專利名稱：一種自適應雙模式阻塞防碰撞方法
技術領域：
本發明涉及一種射頻識別(RFID)系統中標簽的防碰撞方法，尤其涉及一種雙模式 的阻塞防碰撞方法。
背景技術：
無線射頻識別技術(RFID)是一種非接觸式的自動識別技術，其基本原理是利用射 頻信號和空間耦合傳輸特性，實現對被識別物體的自動識別。自動識別技術的崛起，為計算 機提供了快速、準確地進行數據采集和輸入的有效手段，并且作為一種先導性的高新技術， 迅速為人們所接受。該技術有著眾多的應用，包括后勤補給、門禁控制、交通運輸、寵物管 理、圖書管理和電子檔案等等。由于目前還沒有真是的RFID產品標準，造成了 RFID產品在不同市場和應用上的 混亂和孤立。國際上與RFID技術相關的標準化機構主要由國際標準化組織(ISO)等，產業 聯盟主要是美國EPCglobal和日本泛在ID中心。我國RFID市場規模正在迅速擴大。在中 國市場上，RFID在低頻及高頻的應用已經相對成熟。2004年中國RFID市場已經有超過12 億元人民幣的市場規模，其中標簽的市場規模就占據了 9. 33億元人民幣。在RFID系統數據通信的過程中，數據傳輸的完整性和正確性是保證整個識別系 統數據通信性能的關鍵技術，而完整性和正確性的降低主要在于兩個原因外界的各種干 擾噪聲和多個讀寫器與多個標簽同時占用信道發送數據產生碰撞。防碰撞方法就是用來解 決讀寫器或者標簽的碰撞問題。若某個讀寫器的識別范圍內有多個標簽，當多于一個的標簽同時請求與讀寫器進 行通信時，便產生標簽碰撞。目前大多RFID系統采用時分復用的方法，使某個標簽在某個 時隙單獨占用信道與讀寫器進行通信。具體來說可以歸納為兩類方法，一類是基于Aloha 的方法，又稱為概率性方法；一類是基于樹的方法，又稱為確定性方法。韓國的Kyung-Ho Seo, Won-Jun Lee, Ji-Hoon Myung 等發明了一種基于自適應 二叉樹分割的方法(ABS)，其專利號為US 20090040021A1，該方法為每個識別的標簽提供 一個識別序列號，若在新的一幀開始時仍停留在同一個讀寫器的識別范圍內，則保留上一 幀的識別序列號，這樣可以避免這類標簽(稱為駐留標簽)在新的一幀發生碰撞。但是這種 方法的問題是會有駐留標簽與新遷入的標簽發生碰撞，當駐留標簽數目較多時，該方法的 性能會比較低。
發明內容
本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種自適應雙模式阻塞防碰撞方 法。該方法能夠有效地防止駐留標簽之間的碰撞，大大降低駐留標簽與遷入標簽之間的碰 撞，同時降低了空閑時隙的數目，有效提高了識別效率。該方法能夠根據駐留標簽的比率靈 活的在模式之間切換，有效提高了方法的性能。本發明的目的通過如下技術方案實現一種自適應雙模式阻塞防碰撞方法，包括以下步驟
(1)讀寫器初始化操作讀寫器發送幀開始命令，清零已識別標簽數目計數器PSC，并 判斷該幀是否是第一幀，如若是，則初始化最大識別序列號計數器TSC。估計遷入標簽的數 目EST，得到遷入標簽最大識別序列號TSCEXT，同時清零遷入標簽計數器count和駐留標簽 計數器stay。(2)讀寫器向標簽發送信息讀寫器向識別范圍內傳輸TSC、TSCXET、讀寫器序列 號rID、模式MODE等信息到標簽，同時讀寫器保存最大識別序列號TSCEXT到TSC。(3)標簽接收信息并進行相應操作處于讀寫器識別范圍內的標簽在接收到幀開 始命令后，進入激活狀態。接收讀寫器發送的TSC，TSCEXT, rID, MODE等信息，并清零PSC。 標簽將收到的rID與儲存的讀寫器序列哈tID進行比較，是否屬于駐留標簽，同時儲存rID 到tID。若是駐留標簽，根據寫入的狀態位，決定是否退出同一個讀寫器的再次識別。若是 遷入標簽，則根據模式信息選擇ASC值在低駐留率模式下，ASC在0 TSCEXT之間隨機產 生；若在高駐留率模式下，ASC在TSC TSCEXT之間隨機產生。(4)符合條件的標簽做出相應的響應標簽判斷自己的PSC是否小于等于ASC，若 是大于，則退出識別。若標簽PSC值與ASC相等，則傳輸ID到讀寫器，并等待反饋信息。(5)讀寫器接收到標簽響應信息后進行相應操作處理并反饋給標簽讀寫器判斷 PSC是否小于等于TSC，否則該幀結束。讀寫器收到標簽的響應信號后做出判斷若是多于 一個標簽響應，TSC加1，給出碰撞反饋；若只有一個標簽響應，則駐留標簽計數器或者遷入 標簽計數器加1，存儲標簽ID，PSC加1并給出可讀反饋；若無標簽響應，TSC減1并給出空 閑反饋。(6)標簽接收反饋信息后進行相應操作標簽收到反饋信息后進行相應操作當 標簽PSC=ASC時，若發生碰撞，ASC加上一個隨機的二進制數，否則PSC加1 ；當標簽PSCXASC 時，若發生碰撞，ASC加1，若可讀，PSC加1，若空閑，則ASC減1。標簽將重復進行4 6的 操作，直至識別結束。(7)重復操作直至所有標簽都已識別重復步驟4 6直至所有標簽都已識別。當 識別完成時，計算該幀的駐留率，并預測下一幀的識別模式。(8)讀寫器傳輸幀結束命令到標簽。與現有技術相比，本發明具有以下技術效果
1、本發明首次提出采用雙模式的阻塞方法對標簽進行識別。本發明在識別過程中分別 記錄駐留標簽和遷入標簽的數目，計算該幀的駐留率，同時與歷史累積所得駐留率進行均 衡。通過駐留率與門限值進行比較，決定下一幀采用哪種模式。這樣做的優點是能夠靈活 的根據駐留率的大小，調整簽注標簽ASC值的分布，既能避免駐留標簽的碰撞，有能避免大 量的空閑時隙。2、結合遷入標簽估計方法，使得遷入標簽的識別序列號ASC在一個合理的范圍內 分布，0 TSCEXT或者TSC TSCEXT。從而兼具ABS方法和傳統阻塞方法的優勢。3、提高系統吞吐率，縮短了總識別時間。由于本發明提出的方法能夠靈活選擇工 作模式，從而選擇一種適合當前環境的工作模式，使系統工作性能最高。總體來說，本發明結合了 ABS方法和阻塞方法的優勢，同時也彌補了它們的不足， 并結合標簽數目估計方法，提高系統性能。通過對駐留率的計算，劃分為兩種工作模式。在駐留率較低時，采用類似ABS方法的模式，避免駐留標簽的碰撞，同時有效利用遷出標簽的 識別序列，降低空閑時隙；在駐留率較高時，采用阻塞方法，避免駐留標簽的碰撞，也避免了 駐留標簽與遷入標簽的碰撞。本發明識別效率高，結構簡單，非常適合應用于RFID系統。
圖1是本發明讀寫器的操作流程圖； 圖2是本發明標簽的操作流程圖3是本發明仿真所得各種方法對于駐留率的延時。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明做進一步的詳細說明，但本發明要求保護 的范圍并不局限于實例表述的范圍。通常，RFID系統由一個讀寫器和一些標簽組成，每個標簽攜帶特有的識別序列號 (ID)。當標簽進入讀寫器的識別范圍時，讀寫器可對其進行識別。然而，由于信道共享，當 多于一個的標簽同時傳輸其ID時，便產生碰撞。在很多RFID系統中，讀寫器可能會對某些 一直存在于其識別范圍內的標簽進行重復識別，這種標簽稱為駐留標簽。駐留標簽數占總 識別標簽數的比率稱為駐留率。本發明采用雙模式的阻塞方法，按駐留率高低進行劃分，徹 底解決駐留標簽的碰撞問題，同時也大大降低駐留標簽與遷入標簽的碰撞幾率。同時，由于 在某些情形下，駐留標簽可以退出識別，這樣更降低了碰撞幾率，提高系統識別效率。本發明用于RFID系統的標簽防碰撞方法，讀寫器和標簽的操作分別包括如下步 驟
讀寫器的步驟為
(1)讀寫器初始化幀，標簽識別個數計數器(PSC)清零，若是第一個幀則最大識別號計 數器(TSC)清零，駐留標簽計數器(stay)和遷入標簽計數器(newcoimt)分別清零，否則保 持原值。估計遷入標簽數目，并給出估計的遷入標簽最大識別號(TSCEXT)，同時清零stay 與 newcount。(2)傳輸上一幀的TSC，TSCEXT，讀寫器ID號，模式(mode)等信息到標簽。(3)判斷當前PSC值是否小于TSC，否則退出該幀。(4)接收標簽響應信號并給出響應判斷若有多個標簽響應，給出碰撞反饋，TSC 加1 ；若只有一個標簽響應，存儲標簽ID，PSC加1，給出可讀反饋，再判斷是否新遷入的標 簽，若是則newcount加1，否則stay加1 ；若無標簽響應，則TSC減1，并給出空閑反饋。(5)計算駐留率。若駐留率低于門限值，則選擇低駐留率模式，否則選擇高駐留率 模式。(6)傳輸反饋信號到標簽，回到步驟(3)，重復上述步驟直到結束。(7)傳輸結束幀命令。標簽的步驟為
(1)接收開始幀命令并接受上一幀的最大識別號(TSC)，加上遷入標簽后的最大識別號 (TSCEXT)，讀寫器ID號，模式(mode)等信息。(2) PSC清零，根據讀寫器的ID號判斷本身是否屬于駐留標簽，并保存讀寫器ID號。若為遷入標簽，根據模式信息，當為低駐留率模式時，其ASC在0到TSCEXT之間隨機產 生，當為高駐留率時，其識別號在TSC到TSCEXT之間隨機產生。若為駐留標簽，則保留上一 幀得到ASC值，根據具體標簽內寫入的狀態位，決定是否繼續進行識別或退出。(3)判斷標簽PSC是否大于ASC，若是則退出該幀的識別。(4)若PSC與ASC值相等，傳輸標簽ID并接收讀寫器給出的反饋信息。若是碰撞， ASC加上一位隨機產生的二進制數；若是可讀，則PSC加1，若是空閑，則ASC減1。(5)回到步驟(3)，重復以上步驟直到識別成功，并退出該幀的識別。讀寫器的步驟(1)中，所述估計的遷入標簽最大識別號(TSCEXT)的值，要求先對 遷入標簽數目給出估計，在上一幀保留的TSC值的基礎上，加上給出的估計值。讀寫器的步 驟(5)中，所述的駐留率的計算，要先求出該幀結束時該幀的駐留率，再與歷史綜合所得的 駐留率之間進行均衡；所述的門限值小于0.5，具體根據應用可自行設定。標簽的步驟(2)中，所述當判斷為駐留標簽時，根據具體應用，駐留標簽是否再次 進行識別的狀態信息是識別之前寫入標簽的，標簽可自主決定是否繼續進行識別。退出識 別的標簽能夠提供課有效利用的時隙，加快識別速度；所述遷入標簽在低駐留率時，ASC的 值是在0 TSCEXT之間隨機產生，而在高駐留率時，ASC的值是在TSC TSCEXT之間隨機 產生；駐留標簽無論哪種模式都保持不變。綜合上述讀寫器和標簽的操作步驟，本發明自適應雙模式阻塞防碰撞方法也可以 陳述為具體包括以下步驟
1.讀寫器初始化操作
讀寫器發送幀開始命令，清零已識別標簽數目計數器PSC，并判斷該幀是否是第一幀， 如若是，則初始化最大識別序列號計數器TSC。估計遷入標簽的數目EST，得到遷入標簽最 大識別序列號TSCEXT，同時清零遷入標簽計數器count和駐留標簽計數器stay。2.讀寫器向標簽發送信息
讀寫器向識別范圍內傳輸TSC、TSCXET、讀寫器序列號rID、模式MODE等信息到標簽，同 時讀寫器保存最大識別序列號TSCEXT到TSC。3.標簽接收信息并進行相應操作
處于讀寫器識別范圍內的標簽在接收到幀開始命令后，進入激活狀態。接收讀寫器發 送的TSC，TSCEXT，rID，MODE等信息，并清零PSC。標簽將收到的rID與儲存的讀寫器序列哈 tID進行比較，是否屬于駐留標簽，同時儲存rID到tID。若是駐留標簽，根據寫入的狀態 位，決定是否退出同一個讀寫器的再次識別。若是遷入標簽，則根據模式信息選擇ASC值 在低駐留率模式下，ASC在0 TSCEXT之間隨機產生；若在高駐留率模式下，ASC在TSC TSCEXT之間隨機產生。4.符合條件的標簽做出相應的響應
標簽判斷自己的PSC是否小于等于ASC，若是大于，則退出識別。若標簽PSC值與ASC 相等，則傳輸ID到讀寫器，并等待反饋信息。5.讀寫器接收到標簽響應信息后進行相應操作處理并反饋給標簽
讀寫器判斷PSC是否小于等于TSC，否則該幀結束。讀寫器收到標簽的響應信號后做 出判斷若是多于一個標簽響應，TSC加1，給出碰撞反饋；若只有一個標簽響應，則駐留標 簽計數器或者遷入標簽計數器加1，存儲標簽ID，PSC加1并給出可讀反饋；若無標簽響應，TSC減1并給出空閑反饋。6.標簽接收反饋信息后進行相應操作
標簽收到反饋信息后進行相應操作當標簽PSC=ASC時，若發生碰撞，ASC加上一個隨 機的二進制數，否則PSC加1 ；當標簽PSCXASC時，若發生碰撞，ASC加1，若可讀，PSC加1， 若空閑，則ASC減1。標簽將重復進行4 6的操作，直至識別結束。7.重復操作直至所有標簽都已識別
重復步驟4 6直至所有標簽都已識別。當識別完成時，計算該幀的駐留率，并預測下
權利要求
1. 一種自適應雙模式阻塞防碰撞方法，其特征在于，包括以下步驟(1)讀寫器初始化操作讀寫器發送幀開始命令，清零已識別標簽數目計數器PSC，并 判斷該幀是否是第一幀，如若是，則初始化最大識別序列號計數器TSC;估計遷入標簽的數 目EST，得到遷入標簽最大識別序列號TSCEXT，同時清零遷入標簽計數器count和駐留標簽 計數器stay ；(2)讀寫器向標簽發送信息讀寫器向識別范圍內傳輸TSC、TSCXET、讀寫器序列號 rID、模式MODE等信息到標簽，同時讀寫器保存最大識別序列號TSCEXT到TSC ；(3)標簽接收信息并進行相應操作處于讀寫器識別范圍內的標簽在接收到幀開始命 令后，進入激活狀態；接收讀寫器發送的TSC，TSCEXT, rID, MODE等信息，并清零PSC ；標簽 將收到的rID與儲存的讀寫器序列哈tID進行比較，是否屬于駐留標簽，同時儲存rID到 tID;若是駐留標簽，根據寫入的狀態位，決定是否退出同一個讀寫器的再次識別；若是遷 入標簽，則根據模式信息選擇ASC值在低駐留率模式下，ASC在0 TSCEXT之間隨機產生； 若在高駐留率模式下，ASC在TSC TSCEXT之間隨機產生；(4)符合條件的標簽做出相應的響應標簽判斷自己的PSC是否小于等于ASC，若是大 于，則退出識別；若標簽PSC值與ASC相等，則傳輸ID到讀寫器，并等待反饋信息；(5)讀寫器接收到標簽響應信息后進行相應操作處理并反饋給標簽讀寫器判斷PSC 是否小于等于TSC，否則該幀結束；讀寫器收到標簽的響應信號后做出判斷若是多于一個 標簽響應，TSC加1，給出碰撞反饋；若只有一個標簽響應，則駐留標簽計數器或者遷入標簽 計數器加1，存儲標簽ID，PSC加1并給出可讀反饋；若無標簽響應，TSC減1并給出空閑反 饋；(6)標簽接收反饋信息后進行相應操作標簽收到反饋信息后進行相應操作當標簽 PSC=ASC時，若發生碰撞，ASC加上一個隨機的二進制數，否則PSC加1 ；當標簽PSCXASC時， 若發生碰撞，ASC加1，若可讀，PSC加1，若空閑，則ASC減1 ；標簽將重復進行4 6的操 作，直至識別結束；(7)重復操作直至所有標簽都已識別重復步驟4 6直至所有標簽都已識別；當識別 完成時，計算該幀的駐留率，并預測下一幀的識別模式；(8)讀寫器傳輸幀結束命令到標簽。
全文摘要
本發明公開了一種自適應雙模式阻塞防碰撞方法，該方法分別記錄了在一個幀內遷入標簽和駐留標簽的數目，并計算該幀的駐留率，在基于駐留率ps的基礎上，具有兩種工作模式，通過兩種模式的結合，避免了駐留標簽之間的碰撞，同時也降低了駐留標簽與遷入標簽之間的碰撞；本方法具有識別速度快，空閑時隙少的特點，極大地提高了系統的性能。
文檔編號G06K17/00GK102129581SQ20111002048
公開日2011年7月20日 申請日期2011年1月18日 優先權日2011年1月18日
發明者周祺, 李剛, 沈海斌, 趙宇 申請人:浙江大學