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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.45.2016.tde-08122015-093352
Documento
Autor
Nome completo
Rafael Perazzo Barbosa Mota
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2015
Orientador
Banca examinadora
Batista, Daniel Macedo (Presidente)
Paula, Luciano Bernardes de
Figueiredo, Gustavo Bittencourt
Guardia, Hélio Crestana
Zorzo, Sérgio Donizetti
Título em português
Mecanismos para a melhoria do desempenho de sistemas RFID passivos
Palavras-chave em português
Análise de desempenho
Anticolisão
Consumo de energia
RFID
Resumo em português
A Identificação por radiofrequência (Radio Frequency Identification - RFID) tem revolucionado a forma de identificar objetos, sendo usada desde aplicações de controle de estoques até o processo automatizado de pagamentos. Sua ampla aceitação e aplicabilidade tem estimulado pesquisadores a criar cada vez mais aplicações. Um problema chave da RFID são as colisões que ocorrem na identificação por meio dos protocolos de acesso múltiplo. Como, na prática, um leitor precisa identificar várias etiquetas em sua área de cobertura, algumas etiquetas podem responder ao mesmo tempo o que gera colisões e desperdício de recursos. Por este motivo, torna-se de grande valor um estudo abrangente sobre como melhorar a identificação das etiquetas de modo a reduzir o número de colisões. Além disso, aspectos como consumo de energia e tempo necessário para identificação também devem ser levados em consideração, uma vez que a utilização cada vez maior de dispositivos alimentados à bateria tem sido observada na prática. Esta tese investiga a categoria de protocolos anticolisão denominada Frame Slotted Aloha - FSA, pois é a categoria que possui maior potencial de utilização prática em sistemas RFID. Além disso, as diferentes métricas de análise de desempenho são também analisadas e categorizadas, uma vez que identificou-se que um conjunto de métricas devem ser observadas com o intuito de realizarem-se comparações justas com as propostas da literatura. Descobriu-se que a maioria das propostas não levam em consideração os aspectos chave de tempo e energia, assim como a característica de ser fácil de implementar e baixa complexidade. Esta tese propõe quatro algoritmos que visam diminuir o consumo de energia e o tempo do processo de identificação das etiquetas mantendo-se as características de baixa complexidade e similaridade com o padrão atual EpcGlobal Classe 1 Geração 2 (C1G2). O primeiro mecanismo visa diminuir a quantidade de respostas desnecessárias em cenários de localização e rastreamento. Os demais consistem em três propostas de algoritmos anticolisão para sistemas RFID. Os dois primeiros diferem na forma como o tamanho inicial de quadro é definido e como as colisões são tratadas, representando evoluções progressivas em direção a um melhor desempenho. O terceiro considera a ocorrência do efeito captura, o que traz a necessidade de mudanças no funcionamento do algoritmo anterior. Resultados de simulação mostram que os quatro mecanismos podem melhorar propostas existentes sem aumento de complexidade, resultando consequentemente em diminuição de recursos desperdiçados. Além disso também foram desenvolvidos dois softwares de apoio aos mecanismos propostos: nsRFIDsim e jRFIDsim. O primeiro trata-se de um módulo para o simulador ns-2 que simula um sistema RFID passivo. O segundo implementa uma proposta de benchmark para avaliação de desempenho de algoritmos anticolisão para RFID, visando fornecer para a comunidade científica uma forma padronizada de avaliar este tipo de algoritmo.
Título em inglês
Efficient mechanisms for performance improvement in passive RFID systems
Palavras-chave em inglês
Anti-collision
Energy consumption
Performance evaluation
RFID
Resumo em inglês
The Radio Frequency Identification - RFID has revolutionized the way objects are identified, being used in several areas, from inventory control applications to automated payment process. Its wide acceptance and applicability has stimulated researchers to create more and more new applications. One RFID key problem is the collisions on identification by means of multiple access protocols. Since generally, a reader needs to identify multiple tags in its coverage area, some tags tend to reply at the same time which can cause collision and waste of resources. For this reason a comprehensive study on how to improve the identification of tags in order to reduce the number of collisions becomes important. Additionally, issues such as energy consumption and time required for identification must also be taken into consideration, since an increasing use of battery-powered devices has been observed in practice. This thesis investigates the category of anti-collision protocols called Frame Slotted Aloha - FSA, as it is the category that has the greatest potential for practical use in RFID systems. Further analysis of the different performance metrics are also analyzed and categorized, since it was identified that a set of metrics must be observed in order to carry out up fair comparisons with the proposals found on the literature. It was found that most of the proposals do not consider the key aspects of time and energy as well as the characteristic of being easy to implement and having low complexity. This thesis proposes four algorithms aimed at reducing the consumption of energy and the time to identify the tags while maintaining the characteristics of low complexity and similarity to the current standard EPCglobal Class 1 Generation 2 (C1G2). The first mechanism aims to decrease the unnecessary answers in locating and tracking scenarios. The other ones consist of three proposals for anti-collision algorithms for RFID systems. They differ in how the initial size is defined and how collisions are resolved, representing progressive evolutions toward a better performance. The third one considers the occurrence of the capture effect, which brings the need for changes in the previous algorithm operation. Simulation results show that the four mechanisms can improve existing proposals without increasing complexity, resulting in consequent energy savings. In addition we have also developed two softwares to evaluate the proposed mechanisms: nsRFIDsim and jRFIDsim. The former is a module for the ns-2 simulator that simulates a passive RFID system. The second one implements a proposal for benchmark performance evaluation of anti-collision algorithms for RFID in order to provide to the scientific community a standardized way to assess this type of algorithm.
 
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teseRafaelMota.pdf (2.90 Mbytes)
Data de Publicação
2016-01-05
 
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