一種基于盲分離的幀時隙超高頻rfid系統(tǒng)防碰撞方法
【專利摘要】一種基于盲分離的幀時隙超高頻RFID系統(tǒng)防碰撞方法。針對頻率范圍在860-960MHz內(nèi)的超高頻(UHF)射頻信號，提出一種基于獨立成分分析(ICA)和幀時隙的RFID系統(tǒng)防碰撞算法。本發(fā)明通過分析RFID系統(tǒng)中的ICA算法步驟并建立盲源分離的天線系統(tǒng)模型，利用特定的幀時隙數(shù)選取使每一時隙內(nèi)的標(biāo)簽數(shù)不大于閱讀器的天線數(shù)，滿足盲源分離識別標(biāo)簽的條件，進而利用ICA算法實現(xiàn)多標(biāo)簽的同時識別。仿真結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的標(biāo)簽防碰撞算法及基于位隙動態(tài)分組的盲分離多標(biāo)簽防碰撞算法相比，本發(fā)明在標(biāo)簽識別率方面具有明顯的優(yōu)勢，且算法的識別時間較少，進一步驗證了將盲源分離技術(shù)運用于標(biāo)簽識別的可行性和高效性，在需要高效率和智能化管理的工程領(lǐng)域中具有潛在的應(yīng)用價值。
【專利說明】一種基于盲分離的幀時隙超高頻RFID系統(tǒng)防碰撞方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于通信領(lǐng)域中的多標(biāo)簽讀取技術(shù)，涉及標(biāo)簽的防碰撞方法。
【背景技術(shù)】[0002]射頻識別(Radio Frequency Identification, RFID)是一種非接觸式自動識別技術(shù)，與傳統(tǒng)的識別方式相比，它可在非接觸、非光學(xué)可視、非人工干預(yù)情況下完成信息輸入和處理，具有操作方便、存儲量大、保密性好、反應(yīng)時間短、對環(huán)境適應(yīng)性強等優(yōu)點，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于門禁、交通、食品安全及物流等領(lǐng)域。在RFID通信系統(tǒng)中，閱讀器的作用范圍內(nèi)往往有多個標(biāo)簽共存，若閱讀器發(fā)送查詢命令，會引起多個標(biāo)簽同時響應(yīng)，造成標(biāo)簽的響應(yīng)信號不能被閱讀器快速識別，導(dǎo)致了 RFID系統(tǒng)的識別效率的降低。標(biāo)簽的防碰撞算法可以實現(xiàn)多個標(biāo)簽和閱讀器之間的正常通信，而算法的優(yōu)劣與閱讀器的標(biāo)簽吞吐率密切相關(guān)。常見的RFID系統(tǒng)防碰撞算法可以分為確定性和非確定性兩種?；诟怕式y(tǒng)計的ALOHA防碰撞算法是非確定性的，標(biāo)簽通過隨機選擇發(fā)送信息的時隙減少碰撞，且只有在標(biāo)簽數(shù)量與時隙數(shù)相當(dāng)時，算法才能保持較高的識別率，最大值為36.8%。即使是改進型的可自適應(yīng)調(diào)整幀長的動態(tài)幀時隙ALOHA算法的最大識別率也僅為58% ;確定性算法中識別率較高的基于分組機制的跳躍式動態(tài)二進制防碰撞算法的最大識別率也只是剛超過50%。EPC Gen2規(guī)定了基于動態(tài)幀時隙隨機算法的Q算法用于解決標(biāo)簽碰撞問題，具有一定的自適應(yīng)性并表現(xiàn)出良好的吞吐率性能。Q算法可以在一個盤存周期的任意時刻通過調(diào)整Q值改變時隙數(shù)，使未被識別的標(biāo)簽重新選擇響應(yīng)的時隙，進入下一幀的響應(yīng)中，但Q值可能發(fā)生的反復(fù)變化會影響算法的識別效率，標(biāo)簽識別率也基本維持在50%左右。因此,為了進一步提聞防碰撞算法的標(biāo)簽識別率，必須尋求一種可以在同一時刻識別多個標(biāo)簽的新型算法，本算法由此應(yīng)運而生。
[0003]信號的盲源分離(Blind Source Separation, BSS)是指從若干觀測到的混合信號中恢復(fù)出無法直接觀測的原始信號。由于原始信號分別來自不同的信號源，因此可以認(rèn)為原始信號之間是相互獨立的。獨立成分分析(Independent Component Analysis, I CA)是20世紀(jì)80年代發(fā)展的一種統(tǒng)計和計算機技術(shù)，是當(dāng)前盲源分離中最為流行的方法之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對頻率范圍在860-960MHZ內(nèi)的超高頻(UHF) RFID系統(tǒng)，結(jié)合幀時隙ALOHA算法，通過建立閱讀器的盲源分離天線系統(tǒng)模型，用簡單但有效的FastICA算法(快速ICA算法)對標(biāo)簽混合信號進行盲源分離，提出了一種基于盲分離的幀時隙超高頻RFID系統(tǒng)防碰撞算法(Blind S印aration and Framed-slot Algorithm, BSFA),達到了同一時刻識別多個標(biāo)簽的目的。本發(fā)明相比于現(xiàn)有的標(biāo)簽防碰撞算法具有較高的標(biāo)簽識別率且用時較少，性能優(yōu)異，在中大型企業(yè)的倉庫、物流中具有較強的應(yīng)用價值。
[0005]1.RFID系統(tǒng)與盲源分離技術(shù)相結(jié)合
[0006]1.1RFID系統(tǒng)的FastICA算法步驟分析[0007]設(shè)閱讀器的作用范圍內(nèi)有η個標(biāo)簽，標(biāo)簽向閱讀器發(fā)送的響應(yīng)信號(原始信號)為S = [S1, S2,…，sn]T,其中Sj = [Sj1, Sj2,…，SjJ, I≤j≤η為第j個標(biāo)簽發(fā)送信號的采樣值，采樣數(shù)為L。閱讀器有m個天線，天線接收到的混合信號為X= [Xl，X2，…，xm]T，其中Xi = [xn, xi2,…，XiJ, I≤i≤m是第i個天線的采樣值，混合信號與標(biāo)簽信號的關(guān)系為:
[0008]
【權(quán)利要求】
1.一種基于盲分離的幀時隙超高頻RFID系統(tǒng)防碰撞方法，其特征是通過以下步驟實現(xiàn): (51)、閱讀器發(fā)送Query命令給進入識別范圍內(nèi)的標(biāo)簽，開始盤存周期，標(biāo)簽進入就緒狀態(tài)； (52)、標(biāo)簽響應(yīng)閱讀器的Query命令，并隨機選擇時隙存入各自的時隙計數(shù)器中； (53)、閱讀器利用FastICA算法分離標(biāo)簽混合信號，同時建立估計信號與標(biāo)簽原始信號之間的對應(yīng)關(guān)系，標(biāo)簽進入確認(rèn)狀態(tài)； (54)、閱讀器發(fā)送ACK指令給確認(rèn)狀態(tài)下的標(biāo)簽，標(biāo)簽收到ACK指令后，發(fā)送自己的PC、EPC和CRC-16信息，閱讀器利用(S3)中的解混系數(shù)矩陣?yán)^續(xù)分離并存儲這些標(biāo)簽的標(biāo)識信息，此時標(biāo)簽被成功識別，轉(zhuǎn)至(S5)； (55)、閱讀器向標(biāo)簽發(fā)送QueryRep命令，進入就緒狀態(tài)且未被識別標(biāo)簽的時隙計數(shù)器值減1，跳轉(zhuǎn)至(S2)繼續(xù)進行標(biāo)簽識別，直至所有標(biāo)簽識別完成為止。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于盲分離的幀時隙超高頻RFID系統(tǒng)防碰撞方法，其特征是所述的(S2)按以下步驟: (1)標(biāo)簽識別過程中每個標(biāo)簽均執(zhí)行16位時隙計數(shù)器，所有未識別的標(biāo)簽收到Query命令后，從O?round (n (A+ α ) / ( β A2+ y Α))個時隙中隨機選擇一個時隙存入各自的時隙計數(shù)器中，標(biāo)簽進入響應(yīng)狀態(tài)，時隙計數(shù)器為O的標(biāo)簽響應(yīng)； (2)響應(yīng)標(biāo)簽通過隨機或偽隨機數(shù)據(jù)發(fā)生器產(chǎn)生一個16位的隨機序列RN16，并將各自的RN16序列發(fā)送給閱讀器，根據(jù)響應(yīng)標(biāo)簽的數(shù)目分為以下兩種情況: ①響應(yīng)標(biāo)簽的數(shù)目為O時，表明時隙空閑，轉(zhuǎn)至(S5)； ②響應(yīng)標(biāo)簽的數(shù)目等于或多于I個，轉(zhuǎn)至(S3)執(zhí)行FastICA算法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于盲分離的幀時隙超高頻RFID系統(tǒng)防碰撞方法，其特征是所述的(S3)按以下步驟: (1)閱讀器天線接收到的信號為標(biāo)簽混合信號，為了能夠精確的對混合信號進行盲源分離，首先需要估計原始信號的數(shù)目，分為以下兩種情況: ①有噪聲時可以通過觀測混合信號X的相關(guān)矩陣的主特征值數(shù)來確定標(biāo)簽發(fā)送的原始信號數(shù)目； ②無噪聲時可以通過觀測混合信號X的秩來確定原始信號的數(shù)目； (2)利用FastICA算法將混合信號X解混，通過選擇合理的解混系數(shù)矩陣W，使觀測到的估計信號Y清晰可辨，通過估計信號Y = WX閱讀器與響應(yīng)標(biāo)簽建立聯(lián)系，標(biāo)簽進入確認(rèn)狀態(tài)。
【文檔編號】G06K7/00GK103955657SQ201410219110
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月22日
【發(fā)明者】張小紅, 穆宇超, 鐘小勇 申請人:江西理工大學(xué)