專利名稱：Rfid電子標簽隨機跳頻方法
技術領域：
本發明涉及射頻識別系統及其通信方法，特別是涉及工作于一個通信頻道以上的射頻識別系統及選擇建立通信頻道的方法。
背景技術：
基于射頻識別Radio Frequency Identification技術的射頻識別系統簡稱RFID系統，是利用無線電技術在閱讀器和電子標簽之間建立無線通信鏈接，從而實現信息查詢、身份確認、條件檢索等識別功能。根據實現的方式不同，所述RFID系統可分為兩類有源RFID系統和無源RFID系統。無源RFID系統的電子標簽上不帶電池，其工作所需要的全部電源都依靠轉換接收到的閱讀器發送的電磁波而獲得，所以其閱讀器的發射功率一般較大。與之相反，有源RFID系統的電子標簽自身具備電池，可提供全部器件工作的電源，因而相應閱讀器的發射功率要求不高，而且有效閱讀距離也較前者有所增加。因此，有源RFID系 統對于特殊人群管理、車輛的電子牌照、追蹤定位、移動支付等應用領域有著光明的前景。 從信道數量角度，現有技術有源RFID系統包括單頻道有源RFID系統和頻分多路有源RFID系統。所述單頻道有源RFID系統特點是電子標簽與閱讀器、中繼器的通信采用同一通信頻道，系統構造簡單，容易實現，開發周期短；同時，它也具有收齊率低，抗干擾能力差，數據冗余度高等致命缺陷，限制了有源RFID的應用。現有技術頻分多路有源RFID系統包括作為閱讀器的上位機、低頻激勵器、至少一個處于該低頻激勵器的激勵區的電子標簽，以及至少一個作為中繼器的控制器。所述頻分多路有源RFID系統為每個電子標簽各自固定分配一條通信頻道，而且各電子標簽使用的通信頻道互不相同。但是，由于通信頻道固定，數據的安全性較弱，在安全性要求較高的領域并不能勝任；而且為了維持通信暢通，必須確保維持所有已分配的通信頻道正常，即使電子標簽不需要與控制器通信時也需要保持通信頻道分配給該電子標簽的狀態，造成信道冗余度低，信道利用率低。
發明內容
本發明要解決的技術問題在于避免現有技術的不足之處而提出一種電子標簽能夠隨機選擇通信頻道的射頻識別系統及其實現方法，增強了數據安全性，提高了信道利用率。本發明解決所述技術問題可以通過采用以下技術方案來實現
實施一種令電子標簽隨機選擇通信頻道的方法，基于包括上位機和低頻激勵器的射頻識別系統，該射頻識別系統還包括至少一個電子標簽和至少一個控制器；尤其是所述方法包括如下步驟
A.所述低頻激勵器喚醒進入其激勵區的電子標簽，并向該電子標簽發送跳頻表；
B.步驟A中接收到所述跳頻表的電子標簽隨機選擇一通信頻道與相應的控制器建立通信鏈接，從而通過該控制器向上位機發送數據，或者接收來自上位機的數據。具體而言，所述步驟B還包括以下分步驟，BI.所述電子標簽按照設定的發送間隔和發送隨機度在跳頻表中隨機選擇一個通信頻道鏈接相應控制器；
B2.所述電子標簽向控制器發送數據；
B3.所述控制器根據步驟B2發來的數據查詢是否有來自上位機的、與該電子標簽信息相匹配的命令數據；如果有命令數據，就向電子標簽轉發，隨后在收到電子標簽發出的命令返回數據后，將命令返回數據發送至上位機；如果沒有命令數據，不向電子標簽發送任何數據。關于電子標簽向控制器發送的數據，所述分步驟B2還包括以下分步驟，
B21.所述電子標簽向控制器發送的數據包括自身識別碼和命令頻道；
那么，所述分步驟B3還包括以下分步驟，
B31.所述控制器接收分步驟B21所述電子標簽的自身識別碼和命令頻道；
B32.所述控制器依據分步驟B31所述電子標簽的自身識別碼查詢是否有來自上位機的、與該電子標簽信息相匹配的命令數據，如果所述控制器查詢到該命令數據后，執行以下分步驟B33至B34 ;否則，所述控制器執行以下分步驟B37 ；
B33.所述控制器重新組裝所述來自上位機的命令數據，將該命令數據和命令返回數據頻道一起通過所述命令頻道發送給電子標簽；
B34.所述控制器在等待數據時隙內，在所述命令返回數據頻道判斷是否接收到電子標簽的命令返回數據；如果接收到所述命令返回數據，執行以下分步驟B35 ;否則，執行步驟 B36 ；
B35.將命令返回數據重新打包發送至上位機，然后執行步驟B37 ；
B36.將數據超時命令發送至上位機，然后執行步驟B37;
B37.返回分步驟B31。本發明解決所述技術問題還可以通過采用以下技術方案來實現
設計、制造一種令電子標簽隨機選擇通信頻道的方法射頻識別系統，包括上位機，以及至少一個電子標簽和至少一個控制器。尤其是，還包括低頻激勵器，該低頻激勵器用于喚醒進入其激勵區的電子標簽，并且向該電子標簽發送跳頻表。所述電子標簽依據跳頻表隨機選擇一通信頻道與相應的控制器建立無線鏈接；所述各控制器都鏈接所述上位機；所述電子標簽借助與該電子標簽建立無線鏈接的控制器向上位機發送數據，并接收來自上位機的數據。所述各控制器借助局域網絡連接上位機，即所述各控制器通過網絡總線鏈接上位機。同現有技術相比較，本發明“令電子標簽隨機選擇頻道的射頻識別系統及其實現方法”的技術效果在于
所述電子標簽依據所述跳頻表隨機選擇一個通信頻道與相應的控制器鏈接，進而實現與上位機的通信，由于電子標簽的通信頻道隨機選擇，避免了信道沖突，而且，傳輸的數據在單一通信頻道上停留時間短，不易捕獲和解析，確保了數據的安全性；另外，所述電子標簽只在需要與上位機通信時才隨機選擇一通信頻道與上位機建立鏈接，因此，每條通信頻道不是一直保持鏈接，與現有技術頻分多路RFID系統相比，本發明射頻識別系統中可同時容納的電子標簽更多，提高了信道利用率和冗余度。
圖I是本發明“RFID電子標簽隨機跳頻方法”優選實施例的系統組成示意 圖2是所述優選實施例的電子標簽的狀態轉換示意 圖3是所述優選實施例的電子標簽隨機選擇通信頻道示意 圖4是所述優選實施例的控制器的狀態轉換示意 圖5是所述優選實施例的電子標簽喚醒應答數據包格式示意 圖6是所述優選實施例的控制器的發送命令格式示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖所示實施例作進一步詳述。本發明提出一種令電子標簽隨機選擇通信頻道的方法射頻識別系統，包括上位機，以及至少一個電子標簽和至少一個控制器。尤其是還包括低頻激勵器，該低頻激勵器用于喚醒進入其激勵區的電子標簽，并且向該電子標簽發送跳頻表。所述電子標簽依據跳頻表隨機選擇一通信頻道與相應的控制器建立無線鏈接。所述各控制器都鏈接所述上位機。所述電子標簽借助與該電子標簽建立無線鏈接的控制器向上位機發送數據，并接收來自上位機的數據。本發明優選實施例,如圖I所示,所述RFID系統包括M個電子標簽T1、T2、......、
丁皿州個控制器1 1、1 2、1 3、1 4、……、RN，一臺上位機Host和一低頻激勵器EXCITER。本發明優選實施例RFID系統為雙頻操作，即低頻激勵器和控制器工作在不同的頻段。本發明優選實施例，所述低頻激勵器工作于125KHz，控制器中心頻率為2. 4GHz。所述低頻激勵器將進入其125KHZ激勵區的電子標簽喚醒，將跳頻表Fs發送給標簽，并實現電子標簽的實時定位Real Time Location System,簡稱RTLS。所述低頻激勵器采用125KHz向電子標簽重復發送OOK調制的激勵信號，即開關調制On-Off Keying信號或者100% ASK調制信號，標簽無需回答。標簽被喚醒后，低頻激勵器將跳頻表Fs發送給標簽。本發明優選實施例，所述的控制器由控制模塊、射頻收發模塊、存儲模塊和通信接口模塊組成，射頻收發模塊、存儲模塊和通信接口模塊均與控制模塊相連，通信接口模塊完成于上位機的通信。所述控制器采用應用協議數據單元Application Protocol DataUnit,即APDU方式傳輸命令，電子標簽則以相應的格式返回數據或狀態。所述控制器通過通信接口與上位機進行信息交換，本發明優選實施例所述各控制器通過網絡總線NET BUS鏈接上位機。所述網絡總線NETBUS包括多種形式，可以是局域網、路由器、RS232/RS485/RS422組網等的任一種；那么前述所述控制器的通信接口也可以相應是TCP/IP、RS232、RS485、RS422等的任一種。所述控制器可根據標簽的容量設為一個或多個，每個控制器都有一條屬于自己的通信頻道。所述的電子標簽因跳頻表而具有跳頻功能，所述跳頻表Fs由系統中控制器的工作頻道決定。跳頻表由低頻激勵器或控制器發送給電子標簽。在所述電子標簽首次被喚醒過程中，由低頻激勵器發送跳頻表Fs至電子標簽；而對已經被喚醒的電子標簽，在電子標簽與控制器通信之初，所述控制器還可以發送跳頻表Fs至電子標簽，進一步確保數據通信安全性。也就是說，低頻激勵器和控制器都具有發送跳頻表的功能，不同的是，低頻激勵器針對所有進入其激活區域的標簽，而控制器是在有上位機命令的時候，針對某一個標簽發送跳頻表。所述電子標簽在發送信息時根據電子標簽系統產生的一個隨機數在跳頻表Fs中選擇發送頻道，只有工作在此頻道的控制器會接收到信息。所述隨機數是一個8位二進制數((Γ255)，可以是由通信系統中通用的偽隨機序列產生器產生，也可以由特定設備根據熱噪聲原理產生，另外，某些芯片內部集成有隨機數發生器。所述RFID系統采用特定算法將隨機數映射為跳頻表中頻道的序號。如，跳頻表中頻道數為N，將隨機數做模N運算，余數即為頻道的序號，該序號對應的頻道就是選中的發送頻道。如上所述，基于上述射頻識別系統，本發明還提出一種令電子標簽隨機選擇通信頻道的方法，包括如下步驟
A.所述低頻激勵器喚醒進入其激勵區的電子標簽，并向該電子標簽發送跳頻表Fs；
B.步驟A中接收到所述跳頻表的電子標簽隨機選擇一通信頻道與相應的控制器建立通信鏈接，從而通過該控制器向上位機發送數據，或者接收來自上位機的數據。 由于所述電子標簽的通信頻道隨機選擇，避免了信道沖突，而且，傳輸的數據在單一通信頻道上停留時間短，不易捕獲和解析，確保了數據的安全性。所述跳頻表Fs的具體格式、以及所述電子標簽如何根據跳頻表隨機選擇通信頻道可以采用多種方案，以下僅舉出一優選實施例具體說明上述技術方案。本發明優選實施例,如圖2所示,所述電子標簽有三種狀態被動態、主動態和命令態。在被動態下，所述電子標簽只實時監聽低頻激勵器或控制器的喚醒命令，并不主動發送信息，所述電子標簽按設定的監聽間隔LTIV在喚醒頻道H)上以系統地址為接收地址監聽等待來自控制器的喚醒命令。如果在可編程的等待喚醒時隙WTAK內沒有收到低頻激勵器的激勵信號也沒有收到控制器的喚醒命令，則進入間歇休眠，間歇休眠后自動喚醒重新開始上面的動作；如果收到合法的低頻激勵器的激勵信號或控制器的喚醒命令，則在跳頻表Fs上發送WATM次喚醒應答，然后標簽進入主動態。在主動態下，如圖3所示，所述電子標簽按設定的發送ID間隔SDIV和發送ID隨機度SDRND在跳頻表Fs表中隨機選取一個頻道并以系統地址發送自身ID、狀態碼STA和命令頻道FC，并在可編程的發送接收轉換時隙SRCT后在FC上以隱含自身ID為地址等待來自控制器的控制命令。所述跳頻表Fs包括η個頻道f1;f2，…，經過后文所述隨機選取過程從跳頻表Fs中選取一個頻道匕作為通信頻道。所述“以隱含自身ID為地址”指將自身ID做某些運算(如取反)，得到的數據即為地址。如果在等待命令時隙WCT時間內沒有收到控制器的控制命令，則認定為命令超時，并依據SDIV和SDRND計算休眠時間進入間歇休眠，間歇休眠后自動喚醒重新開始上面的動作。如果在等待命令時隙WCT內收到控制器的控制命令，則執行相應的動作并轉入命令態。發送ID間隔SDIV是指標簽發送ID的速率，發送ID隨機度主要用來防沖突。假如發送ID間隔SDIV=2s，發送ID隨機度為10%，即[-200ms，+200ms]，產生一個隨機數i，i在[-200ms, +200ms]區間內，2s±i即為當前的發送ID間隔。隨機選取一個頻道是指采用特定算法將隨機數映射為跳頻表中頻道的序號。如，跳頻表中頻道數為N，將隨機數做模N運算，余數即為頻道的序號，該序號對應的頻道就是選中的發送頻道。在命令態下，所述電子標簽不發送信息，只限時在FC上監聽控制器的控制命令。如果在命令態限時CDLT內接收到控制命令，則進入命令處理，重新置定限時計數器，即置定CDLT保持命令態；在命令態限時CDLT內如果沒有接收到控制命令，則轉入主動態。本發明優選實施例，如圖5所示，所述電子標簽的數據包主要包括標簽類型、標簽ID、隨機選好的通信頻道FS、喚醒源ID和標簽狀態碼。RFID系統中每一個低頻激勵器和控制器都有自身的ID，發送喚醒命令時會將其ID也發送給標簽，這里的喚醒源ID是指指示該標簽是被哪一個低頻激勵器或控制器喚醒的。所述標簽狀態碼就是全文所述狀態碼STA。所述標簽類型可以是可配置卡式標簽、可配置溫度標簽、可讀寫標簽、可查找標簽等。所述標簽狀態碼所包含的信息是本標簽自身的狀態，包括電池狀態、沖擊狀態、呼叫狀態、報警狀態和喚醒狀態等。本發明優選實施例，所述控制器有兩種狀態待命態與命令態。如圖4所示，在待命態，控制器在所述隨機通信頻道FS上接收到來自電子標簽的請求命令信息時,將該電子標簽的請求命令信息重新打包發給上位機或將該電子標簽的請求命令信息寫入控制器的數據塊。如果沒有與之相匹配的上位機命令，即前文所述控制命令，則仍保持待命態；如果有與之相匹配的上位機命令，控制器則重新組裝命令在FC上發 送控制命令給電子標簽，該控制命令中包括隱含的數據頻道FD。所述控制器在FD上接收來自標簽的命令返回數據。如果在等待數據時隙WDT時間內沒有得到電子標簽的數據，則認定為數據超時，并給上位機發送超時命令應答然后進入待命態；如果收到電子標簽的數據，將數據重新打包發送給上位機，然后進入待命態。本發明優選實施例所述控制器有三種傳輸模式直接傳輸模式、間接傳輸模式與條件傳輸模式。控制器在Fs上接收到來自電子標簽請求命令信息時，若在直接傳輸模式下，將標簽的請求命令信息重新打包發給上位機；間接傳輸模式下，將標簽的請求命令信息寫入控制器的數據塊，所述數據塊是指標簽狀態表，用于記錄標簽的狀態。在條件傳輸模式下，控制器按照設定的條件進行過濾或壓縮，然后將需要上傳的信息發送給上位機。本發明優選實施例所述控制器的發送命令數據格式如圖6所示，發送命令數據包包含一個必備的連續四字節的命令頭，用CLA、INS、PI和P2表示，同時包括一個可變長度的條件體。其中，CLA為指令類型；INS是指令類型的指令碼；P1、P2為完成INS的參數字節。條件體由Lc、data和Le組成,Lc占一個字節,定義了發送數據的字節數。Lc的取值范圍從I到255。Data為要發送的數據，字節數由Lc定義。Le占一個字節，指出期望返回的最大字節數。Le的取值范圍從O到255 ;如果Le=O,期望返回數據的字節數的最大長度是256。所述發送命令格式是是指控制器發送給電子標簽的數據格式。基于上述優選實施例，所述步驟B還包括以下分步驟，
BI.所述電子標簽按照設定的發送間隔SDIV和發送隨機度SDRND在跳頻表Fs中隨機選擇一個通信頻道鏈接相應控制器；
B2.所述電子標簽向控制器發送數據；
B3.所述控制器根據步驟B2發來的數據查詢是否有來自上位機的、與該電子標簽信息相匹配的命令數據；如果有命令數據，就向電子標簽轉發，隨后在收到電子標簽發出的命令返回數據后，將命令返回數據發送至上位機；如果沒有命令數據，不向電子標簽發送任何數據。進一步地，所述分步驟B2還包括以下分步驟，B21.所述電子標簽向控制器發送的數據包括自身識別碼ID和命令頻道FC ；
那么，所述分步驟B3還包括以下分步驟，
B31.所述控制器接收分步驟B21所述電子標簽的自身識別碼ID和命令頻道FC ；
B32.所述控制器依據分步驟B31所述電子標簽的自身識別碼ID查詢是否有來自上位機的、與該電子標簽信息相匹配的命令數據，如果所述控制器查詢到該命令數據后，執行以下分步驟B33至B34 ;否則，所述控制器執行以下分步驟B37 ；
B33.所述控制器重新組裝所述來自上位機的命令數據，將該命令數據和命令返回數據頻道FD —起通過所述命令頻道發送給電子標簽；
B34.所述控制器在等待數據時隙WDT內，在所述命令返回數據頻道FD判斷是否接收到電子標簽的命令返回數據；如果接收到所述命令返回數據，執行以下分步驟B35 ;否則，執行步驟B36 ；
B35.將命令返回數據重新打包發送至上位機，然后執行步驟B37 ；
B36.將數據超時命令發送至上位機，然后執行步驟B37 ；
B37.返回分步驟B31。如上所述，所述電子標簽只在需要與上位機通信時才隨機選擇一通信頻道與上位機建立鏈接，因此，每條通信頻道不是一直保持鏈接，與現有技術頻分多路RFID系統相比，本發明射頻識別系統中可同時容納的電子標簽更多，提高了信道利用率和冗余度。
權利要求
1.一種令電子標簽隨機選擇通信頻道的方法，基于包括上位機和低頻激勵器的射頻識別系統，該射頻識別系統還包括至少一個電子標簽和至少一個控制器；其特征在于包括如下步驟 A.所述低頻激勵器喚醒進入其激勵區的電子標簽，并向該電子標簽發送跳頻表； B.步驟A中接收到所述跳頻表的電子標簽隨機選擇一通信頻道與相應的控制器建立通信鏈接，從而通過該控制器向上位機發送數據，或者接收來自上位機的數據。
2.根據權利要求I所述的令電子標簽隨機選擇通信頻道的方法，其特征在于 所述步驟B還包括以下分步驟， BI.所述電子標簽按照設定的發送間隔和發送隨機度在跳頻表中隨機選擇一個通信頻道鏈接相應控制器； B2.所述電子標簽向控制器發送數據； B3.所述控制器根據步驟B2發來的數據查詢是否有來自上位機的、與該電子標簽信息相匹配的命令數據；如果有命令數據，就向電子標簽轉發，隨后在收到電子標簽發出的命令返回數據后，將命令返回數據發送至上位機；如果沒有命令數據，不向電子標簽發送任何數據。
3.根據權利要求2所述的令電子標簽隨機選擇通信頻道的方法，其特征在于 所述分步驟B2還包括以下分步驟， B21.所述電子標簽向控制器發送的數據包括自身識別碼和命令頻道； 那么，所述分步驟B3還包括以下分步驟， B31.所述控制器接收分步驟B21所述電子標簽的自身識別碼和命令頻道； B32.所述控制器依據分步驟B31所述電子標簽的自身識別碼查詢是否有來自上位機的、與該電子標簽信息相匹配的命令數據，如果所述控制器查詢到該命令數據后，執行以下分步驟B33至B34 ;否則，所述控制器執行以下分步驟B37 ； B33.所述控制器重新組裝所述來自上位機的命令數據，將該命令數據和命令返回數據頻道一起通過所述命令頻道發送給電子標簽； B34.所述控制器在等待數據時隙內，在所述命令返回數據頻道判斷是否接收到電子標簽的命令返回數據；如果接收到所述命令返回數據，執行以下分步驟B35 ;否則，執行步驟 B36 ； B35.將命令返回數據重新打包發送至上位機，然后執行步驟B37 ； B36.將數據超時命令發送至上位機，然后執行步驟B37 ； B37.返回分步驟B31。
4.一種令電子標簽隨機選擇通信頻道的方法射頻識別系統，包括上位機，以及至少一個電子標簽和至少一個控制器，其特征在于 還包括低頻激勵器，該低頻激勵器用于喚醒進入其激勵區的電子標簽，并且向該電子標簽發送跳頻表； 所述電子標簽依據跳頻表隨機選擇一通信頻道與相應的控制器建立無線鏈接；所述各控制器都鏈接所述上位機；所述電子標簽借助與該電子標簽建立無線鏈接的控制器向上位機發送數據，并接收來自上位機的數據。
5.根據權利要求4所述的令電子標簽隨機選擇通信頻道的方法射頻識別系統，其特征在于所述各控制器通過網絡總線 鏈接上位機。
全文摘要
本發明提出RFID電子標簽隨機跳頻方法，基于令電子標簽隨機選擇頻道的射頻識別系統及其實現方法，所述射頻識別系統包括上位機和低頻激勵器，以及電子標簽和控制器。所述低頻激勵器喚醒進入其激勵區的電子標簽，并向該電子標簽發送跳頻表；接收到所述跳頻表的電子標簽隨機選擇一通信頻道與相應的控制器建立通信鏈接，從而通過該控制器向上位機發送數據，或者接收來自上位機的數據。由于所述電子標簽的通信頻道隨機選擇，避免了信道沖突，而且，傳輸的數據在單一通信頻道上停留時間短，不易捕獲和解析，確保了數據的安全性；另外，與現有技術頻分多路RFID系統相比，本發明射頻識別系統中可同時容納的電子標簽更多，提高了信道利用率和冗余度。
文檔編號H04B1/7143GK102799838SQ20111013216
公開日2012年11月28日 申請日期2011年5月22日 優先權日2011年5月22日
發明者連厚偉, 楊田榮 申請人:成都阿艾夫通信有限公司