一種基于位圖構建的rfid自適應n樹防碰撞方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種RFID系統通信技術，具體設及一種基于位圖構建的RFID自適應 N樹防碰撞方法。
【背景技術】
[0002] RFID技術通過無線鏈路識別與定位物件，具有高效、無需接觸、批量識別等優點， 廣泛應用于自動識別領域。RFID系統由后臺服務器、讀寫器及多個標簽組成，通過識別標 簽實現物件快速定位。然而，讀寫器批量識別標簽時，多標簽通過共享信道同時傳輸識別信 息W響應讀寫器從而產生信號碰撞，碰撞標簽需重新發送識別信息W便于讀寫器識別，故 增加了識別時延。同時，低價被動標簽性能較低，無法感知應用環境下的其它標簽。因此， 設計高效防碰撞算法W最大限度減少碰撞并降低時延對RFID系統整體效率提升具有重要 意義。目前，RFID防碰撞算法主要有ALOHA類和樹形算法兩類，ALOHA類算法具有識別速 度快、操作簡單的優點，然而，其存在嚴重的"標簽饑餓"問題，即部分標簽長時間得不到識 另IJ ;樹形算法具有識別精度高的優點，然而運類算法每次識別只進行二分割，致使其識別時 間較長。
【發明內容】
[0003] 針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種基于位圖構建的RFID自適應N樹 防碰撞方法，該方法可W大幅提高RFID標簽防碰撞性能，吞吐率可達86. 42 %~87. 05%。
[0004] 本發明的目的是采用下述技術方案實現的： 陽0化]本發明提供一種基于位圖構建的RFID自適應N樹防碰撞方法，其改進之處在于， 所述方法包括下述步驟：
[0006] 步驟1 :利用極大似然位跟蹤標簽數估算法MLBE估算應用環境下的標簽數量；
[0007] 步驟2 :利用探針法構建位圖，用W指導標簽的響應時隙；并逐帖調整最優N值W 構建N樹，逐一識別N樹下的子樹。
[0008] 進一步地，所述步驟1中，利用極大似然位跟蹤標簽數估算法MLBE對應用環境 下的標簽數進行估算，即通過檢測單bit位碰撞、識別及空閑情況，實現對應用環境下標 簽數量的估算；其中，極大似然位跟蹤標簽數估算法MLBE估算的時隙長度為1/DR，根據 EPCGlobalClG2 標準知 DR 為 128肺ps。
[0009] 進一步地，估算應用環境下的標簽數量包括下述步驟：
[0010] 1)讀寫器廣播MLBE命令IlQl Ir后，標簽生成R =化sh(I化')111〇把9及隨機數 RbG {0,1}，并在時隙R發送Rb給讀寫器。因此，讀寫器可接收到長度為2?的數據串Str;
[0011] 2)若在時隙R同時接收到0和1則發生碰撞，表明時隙R至少有兩個標簽響應（碰 撞時隙），若只接收到0或1，則該時隙至少有一個標簽響應，即無碰撞時隙；若沒有接收到 0或1，則時隙R內無標簽響應，無標簽響應即空閑時隙數可精確統計記為e，并將碰撞時隙 數記為C ;
[0012] 3)根據盒子占用模型，當標簽數為n，盒子總數或帖長為N時，r個盒子中具有W個 標簽的概率P (W, r, n)如式（1)所示，e個時隙具有0個標簽的概率P (W = 0, e, n)如式（2) 所示：
[0013]
Cl);:
[< (2)；
[0015] 其中：j表示變量，無實際含義；
[0016] 同時，標簽選取隨機時隙響應事件獨立且同分布，滿足極大似然適用條件，在已知 N并統計W = 0的時隙數為e的情況下對標簽數n進行估算，估算表達式如下：
[0017]
巧);'
[0018] 其中，《表示估算標簽數，結合表達式（2)~（3)對標簽數進行極大似然估算；其 中，n > 2?-e+c表示每個碰撞時隙至少包括兩個標簽。
[0019] 進一步地，Q值的選取至少使得2哨包含1個空閑時隙，Q越大則估算范圍越大， 當G= 1時得Q的最大估算范圍；將G= 1帶入表達式（2)并迭代Q值，得不同Q值的估算 范圍：
[0020] <1〉在已知應用環境下，操作人員根據標簽數量選取Q值進行估算，若發現e = 0， 則令Q = Q+1，繼續發送MLBE命令I IQlIr ;其中，r為任意隨機數；
[0021] <2〉在未知應用環境下，則Q從1開始對應用環境下的標簽數進行估算，若發現e =0,則令Q = 9+1，繼續發送MLBE命令I IQlIr ;其中，r為任意隨機數； W22] 讀寫器發送MLBE命令IlQl Ir后，標簽生成R =化sh(I化r)mod2?及隨機數 RbG {〇, 1}，在時隙R發送Rb給讀寫器，即標簽W 1/2 9的概率在任一時隙k響應，則任一時 隙k無標簽響應的概率P化）I k =。如下式（4)所示：
[0023]
(4)；
[0024] 由于標簽隨機選擇時隙響應事件相互獨立，令E似Ik^為e的期望，則： 陽0 巧]
C5);:
[0026] 在未知應用環境下Q從1開始，若e = 0則令Q = Q+1繼續進行估算，直到e > 1， 當E化）Ik 1時，實現對標簽數的估算，有下式成立：
[0027] 20度""0含:1 (怎):;：
[0028] 求解表達式（6)得估算所需給定的最小Q值Qmi。，在未知應用環境下令Q = 1開始 估算直到Qmm為止，其中，n為標簽數量。
[0029] 進一步地，所述步驟2中，利用探針法預先檢測可識別時隙、碰撞時隙及空閑時 隙，構建位圖；
[0030] MFBTNA算法在極大似然位跟蹤標簽數估算法MLBE估算未識別標簽基礎上，為下 一識別帖設置最優N值，并逐帖進行識別。
[0031] 進一步地，多帖位圖跟蹤MFBTNA算法包括下述步驟：
[0032] 1〉讀寫器將其自身內部保存的帖號F置為0并廣播Set化指令（初始化指令）， 接收該指令后所有標簽初始化，并將標簽內部保存的帖號Ft置為0 ;
[0033] 2〉讀寫器利用極大似然位跟蹤標簽數估算法MLBE估算應用環境下的標簽數量， 根據標簽估算數量％，置定MFBTNA算法的N值為斯=
[0034] 3〉讀寫器組報文DetFmllQiIlFl Iri并廣播，初始時Qi= Q〇，F = 0 ;標簽接收到 該報文后，首先對比自身保存的Ft與F，若不相等則證明讀寫器完成了上一帖的識別工 作；標簽根據上一帖中是否接受過ID識別過程，即根據上一帖構建位圖的in化rmi中存在 in化rmi[Ri] = 1與否來判斷自己是否得到識別，i表示帖號；Ft表示標簽內部保存的帖號； (Ft表示標簽內部保存的帖號，Fi為讀寫器內部保存的帖號，標簽每次對比接收到的Fi與 自身保存的Ft,運里的i表示第i帖的意思，即讀寫器從第i = 0帖開始識別，直到將標簽 識別完畢，為了更好的說明，我將Fi的小標i去掉了改成了 F。僅有在F與自身保存的Ft 不相等的情況下，開始新的識別帖，并結合位圖，使得上一帖已識別標簽進入Sle巧狀態。） 陽03引①若in化rmi化]=1則證明該標簽在上一帖中已識別完畢，保持Ft不變；
[0036] ②若informjRj聲1則表明該標簽未得到識別，令Ft= F t+1，有Ft= F ;
[0037] 此時，不滿足Ft= F的標簽進入Sle巧狀態，直到接收到Set化指令重新激活；滿 足Ft= F的標簽則計算時隙馬=7/w/2(1D，/;.)mod 2?及生成隨機數Rdi G {0, 1}，并在時隙R1 發送隨機數Rdi;
[003引 4〉讀寫器根據標簽響應信號構建探針數據串Stri,由步驟3〉知探針數據串Stri 長度為2U，即Stri包括2:6位，第k位為滿足Ri= k的標簽集響應探針信號Rdi在信道中的 信號混疊；由于Rdi的長度與標簽ID長度相差化it,因此將R di稱為探針；同時，讀寫器根據 Stri構建位圖in化rmi，并廣播in化rmi，讀寫器根據探針時隙的碰撞、空閑及可識別狀況生 成了位圖informi;若發現閑/;.W|AeL0,2y -UI.二0，則所有標簽識別完畢，結束整個識別 過程；
[0039] 5〉標簽根據接收到的in化rmi決定自己在哪個子樹下進行識別；由于 A', E[0,2'j -I]，所有生成Ri相同的標簽統一到同一子樹下利用CT算法進行識別，構成了 W = 2?個子樹，子樹上包括0個、1個或多個標簽；讀寫器僅對探針沒有碰撞的標簽在識別 帖內進行識別，探針碰撞的標簽則在下一識別帖進行識別，實現在當前帖未識別標簽移入 下一帖進行識別；僅有滿足in化rmi [Ri] = 1的標簽在該帖內進行識別，滿足in化rmi [Ri]= 0的標簽移入下一帖進行識別；讀寫器僅對生成的Ri滿足Stri [RJ G {0,1}的標簽在當前 帖進行識別，生成的Ri相同的標簽則分布在同一個子樹上，標簽令RC1為根據接收到的位圖 in化rmi中自身生成的Ri對應在位圖中的位置in化rmi [Ri]前1的個數，由于在當前識別帖 中僅對滿足in化rmi [RJ = 1的標簽進行識別，運里規定標簽在第RCi個子樹上進行識別；
[0040] 6〉讀寫器逐一利用CT算法對構造的子樹進行識別；對第0個子樹識別時，發送 如ery命令，對其余子樹識別時發送如eryRep命令，每次接收到如eryRep命令，則令RCi = RCi-I，僅有RCi= O的標簽接受CT算法的指令和識別流程；讀寫器逐一利用CT算法識別子 樹，直到識別完第j = I in化rnii 11-1個子樹；其中，I in化rnii 11為位圖中1的個數；
[0041] 7〉根據Stri中的空閑探針時隙數利用MLBE估算未識別標簽數量； 陽042] 8〉令i = i+1及F = F+1，并根據估算的未識別標簽數量設定Qi,并生成隨機數 Tl,返回步驟3〉進行下一帖識別。
[0043] 進一步地：所述步驟3〉中，標簽生成的/?,.=化M'/?(iD，/:)mod2'-'決定其發送隨機數 Rdi的時隙，定義隨機數Rdi為長度為1位的探針；
[0044] 所述步驟4〉中，探針數據串Stri比]的取值包括下述=種情況： |；0045] a、Str;比]=NULL,即在Ri= k探針時隙無標簽響應； 陽046] b、Str;比]=*，*表示位碰撞，即在Ri= k探針時隙至少有2個標簽響應；
[0047] C、StrJk] = {0, 1}，即在Ri= k探針時隙至少有1個標簽響應； 柳48] 若終巧閑I &€化:2& -化=0，即探針數據串8化為空字符串，讀寫器接收不到 任何響應信號，則認定所有標簽識別完畢，結束識別流程；否則，讀寫器對滿足探針時隙 Stri比]={0