專利名稱：基于模運算標簽分類的rfid標簽防碰撞識別方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種基于模運算標簽分類的RFID標簽防碰撞識別方法，屬于物聯(lián)網(wǎng)中的 RFID射頻識別領域。
技術(shù)背景射頻識別(RFID)技術(shù)作為一種新的自動識別技術(shù)，以其快速、實時、準確采集的特點 在眾多領域得到廣泛應用。RFID系統(tǒng)主要由閱讀器、標簽和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)三部分組成，其 中閱讀器和標簽之間采用非接觸工作方式交互信息。在RFID系統(tǒng)中標簽有3種類型主 動、半主動和被動。被動標簽本身是無源的，其工作所需的能量是靠閱讀器傳輸給它的，且 標簽之間不能交互，多個標簽同時發(fā)送數(shù)據(jù)會導致數(shù)據(jù)沖突，從而閱讀器不能正確讀取標 簽中的數(shù)據(jù)。防碰撞算法就是用來協(xié)調(diào)標簽之間順序工作以避免這種情況的發(fā)生。
目前在RFID系統(tǒng)中標簽防碰撞方法主要有四種時分復用、頻分復用、碼分復用 以及空分復用，其中應用最廣泛的是時分復用方法，時分復用又可分為兩種防碰撞算法 二叉樹算法和ALOHA算法。
ALOHA算法是標簽在每個時隙開始時選取一個隨機時間發(fā)送數(shù)據(jù)，當發(fā)送數(shù)據(jù)時 沒有其他標簽發(fā)送，即可被閱讀器識別。如果在同時有多個標簽發(fā)送數(shù)據(jù)給閱讀器，則這些 碰撞的標簽隨機地等待一段時間后再次發(fā)送數(shù)據(jù)。針對ALOHA算法提出的改進方法有很 多。例如動態(tài)幀時隙ALOHA算法，該算法能夠根據(jù)未識別的標簽數(shù)量調(diào)整時隙的數(shù)量(幀 長)，使得識別吞吐量達到最大值。
二叉樹算法中，閱讀器通過要求標簽不斷地選擇O和I來使標簽有序地發(fā)送數(shù) 據(jù)。針對二叉樹算法同樣有很多改進方法，例如二叉樹后退式索引算法，使算法保持后退式 二進制樹形搜索算法的后退機理，實現(xiàn)標簽的有序讀取。
這兩種算法雖然能解決標簽的沖突問題，但交互過程過多，且隨機性很強，當標 簽數(shù)量較多時，識別效率會嚴重下降。因此也有不少人提出標簽分組算法，例如一種基于 ALOHA的分組識別算法，該算法先利用循環(huán)過程來預識別所有的標簽，然后將所要識別的 標簽進行分組，分組結(jié)束后再利用ALOHA算法識別各組中的標簽。另外還有基于隨機分組 的算法，結(jié)合ALOHA和二叉樹的算法。
傳統(tǒng)的動態(tài)時隙ALOHA算法和二叉樹后退算法最大的標簽識別率分別為42. 6%和 50%。要進一步提高標簽的識別率需要有新的機制
發(fā)明內(nèi)容
為了提高大量標簽存在時的識別效率，本發(fā)明提出了一種基于模運算標簽分類的RFID 標簽防碰撞識別方法，采用逐級分組機制，每一組只有少量標簽，一般可將每組標簽數(shù)控制 在少于4個。本方法構(gòu)造出一種有利于標簽識別的碰撞環(huán)境，使得每組的標簽具有大量相 同位和少量碰撞位的特征，結(jié)合曼徹斯特編碼的特征和二進制搜索算法的特點可以高效的 識別標簽。
本發(fā)明為解決其技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案一種基于模運算標簽分類的RFID標簽防碰撞識別方法，包括如下步驟(O閱讀器初始化標簽，閱讀器選擇一個I到256范圍的數(shù)作為幀長，然后請求所有標簽發(fā)送其完整EPC編號，通過統(tǒng)計該幀內(nèi)的空時隙、碰撞時隙和成功識別的時隙數(shù)目，利用 DFSAZ算法估算出標簽數(shù)量；(2)閱讀器計算分組次數(shù)K，將該值傳送給所有標簽，標簽對EPC編碼進行取模分組，得到分組序列號；(3)分組完畢之后，分組數(shù)總共為2k個，分組序列號即為時隙號，不同分組的標簽在對應的時隙發(fā)送；(4)以閱讀器發(fā)送Query命令附加分組次數(shù)K作為這一幀的開始，以最后一組標簽發(fā)送完畢作為這一幀的結(jié)束；這一幀共包含2K個時隙；對于一個時隙內(nèi)發(fā)生的標簽沖突，閱讀器對碰撞標簽進行進一步的處理，采用二進制后退搜索算法識別，直到識別完該時隙內(nèi)的所有標簽，經(jīng)過2Κ個時隙，閱讀器識別全部標簽。
所述步驟(2)中標簽對EPC編碼進行取模分組的方法，包含如下步驟Ca)閱讀器將標簽分組次數(shù)K和請求命令一起發(fā)送給所有標簽，標簽將分組次數(shù)存儲在計數(shù)器中；(b)各標簽對EPC編碼進行取模運算，取模數(shù)采用2的冪次方，再對每一分組中的標簽 EPC編碼進行另一個值的取模運算，同余的標簽再歸為一組，每執(zhí)行一次取模運算計數(shù)器減 (C)標簽將最后的分組序列號存儲在臨時寄存器中。
所述步驟(2)中各標簽對EPC編碼進行取模運算后，標簽只需發(fā)送部分EPC編碼的位數(shù)，通過分組增加了一個時隙中只有I個碰撞位的標簽碰撞的情況，使得閱讀器一次識別兩個標簽。
所述步驟(4 )中閱讀器對碰撞標簽進行進一步的處理的方法是通過閱讀器發(fā)送讀取QueryAdujst命令附加指定編號作為參數(shù)，即閱讀器在當前時隙采用二進制后退式搜索算法，利用計數(shù)器作為多標簽的狀態(tài)指示，完成多標簽的識別，當這一幀全部時隙的分組標簽信息發(fā) 送完畢之后，閱讀器完成對全部標簽的識別。
本發(fā)明的有益效果如下本方法可以對大量標簽進行快速分組，同時對標簽進行排序，不斷減少同組標簽的碰撞位，以利用曼徹斯特編碼的性質(zhì)一次識別兩個標簽。通過標簽分組序列號和時隙號的對應關系，減少標簽發(fā)送編碼的長度。


圖1本方法步驟流程圖。
圖2標簽分組示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明創(chuàng)造做進一步詳細說明。
在詳細介紹本發(fā)明前還需要說明一下標簽閱讀的沖突情況。由于標簽之間使用相同的發(fā)射頻率，因此在任意時隙閱讀器讀取標簽時將可能出現(xiàn)三種情況1、該時隙沒有標簽發(fā)送消息，為空時隙。
2、該時隙有且只有一個標簽發(fā)送消息，閱讀器可以獲取標簽發(fā)送的消息。
3、該時隙有兩個或兩個以上標簽發(fā)送消息，即發(fā)生標簽碰撞，閱讀器不能獲取標簽發(fā)送的消息，但可以根據(jù)曼徹斯特編碼知道碰撞位，以及沒有發(fā)生碰撞的其他位的值。
本發(fā)明提出一種基于模運算標簽分類的RFID標簽防碰撞識別方法，標簽按時隙分組，使得標簽不斷縮小碰撞范圍，發(fā)生碰撞的標簽具有少量的碰撞位，逐級分組后標簽和時隙具有對應關系。本方法使用一個臨時寄存器存儲標簽分組序列，一個計數(shù)器用于存儲分組次數(shù)和沖突信息。
本發(fā)明中定義時隙為從閱讀器發(fā)送Query命令請求開始，直到下一次閱讀器發(fā)送 Query命令請求之前，其中包含了閱讀器和標簽的多次交互。每幀由自定義的多個時隙組成。
閱讀器識別標簽步驟如圖1所示，分為標簽數(shù)目估計，閱讀器發(fā)送分組次數(shù)，標簽分組并按時隙發(fā)送以及用二叉樹后退式搜索算法識別剩余標簽。
1.標簽數(shù)量估計閱讀器初始化，使所有標簽進入激活狀態(tài)。接著閱讀器選擇一個估計幀長，一般選擇較大的數(shù)，例如256。閱讀器向可讀取距離內(nèi)的所有標簽發(fā)送標簽預估命令-Estimate命令，標簽根據(jù)最大幀長的ALOHA算法發(fā)送各自EPC編碼，閱讀器統(tǒng)計碰撞時隙，空閑時隙和成功識別時隙個數(shù)，利用概率知識估算標簽數(shù)量。估算標簽數(shù)量的方法有很多，本發(fā)明采用Bin ZHEN提出的DFSAZ算法，該算法是對低復雜度vogt估計的改進。估算標簽數(shù)量 N=c1+2. 39ck,其中C1是單標簽時隙數(shù)目，Ck是多標簽沖突時隙數(shù)目。
2.標簽分組(O閱讀器發(fā)送分組次數(shù)閱讀器計算標簽分組次數(shù)k,k的計算方法為k=floor(log2 (N)),其中N為第一步估計出的標簽數(shù)量。閱讀器將k作為參數(shù)附加請求命令Query —起發(fā)送給所有標簽,作為這一中貞的開始。假設經(jīng)過第一輪的標簽估計，標簽數(shù)量為N=IOO,計算標簽分組次數(shù)k= 6。閱讀器設置這一幀的時隙個數(shù)為2k=64，即幀長L為64。
本實施例以標簽數(shù)量100，EPC編碼10位，取模數(shù)2^004+1)舉例說明。
(2)標簽分組計算標簽收到RFID閱讀器發(fā)送的k值后，將計數(shù)器的值設為k。開始進行k次取模運算。 由于標簽ID模2運算相當于右移一位操作，下文將以標簽ID位數(shù)來更直觀的說明，如圖2 所示。第I次分組，將余數(shù)為O的分為一組，在前32個時隙發(fā)送，余數(shù)為I的分為另一組， 在后32個時隙發(fā)送，相當于將EPC編碼最低位為O和最低位為I的標簽分開。執(zhí)行該次運算后，標簽將O或I存儲在臨時寄存器的最高位，計數(shù)器值減一。第2次分組，標簽EPC編碼模22運算，將次低位分別為O和I的ID分開，即分為“00”，“10”，“01”，“11”四組，標簽將O或I存儲在臨時寄存器的次高位，依此類推，通過6次分組后，100個標簽被分為64組， 分別在64個時隙里發(fā)送。通過比較標簽ID和時隙的對應關系可以發(fā)現(xiàn)，EPC編碼的后k位數(shù)和發(fā)送的時隙之間存在逆序關系，例如ID后6位為101 100的標簽將在第001101 (即十進制數(shù)13)個時隙發(fā)送。將經(jīng)過逆序處理之后的標簽分組序列存儲在臨時寄存器中，以提供標簽匹配。
(3)標簽按時隙發(fā)送標簽分組完之后，檢測當前時隙號和標簽臨時寄存器中存儲的分組號是否匹配，若匹配則標簽發(fā)送信息，若不匹配則標簽設為silence狀態(tài)。
在實施例中，第I到20時隙的分組結(jié)果為
權(quán)利要求
1.一種基于模運算標簽分類的RFID標簽防碰撞識別方法，其特征在于，包括如下步驟(O閱讀器初始化標簽，閱讀器選擇一個I到256范圍的數(shù)作為幀長，然后請求所有標簽發(fā)送其完整EPC編號，通過統(tǒng)計該幀內(nèi)的空時隙、碰撞時隙和成功識別的時隙數(shù)目，利用 DFSAZ算法估算出標簽數(shù)量；(2)閱讀器計算分組次數(shù)K，將該值傳送給所有標簽，標簽對EPC編碼進行取模分組，得到分組序列號；(3)分組完畢之后，分組數(shù)總共為2k個，分組序列號即為時隙號，不同分組的標簽在對應的時隙發(fā)送；(4)以閱讀器發(fā)送Query命令附加分組次數(shù)K作為這一幀的開始，以最后一組標簽發(fā)送完畢作為這一幀的結(jié)束；這一幀共包含2K個時隙；對于一個時隙內(nèi)發(fā)生的標簽沖突，閱讀器對碰撞標簽進行進一步的處理，采用二進制后退搜索算法識別，直到識別完該時隙內(nèi)的所有標簽，經(jīng)過2Κ個時隙，閱讀器識別全部標簽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模運算標簽分類的RFID標簽防碰撞識別方法，其特征在于，所述步驟(2)中標簽對EPC編碼進行取模分組的方法，包含如下步驟Ca)閱讀器將標簽分組次數(shù)K和請求命令一起發(fā)送給所有標簽，標簽將分組次數(shù)存儲在計數(shù)器中；(b)各標簽對EPC編碼進行取模運算，取模數(shù)采用2的冪次方，再對每一分組中的標簽 EPC編碼進行另一個值的取模運算，同余的標簽再歸為一組，每執(zhí)行一次取模運算計數(shù)器減 (C)標簽將最后的分組序列號存儲在臨時寄存器中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于模運算標簽分類的RFID標簽防碰撞識別方法，其特征在于所述步驟(2)中各標簽對EPC編碼進行取模運算后，標簽只需發(fā)送部分EPC編碼的位數(shù)， 通過分組增加了一個時隙中只有I個碰撞位的標簽碰撞的情況，使得閱讀器一次識別兩個標簽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模運算標簽分類的RFID標簽防碰撞識別方法，其特征在于所述步驟(4)中閱讀器對碰撞標簽進行進一步的處理的方法是通過閱讀器發(fā)送讀取 QueryAdujst命令附加指定編號作為參數(shù)，即閱讀器在當前時隙采用二進制后退式搜索算法，利用計數(shù)器作為多標簽的狀態(tài)指示，完成多標簽的識別，當這一幀全部時隙的分組標簽信息發(fā)送完畢之后，閱讀器完成對全部標簽的識別。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于模運算標簽分類的RFID標簽防碰撞識別方法，屬于物聯(lián)網(wǎng)中的RFID射頻識別領域。該方法引入一種檢測信息碰撞的時隙選擇信息，對標簽所選取時隙的碰撞情況進行分析并估計標簽數(shù)量；然后對標簽EPC編碼進行逐級的取模運算，將同余的標簽歸為一組。各個標簽經(jīng)過K次取模運算后，分為2k組,每組只有發(fā)生少量碰撞位的標簽。再將標簽按照分組對應的時隙發(fā)送，碰撞標簽采用二叉樹后退式算法處理。本方法極大的提高了標簽的識別效率，適用于射頻識別系統(tǒng)中閱讀器對于大量電子標簽的快速識別。
文檔編號G06K7/00GK103065112SQ201210577548
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者吳劍, 秦中元, 鄭勇鑫, 梁彪, 辛柯俊, 鄒濤 申請人:南京三寶科技股份有限公司