为寻呼标准, 相对于类二进制算法成功地减少寻呼次数。
由文献[1]可知, 该算法的阅读器寻呼次数为:
寻呼时间为
2 改进的二进制树算法
改进的二进制树算法, 如返回二进制树算法每次都需要传送标签的UID, 因此冗余信息比较多。从而使得算法的搜寻时间比较长。改进的类二进制树算法, 如跳跃式类二进制算法虽然减少了标签与阅读器每次交互需传输的数据量, 但却是以增加阅读器的寻呼次数为代价的。
2.1 改进算法思想简介
改进的防碰撞算法, 都是基于两方面的事实来提高算法的性能, 即一是减少标签和阅读器每次交互所需传输的数据, 二是减少第一次寻呼以后搜寻标签所需寻呼的次数。本算法主要是从不增加每个时隙传输数据的前提下, 减少阅读器对标签的寻呼次数。
本算法根据碰撞后Call (m, n) 命令要求计算的uid位数k (2位、3位或者4位) , 让标签预留2k字节的寄存器buffer[], 用来暂存标签通过计算生成的将要发送给阅读器的数据。本文以n=4为例 (具体原因见2.3节) , 首先对改进算法需要用到的一些命令做简介。命令的具体用法参见2.2节。
Rq (u) —UID前几位与u相同的标签将其剩余部分的UID发送该阅读器。
Call (m, n) —UID前几位与m相同的标签将其n～n+3位UID做运算, 运算方法见标签的程序执行要点, 将运算所得值存入Buffer[]中, 并发送给阅读器。
C语言应用在单片机编程时具有易于移植、维护等优点, 因此在实际应用中, 需要实现二进制防碰撞算法时, 一般都采用C语言编程。所以, 本文采用C语言的伪代码对算法执行过程中的核心程序做简要说明。
为了方便表述本算法, 首先对本文用到的一些C语言运算符以及运算目的做简介。
<< (>>) 表示:按位左移 (右移) , 移位后空余的最低 (高) 位由0补足。
规定:当发生碰撞时标签接收到Call (m, n) 命令时, 需要计算的uid位数为k位 (k=2, 3, 4) , 并且标签需要预留2k字节给寄存器buffer。且根据k取值不同, buffer长度及初值如表1所示。
规定:标签UID高位到低位依次为1—s位, 如图1所示。
运算目的如下:将标签的n～n+2位UID变成“不会碰撞”的值, “不会碰撞”就是在标签发生碰撞时, 阅读器也能正确识别出接收到的数据。标签通过如下计算得到的buffer值, buffer值的二进制表示形式有且仅有一位为1 (其余位都为0) 。
在算法的识别过程中标签需要执行操作的程序要点如下:
如果k=4则buffer初值为0x0001, 当n～n+3位值不同时标签计算得出的buffer值不同, 如表2所示。
在算法的识别过程中当发生碰撞时, 阅读器需要执行的操作的程序要点如下:
所以当发生碰撞时, 标签向阅读器发buffer值, 而不直接发送uid。如果有大于一个标签向阅读器发送其buffer的值, 则阅读器记录下收到的buffer值, 每个碰撞位对应一个Buffer值。将每个碰撞位依次分别置1, 其余位补0, 还原buffer值。下面举例说明这样计算的优势:假设阅读器范围内存在三张标签, 前3位uid分别为:1000, 1100, 1111。那么做运算后, 三个标签分别将buffer值为0x0100, 0x1000, 0x8000发送给阅读器, 曼彻斯特编码解码后阅读器将收到的数据为x00x 000x 0000 0000, 有三个碰撞位第1、4和第8位, 首先将第八位置1其余位补0则可得0000 0001 0000 0000, 同理得到第四位碰撞位对应的buffer值为0001 0000 0000 0000。第一位碰撞位对应的buffer值为1000 0000 0000 0000这样就还原了碰撞前的buffer值。阅读器知道了其范围内标签前4位uid值存在如下3中情况:1000, 1100, 1111, 并以此为索引依次寻呼。
2.2 改进算法流程
本文提出的改进算法的处理流程如图2所示。
为了清楚地介绍本算法, 假设阅读器范围内有10张uid长度为8 bit的标签, 标签uid值如表3所示。
根据图2所示算法流程, 表3所列10张标签的识别过程概述如下:
1) 所有进入阅读器范围内的标签都处于Unselect状态。阅读器发送Active () 命令激活阅读器范围内的所有标签, 使标签处于Ready状态。
2) 阅读器发送Request (all) 命令, 处于Ready状态的标签向阅读器发送其完整的UID, 此时阅读器接收到的数据为xxxx xxxx。
3) 由于接收到数据的最高碰撞在首位, 因此阅读器下发命令Call (, 1) , 所有收到命令的标签1～4 (1+3) 位做计算, 并向阅读器发送标签计算所得值。
4) 阅读器分析收到的数据x00x x0xx 0xx0 0x00, 分析知此时标签前三位UID值有8种情况, 0010 (0000 0000 0000 0100) , 0101 (00000000 0010 0000) , 0110 (0000 0000 0100 0000) , 1000 (0000 0001 00000000) , 1001 (0000 0010 0000 0000) , 1011 (0000 1000 0000 0000) , 1100 (0001 0000 0000 0000) , 1111 (1000 0000 0000 0000) 。阅读器发送Rq (0010) , 此时只有Tag6回复, 无碰撞, 正确识别Tag6。
5) 阅读器发送Rq (0101) , 此时只有Tag9回复, 无碰撞, 正确识别Tag9。
6) 阅读器发送Rq (0110) , 此时只有Tag8回复, 无碰撞, 正确识别Tag8。
7) 阅读器发送Rq (1000) , 此时只有Tag1回复, 无碰撞, 正确识别Tag1。
8) 阅读器发送Rq (1001) , 此时Tag4, Tag7, Tag10响应, 阅读器收到xxxx, 发生碰撞, 表示uid前4位为1001的标签不止一张, 需要继续寻呼标签的接下来的4位uid, 即5～8位uid才能识别本组标签。
9) 阅读器向标签发送Call (1001, 5) 表示:UID前4位为1001的标签将5～8 (5+3) 位做计算, 然后向阅读器发送标签计算所得值。
10) 阅读器分析收到的数据00x0 000x 0000 x000, 分析知此时前四位为1001的标签5～8位值有如下3种情况:0011 (0000 0000 0000 1000) , 1000 (0000 0001 0000 0000) , 1101 (00100000 0000 0000) 。阅读器发送Rq (1001 0011) , 此时只有Tag4回复, 无碰撞, 正确识别Tag4。
11) 阅读器发送Rq (1001 1000) , 此时只有Tag10回复, 无碰撞, 正确识别Tag10。
12) 阅读器发送Rq (1001 1101) , 此时只有Tag7回复, 无碰撞, 正确识别Tag7。
13) 阅读器发送Rq (1011) , 此时只有Tag5回复, 无碰撞, 正确识别Tag5。
14) 返回上一级阅读器发送Rq (1100) , 此时只有Tag2回复, 无碰撞, 正确识别Tag2。
15) 阅读器发送Rq (1111) , 此时只有Tag3回复, 无碰撞, 正确识别Tag3, 阅读器范围内所有标签识别完毕, 本次识别结束。
16) 使用Active () 命令激活标签进入下次识别。
改进算法具体实现标签的识别过程与结果如表4所示。
2.3 仿真结果以及分析
假设阅读器范围内有m个uid长度为n bit的标签。当标签收到Call命令时, 标签每次用k bit做计算, 存到长度为2kbi的buffer中。
由文献[4]可知, 对于返回二进制树算法, 要识别m (m>2) 个标签, 则阅读器需要寻呼次数为2×m-1次, 其中m-1次寻呼后收到的数据发生碰撞, m次寻呼后正确识别标签。
本文提出的算法, 根据每次碰撞时标签最高碰撞位接下来的k bit作为一组运算后, 发送阅读器, 阅读器按k位来寻呼, 而不是像返回二进制树算法以最高碰撞位 (即一位) 做寻呼。因此, 发生碰撞次数概率为返回二进制树算法的1/k, 但是改进的算法当发生碰撞时会产生一次额外的Call命令, 因此改进算法的寻呼次数为:
{根据上式可以得出rk与k成反比, 因此可以得出k越大, 算法在阅读器寻呼次数上优势越大。
下面针对改进算法的寻呼时间与返回二进制树算法的识别时间做推导, 算法的识别时间T与搜寻过程中需要传送的比特位呈正比, 因此此处仅对算法识别过程中传输的总bit位做推导, 而不考虑校验记录uid所需要的时间。假设改进的算法以及返回二进制树算法在一次搜寻过程中需要传输的总比特位分别为bitNBBS和bitBBS。
{根据上式可知bitNBBS与k (k≥2) 成正比因此, 虽然随着k的增加阅读器总寻呼次数减少, 但是需要传输的字节数却在增加。这是由于随着k的增加阅读器每次发送Call命令需要传输的字节数呈指数增加。不仅如此, 随着k的增加标签需要预留的buffer字节数也增加, 同时就增加了标签的硬件负担。给实际应用造成了困难, 因此, k值并不是越大越好。
结合实际考虑:由于标签uid长度普遍为2nbyte=8×2nbi (n≥0) , 如基于14443-A协议的标签uid长度为4 byte。在标签预留可供用户使用的寄存器大于两个字节时, 标签建议k值取4。因为, 当k=4时, 只需要使用标签的2字节的寄存器, 并且运算都是以移位运算为主, 不会给标签造成太大的负担, 同时效率也得到提高。但是, 当k>4时, 标签则要预留2k/8字节的寄存器, 例如k=5时, 则需要预留4字节;k=6时, 则需要预留8字节, 对标签负担就加重了。因此, 本文建议k取值为4。
以阅读器范围内标签个数为m个 (x轴) , 阅读器寻呼次数为y次 (y轴) , 标签长度n=8 bit, k=2, 3, 4反复运行10次求平均值。阅读器搜寻时间标签个数关系如图3所示。
注: (1) 返回二进制树算法; (2) k=2, 时改进算法; (3) k=3时, 改进算法; (4) k=4时, 改进算法
阅读器的搜寻时间直接决定算法的优劣, 从图3可以直观地看出随着标签个数的增加改进算法在识别时间上, 相对于其他两种改进的二进制树算法优势更加明显。由表5改进算法与其它两种二进制树算法搜寻时间比较表可以定量地看出改进算法在搜寻时间上的优势, 例如:在标签个数为250个时改进算法在k=4时相对于返回二进制树算法时间节省率将达到29.86%。
3 结语
本文首先对常用的改进二进制树简介, 然后提出了一种改进的二进制树算法, 该算法在动态二进制树算法的基础上通过阅读器发送命令让标签做计算, 并将计算所得值发送给阅读器, 通过标签返回的值, 阅读器清楚地知道标签的当前k (k=2, 3, 4, 在实际应用中建议取值为4) 位uid值, 从而减少阅读器的寻呼次数, 并最终减少了阅读器的搜寻时间。并通过仿真证明了, 改进算法相比于动态二进制树算法在阅读器寻呼次数上有所减少。相比于动态二进制树算法和跳跃类二进制树算法在阅读器寻呼时间上的优势。特别在标签数越多时算法的优势越明显, 但是本算法需要标签支持一个可供用户使用的一个字节的寄存器Buffer[], 相对来说就增加了标签的硬件负担。因此, 本算法适用于对算法识别速度要求高, 并且标签支持一个可供用户使用的一个字节的寄存器适的情况下的RFID系统下大规模标签的识别。
参考文献
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二进制防碰撞 篇2
塔吊防碰撞措施
通辽铁路检察院与通 辽铁路法院塔吊 防 碰 撞 措 施 编制人： 白莹 职务（称）： 技术负责人 审核人： 张小军 职务（称）： 生产经理 批准人： 杨华 职务（称）： 项目经理
批准部门（章）：通辽市永信建设工程监理有限责任公司 日期：
2017.7.2 通辽铁路检察院、法院
塔吊防碰撞措施
目录
一、工程概况.....................................................2
二、塔吊布置情况.................................................2
三、塔吊的顶升、附着.............................................2
四、塔吊交叉作业概况.............................................2
五、塔吊防碰撞的具体措施.........................................4
六、塔吊交叉作业安全措施.........................................4
七、塔吊指挥人员安全措施.........................................4
八、安全措施.....................................................5
九、塔吊机组安全施工措施.........................................6
十、应急预案.....................................................6
通辽铁路检察院、法院
塔吊防碰撞措施
一、工程概况
该工程建设包括通辽铁路运输检察院与通辽铁路法院2个工程项目，均位于通辽市红光大街以北，结构形式均为框架—剪力墙结构，2个项目的±0.000均为180.800.二、塔吊布置情况
根据现场实际情况，共布置2台塔吊，通辽检察院塔吊采用QTZ80，塔吊臂长为56米，通辽法院塔吊采用QTZ63，塔吊性能详见塔式起重机使用说明书。
2台塔吊位置（详见施工现场平面布置图及塔吊基础定位详图）。
根据本工程塔吊使用实际情况以及建筑物总平面布置，同时考虑到2塔作业协调工作及防碰撞，现将2台塔吊的顶升高度暂定如下：
通辽检察院1#塔吊：目前独立高度为：22.5m 第一次塔吊顶升高度为：32.5m 第一道的附着高度为：四层顶板标高处，板顶标高为+18.170 第二道的附着高度为：八层顶板标高处，板顶标高为+33.770 通辽法院2#塔吊： 目前独立高度为：28m 第一道的附着高度为：六层顶板标高处，板顶标高为+23.80 第二道的附着高度为：八层顶板标高处，板顶标高为+36.30
三、塔吊的顶升、附着
1、塔吊的顶升、附着,各塔锚固高度与吊钩高度关系技术要求详见塔吊使用说明书。具体操作可根据实际施工进度随时进行塔吊的附着。
2、塔吊施工作业时，2台塔吊合理安排安全交差。处于高位塔吊的最低位置的部件与低位塔吊处于高位置部件之间的垂直距离不得小于一个标准节，保证塔吊安全运转。
四、塔吊交叉作业概况
1、塔吊交叉作业：
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塔吊防碰撞措施
塔吊作业时，1#塔吊、2#塔吊之间存在交叉作业。其中2#塔吊大臂旋转半径范围内有高压电线，并已做高压防护措施。
五、塔吊防碰撞的具体措施
1.塔机布置应严格按照《塔机定位方案》、及施工现场平面布置图中塔吊的相应位置布置,必须保证覆盖范围交叉作业的塔机吊臂在垂直方位高差5米的间距,以免吊臂发生碰撞。
2.在相邻塔机吊臂立体交叉作业范围内,应加强塔吊司机与信号工,塔司与塔司,信号工与信号工的交流合作,以便随时了解周围塔机的运行状况,从而避免发生两塔机起重臂、钢丝绳发生碰撞事故。
3．塔机在运转过程中,不准中途改用未经约定的指挥信号种类,在需要更换时,必须是塔机先停止运转,指挥人员与塔吊司机取得联系,并经过双方认可后方能更换。
5．塔吊司机要掌握所操作塔机的各种安全保护装置机构,发生故障时,必须立即排除,不得在安全装置有故障或失灵后进行吊装作业。
6．塔机施工运行前,必须向有关工种及操作人员进行详细的安全技术交底,塔机施工运转中,必须由现场指挥人员进行施工全过程安全监控,每台塔机必须配备两名信号工和足够的对讲机。
7．在两塔机交叉区域作业时,后进入工作区域的塔机让先进入工作区域的塔机。8．塔机停止工作时,吊钩应拉回吊臂根部并升到最高处,吊臂旋转至交叉区域以外,如有特殊原因可将吊臂固定（可制做固定地锚）。
9．两塔机有吊载同时进入交叉区域时,高塔避让低塔。10.运行的塔机避让静止的塔机。
11．两塔同时进入交叉区域时,无吊载的塔机避让有吊载的塔机。
12．塔吊在顶升过程中严禁回转起重臂，并在使用过程中严禁塔吊间及塔吊与建筑物之间发生碰撞。
13．塔吊应由专职人员操作和管理，严禁违章作业和超载使用，机械出现故障或运转不正常时应立即停止使用，并及时予以解决。
14．塔臂前端设置明显标志，塔吊在使用过程中塔与塔之间回转方向必须错开，严格
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塔吊防碰撞措施
控制楼和楼之间的操作高度和作业时间。
15．从施工流水段上考虑两塔作业时间尽量错开，避免在同一时间、同一地点两塔同时使用时发生碰撞。
16．塔吊在起吊过程中尽量使小车回位，当塔吊运转到施工需要地点时，再将材料运到施工地点时。
17．塔吊达到起升高度之前，1、2号塔吊应相差两节塔身的高度。
18．塔吊同时作业必须照顾相邻塔吊作业情况，其吊运方向、塔臂转动位置、起吊高度、塔臂作业半径内的交叉作业，并由专业信号工设立限位哨，以控制塔臂的转动位置及角度，同时控制器具的水平吊运。
19．禁止相邻塔吊同时向同一方向吊运作业，严防吊运物体及吊绳相碰，确保交叉作业安全。
六、塔吊交叉作业安全措施
1、施工过程中各台塔吊的安全高差不得小于6m。
2、相互交叉的塔吊运转时吊钩绳与大臂的安全距离不得小于5m。
3、吊装发生矛盾时各塔塔司和哨工要做到安全礼让，原则上轻钩躲让，低塔让高塔，后运转让先运转，轻塔让重塔等，不得有意阻碍其它塔吊运转。
4、严禁2台塔吊同时在交叉区域内吊装作业。
5、各台塔吊的大臂回转时，小车的安全幅度为20m，严禁在此幅度外转臂。
6、各塔吊的起重臂或平衡臂进入交叉区域时，塔司、指挥人员及监护人员都要精力集中，回转不得使用高速，要做到一慢、二看、三通过。
7、塔司机在做每一个动作之前都要先鸣笛。
七、塔吊指挥人员安全措施
1、施工单位为每台塔吊配备专职指挥人员。指挥、监护哨、塔机司机均配备对讲机，保持通线联络畅通。塔吊指挥人员必须持证上岗，定期复验，定期体格检查，并将上岗证及查验结果报项目技术安全部门备案。未经技术安全部门负责人同意不得变动。通辽铁路检察院、法院
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2、施工单位在各塔吊交叉区域内设立监护人员，每栋楼的作业层面只设立一名指挥，防止令出多人，造成混乱碰撞。
3、监护人员负责交叉作业塔吊的安全运转，监督各塔吊指挥人员的动作指令，发现指挥错误或存在碰撞隐患时及时向塔吊指挥和塔司发出停止信号。
4、监护人员要专人负责，佩带明显标志，站在明显位置，发出的信号要区别于指挥人员的信号。
5、指挥人员和塔司要服从指挥监护人员的指挥监护信号。
6、指挥人员和监护人员必须持证上岗，严禁酒后作业。指挥人员与监护人员严禁私自串频聊天。
7、指挥人员和指挥信号必须旗语、哨音同时进行。
8、任何非塔吊指挥人员不得指挥塔吊运转。
9、各塔吊的指挥人员应从佩带的袖标或安全帽上明显区别开，不得混合指挥其它塔吊。
10、塔吊指挥人员应严格遵守“塔吊十不吊”的规范，严禁违章指挥。
11、塔吊指挥人员合理安装吊装，避免施工班组之间发生纠纷。塔吊指挥人员、挂钩人员必须固定，上班前、交接班时及班后要严格检查钢丝绳及各种吊具等。若已达到报废标准，必须及时更换，并做好记录。
八、安全措施
1、合理设置各台塔吊的吊物区，严禁在交叉区域内设置塔吊吊物区。
2、根据塔吊的安全高差合理安排施工进度，提前安排塔吊顶升附着计划。
3、夜间施工时提供足够的照明条件。尽量避开夜间施工，项目部吊装作业安排在光线好的白天作业。
4、保证塔吊机组有足够的正常维修、保养时间。
5、协调好塔吊的安全高差。通辽铁路检察院、法院
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九、塔吊机组安全施工措施
1、机组人员应严格遵守《塔式起重机安全操作规程》。
2、机组人员应严格遵守《塔式起重机“十不吊”规定》，严禁违章操作。
3、塔吊司机必须持证上岗，严禁酒后上塔作业。
4、塔吊司机要明确本塔吊指挥人员佩带的标志。
5、塔司要服从哨工的指挥信号，不得擅自操作。
6、对错误的指挥信号和非指挥人员发出的指挥信号有权拒绝操作。
7、严禁非塔吊司机上塔操作。
8、塔吊每次运转前，机组人员必须进行空运转，确保塔吊正常运转。
9、起升、回转、变幅应分别进行操作，严禁多项操作同时进行。
10、塔吊运转完毕要将大钩提升到最高限度，小车拉回起重臂根部，起重臂顺向风源；如其它塔吊仍在运转，起重臂停放位置不得影响其它塔吊的正常运转。
11、各塔吊应分别安装警示灯和警示旗，塔司做每个动作之前应先观察周围塔吊起重臂位置，确保安全后再进行操作。
12、项目部定期召开塔吊安全工作会议，对塔吊司机、指挥人员及指挥监护人员作特殊的安全交底，与塔吊分包及塔司签订安全协议书，责任落实到人。
十、应急预案
在施工过程中，可能发生塔吊施工事故主要体现在： 高空坠落、物体打击、塔吊坍塌事件。
1、高空坠落事故应急求援措施
①、去除伤员身上的用具和口袋中的硬物。
②、在搬运和转送过程中，颈部和躯干不能前屈或扭转，而应使脊柱伸直，绝对禁止一个抬肩一个抬腿的搬法，以免发生或加重截瘫。
③、创伤局部妥善包扎，但对疑颅底骨折和脑脊液漏患者切忌作填塞，以免导致颅内感染。
④、颌面部伤员首先应保持呼吸道畅通，撤除假牙，清除移位的组织碎片、血凝块、通辽铁路检察院、法院
塔吊防碰撞措施
口腔分泌物等，同时松懈伤员的颈、胸部钮扣。若舌已后坠或口腔内异物无法清除时，可用12号粗针穿刺环甲膜，维持呼吸、尽可能早作气管切开。
⑤、复合伤要求平仰卧位，保持呼吸道畅通，解开衣领扣。
⑥、周围血管伤，压迫伤部以上动脉干至骨骼。直接在伤口上放置厚敷料，绷带加压包扎以不出血和不影响肢体血循环为宜，常有效。当上述方法无效时慎用止血带，原则上尽量缩短使用时间，一般以不超过1小时为宜，做好标记，注明上止血带时间。
⑦、有条件时迅给予静脉补液，补充血容量。⑧、快速平稳地送医院救治。
⑨、对事故现场要注意保护，以便调查组调查。
⑩、配合上级主管部门和调查组处理，并做好伤员及家属的善后工作。
2、物体打击事故应急求援措施
①、发生物体打击事故，要迅速启动项目求援小组，及时停止阻断事故源的工作和作业，防止事故的扩大，并根据伤害的性质和程度，利用现场的一切条件，实施相应的救护措施。
②、及时速报上级预案指挥部，伤势严重的应及时拨打120 求救。
③、出血性外伤应及时采取应急止血措施，避免伤员因失血过多造成生命危险。④、骨折性伤员，在挪动伤员时冷静小心，采取正确的方法救护避免伤势扩大。⑤、脊椎骨折伤员要保证伤员平稳卧姿式，严禁采用抱、拉、抬、背、搭腿等方法处理，以防脊髓受伤导致伤情加重，以致造成瘫痪。
⑥、对事故现场要注意保护，以便调查组调查。
⑦、配合上级主管部门和调查组，开展调查处理，并做好伤员及家属的善后工作。
3、塔吊坍塌事故的应急措施
①、抢救人员和组长一起查明险情：确定是否还有危险源。碰断的高、低压电线是否带电；塔吊构件、其他构件是否有继续倒塌的危险；确定有无人员伤亡情况；商定抢救方案后，副组长向项目总工请示汇报批准，然后组织实施。
②、抢险人员负责把出事地点附近的作业人员疏散到安全地带，并进行警戒不准闲人靠近，对外注意礼貌语。
③、工地值班电工负责切断有危险的低压电气线路的电源。如果在夜间，接通必要的照明灯光。通辽铁路检察院、法院
塔吊防碰撞措施
④、抢救人员在排除继续倒塌或触电危险的情况下，立即救护伤员：边联系救护车，边及时进行止血包扎，用担架将伤员抬到车上送往医院。
⑤、对倾翻变形塔吊的拆卸、修复工作应请塔吊厂家来人指导下进行。
二进制防碰撞 篇3
RFID系统主要由标签、阅读器及计算机系统三部分组成。每个标签拥有唯一的序列号ID。RFID系统中多个标签可能会处于同一阅读器识别范围内,当多个标签同时响应阅读器时会产生信号干扰,致使阅读器无法正确识别标签,也即发生了标签碰撞。碰撞导致了标签被漏读,因此必须采用防碰撞策略来避免碰撞发生,识别全部标签。
1 基于二进制RFID防碰撞算法
二进制防碰撞算法是将碰撞的标签分成左右两个子集,先查询左子集0,若没有碰撞,则正确识别标签,如若仍有碰撞就再继续进行分裂,分成00和01两个子集,依次类推,直到识别出左子集0中的全部标签,再按此步骤查询右子集1。
1.1 二进制树搜索(BS)算法
在BS算法中,阅读器查询的不是一个比特,而是一个比特前缀,只有标签与这个查询前缀相符的标签才能响应阅读器的命令。当只有一个标签响应的时候,阅读器可以成功识别标签,但有多个标签响应的时,发生碰撞。为了最简捷地实现二进制搜索算法,数据编码选用Machenster编码,依据其编码特点可以检测出碰撞位。
要从大量的标签中识别出唯一的标签,需要重复搜索操作。其识别的平均操作次数由阅读器范围内的标签总数n决定[1]:
利用BS算法可以较简单地解决碰撞问题,但随着标签数量的增多,重复操作的平均值很快增加。完成n个标签识别需要的总问询次数如下公式所示:
所有标签都需要发送完整的序列号来响应阅读器的问询。识别n个序列号为k位的标签,阅读器需要传输的总比特数为标签序列号长度与算法总搜索次数的乘积
1.2 动态二进制搜索(DBS)算法
上述BS算法虽然简单,但其不仅搜索范围较大,而且在阅读器问询和标签回应时序列号要全部传输。标签序列号可能长达12个字节,为了选择一个标签,所以数据传输量较大。因而DBS算法被提出。
如果研究阅读器和单个标签之间传输的数据,就可以得出以下结果。假设H为最高碰撞位,标签序列号长度为K。
⑴请求命令(H-1)~0位中不包含任何给标签的补充信息,因为各位总是被置为“1”。
⑵标签应答的序列号的K~H位不包含任何给阅读器的补充信息,因为这些位是阅读器已经给定的。
由于DBS与BS使用相似的搜索过程,故可以得出的DBS算法总搜索次数。
DBS算法识别标签时,首先要求作用范围内的所有标签都上传各自的序列号,n个标签的序列号总长度就是第一次上传的数据长度,即整个序列号长度作为传输比特数。阅读器识别搜索一次传输平均数据量为[2]
当阅读器使用DBS算法时,识别n个标签所需要传输的序列号总长度为
1.3 基于后退索引的二进制搜索(BBS)算法
BBS算法中,阅读器完成一个标签的识别后,返回上一次发生碰撞的节点[3],识别该节点的另外一个分枝,不断重复操作,直到把上一节点碰撞的标签识别完。其识别n个标签,阅读器共需问询2*n-1次。假设标签序列号长度为kbit,则在阅读器的发送的数据量为(2*n-1)*kbit。BBS的优点是减少了问询次数,而DBS的优点是减少了问询中参数长度,如果能将两者的优势结合,必能提高性能。该文提出了以下改进算法。
1.4 返回式动态二进制算法BDBS
下面以4个标签为例(10110011、10100011、10110010、11100011),首先引一条命令REQUEST命令,即REQUEST(ID(K~X),X),X为碰撞的最高位,其作用是让阅读器发送一个参数(标签的第K-H位)给区域内标签,序列号K~H位与之一致标签传输剩余的(H-1)~0位信息作为应答。阅读器完成一个标签的识别后,返回上一次发生碰撞的节点,识别该节点的另外一个分枝,不断重复操作,直到把上一节点碰撞的标签识别完。算法的执行过程如下:
第①步,阅读器发送REQUEST(NUL,8),处于阅读器作用范围的所有标签都返回其ID给阅读器,解码数据为1X1X001X,碰撞最高位是D6,将D6置“0”,高位不变,得到ID(K~H)取10,H取6作为下一次命令所需的两个参数。
第②步,阅读器发送REQUEST(10,6),序列号前缀为10的标签响应,即标签10110010、10100011和10110011响应。各自返回后6位的信息110010、100011、110011。阅读器得到解码数据为1X001X,将碰撞最高位D4置为“0”。
第③步,阅读器发送REQUEST(1010,4),序列号前缀为1010的标签响应,只有标签10100011响应,无碰撞发生,读写器处理完该标签后对它进行屏蔽。
第④步:从该节点的父节点获得下一次REQUEST指令参数,阅读器发送REQUEST(1011,4)。标签1和标签3应答,阅读器解码数据为001X。
第⑤步:阅读器发送REQUEST(10110010,0)指令,标签3应答。阅读器对标签3进行处理后使其进入“无声”状态。
第⑥步:阅读器发送REQUEST(10110011,0)指令,只有标签1应答。阅读器对标签1进行处理后使其进入“无声”状态。采用返回策略,返回到最上一个父节点11。
第⑦步:阅读器发送REQUEST(11,6)指令,标签4应答,阅读器读取标签4的数据,识别过程结束。
在BDBS算法中,阅读器的搜索次数为2n-1,阅读器传输每次搜索平均传输的数据量为(k+1)/2,所以阅读器识别所有标签所需要发送的数据量为
对于BDBS搜索算法,当标签数量较多时,比BBS通信量减少近50%,比DBS减少约67%,比BS减少达到80%。如仿真图1所示。
1.5 改进的BDBS
在标签碰撞位只有一位时,说明只有两个标签发生碰撞,则认为没有发生碰撞。一个标签的碰撞位为“0”。另一个标签的碰撞位为“1”,直接识别标签。则阅读器的搜索次数减少为(2n-1)-[n/2]([]为向上取整),则完成n个标签问询,阅读器所需发送的数据量为
对阅读器的问询通信数据量进行比较。如图2所示,数据量较BDBS减少了约25%,性能得到了提高。
2 结论
本文提出了一种改进的二进制搜索算法,通过分析仿真和比较,得出该算法优于二进制搜索算法BS,随着标签数量的增加优势更加明显。极大地减小了阅读器问询识别范围内标签的通信量,提高了标签的识别速度。
参考文献
[1]鞠伟成,俞承芳.一种基于动态二进制的RFID抗冲突算法[J].复旦学报自然科学版,2005.
[2]周晓光,王晓华.射频识别(RFID)技术原理与应用实例[M].北京:人民邮电出版社,2006.
二进制防碰撞 篇4
RFID是一种非接触式的自动识别技术,它通过无线电射频信号识别目标并获取目标信息。根据标签能量和调制方式的不同,可以将R F I D系统分成两类:有源RFID系统和无源RFID系统。有源RFID系统由标签中的电池为标签提供能量,无源RFID标签从阅读器通过天线发送的无线电波接收能量。有源系统可以支持更远距离的通信和更高的通信速率,其通信范围可以达到100米,传输速率可达2Mbps。使其在很多应用领域都很有优势。有源RFID系统设计的关键技术就是防碰撞算法的设计。本文提出了一种后退式二进制搜索算法,并将其与现存的算法做了对比。解决了现阶段有源有源R F I D系统的多标签防碰撞和低功耗问题。
目前,有源R F I D由于各方面原因还没有标准的防碰撞算法,常用的防碰撞算法有以下2种:ALOHA算法和CSMA/CA算法[1]。其中最常用的是基于ALOHA算法,ALOHA算法采用标签随机发送,因此算法随机性较大。C S M A/C A算法是相对于A L O H A算法增加了射频信号检测功能。A L O H A和C S M A/C A算法都属于非确定性防碰撞算法,当标签数量较多时,A L O H A和CSMA/CA算法都会产生帧冲突严重,信道利用率很低等问题。将会导致功耗高、识别率低和标签饥饿等问题。实际应用可行性较低。A L O H A和C S M A/C A算法只能适用于标签较少、且可靠性要求不高的应用场合。不适合大规模标签读取。
本文提出了一种基于后退式二进制搜索算法的有源RFID系统防碰撞算法。后退式二进制搜索算法是一种确定性搜索算法。可以从根本上解决A L O H A和C S M A/C A算法所固有的缺点。算法识别准确度高,速度快,效率高,适合于大规模标签读取[2]。
2防碰撞算法的几点约定
2.1有源RFID碰撞检测方法
由于有源RFID硬件无法检测碰撞是否产生,因此采用软件方法判断碰撞。碰撞检测方法:当读卡器检测到射频信号且没有接收到标签信息时,说明此时有碰撞产生。
2.2算法中的报文类型
为了便于描述算法,引入了3种报文类型
1、Broadcast广播报文:由读卡器发送给标签,当标签收到广播报文时,标签进入接收碰撞报文模式。
2、Collision碰撞报文:由读卡器发送给标签,报文包含掩码值D和掩码长度L。(匹配原则:收到碰撞报文的标签将自己的ID号的最低L位与掩码值D比较,当相等时,标签响应,发送自己的ID)。
3、ID信息报文:由标签发出,当标签收到的碰撞报文与自己的ID号匹配时,应答ID报文,报文包含自己的ID号[3]。
4、Quiet休眠命令报文:由读卡器发送给指定ID的标签,对应ID的标签进入低功耗模式,等待下一个唤醒周期。
2.3标签工作模式设置:
1、设置标签唤醒周期为1秒,时间为500微秒,即标签每隔1秒被唤醒,唤醒后待机时间为500微秒,没有接收到广播报文后立即休眠。
2、设置标签ID号长度为1个字节。
3后退式二进制搜索算法
3.1算法实现
标签ID号长度为32位(4个字节),假设阅读器作用区域内有8个标签(ID号分别为00 00 00 01-00 00 0008,下面以1-8代替)。开始时,读卡器对区域内标签数量为未知状态。具体算法实现过程如下
首先当读卡器串口接收到扫描标签命令时,读卡器发送广播报文,连续发送1秒的广播报文,唤醒区域类所有标签。
1、读卡器发送碰撞报文(D=0,L=1)。标签2、4、6、8应答,读卡器检测到碰撞发生。
2、读卡器发送碰撞报文(D=00,L=2)。标签4、8应答,读卡器检测到碰撞发生。
3、读卡器发送碰撞报文(D=000,L=3)。标签8应答,识别标签8。
4、读卡器发送休眠命令报文,指定标签8休眠,标签8收到报文后休眠。
5、读卡器发送碰撞报文(D=100,L=3)。标签4应答,识别标签4。
6、读卡器发送休眠命令报文,指定标签4休眠,标签4收到报文后休眠。
7、读卡器发送碰撞报文(D=10,L=2)。标签2、6应答,读卡器检测到碰撞发生。
8、读卡器发送碰撞报文(D=010,L=3)。标签2应答,识别标签2。
9、卡器发送休眠命令报文,指定标签2休眠,标签2收到报文后休眠。
10、器发送碰撞报文(D=110,L=3)。标签6应答,识别标签6。
11、卡器发送休眠命令报文,指定标签6休眠,标签6收到报文后休眠。
12、卡器发送碰撞报文(D=1,L=1)。标签1、3、5、7应答,读卡器检测到碰撞发生。
13、卡器发送碰撞报文(D=01,L=2)。标签1、5应答,读卡器检测到碰撞发生。
14、卡器发送碰撞报文(D=001,L=3)。标签1应答,识别标签1。
15、卡器发送休眠命令报文,指定标签1休眠,标签1收到报文后休眠。
16、卡器发送碰撞报文(D=101,L=3)。标签5应答,识别标签5。
17、卡器发送休眠命令报文,指定标签5休眠,标签5收到报文后休眠。
18、卡器发送碰撞报文(D=11,L=2)。标签3、7应答,读卡器检测到碰撞发生。
19、卡器发送碰撞报文(D=011,L=3)。标签3应答,识别标签3。
20、卡器发送休眠命令报文,指定标签3休眠,标签3收到报文后休眠。
21、卡器发送碰撞报文(D=111,L=3)。标签7应答,识别标签7。
22、卡器发送休眠命令报文,指定标签7休眠,标签7收到报文后休眠。
标签搜索完毕,所有标签1-8被准确识别。由于采用了二级制树搜索算法,搜索过程中不会产生标签冲突的情况,同时能准确的搜索出范围内的所有标签,当标签数量规模较大时,传统A L O H A算法将会出现大量冲突,识别准确度很低。而采用本算法则不会出现标签冲突的情况。因此能体现出此算法搜索准确度高的优势。
3.2算法性能分析
后退式二进制搜索算法识别N个标签所需查询次数为S(N)=2N-1。在最不理想的情况下,可以保证N个标签的最大查询次数为2N-1。从上述有源RFID后退式二级制搜索算法实例过程和图1所示,当区域内存在8个有源RFID标签时,查询次数为14次,读卡器和标签之间的交互次数为22次(包括查询次数14次和休眠报文次数8次)。具有后退式二进制搜索算法搜索速度快、识别精度高的特点[4]。
本有源R F I D系统标签采用被动工作模式,标签定时唤醒。为了提高响应速度,标签唤醒周期为1秒,唤醒后待机时间为500us,待机电流以12m A为例,300m Ah的电池可用5.5年[5]。在不影响系统响应速度和识别精度的前提下,标签有较低的功耗。
此算法彻底解决了A L O H A等非确定性防碰撞算法功耗高、识别率低和标签饥饿的问题。因此,后退式二进制搜索有源R F I D防碰撞算法相对于现有A L O H A算法具有识别速度快、精度高、功耗低、可靠性好的优势。
4算法在2.45G有源RFID系统环境的实现
为了验证算法的有效性,我们在基于Nordic公司的最新低功耗2.45G无线收发芯片n RF24LE1基础上开发了一套2.45G有源RFID系统,包括标签和读卡器。2.45G有源RFID标签硬件框图如图3所示。
在以上硬件平台上,我们在M D K软件平台上采用C开发了读写器和标签软件系统,n RF24LE1 2.4g收发模块初始化程序如下:
实际测试中在读卡器区域放置了8个标签(标签ID号分别为00 00 00 01-00 00 00 08)。标签ID为4个字节。测试结果如下图所示,从串口终端中搜索到的标签信息可以看出,按照本搜索算法依次搜索出标签00 0000 08、00 00 00 04、00 00 00 02、00 00 00 06、00 0000 01、00 00 00 05、00 00 00 03、00 00 00 07[6]。实际标签搜索过程和算法理论分析完全一致,验证了后退式二进制搜索防碰撞算法在有源RFID系统应用中具有识别速度快、精度高、功耗低、可靠性好的优点。
5结束语
本文介绍了一种新颖的基于后退式二进制搜索的有源RFID系统防碰撞算法。此算法是在二进制搜索算法的基础上,结合有源RFID系统改进的一种新型算法。通过算法理论分析和实际2.45G有源RFID硬件平台测试。采用此算法后的有源R F I D系统相对于ALOHA等非确定性防碰撞算法具有识别速度快、识别精度高、功耗低、稳定性好、可靠性高的特点。特别是在标签数量较多的情况下,此算法的优势极为明显。
参考文献
[1]谢振华,赖声礼,陈鹏.标签防冲撞算法设计[J].计算机工程,2008,6.
[2]宁焕生,张彦.RFID产品研发及生产关键技术[M].电子工业出版社,2007,3.
[3]余松森,詹宜巨,王志平,唐忠平.跳跃式动态树形反碰撞算法及其分析[J].计算机工程,2005,9.
[4]陈博.一种类二进制搜索的RFID系统反碰撞算法及其实现[J].电子器件,2006,3(29).
[5]KALINWSKI R,LATTEUX M,SIMPWT D.Anadaptive anti-collision protocol for smart labels[J].2001.