3期 谢磊等：RFID数据管理：算法、协议与性能评测 465 现了入侵检测的功能.该系统利用阅读器之间的通 (4)标签的分布与部署.对阅读器的发射功率而言， 信来获取攻击检测所需的审计信息，将RFD阅读 功率过小，阅读器有效通信范围减小，使得某些标签 器作为“看门狗”来从周围的阅读器与标签中收集所 无法被激活，或者由于反射信号能量过小，低于信噪 需信息，提供了一套更为泛化的安全框架来检测多 比从而使阅读器无法有效识别；功率过大，阅读器有 样化的RFID攻击.总体说来，随着RFID的进一步 效通信范围增大，使得某些标签反射的信号能量增 广泛应用，RFID系统的入侵检测方案将会受到越 大，导致标签之间的信号干扰增大.对能量吸收、路 来越多的关注。 径损耗、多径效应而言，这三者都会引起信号衰弱， 大幅度降低发射信号到达标签的能量以及反射信号 4 真实环境下RFID系统的 到达阅读器的能量，导致信号难以识别，对信号干扰 性能评测与分析 而言，标签与标签之间、标签与阅读器之间、阅读器 与阅读器之间都存在发射/反射信号的干扰，导致 很多RFID的前期研究工作主要考虑在相对理 比特差错，降低传输效率.对标签的分布与部署而 想的传输环境下如何对RFID数据收集算法与协议 言，标签部署过于密集，会导致阅读器的发射能量 参数进行优化，并通过模拟实验来验证其性能.事实 被充分稀释，并且反射信号间的干扰与能量吸收 上，对于RFID系统而言，真实传输环境中的一些物 会加剧：过于稀疏会导致其超出阅读器扫描范围； 理因素包括路径损耗、能量吸收、信号干扰等给物理 而对于单个标签，如果标签平面（即标签天线方向） 层的信号传输带来了极大的不可靠性，由此对基于·与能量穿透方向平行，则无法产生足够强度的反射 防冲突算法的RFID数据收集机制的性能也带来了 信号，应使标签平面与能量穿透方向尽可能正交，表 很大的影响.具体说来，真实传输环境下影响RFD 4具体阐述了这些因素对RFID系统具体性能参数 系统性能的关键因素包括：(1)阅读器的发射功率； 的影响，包括RFID系统的扫描范围、阅读速率以及 (2)能量吸收、路径损耗、多径效应；(3)信号干扰； 能量消耗。 表4关键因素对系统性能各指标的影响 扫描范围 阅读速率 能址消耗 阅读器的发射 功率过小，阅读器有效通信范围域 功率过小，使得某些标签无法被激活或有效 功率过小，能量消耗小：功率过大， 功率 小：功率过大，阅读器有效通信范围 识别，降低阅读速率，功率过大，使得部分标 能量消耗大 增大 签反射信号强度增大，导致标签间信号干扰 增大，降低阅读速率 能量吸收、路径 会！起信号衰减，诚小阅读器有效使得正常通信范围内某些标签无法被徽活或 使得阅读器必须要增加功率来补偿 损耗、多径效应 通信范围 有效识别，降低阅读速率 传输中信号能量损失，增加能耗 信号干扰 某些标签反射信号会受到干扰无法 导致传输比特差错，降低阅读速率 阅读器需要合理湖整功率来避免过 被有效识别，阅读器有效通信范围 多信号干扰，会改变阅读器能量 减小 消耗 标签的分布与 标签的密集部署会影响阅读器天线 如果使标签天线方向与能量穿透方向尽可能标签分布部署不合理会使得阅读器 部署 的电磁场分布，改变阅读器有效通 正交，读取效率增大，阅读速率提升，否则，阅 必须要增加功率来提升反射信号强 信范固 读速率下降 度，增加能耗 上述因素在真实传输环境下的普遍存在性使得 性能，并且由于物理层与MAC层没有进行有效整 理想情况下推导出的算法与优化参数在实际情况下 合，导致明显的性能下降.文献[46]利用简单、经验 的性能很难得到保障.因此，目前该领域的很多研究 性的实验手段验证了当前RFID系统识别标签的各 工作者关注在真实应用环境下对RFID系统实际性 项性能参数，作者通过在不同的传输环境下（包括自 能的测试与分析.为了说明物理层差错对EPC 由空间、接近水、接近金属环境)，改变通信距离检验 C1G2RFID系统的影响，文献[44]给出了模拟实验 了各项性能参数.文献[47]针对RFID系统给出了 结果，证明了物理层的比特差错极大地降低了系统 一个综合的性能基准，通过这些基准能够描述在真 的整体性能.文献[45]在真实环境设置下检验了 实环境下RFID系统的运作效率.文献[48]在真实 RFID系统的读取性能，确定了导致整体性能和可 环境设定下对RFID系统性能进行了验证，发现在 靠性降低的物理层因素.他们发现物理层实际的环 阅读器的有效探测范围内存在两个不同的区域：主 境参数以及相关配置参数的设置极大地影响了读取 探测区域和次探测区域.主探测区域是指靠近读取3期 谢 磊等 ：RFID数据管理 ：算法 、协议 与性能评测 465 现 了入侵 检测 的 功能 ．该 系统 利 用 阅读 器 之 间 的通 信来 获取攻 击 检 测 所 需 的审 计 信 息 ，将 RFID 阅读 器作 为“看 门狗”来 从周 围的阅读 器 与标签 中收集所 需信 息 ，提供 了一 套 更 为泛 化 的安 全 框 架 来 检测 多 样化 的 RFID攻 击．总体 说 来 ，随 着 RFID 的进一 步 广泛应用，RFID系统 的入侵检测方 案将会受到越 来越 多 的关 注． 4 真 实环境 下 RFID系统的 性 能评测 与分析 很 多 RFID的前期 研究 工作 主要 考 虑 在相 对 理 想 的传 输环 境下 如何 对 RFID数 据 收集 算 法 与协 议 参 数进 行优 化 ，并通过 模 拟实验 来 验证其 性 能．事 实 上 ，对 于 RFID 系统而 言 ，真实传 输 环境 中的 一些 物 理 因素包括路径损耗 、能量吸收、信号干扰等给物理 层的信号传输带来 了极大的不可靠性 ，由此对基于 防冲 突算法 的 RFID数 据 收集机 制 的性 能 也 带来 了 很 大 的影 响．具 体 说来 ，真实 传 输 环境 下 影 响 RFID 系统性 能 的关键 因素包 括 ：(1)阅读 器 的发 射 功 率 ； (2)能量 吸 收 、路径 损 耗 、多径 效 应 ；(3)信 号 干 扰 ； (4)标签 的分 布与 部 署．对 阅读 器 的发射 功 率 而 言 ， 功率 过小 ，阅读 器 有效通 信 范 围减 小 ，使得某 些标 签 无法被激活 ，或者 由于反射信号能量过小 ，低于信噪 比从 而使 阅读 器无 法有 效识 别 ；功 率过 大 ，阅读器 有 效通 信 范 围增 大 ，使 得某 些 标 签 反 射 的 信 号 能量 增 大 ，导致标签之间的信号干扰增大．对能量 吸收、路 径损耗 、多径效应而言 ，这三者都会引起信号衰弱 ， 大幅度降低发射信号到达标签的能量 以及反射信号 到达阅读器的能量 ，导致信号难 以识别．对信号干扰 而言，标签与标签之间、标签与阅读器之 间、阅读器 与 阅读 器之 间都 存 在 发 射 ／反 射 信 号 的干 扰 ，导 致 比特差 错 ，降低传输效 率．对标签 的分布与部署而 言 ，标签 部 署 过 于 密 集 ，会 导 致 阅读 器 的 发 射 能 量 被充分稀释 ，并且 反射信 号间 的干扰 与能量 吸收 会 加 剧 ；过 于稀疏 会 导 致 其 超 出阅 读 器 扫 描 范 围 ； 而对 于 单个 标 签 ，如 果标 签 平 面 (即标 签 天 线方 向) 与能量 穿 透方 向平 行 ，则 无 法 产 生 足够 强 度 的 反射 信号 ，应使标签平面与能量穿透方向尽可能正交．表 4具 体 阐述 了这 些 因素 对 RFID 系统 具体 性 能 参 数 的影 响 ，包 括 RFID 系统 的扫描 范 围 、阅读 速率 以及 能量 消耗 ． 表 4 关键 因素对 系统性 能各 指标 的影响 上述 因素在真实传输环境下的普遍存在性使得 理想 情况 下推 导 出的算 法 与优化 参数 在实 际情 况下 的性 能很 难得 到保 障．因此 ，目前 该 领域 的很 多研究 工作 者关 注在 真 实应用 环境 下对 RFID 系统 实 际性 能 的测 试 与 分 析 ．为 了 说 明 物 理 层 差 错 对 EPC— CIG2RFID 系统 的影 响 ，文 献 [44]给 出 了模 拟 实 验 结果 ，证 明 了物理 层 的 比特 差 错 极 大 地 降 低 了 系统 的整体性 能．文献 E45]在 真实环 境设 置下检 验 了 RFID系统的读取性 能，确定 了导致整 体性能和可 靠性降低的物理层 因素．他们发现物理层 实际的环 境参数以及相关配置参数的设置极大地影响了读取 性 能 ，并 且 由于物 理 层 与 MAC层 没有 进 行 有 效 整 合 ，导致明显的性能下 降．文献 E46]利用简单、经验 性 的实验 手段 验证 了当前 RFID 系统 识别 标签 的各 项性能参数 ，作者通过在不同的传输环境下(包括 自 由空 间 、接近 水 、接 近金 属环 境)，改 变 通信距 离检 验 了各项性能参数．文献[47]针对 RFID系统给出 了 一 个综合 的性能基 准，通过这些基准能够描述在真 实环境下 RFID系统的运作效率．文献 E48]在真实 环境设定下对 RFID系统性能进行了验证 ，发现在 阅读器的有效探测范 围内存在两个不 同的区域：主 探测区域和次探测 区域．主探测区域是指靠近读取