專利名稱：一種多標簽防碰撞方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及射頻通信技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種應(yīng)用于射頻識別系統(tǒng)中，解決多標簽之間發(fā)生通信碰撞的方法。
背景技術(shù)：
射頻識別(Radio Frequency Identification, RFID)通信技術(shù)是一種非接觸式的自動識別技術(shù)。在射頻識別系統(tǒng)中，讀寫器通過射頻信號與若干標簽進行通信，并獲取每個標簽上存儲的識別信息。射頻識別系統(tǒng)與其他典型的射頻通信系統(tǒng)所面臨的一個共同問題是需要解決在同一個系統(tǒng)中多個設(shè)備之間同時通信的碰撞問題。對于射頻識別系統(tǒng)來說，主要解決單個讀寫器與多個標簽之間通信的碰撞問題。并且限于成本和功耗的因素，標簽只能夠提供極為有限的功能用于實現(xiàn)防碰撞機制。目前多標簽的防碰撞方法主要分為時隙ALOHA方法和 二叉樹方法兩大類。時隙ALOHA方法是把時間分成若干離散時隙，要求標簽隨機選擇其中一個時隙，在時隙的分界處發(fā)送數(shù)據(jù)。在國際標準IS018000-6A和IS018000-6C中均采用時隙ALOHA方法。二叉樹方法的基本思想是將標簽分裂成子集O和子集I兩個子集。先查詢子集0，若沒有碰撞，則正確識別標簽，若有碰撞則再分裂，把子集O分為子集00和子集01兩個子集，依次類推，直到識別出子集O中的所有標簽。然后再按此步驟查詢子集I。在國際標準IS018000-6B中采用基本二叉樹方法。二叉樹方法總是首先致力于解決O分支的碰撞，讓其分裂，直到O分支的標簽全部識別完成再開始識別其他的標簽。在O分支進行分裂時，非O分支的標簽始終不分裂，一直處于等待狀態(tài)。事實上，在O分支的標簽進行分裂的同時，其他標簽也可以根據(jù)O分支標簽的碰撞程度進行適當?shù)纳⒘胁僮?，這樣，當O分支的標簽識別完成后，其他分支的標簽已經(jīng)得到充分的散列，從而能夠減少再次進行分裂的次數(shù)，提高系統(tǒng)的吞吐率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對基本二叉樹方法存在的不足進行適當?shù)母倪M，即在對O分支標簽進行識別的同時，根據(jù)O分支標簽的連續(xù)碰撞程度或連續(xù)空閑程度動態(tài)調(diào)整其他標簽的散列情況。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種多標簽防碰撞方法，該方法為
步驟I :讀寫器初始化防碰撞方法參數(shù)，包括連續(xù)碰撞次數(shù)閾值CCN和連續(xù)空閑次數(shù)閾值 CIN，取 CCN=3，CIN=4。步驟2 :讀寫器發(fā)送啟動查詢命令，然后在規(guī)定的時隙等待標簽發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)包。標簽接收到啟動查詢命令后，產(chǎn)生一位隨機數(shù)載入標簽的時隙計數(shù)器。如果隨機數(shù)為O，標簽向讀寫器發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)包，響應(yīng)數(shù)據(jù)包中包含標簽的唯一識別號，如果隨機數(shù)不為O，標簽不向讀寫器發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)包。步驟3 :如果讀寫器在規(guī)定的時隙接收到標簽的響應(yīng)數(shù)據(jù)包，跳到步驟4 ;如果讀寫器在規(guī)定時隙沒有接收到標簽的響應(yīng)數(shù)據(jù)包，跳到步驟7。步驟4:如果讀寫器接收到標簽的響應(yīng)數(shù)據(jù)包并且判斷沒有發(fā)生數(shù)據(jù)碰撞，跳到步驟5 ;如果讀寫器接收到標簽的響應(yīng)數(shù)據(jù)包并且判斷發(fā)生數(shù)據(jù)碰撞，跳到步驟6。步驟5 :讀寫器完成對未發(fā)生碰撞的標簽的識別，該標簽離開盤存過程，不再響應(yīng)此后的讀寫器命令。如果讀寫器需要繼續(xù)盤點，讀寫器發(fā)送重復查詢命令，然后在規(guī)定的時隙等待標簽發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)包；如果讀寫器不需要繼續(xù)盤點，讀寫器停止發(fā)送命令，盤點結(jié)束。標簽接收到重復查詢命令后，時隙計數(shù)器的值減I。

如果調(diào)整后標簽的時隙計數(shù)器的值為0，標簽向讀寫器發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)包，響應(yīng)數(shù)據(jù)包中包含標簽的唯一識別號，如果調(diào)整后標簽的時隙計數(shù)器的值不為0，標簽不向讀寫器發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)包。如果讀寫器在規(guī)定的時隙接收到標簽的響應(yīng)數(shù)據(jù)包，跳到步驟4;如果讀寫器在規(guī)定時隙沒有接收到標簽的響應(yīng)數(shù)據(jù)包，跳到步驟7。步驟6 :如果讀寫器連續(xù)CCN次接收到發(fā)生碰撞的響應(yīng)數(shù)據(jù)包，讀寫器發(fā)送分散命令，然后在規(guī)定的時隙等待標簽發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)包；否則讀寫器發(fā)送分裂命令，然后在規(guī)定的時隙等待標簽發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)包。標簽接收到分散命令后，標簽產(chǎn)生一位隨機數(shù)，計算時隙計數(shù)器值的2倍再加上該隨機數(shù)，將計算結(jié)果載入標簽的時隙計數(shù)器。標簽接收到分裂命令后，時隙計數(shù)器的值為O的標簽產(chǎn)生一位隨機數(shù)載入標簽的時隙計數(shù)器；時隙計數(shù)器的值不為O的標簽將自身的時隙計數(shù)器的值加I。如果調(diào)整后標簽的時隙計數(shù)器的值為0，標簽向讀寫器發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)包，響應(yīng)數(shù)據(jù)包中包含標簽的唯一識別號，如果調(diào)整后標簽的時隙計數(shù)器的值不為0，標簽不向讀寫器發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)包。如果讀寫器在規(guī)定的時隙接收到標簽的響應(yīng)數(shù)據(jù)包，跳到步驟4;如果讀寫器在規(guī)定時隙沒有接收到標簽的響應(yīng)數(shù)據(jù)包，跳到步驟7。步驟7 :如果讀寫器連續(xù)CIN次沒有接收到標簽的響應(yīng)數(shù)據(jù)包，讀寫器發(fā)送收縮命令，否則讀寫器發(fā)送重復查詢命令，然后在規(guī)定的時隙等待標簽發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)包。標簽接收到收縮命令后，時隙計數(shù)器的值更新為原計數(shù)器值的O. 5倍，如果原計數(shù)器值是奇數(shù)，舍棄小數(shù)部分。標簽接收到重復查詢命令后，時隙計數(shù)器的值減I。如果調(diào)整后標簽的時隙計數(shù)器的值為0，標簽向讀寫器發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)包，響應(yīng)數(shù)據(jù)包中包含標簽的唯一識別號，如果調(diào)整后標簽的時隙計數(shù)器的值不為0，標簽不向讀寫器發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)包。根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，提供ー種多標簽防碰撞裝置，該裝置包括一個讀寫器和多個標簽。讀寫器包含基帶處理模塊、射頻發(fā)送模塊和射頻接收模塊，每個標簽包含基帶處理模塊、射頻收發(fā)模塊、存儲區(qū)、隨機數(shù)發(fā)生器和時隙計數(shù)器。
讀寫器發(fā)送命令給標簽，然后根據(jù)標簽返回響應(yīng)數(shù)據(jù)包的情況對標簽進行動態(tài)散列，有四種散列的方式
散列方式一讀寫器發(fā)送分裂參數(shù)為O的分裂命令，標簽時隙計數(shù)器的值為O的標簽重新生成一位隨機數(shù)，其它標簽的時隙計數(shù)器的值加I ;
散列方式二 讀寫器發(fā)送分裂參數(shù)為I的分裂命令，時隙計數(shù)器的值為I的標簽重新生成一位隨機數(shù)，其它標簽的時隙計數(shù)器的值不變；
散列方式三讀寫器發(fā)送分散命令，所有標簽的時隙計數(shù)器的值乘以2加上一位隨機
數(shù)；
散列方式四讀寫器發(fā)送收縮命令，是所有標簽的時隙計數(shù)器的值除以2后取整。本發(fā)明的有益效果是在對O分支標簽進行搜索的同時，可根據(jù)O分支標簽連續(xù)碰撞的程度，動態(tài)調(diào)整標簽的散列程度，從而提高防碰撞方法的吞吐率；在對O分支標簽進行 搜索的同時，可根據(jù)O分支標簽連續(xù)空閑的程度，動態(tài)調(diào)整標簽的散列程度，從而提高防碰撞方法的吞吐率；本方法能夠動態(tài)調(diào)整標簽的散列程度，無論標簽數(shù)量的多少，該方法都能將系統(tǒng)的吞吐率保持在較高水平。


圖I是本發(fā)明提出的改進的二叉樹防碰撞方法的流程示意 圖2是利用本發(fā)明具體實施例得到的標簽時隙計數(shù)器的值；
圖3是利用本發(fā)明具體實施例得到的標簽時隙計數(shù)器的值；
圖4是利用本發(fā)明具體實施例得到的標簽時隙計數(shù)器的值；
圖5是利用本發(fā)明具體實施例得到的標簽時隙計數(shù)器的值；
圖6是利用本發(fā)明具體實施例得到的標簽時隙計數(shù)器的值；
圖7是本發(fā)明與基本二叉樹方法在標簽數(shù)量變化時的性能仿真結(jié)果比較。
具體實施例方式本發(fā)明的一個具體實施例如下。使用Matlab進行仿真，8個標簽，編號從標簽I到標簽8。步驟I :讀寫器初始化防碰撞方法參數(shù)，包括連續(xù)碰撞次數(shù)閾值CCN和連續(xù)空閑次數(shù)閾值 CIN，取 CCN=3，CIN=4。步驟2 :讀寫器發(fā)送啟動查詢命令，然后在規(guī)定的時隙等待標簽發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)包。標簽接收到啟動查詢命令后，產(chǎn)生I個隨機數(shù)載入標簽的時隙計數(shù)器。圖2給出了 8個標簽的時隙計數(shù)器的值。標簽3、標簽4、標簽5、標簽7和標簽8的時隙計數(shù)器的值為0，標簽I、標簽2和標簽6的時隙計數(shù)器器的值為I。步驟3 :如果讀寫器在規(guī)定的時隙接收到標簽的響應(yīng)數(shù)據(jù)包，跳到步驟4 ;如果讀寫器在規(guī)定時隙沒有接收到標簽的響應(yīng)數(shù)據(jù)包，跳到步驟7。本例中標簽接收到啟動查詢命令后標簽3、標簽4、標簽5、標簽7和標簽8都向讀寫器發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)包，因此跳到步驟4。步驟4 :如果讀寫器接收到標簽的響應(yīng)數(shù)據(jù)包并且判斷沒有發(fā)生數(shù)據(jù)碰撞，跳到步驟5 ;如果讀寫器接收到標簽的響應(yīng)數(shù)據(jù)包并且判斷發(fā)生數(shù)據(jù)碰撞，跳到步驟6。
本例中標簽接收到啟動查詢命令后標簽3、標簽4、標簽5、標簽7和標簽8都向讀寫器發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)包，因此會發(fā)生數(shù)據(jù)碰撞，跳到步驟6。本例中標簽第一次接收到分裂命令后標簽4和標簽7向讀寫器發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)包，因此會發(fā)生數(shù)據(jù)碰撞，跳到步驟6。步驟5 :讀寫器完成對未發(fā)生碰撞的標簽的識別，該標簽離開盤存過程，不再響應(yīng)此后的讀寫器命令。如果讀寫器需要繼續(xù)盤點，讀寫器發(fā)送重復查詢命令，然后在規(guī)定的時隙等待標簽發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)包；如果讀寫器不需要繼續(xù)盤點，讀寫器停止發(fā)送命令，盤點結(jié)束。本例中第一次執(zhí)行到該步驟時，標簽7得到識別，標簽7離開盤存過程，不再響應(yīng)此后的讀寫器命令。讀寫器發(fā)送查詢命令，標簽接收到查詢命令后時隙計數(shù)器的值減1，圖5給出了調(diào)整后的時隙計數(shù)器的值，標簽I、標簽2、標簽3、標簽4、標簽5、標簽6和標簽8的時隙計數(shù)器的值分別為2、2、1、0、1、2、1。這時只有標簽4向讀寫器發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)包，跳到步驟5。 本例中第二次執(zhí)行到該步驟時，標簽4得到識別，標簽4離開盤存過程，不再響應(yīng)此后的讀寫器命令。讀寫器發(fā)送查詢命令，標簽接收到查詢命令后時隙計數(shù)器的值減1，圖6給出了調(diào)整后的時隙計數(shù)器的值，標簽I、標簽2、標簽3、標簽5、標簽6和標簽8的時隙計數(shù)器的值分別為1、1、0、0、1、0。這時標簽3、標簽5和標簽8向讀寫器發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)包，跳到步驟6。步驟6 :如果讀寫器連續(xù)CCN次接收到發(fā)生碰撞的響應(yīng)數(shù)據(jù)包，讀寫器發(fā)送分散命令，然后在規(guī)定的時隙等待標簽發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)包；否則讀寫器發(fā)送分裂命令，然后在規(guī)定的時隙等待標簽發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)包。本例中第一次執(zhí)行到該步驟時，讀寫器發(fā)送分裂命令，這時標簽3、標簽4、標簽5、標簽7和標簽8重新產(chǎn)生一位隨機數(shù)載入標簽時隙計數(shù)器，標簽I、標簽2和標簽6的時隙計數(shù)器的值加I。圖3給出調(diào)整后的時隙計數(shù)器的值，標簽3、標簽4、標簽5、標簽7和標簽8的時隙計數(shù)器的值分別為1、0、1、0、1，標簽I、標簽2和標簽6的時隙計數(shù)器器的值加I后變?yōu)?。由于標簽4和標簽7的時隙計數(shù)器為0，因此標簽4和標簽7向讀寫器發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)包，跳到步驟4。在第二次發(fā)生碰撞的時候，讀寫器發(fā)送分裂命令，這時標簽4和標簽7重新產(chǎn)生一位隨機數(shù)載入標簽時隙計數(shù)器，標簽I、標簽2、標簽3、標簽5、標簽6和標簽8的時隙計數(shù)器的值加I。圖4給出調(diào)整后的時隙計數(shù)器的值，標簽4和標簽7的時隙計數(shù)器器的值分別為1、0。標簽I、標簽2、標簽3、標簽5、標簽6和標簽8的時隙計數(shù)器的值加I后變?yōu)?、3、2、2、3、2。這時只有標簽7向讀寫器發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)包，跳到步驟5。步驟7 :如果讀寫器連續(xù)CIN次沒有接收到標簽的響應(yīng)數(shù)據(jù)包，讀寫器發(fā)送收縮命令，否則讀寫器發(fā)送重復查詢命令，然后在規(guī)定的時隙等待標簽發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)包。由于標簽數(shù)量較少時不便于對方法的性能進行比較，因此改變標簽的數(shù)量。圖7是基本二叉樹方法和本發(fā)明在標簽數(shù)量變化時方法吞吐率的比較。圖中橫坐標是標簽的數(shù)量，縱坐標是方法的吞吐率。曲線701是基本二叉樹方法的吞吐率變化曲線，曲線702是本發(fā)明的吞吐率的變化曲線。可以看出，本發(fā)明提出的方法優(yōu)于基本二叉樹方法。
權(quán)利要求
1.ー種多標簽防碰撞方法,其特征在于,該方法為 1)讀寫器初始化防碰撞方法參數(shù)，包括連續(xù)碰撞次數(shù)閾值CCN和連續(xù)空閑次數(shù)閾值CIN ； 2)讀寫器發(fā)送啟動查詢命令，然后在規(guī)定的時隙等待標簽發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)包； 3)如果讀寫器在規(guī)定的時隙接收到標簽的響應(yīng)數(shù)據(jù)包，跳到步驟4);如果讀寫器在規(guī)定時隙沒有接收到標簽的響應(yīng)數(shù)據(jù)包，跳到步驟7)； 4)如果讀寫器接收到標簽的響應(yīng)數(shù)據(jù)包并且判斷沒有發(fā)生數(shù)據(jù)碰撞，跳到步驟5);如果讀寫器接收到標簽的響應(yīng)數(shù)據(jù)包并且判斷發(fā)生數(shù)據(jù)碰撞，跳到步驟6)； 5)讀寫器完成對未發(fā)生碰撞的標簽的識別，該標簽離開盤存過程，不再響應(yīng)此后的讀寫器命令；如果讀寫器需要繼續(xù)盤點，讀寫器發(fā)送重復查詢命令，然后在規(guī)定的時隙等待標簽發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)包，如果讀寫器不需要繼續(xù)盤點，讀寫器停止發(fā)送命令，盤點結(jié)束； 6)如果讀寫器連續(xù)CCN次接收到發(fā)生碰撞的響應(yīng)數(shù)據(jù)包，讀寫器發(fā)送分散命令，然后在規(guī)定的時隙等待標簽發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)包；否則讀寫器發(fā)送分裂命令，然后在規(guī)定的時隙等待標簽發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)包； 7)如果讀寫器連續(xù)CIN次沒有接收到標簽的響應(yīng)數(shù)據(jù)包，讀寫器發(fā)送收縮命令，否則讀寫器發(fā)送重復查詢命令，然后在規(guī)定的時隙等待標簽發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)包。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多標簽防碰撞方法，其特征在于，所述步驟2)中，標簽接收到啟動查詢命令后，產(chǎn)生一位隨機數(shù)載入標簽的時隙計數(shù)器，如果隨機數(shù)為O，標簽向讀寫器發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)包，響應(yīng)數(shù)據(jù)包中包含標簽的唯一識別號，如果隨機數(shù)不為O，標簽不向讀寫器發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)包。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多標簽防碰撞方法，其特征在于，所述步驟5)中，標簽接收到重復查詢命令后，時隙計數(shù)器的值減1，如果調(diào)整后標簽的時隙計數(shù)器的值為O，標簽向讀寫器發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)包，響應(yīng)數(shù)據(jù)包中包含標簽的唯一識別號，如果調(diào)整后標簽的時隙計數(shù)器的值不為O，標簽不向讀寫器發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)包，如果讀寫器在規(guī)定的時隙接收到標簽的響應(yīng)數(shù)據(jù)包，跳到步驟4);如果讀寫器在規(guī)定時隙沒有接收到標簽的響應(yīng)數(shù)據(jù)包，跳到步驟7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多標簽防碰撞方法，其特征在于，所述步驟6)中，標簽接收到分散命令后，標簽產(chǎn)生一位隨機數(shù)，計算時隙計數(shù)器值的2倍再加上該隨機數(shù)，將計算結(jié)果載入標簽的時隙計數(shù)器；標簽接收到分裂命令后，時隙計數(shù)器的值為O的標簽產(chǎn)生一位隨機數(shù)載入標簽的時隙計數(shù)器，時隙計數(shù)器的值不為O的標簽將自身的時隙計數(shù)器的值加1，如果調(diào)整后標簽的時隙計數(shù)器的值為O，標簽向讀寫器發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)包，響應(yīng)數(shù)據(jù)包中包含標簽的唯一識別號，如果調(diào)整后標簽的時隙計數(shù)器的值不為O，標簽不向讀寫器發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)包，如果讀寫器在規(guī)定的時隙接收到標簽的響應(yīng)數(shù)據(jù)包，跳到步驟4);如果讀寫器在規(guī)定時隙沒有接收到標簽的響應(yīng)數(shù)據(jù)包，跳到步驟7)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多標簽防碰撞方法，其特征在于，所述步驟7)中，標簽接收到收縮命令后，時隙計數(shù)器的值更新為原計數(shù)器值的O. 5倍，如果原計數(shù)器值是奇數(shù)，舍棄小數(shù)部分；標簽接收到重復查詢命令后，時隙計數(shù)器的值減1，如果調(diào)整后標簽的時隙計數(shù)器的值為O，標簽向讀寫器發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)包，響應(yīng)數(shù)據(jù)包中包含標簽的唯一識別號，如果調(diào)整后標簽的時隙計數(shù)器的值不為O，標簽不向讀寫器發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)包。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多標簽防碰撞方法，該方法為讀寫器初始化碰撞方法參數(shù)；讀寫器發(fā)送啟動查詢命令；讀寫器接收到響應(yīng)數(shù)據(jù)包；讀寫器判斷是否發(fā)生碰撞；讀寫器識別標簽，發(fā)送重復查詢命令；讀寫器根據(jù)連續(xù)碰撞的程度發(fā)送分裂命令或分散命令；讀寫器根據(jù)連續(xù)空閑的程度發(fā)送重復查詢命令或收縮命令，本方法能夠動態(tài)調(diào)整標簽的散列程度，無論標簽數(shù)量的多少，該方法都能將系統(tǒng)的吞吐率保持在較高水平。
文檔編號G06K7/00GK102682253SQ20111013640
公開日2012年9月19日 申請日期2011年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月25日
發(fā)明者李建成, 李聰, 楊青, 王宏義 申請人:中國人民解放軍國防科學技術(shù)大學