基于dsss的有源rfid防碰撞方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于DSSS的有源RFID防碰撞方法，所述RFID閱讀器包含多路有并行擴(kuò)頻和解擴(kuò)頻處理能力的通路，PN0擴(kuò)頻序列碼為喚醒擴(kuò)頻序列碼，定義為第0路通道，其它的擴(kuò)頻序列碼為防碰撞序列碼，依次定義為第1、2、…、n路通道，具體的基于直接序列展頻技術(shù)，使用不同擴(kuò)頻序列碼收發(fā)數(shù)據(jù)，利用擴(kuò)頻碼的特性實(shí)現(xiàn)；RFID閱讀器包含多路有并行擴(kuò)頻和解擴(kuò)處理能力的通路，標(biāo)簽使用同一種帶擴(kuò)頻功能的射頻芯片與閱讀器通信。本發(fā)明的方法綜合了碼分技術(shù)、時分技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，提高了海量標(biāo)簽的盤存效率和速度。
【專利說明】基于DSSS的有源RFID防碰撞方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無線射頻通信【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于DSSS(直接序列展頻技術(shù)， Direct Sequence Spread Spectrum)的有源 RFID 防碰撞方法。
【背景技術(shù)】
[0002]射頻識別(Radio Frequency Identification,RFID)技術(shù)是一種通過射頻信號的空間耦合(交變磁場或電磁場)實(shí)現(xiàn)非接觸式自動識別的技術(shù)。射頻識別系統(tǒng)的核心部件有閱讀器(接收來自于電子標(biāo)簽的信息，并且可以通過與計(jì)算機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)整個應(yīng)用系統(tǒng)的上層管理)和電子標(biāo)簽(向閱讀器遠(yuǎn)程無線傳輸自身存儲的信息，以識別電子標(biāo)簽代表的物品、人和器具的身份)。
[0003]射頻識別系統(tǒng)工作時，可能會有一個以上的電子標(biāo)簽同時處于閱讀器的作用范圍內(nèi)，這樣如果有兩個或者兩個以上的電子標(biāo)簽同時發(fā)送數(shù)據(jù)時候會出現(xiàn)通信沖突、數(shù)據(jù)相互干擾(碰撞)；同樣有時也有可能多個電子標(biāo)簽處在多個閱讀器的工作范圍之內(nèi)，它們之間的數(shù)據(jù)通信也會引起數(shù)據(jù)干擾。為了防止這些沖突的產(chǎn)生，射頻識別系統(tǒng)中需要設(shè)置一定的相關(guān)算法，解決這種數(shù)據(jù)沖突問題，這些算法被稱為防碰撞算法。
[0004]在RFID系統(tǒng)中碰撞有以下特征:閱讀器和電子標(biāo)簽之間數(shù)據(jù)包總的傳輸時間由數(shù)據(jù)包的大小和波特率決定，傳播延時可忽略不計(jì)；RFID系統(tǒng)包括大量的電子標(biāo)簽并且是動態(tài)的(隨時有可能超出閱讀器范圍)，通過競爭激勵的辦法占用通道進(jìn)行通信；電子標(biāo)簽沒有被閱讀器激活的情況下不能和閱讀器進(jìn)行通信，對于RFID系統(tǒng)這種主從關(guān)系是唯一的，一旦電子標(biāo)簽被識別，就可以和閱讀器之間以點(diǎn)對點(diǎn)的模式進(jìn)行通信。
[0005]有源RFID系統(tǒng)里處理這些電子標(biāo)簽的時候需要在幾秒之內(nèi)準(zhǔn)確無誤的讀取上百張甚至千張以上的電子標(biāo)簽，但是現(xiàn)有技術(shù)中的RFID閱讀器防碰撞算法都是使用時分技術(shù)來防止碰撞的，在海量標(biāo)簽的情況下，單純使用時分技術(shù)必定大大延長識別標(biāo)簽的時間， 同時漏盤、誤盤標(biāo)簽的情況更加明顯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明提出了一種公開了一種基于DSSS的有源 RFID防碰撞方法。
[0007]本發(fā)明的具體技術(shù)方案為:一種基于DSSS的有源RFID防碰撞方法,其特征在于， 所述RFID閱讀器包含多路有并行擴(kuò)頻和解擴(kuò)頻處理能力的通路，PN0擴(kuò)頻序列碼為喚醒擴(kuò)頻序列碼，定義為第0路通道，其它的擴(kuò)頻序列碼為防碰撞序列碼，依次定義為第1、2、…、 n路通道；
[0008]具體的，在RFID閱讀器端對數(shù)據(jù)的處理流程如下:
[0009]Sll.RFID閱讀器接收到上位機(jī)或者其它設(shè)備的喚醒標(biāo)簽信號后，利用喚醒碼PNtl 生成喚醒指令，指令信息為閱讀器的隨機(jī)n路PN碼；
[0010]S12.RFID閱讀器通過功放和增益天線廣播喚醒指令；[0011]S13.監(jiān)聽等待狀態(tài)，該狀態(tài)持續(xù)若干個周期；若此時收到標(biāo)簽的回復(fù)信息則跳轉(zhuǎn)到步驟S14 ;否則，則繼續(xù)監(jiān)聽等待；
[0012]S14.RFID閱讀器通過PN1至PNn的n路并行處理標(biāo)簽的回復(fù)信息，若存在碰撞則跳轉(zhuǎn)到步驟S16 ;否則，跳轉(zhuǎn)到步驟S15 ;
[0013]S15.RFID閱讀器的通路在正確解析標(biāo)簽發(fā)送的ID信息后，向標(biāo)簽以同樣的擴(kuò)頻碼發(fā)送ACK回執(zhí)；
[0014]S16.RFID閱讀器檢查標(biāo)簽防碰撞周期是否結(jié)束，若沒有結(jié)束則跳轉(zhuǎn)到步驟S13， 否則結(jié)束標(biāo)簽防碰撞過程；
[0015]在RFID標(biāo)簽端對數(shù)據(jù)的處理流程如下:
[0016]S21.標(biāo)簽處于睡眠狀態(tài)；
[0017]S22.標(biāo)簽從睡眠狀態(tài)切換到偵聽狀態(tài)，若在偵聽狀態(tài)接收到閱讀器的喚醒指令則跳轉(zhuǎn)到步驟S23，否則跳轉(zhuǎn)到步驟S21，進(jìn)入睡眠狀態(tài)。
[0018]S23.標(biāo)簽利用PNtl碼解析閱讀器的喚醒指令，獲得閱讀器的n路防碰撞PN碼信息；
[0019]S24.標(biāo)簽利用自身的ID信息和隨機(jī)數(shù)生成器，選擇閱讀器n路防碰撞PN碼中的一個PNi生成回復(fù)指令，通過增益天線發(fā)送給閱讀器；
[0020]S25.標(biāo)簽等待閱讀器的ACK回復(fù)信息，若在規(guī)定的時間內(nèi)收到回復(fù)，則進(jìn)入工作狀態(tài)，等待與閱讀器的進(jìn)一步通信；否則，使用動態(tài)時隙ALOHA算法，延遲相應(yīng)的時隙數(shù)，并跳轉(zhuǎn)到步驟S24。
[0021]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的防碰撞方法基于直接序列展頻技術(shù)，使用不同擴(kuò)頻序列碼收發(fā)數(shù)據(jù)，利用擴(kuò)頻碼的特性實(shí)現(xiàn)；RFID閱讀器包含多路有并行擴(kuò)頻和解擴(kuò)處理能力的通路，標(biāo)簽使用同一種帶擴(kuò)頻功能的射頻芯片與閱讀器通信。本發(fā)明的方法綜合了碼分技術(shù)、時分技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，提高了海量標(biāo)簽的盤存效率和速度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的射頻識別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的O-QPSK調(diào)制結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖3為本發(fā)明實(shí)施例的O-QPSK解調(diào)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖4為本發(fā)明實(shí)施例的防碰撞方法在RFID閱讀器端對數(shù)據(jù)的處理流程示意圖。
[0026]圖5為本發(fā)明實(shí)施例的防碰撞方法在RFID標(biāo)簽端對數(shù)據(jù)的處理流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例做進(jìn)一步的說明。
[0028]首先對系統(tǒng)原理作一說明:
[0029]如圖1所示，本發(fā) 明的射頻識別系統(tǒng)使用不同擴(kuò)頻序列碼收發(fā)數(shù)據(jù)，利用擴(kuò)頻碼的特性提出一種基于DSSS的有源RFID防碰撞方法。具體的，RFID閱讀器包含多路有并行擴(kuò)頻和解擴(kuò)處理能力的通路(見圖1中的虛線框)，PNtl擴(kuò)頻序列碼為喚醒擴(kuò)頻序列碼，定義為第0路通道，其它的擴(kuò)頻序列碼為防碰撞序列碼，依次定義為第1、2、…、n路通道。
[0030]這里n的大小主要取決于用戶對成本及效率的權(quán)衡，n值越大，系統(tǒng)的成本越高，同時防碰撞的效率也更高，在本實(shí)施例中n值取8。
[0031]對O-QPSK調(diào)制原理具體如圖2所示，輸入的信號先做串并轉(zhuǎn)換，分成1、Q兩路信號；然后對Q支路的信號延時半個碼元周期；然后將1、Q兩路信號分別經(jīng)過低通濾波器，濾除高頻分量；再與本地的載波信號相乘，其中I路信號與移相90°的載波信號相乘，Q路信號直接與載波信號相乘；最后將調(diào)制好的1、Q兩路信號相加再經(jīng)過帶通濾波器后就得到了 O-QPSK調(diào)制信號。這樣每個碼元周期內(nèi)1、Q兩路信號中只可能有一路發(fā)生變化，就避免了信號的相位180°跳變，減小了相鄰信號產(chǎn)生的碼間干擾。
[0032]O-QPSK調(diào)制原理具體如圖3所示，解調(diào)過程是調(diào)制的逆過程。經(jīng)過調(diào)制的O-QPSK 信號在信道中傳播后，在將要得到I路信號的解調(diào)過程中，用移相90°的載波信號與輸入信號相乘，然后將信號經(jīng)過低通濾波器，濾除高頻分量，經(jīng)過定時抽樣判決得到I路信號； 在將要得到Q路信號的解調(diào)過程中，載波信號直接與輸入信號相乘，然后將信號經(jīng)過低通濾波器，濾除高頻分量，經(jīng)過延時半個碼元周期的抽樣判決后得到Q路信號；最后將1、Q路信號經(jīng)過并串轉(zhuǎn)換輸出，完成了解調(diào)的過程；直接擴(kuò)頻其原理是發(fā)送時用偽隨機(jī)序列碼，也就是圖中PN碼與信息序列進(jìn)行模2加運(yùn)算，這樣就得到了擴(kuò)頻序列，擴(kuò)頻序列長度為128 碼片。解擴(kuò)時要用與發(fā)射端所用的相同碼型、碼元同步的PN碼和信息碼元進(jìn)行相關(guān)處理。
[0033]RFID閱讀器使用PNtl擴(kuò)頻序列碼(喚醒碼)廣播喚醒指令，指令中包含自己有N路并行防碰撞處理能力的信息。收到標(biāo)簽的回復(fù)后，RFID閱讀器使用N路的防碰撞碼并行接收來自標(biāo)簽的信息，每個通路在收到標(biāo)簽發(fā)送ID信息后，立即向標(biāo)簽以同樣的擴(kuò)頻碼發(fā)送 ACK回執(zhí)，否則，不做任何響應(yīng)，具體的射頻識別系統(tǒng)的閱讀器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0034]標(biāo)簽使用同有擴(kuò)頻功能的射頻芯片(對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，不再詳細(xì)描述)，標(biāo)簽在周期睡眠和偵聽期間，以固定的喚醒碼接收閱讀器的喚醒指令，并在喚醒命令的信息里得知閱讀器有n路并行防碰撞處理能力，于是標(biāo)簽產(chǎn)生一個I~n的隨機(jī)數(shù)，并用這個隨機(jī)數(shù)對應(yīng)的防碰撞碼與閱讀器 通訊，將自己的ID信息發(fā)送給閱讀器。標(biāo)簽收到正確的ACK回執(zhí)信息后，不再發(fā)送信息，等待指令與閱讀器進(jìn)行一對一的通訊；如果標(biāo)簽沒有收到正確的ACK回執(zhí)信息，使用動態(tài)時隙ALOHA算法，延遲相應(yīng)的時隙數(shù)，使用上一次相同的防碰撞碼與閱讀器繼續(xù)通訊。
[0035]具體的，在RFID閱讀器端對數(shù)據(jù)的處理流程如圖4所示，具體步驟如下:
[0036]1、RFID閱讀器接收到上位機(jī)或者其它設(shè)備的喚醒標(biāo)簽信號后，利用喚醒碼PNtl生成喚醒指令，指令信息為閱讀器的隨機(jī)n路PN碼，跳轉(zhuǎn)到步驟2。
[0037]2、閱讀器通過功放和增益天線廣播喚醒指令，跳轉(zhuǎn)到步驟3。
[0038]3、監(jiān)聽等待狀態(tài)，該狀態(tài)持續(xù)若干個的周期。若此時收到標(biāo)簽的回復(fù)信息則跳轉(zhuǎn)到步驟4 ;否則，則繼續(xù)監(jiān)聽等待。
[0039]4、閱讀器通過PN1,…，PNn等多路并行處理標(biāo)簽的回復(fù)信息，若存在碰撞則跳轉(zhuǎn)到步驟6 ;否則，跳轉(zhuǎn)到步驟5。
[0040]5、閱讀器的通路在正確解析標(biāo)簽發(fā)送的ID信息后，立即向標(biāo)簽以同樣的擴(kuò)頻碼發(fā)送ACK回執(zhí)，跳轉(zhuǎn)到步驟6。
[0041]6、閱讀器檢查標(biāo)簽防碰撞周期是否結(jié)束，若沒有結(jié)束則跳轉(zhuǎn)到步驟3，否則結(jié)束標(biāo)簽防碰撞過程。
[0042]具體的，在RFID標(biāo)簽端對數(shù)據(jù)的處理流程如圖5所示，具體步驟如下:[0043]1、標(biāo)簽為了節(jié)能一般情況處于睡眠狀態(tài)，周期性的進(jìn)入其它工作狀態(tài)。
[0044]2、標(biāo)簽從睡眠狀態(tài)切換到偵聽狀態(tài)，若在偵聽周期接收到閱讀器的喚醒指令則跳 轉(zhuǎn)到步驟3，否則跳轉(zhuǎn)到步驟1，進(jìn)入睡眠周期。
[0045]3、標(biāo)簽利用PNtl碼解析閱讀器的喚醒指令，獲得閱讀器的n路防碰撞PN碼信息。
[0046]4、標(biāo)簽利用自身的ID信息和隨機(jī)數(shù)生成器，選擇閱讀器n路防碰撞PN碼中的一 個PNi生成回復(fù)指令，通過增益天線發(fā)送給閱讀器。
[0047]5、標(biāo)簽等待閱讀器的ACK回復(fù)信息，若在規(guī)定的時間內(nèi)收到回復(fù)，則進(jìn)入工作狀 態(tài)，等待與閱讀器的進(jìn)一步通信；否則，使用動態(tài)時隙ALOHA算法，延遲相應(yīng)的時隙數(shù)，并跳 轉(zhuǎn)到步驟4。
[0048]這里動態(tài)時隙ALOHA算法為本領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)，對其技術(shù)細(xì)節(jié)不再詳細(xì)展開描 述。為了便于操作，這里延遲相應(yīng)的時隙數(shù)具體延遲一個周期。
[0049]本發(fā)明的方法本發(fā)明的方法綜合了碼分技術(shù)、時分技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，提高了海量標(biāo)簽 的盤存效率和速度；可以使用FPGA或者其它硬件實(shí)現(xiàn)。
[0050]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會意識到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本發(fā) 明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。本領(lǐng)域的 普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的其它各 種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于DSSS的有源RFID防碰撞方法，其特征在于，所述RFID閱讀器包含多路有并行擴(kuò)頻和解擴(kuò)頻處理能力的通路，PNtl擴(kuò)頻序列碼為喚醒擴(kuò)頻序列碼，定義為第O路通道， 其它的擴(kuò)頻序列碼為防碰撞序列碼，依次定義為第1、2、…、n路通道；具體的，在RFID閱讀器端對數(shù)據(jù)的處理流程如下:511.RFID閱讀器接收到上位機(jī)或者其它設(shè)備的喚醒標(biāo)簽信號后，利用喚醒碼PNtl生成喚醒指令，指令信息為閱讀器的隨機(jī)n路PN碼；512.RFID閱讀器通過功放和增益天線廣播喚醒指令；513.監(jiān)聽等待狀態(tài)，該狀態(tài)持續(xù)若干個周期；若此時收到標(biāo)簽的回復(fù)信息則跳轉(zhuǎn)到步驟S14 ;否則，則繼續(xù)監(jiān)聽等待；514.RFID閱讀器通過PN1至PNn的n路并行處理標(biāo)簽的回復(fù)信息，若存在碰撞則跳轉(zhuǎn)到步驟S16 ;否則，跳轉(zhuǎn)到步驟S15 ；515.RFID閱讀器的通路在正確解析標(biāo)簽發(fā)送的ID信息后，向標(biāo)簽以同樣的擴(kuò)頻碼發(fā)送ACK回執(zhí)；516.RFID閱讀器檢查標(biāo)簽防碰撞周期是否結(jié)束，若沒有結(jié)束則跳轉(zhuǎn)到步驟S13，否則結(jié)束標(biāo)簽防碰撞過程；在RFID標(biāo)簽端對數(shù)據(jù)的處理流程如下:521.標(biāo)簽處于睡眠狀態(tài)；522.標(biāo)簽從睡眠狀態(tài)切換到偵聽狀態(tài)，若在偵聽狀態(tài)接收到閱讀器的喚醒指令則跳轉(zhuǎn)到步驟S23，否則跳轉(zhuǎn)到步驟S21，進(jìn)入睡眠狀態(tài)。523.標(biāo)簽利用PNtl碼解析閱讀器的喚醒指令，獲得閱讀器的n路防碰撞PN碼信息；524.標(biāo)簽利用自身的ID信息和隨機(jī)數(shù)生成器，選擇閱讀器n路防碰撞PN碼中的一個 PNi生成回復(fù)指令，通過增益天線發(fā)送給閱讀器；`525.標(biāo)簽等待閱讀器的ACK回復(fù)信息，若在規(guī)定的時間內(nèi)收到回復(fù)，則進(jìn)入工作狀態(tài)， 等待與閱讀器的進(jìn)一步通信；否則，使用動態(tài)時隙ALOHA算法，延遲相應(yīng)的時隙數(shù)，并跳轉(zhuǎn)到步驟S24。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSSS的有源RFID防碰撞方法，其特征在于，所述的n值具體取8。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSSS的有源RFID防碰撞方法，其特征在于，步驟S25所述的延遲相應(yīng)的時隙數(shù)具體為延遲一個周期。
【文檔編號】G06K7/00GK103605945SQ201310604256
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月25日
【發(fā)明者】徐展, 田忠, 李 浩, 張國偉, 葉翔 申請人:電子科技大學(xué)