有源rfid系統防碰撞方法

專利名稱：有源rfid系統防碰撞方法
技術領域：
本發明涉及數據傳送的防碰撞方法，特別涉及有源RFID系統防碰撞方法。
背景技術：
射頻識別技術(RFID，Radio Frequency Identification)是自動識別技術的一種，通過無線射頻方式進行非接觸雙向數據通信，對目標加以識別并獲取相關數據。射頻識別系統的核心部件有閱讀器(接收來自于電子標簽的信息，并且可以通過與計算機連接，實現整個應用系統的上層管理)和電子標簽(向閱讀器遠程無線傳輸自身存儲的信息，以識別電子標簽代表的物品、人和器具的身份)。
RFID技術根據其閱讀器和電子標簽的通信原理可分為1.無源RIFD系統，主要由閱讀器發射射頻信號給一個或者多個電子標簽，電子標簽被動接受射頻信號后，電子標簽的線圈感應到射頻信號后發生電磁耦合并且供電給電子標簽向閱讀器回傳其自身的信號，現在應用的最多的是物流方面的應用。
2.有源RFID系統，主要由電子標簽主動向閱讀器無線傳輸自身的信息，電子標簽自身需要配備電池，這項技術在人員定位、物流、物品追蹤、寵物管理等很多方面有應用。
射頻識別系統工作時，可能會有一個以上的電子標簽同時處于閱讀器的作用范圍內，這樣如果有兩個或者兩個以上的電子標簽同時發送數據時候會出現通信沖突、數據相互干擾(碰撞)；同樣有時也有可能多個電子標簽處在多個閱讀器的工作范圍之內，它們之間的數據通信也會引起數據干擾。為了防止這些沖突的產生，射頻識別系統中需要設置一定的相關算法，解決這種數據沖突問題，這些算法被稱為防碰撞或者防沖突算法(Anit-collision algorithms)。
在RFID系統中碰撞有以下特征閱讀器和電子標簽之間數據包總的傳輸時間由數據包的大小和波特率決定，傳播延時可忽略不計；RFID系統包括大量的電子標簽并且是動態的(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行通信；電子標簽沒有被閱讀器激活的情況下不能和閱讀器進行通信，對于RFID系統這種主從關系是唯一的，一旦電子標簽被識別，就可以和閱讀器之間以點對點的模式進行通信。
幾乎對于所有的RFID系統的特殊挑戰都是由此而生某個數據包不能與在這個閱讀器的作用范圍內的所有其它電子標簽的數據包一起讀出。防碰撞法的任務就是檢測閱讀器作用范圍內的電子標簽，并合理的管理這些電子標簽的數據傳輸。
RFID系統常用的防碰撞法有以下四種1.頻分多路法(FDMA，Frequency Division Multiple Access)把若干個使用不同載波頻率的傳輸通路同時供給通信用戶使用，但是成本較高。
2.空分多路法(SDMA，Space Division Multiple Access)在分離空間范圍內重新使用確定資源的技術。一般又可以分為兩種方法一種方法是使用單個閱讀器的距離明顯減少，而把大量的閱讀器和天線覆蓋面積并排的安置在一個陣列中，當電子標簽經過這個陣列時最近的閱讀器就可以與之交換信息；另一種方法是在閱讀器上利用一個自適應控制的天線，直接對準某個電子標簽。SDMA技術的缺點是天線比較復雜，不易于實現，并且造價較高。
3.時分多路法(TDMA，Time Division Multiple Access)把整個可供使用的通路容量按時間分配給多個用戶的技術，它在數字移動無線電系統的范圍內廣泛使用；對于RFID系統，TDMA是防碰撞算法中最常用的一種，這里又分為電子標簽控制(驅動)法，例如ALOHA防碰撞算法，和閱讀器控制(詢問驅動)法，例如二進制數搜索法。
4.碼分多路法(CDMA，Code Division Multiple Access)基于擴頻技術，將傳送的具有一定信號帶寬的信息數據，用一個帶寬遠大于信號帶寬的高速偽隨機碼進行調制，使原數據信號的帶寬被擴展，再經載波調制并發送出去。
現有的RFID系統中，防碰撞算法大多數針對無源RIFD系統設計，而涉及到有源RIFD的防碰撞算法比較少。因為現在市場上大多數的有源RFID系統大多數情況下只處理數量較少的電子標簽；而且有源RFID系統里處理這些電子標簽的時候沒有無源RFID要求那么高，需要在幾秒之內準確無誤的讀取幾十甚至上百張的電子標簽；但是隨著有源RFID技術的深入推廣，有源RFID閱讀器所需要處理的有源電子標簽的數量和時間比將會越來越大，一種優秀的適合有源RFID的防碰撞算法必定會為有源RFID在以后的廣泛應用中發揮決定性的作用。

發明內容
本發明的目的是針對現有技術的不足而提供有源RFID系統防碰撞方法，它是針對短距離通訊的防碰撞算法，它能夠解決有大量信號發射源向接收端同時發射信號時所面臨的沖突問題。
為達到上述目的，本發明采用如下技術方案它采用時分多路法和頻分多路法相結合；其中，時分多路法是將單位時間片分成發射時間片、睡眠時間片，睡眠時間片又由固定睡眠時間片和防碰撞睡眠時間片組成，防碰撞睡眠時間片由自然隨機時間片、人工隨機時間片、程序隨機時間片組成；頻分多路法將頻率通道平均分配給各個電子標簽。
所述的頻分多路法利用自身地址、唯一標識碼將頻率通道平均分配給各個電子標簽。
所述的電子標簽的頻率通道號＝標簽地址MOD預定制頻率通道數。
本方法應用的行源RFID系統的設備采用發射、睡眠循環工作的模式。
所述的程序隨機時間片由硬件或者軟件產生的隨機元再乘以一個時間單元產生，程序隨機時間片＝隨機元*時間單元。
所述的時間單元可以人工調整。
本發明在有源RFID上采用時分多路法和頻分多路法，對電子標簽的發送信號進行標記，并對頻率通道進行分配，使電子標簽信號能夠比較平均地分配到各個頻率通道里，從而可以快速、準確地傳輸到閱讀器，進而使閱讀器可以在短時間內順利讀取多個電子標簽的信號。


下面結合附圖對本發明作進一步的說明圖1是本發明的單位時間片的示意圖；圖2是本發明的睡眠時間片的示意圖；圖3是本發明的頻率通道分配示意圖；圖4是本發明的發送接收時序示意圖。
具體實施例方式首先介紹本發明采用的時分多路法在工作模式上，本發明采用發射→睡眠→發射→睡眠……循環反復的方式進行傳輸，發射的過程是最耗電的，而睡眠的時候耗電很微小，耗電量大概是傳輸時候耗電量的1/6500甚至更少，所以我們盡量把每次發射的時間縮到最短，這個時間僅能夠使電子標簽發送一次信息，具余時間讓電子標簽進入睡眠，這樣就能夠保證電子標簽有效地節能；電子標簽的整個運行過程，是由一連串發送，睡眠的過程組成；可以認為，電子標簽的整個運行過程由無數發送、睡眠過程構成的片斷為單位組成；參照圖1、4，我們把這個單位稱為單位時間片10，把單位時間片10里的發射過程稱為發射時間片20，把單位時間片里的睡眠過程稱為睡眠時間片300；一般來說，發射時間片20很小，只有數百微秒；而閱讀器處理從電子標簽發送過來的數據需用的最小時間更加小，只需要數十微秒，我們稱為接收時間片60，所以當處理幾十個甚至是一百多個有源RFID電子標簽的時候，只要在這一百多個電子標簽之間制造相差一個或者多個接收時間片的空閑時間，我們稱之為防碰撞時間片70，就能夠保證閱讀器在1秒或者更短的時間內把所有電子標簽都接收得到；圖4中A代表閱讀器，B代表電子標簽1，C代表電子標簽2。
由于發射時間片20和接收時間片60都是根據硬件的性能確定，是固定的數值，所以如果要制造出防碰撞時間片70，就必須在睡眠時間片300方面下手。我們把睡眠時間片分兩個部分，參照圖2，一個部分是固定時間部分，我們稱之為固定睡眠時間片310，這個部分可以由用戶設定，也就是說用戶可以設定電子標簽過多長時間向閱讀器發射一次信號；另外一個部分是防碰撞睡眠時間片320。防碰撞睡眠時間片320不是固定的，它是隨機變化的，它又由三個部分組成1.自然隨機時間片321電子標簽在進入睡眠的時候，為了最大限度的節能，將會把運行程序的正常晶振關閉，取而代之的是自身的低頻時鐘，這個低頻時鐘很不穩定，隨時會根據周圍環境的溫度、電磁波強度、自身的制造精度而改變可以說每一個標簽都有不同的自然隨機時間片32。
2.人工隨機時間片322由于人工打開電子標簽的時間不一樣，即使我們雙手同時打開標簽，感覺上時間是一樣的，但是相對于幾十微秒的數量級而言，人工是很難做的到打開標簽的時間是完全一樣；這樣就能夠產生第二個隨機時間片——人工隨機時間片33。
3.程序隨機時間片323主要在電子標簽每次發送完信息以后并且進入睡眠之前由程序通過算法隨機產生；也就是說，每個電子標簽的每次睡眠時間都不同，避免了兩個或者多個其它隨機條件完全一樣的電子標簽進入信息沖突的死循環。程序隨機時間片由硬件或者軟件產生的隨機元再乘以一個時間單元產生，時間單元可以被人工調整，其算法是程序隨機時間片＝隨機元*時間單元。
上述三個部分都可以獨自作為一個隨機時間發生源；考慮到發生概率低但不是完全沒有能發生的隨機條件完全相同的情況，結合這三個隨機發生源，能夠快速、有效地避免了隨機條件完全相同情況發生。
其次是本發明頻分多路法方面的介紹頻分多路法是把若干使用不同在波頻率的傳輸通路同時供給通信用戶使用的技術。對于RFID系統來說，可以使用能夠自由調整的、非發送頻率諧振的電子標簽。對于電子標簽的傳輸來說，可以使用完全不同的頻率。
本發明根據利用電子標簽的固定自身特征，如自身地址或者唯一標識碼，通過特定的算法把頻率通道平均地分配給各個電子標簽。所述的預定制頻率通道主要根據閱讀器里面負責接收信息的芯片數目確定。
這里拿標簽地址為自身特征進行運算來舉例。
假如閱讀器里面有3個芯片負責接收信息，每個芯片可以提供兩個接收頻率通道，則本系統共有6個預定制的頻率通道，接下來需要把這六個通道40、41、42、43、44、45平均的分配給所有電子標簽；假如有六十個電子標簽，則每條通道需要分配10個電子標簽；所述的分配電子標簽的算法，采用能把電子標簽互相區分開來的特征量，這里取電子標簽自身的唯一地址為基準進行運算；見圖3，假如第一個電子標簽500的地址為0x00，則分配到0號頻率通道40；第二個電子標簽501地址為0x01，則分配到1號頻率通道41；第三個電子標簽502地址為0x02，則分配到2號頻率通道42；第四個電子標簽503地址為0x03，則分配到3號頻率通道43；第五個電子標簽504地址為0x04，則分配到4號頻率通道44；第六個電子標簽505地址為0x05，則分配到5號頻率通道45；第七個電子標簽506地址為0x06，則分配到6號頻率通道46……第六十個電子標簽559地址為0x3b，則分配到59號頻率通道559，依此類推。
地址每經過預定制頻率通道的倍數時，返回從第一個頻率通道開始分配，這樣就能夠保證電子標簽能夠比較平均地分配到各個頻率通道里；頻率通道號＝標簽地址MOD預定制頻率通道數拿上述例子說明，一共六個預定制頻率通道，六十個電子標簽；那么地址為0x09的電子標簽所分配到的頻率通道＝0x09 MOD 6＝3，則地址為0x09的電子標簽將被分配到3號頻率通道里。
權利要求
1.有源RFID系統防碰撞方法，其特征在于它采用時分多路法和頻分多路法相結合；其中，時分多路法是將單位時間片分成發射時間片、睡眠時間片，睡眠時間片又由固定睡眠時間片和防碰撞睡眠時間片組成，防碰撞睡眠時間片由自然隨機時間片、人工隨機時間片、程序隨機時間片組成；頻分多路法將頻率通道平均分配給各個電子標簽。
2.根據權利要求1所述的有源RFID系統防碰撞方法，其特征在于頻分多路法利用自身地址、唯一標識碼將頻率通道平均分配給各個電子標簽。
3.根據權利要求2所述的有源RFID系統防碰撞方法，其特征在于電子標簽的頻率通道號＝標簽地址MOD預定制頻率通道數。
4.根據權利要求1所述的有源RFID系統防碰撞方法，其特征在于本方法應用的有源RFID系統的設備采用發射、睡眠循環工作的模式。
5.根據權利要求1所述的有源RFID系統防碰撞方法，其特征在于程序隨機時間片由硬件或者軟件產生的隨機元再乘以一個時間單元產生，程序隨機時間片＝隨機元*時間單元。
6.根據權利要求5所述的有源RFID系統防碰撞方法，其特征在于時間單元可以人工調整。
全文摘要
本發明涉及數據傳送的防碰撞方法，特別涉及有源RFID系統防碰撞方法；本發明在有源RFID上采用時分多路法和頻分多路法，對電子標簽的發送信號進行標記，并對頻率通道進行分配，使電子標簽信號能夠比較平均地分配到各個頻率通道里，從而可以快速、準確地傳輸到閱讀器，進而使閱讀器可以在短時間內順利讀取多個電子標簽的信號；它是針對短距離通訊的防碰撞算法，它能夠解決有大量信號發射源向接收端同時發射信號時所面臨的沖突問題。
文檔編號G06K7/00GK101025784SQ20071002726
公開日2007年8月29日 申請日期2007年3月23日 優先權日2007年3月23日
發明者張楚煒, 尹偉強 申請人:東莞市太平洋計算機科技有限公司, 東莞市依時利科技有限公司