专利名称：步进时隙脉冲检测防冲突方法及其电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及数据读取技术领域，特别是一种步进时隙脉冲检测防冲突方法及其电路实现。
背景技术：
射频标签(RFID，Radio Frequency IDdentification)产品现已广泛用于商品流通、制造业成品和零部件管理、物品和人员的跟踪等多种领域。在物流控制方面工作在甚高频(UHF，Ultra High Frequency)频段(900MHz和2.4GHz)的射频标签(RFID)由于其工作距离远(＞1米)将成为该方面的主流。随着射频标签(RFID)工作距离及芯片标识码(ID)位数的增加，读卡器对大量射频标签(RFID)读取时所面临的标签间数据相互干扰[即冲突]问题成为其发展的瓶颈。
国际上对射频标签(RFID)的研究一方面是增加其工作距离，另一方面集中在防冲突方法的研究上。国外对防冲突方法的研究开展较早，且已经有比较成熟的方法商用。但高效、快速地读取大量、长标识码(ID)位数标签的要求并没有得到较好的解决。虽然目前由EPC[Electric ProductCode]组织提出的EPC Gen2 Class1标准中的防冲突方法，功能较为强大，安全性较好。但实现手段比较复杂，射频标签(RFID)芯片及相关读卡器的设计难度较高，从而造成研发及生产成本，甚至使用成本都相对较高。
为有效地降低成本实现RFID的广泛应用，必须在RFID系统中实现简单高效的防冲突方法。因此我们提出了步进时隙脉冲检测防冲突(Step Aloha anti collision)方法，它具有以下优点1)协议简单，逻辑电路易于实现；2)硬件资源需求较少；3)读取稳定性好；4)读取效率较高。
发明内容
本发明的目的在于，为提高目前射频标签(RFID)系统中，读卡器读取标签的速率。该方法的基本思路为利用标签内置在芯片中的标识码(ID)数据，按照读卡器的要求通过步进方式按顺序选取相应的标识码(ID)段[长度等于步进长度]。设步进长度为N(通常为2的整数倍)，读卡器设定其接收帧包含2N个时隙，读卡器在送出读取命令后发送帧起始信号，标签接收到帧起始信号后，根据标签选取的标识码(ID)段值所对应的时隙序列位置送出0、1随机数[类似通信系统中常用的linN编码方式]。读卡器通过检测各个时隙位置出现的0、1数据，一方面可以获取相应标识码(ID)段值，一方面可以通过时隙位置是否发生碰撞[通过相应编码使得读卡器识别0、1信息碰撞]来确定是否进行下一步的步进。直至成功区分并读出单个标签的标志码(ID)或完成整个标志码(ID)段的遍历，从而读出各个标签的标志码(ID)。
步进时隙脉冲检测防冲突方法，具备以下特征和优点一，利用射频标签(RFID)芯片中标志码(ID)作为实现防冲突方法的基础；二，采用可变步进的方式，标签根据读卡器的命令选取不同的步进长度以及改变其标志码(ID)段位值；三，采用类linN编码的方式，标签根据其标志码(ID)段位值对应段的标志码(ID)段值，在读卡器送出帧[大小由步进长度N决定]的相应位置送出0、1随机数信号；四，标签送出的脉冲为采用特定编码的0、1随机数，可以实现同一位置两个及以上标签的冲突检测；五，读卡器根据响应信号出现的位置做相应处理，读取标签标志码(ID)。
一，利用射频标签芯片的标识码作为防冲突方法中标签的响应控制依据；二，硬件资源需求较少，电路实现比较简单，芯片成本较低；三，协议简单，使得读卡器读取效率较高，且读取时间随标志码(ID)位数及标签数目增加变化相对比较稳定，大致呈线性增长；
四，该方法亦可方便地用于大量标签的数量统计。
本发明用于解决射频标签(RFID)系统中，读卡器读取大量标签时出现数据碰撞而导致读取效率低下的问题。尤其是可用于目前甚高频(UHF)频段、低成本的射频标签(RFID)设计及制造。
图1是本发明在RFID系统中的工作流程图。
图2是本实现发明所需电路逻辑框图。
具体实施例方式
图1所示为本发明在射频标签(RFID)系统中执行流程图，射频标签(RFID)在系统中工作流程如下步骤一标签上电复位，初始状态为Ready状态等待首次读取命令到来，收到首次读取命令后根据命令要求计算出时隙数，在相应的时隙位置送出0、1随机数信号，并从Ready状态转为Arbitrate状态；步骤二接收到读取命令后，首先判断参数(段位值和时隙数)是否匹配，不匹配则不做响应继续等待下次读取命令；如果匹配则判断该命令是否为完全读取命令，如果不是完全读取命令则根据命令要求计算时隙数在相应时隙位置送出0、1信号并转向Reply状态；如果是完全读取命令则射频标签送出剩余ID并等待ACK命令；步骤三如果接收到ACK命令则表示读卡器完成对射频标签的读取；如果收到冲突命令或超时未收到ACK命令，标签转入Reply状态并继续等待下次读取命令的到来。
读卡器与标签执行该方法的详细工作步骤如下设有m个标签，步进长度为n，令N＝2n-1，N为帧大小(即包含的时隙数)，标识码长度为L，那么需要步进的深度D＝L/n，步骤1读卡器面对m个标签，送出读取底n bit位的读取命令，所有标签接到命令后，等帧起始信号到来时，根据自己底n bit标识码的值，设为x，决定在第x个时隙到来时，通过反射方式送出其0、1随机数发生器产生的0、1数据；
步骤2读卡器同过检测时隙x是否有0、1数据来判断是否有底n bit值为x的标签存在，如果没有，则表明第一段值底nbit等于x的标签不存在，则转向第x+1位进行判断，该段读取结束；步骤3如果时隙x有0、1数据存在，则需判断仅有一位0或者1存在还是有0、1数据的冲突，如果仅有一位0或1存在证明该段段值为x的标签仅有一个，那么就直接送出完全读取命令，匹配值为x，段位值为1，读取其剩余标识码值；步骤4如果时隙x出现冲突则表明该段段值为x的标签有两个以上，那么送出读取命令[匹配值为x，段位值为1]命令第一段值为x的标签在下一帧中根据其第二段段值在相应的时隙位置继续送出0、1随机数；步骤5读卡器再次根据各个时隙位置出现0、1信号的情况进行判断；决定是否直接读取符合第一段值为x且第二段值为y的剩余标识码，还是需继续步进，直至读完所有标识码段或读完所有标签的标识码。
如图2本发明的电路实现框图各模块功能介绍如下模块1射频前端电路(1)用于接收来自于读卡器的射频信号；模块2时钟恢复&时钟同步电路(2)用于从射频前端电路接收到的射频信号中提取时钟信息，同时提供给时钟产生电路及用于时钟同步，保证0、1随机数在正确的时隙内发送；模块3解调器(3-1)&调制器电路(3-2)分别从射频信号中解调出数字信号及将数字信号调制到射频信号；模块4命令解析单元(4)解析来自于读卡器的命令并执行相应的操作，即方法的协议解析单元；模块5时钟产生电路(5)用于产生命令解析单元的工作时钟；模块60、1随机数发生器(6)用于产生0、1随机数信号，在合适的时隙内发送至读卡器端；模块7段位值计数器(7)用于记录该标签目前所被读取的标志码(ID)段位位置；模块8存储器读取接口&段位指针(8)通过段位指针的值读取存储器单元中相应位置的标志码(ID)数值；模块9非易失存储器(9)用于存储标签的标志码(ID)数据。
步进时隙脉冲检测防冲突电路，由射频前端电路(1)、时钟恢复&时钟同步电路(2)、解调器&调制器电路(3)、命令解析单元(4)、时钟产生电路(5)、0、1随机数发生器(6)、段位值计数器(7)、存储器读取接口&段位指针电路(8)、非易失存储器(9)组成，射频前端电路(1)连接于时钟恢复&时钟同步电路(2)、解调器(3-1)、调制器(3-2)，命令解析单元(4)分别连接于时钟恢复&时钟同步电路(2)、解调器(3-1)、调制器(3-2)、时钟产生电路(5)、0、1随机数发生器(6)和段位值计数器(7)，命令解析单元(4)与存储器读取接口&段位指针电路(8)互联，存储器读取接口&段位指针电路(8)与非易失存储器(9)互联。
权利要求
1.步进时隙脉冲检测防冲突方法，其步骤如下一，利用射频标签芯片中标识码作为实现防冲突方法的基础；二，采用可变步进的方式，标签根据读卡器的命令选取不同的步进长度以及改变其标识码段位值；三，采用类1inN编码的方式，标签根据其标识码段位值对应段的标识码值，在读卡器送出帧的相应位置送出0、1随机数信号；四，标签送出的脉冲为采用特定编码的0、1随机数，可以实现同一位置两个及以上标签在该帧内的冲突检测；五，读卡器根据响应信号出现的位置做相应处理，读取标签该段标识码。
2.根据权利要求1所述的步进时隙脉冲检测防冲突方法，其特征在于一，利用射频标签芯片的标识码作为防冲突方法中标签的响应控制依据；二，硬件资源需求较少，电路实现比较简单，芯片成本较低；三，协议简单，使得读卡器读取效率较高，且读取时间随标识码位数及标签数目增加变化相对比较稳定，大致呈线性增长；四，该方法亦可方便地用于大量标签的数量统计。
3.根据权利要求1所述的步进时隙脉冲检测防冲突方法，射频标签在系统中工作流程如下步骤一标签上电复位，初始状态为Ready状态等待首次读取命令到来，收到首次读取命令后根据命令要求计算出时隙数，在相应的时隙位置送出0、1随机数信号，并从Ready状态转为Arbitrate状态；步骤二接收到读取命令后，首先判断参数是否匹配，不匹配则不做响应继续等待下次读取命令；如果匹配则判断该命令是否为完全读取命令，如果不是完全读取命令则根据命令要求计算时隙数在相应时隙位置送出0、1信号并转向Reply状态；如果是完全读取命令则射频标签送出剩余ID并等待ACK命令；步骤三如果接收到ACK命令则表示读卡器完成对射频标签的读取；如果收到冲突命令或超时未收到ACK命令，标签转入Reply状态并继续等待下次读取命令的到来。
4.根据权利要求1或3所述的步进时隙脉冲检测防冲突方法，读卡器与标签执行该方法的详细工作步骤如下设有m个标签，步进长度为n，令N＝2n-1，N为帧大小，标识码长度为L，那么需要步进的深度D＝L/n，步骤1读卡器面对m个标签，送出读取底n bit位的读取命令，所有标签接到命令后，等帧起始信号到来时，根据自己底n bit标识码的值，设为x，决定在第x个时隙到来时，通过反射方式送出其0、1随机数发生器产生的0、1数据；步骤2读卡器同过检测时隙x是否有0、1数据来判断是否有底n bit值为x的标签存在，如果没有，则表明第一段值底nbit等于x的标签不存在，则转向第x+1位进行判断，该段读取结束；步骤3如果时隙x有0、1数据存在，则需判断仅有一位0或者1存在还是有0、1数据的冲突，如果仅有一位0或1存在证明该段段值为x的标签仅有一个，那么就直接送出完全读取命令，匹配值为x，段位值为1，读取其剩余标识码值；步骤4如果时隙x出现冲突则表明该段段值为x的标签有两个以上，那么送出读取命令[匹配值为x，段位值为1]命令第一段值为x的标签在下一帧中根据其第二段段值在相应的时隙位置继续送出0、1随机数；步骤5读卡器再次根据各个时隙位置出现0、1信号的情况进行判断；决定是否直接读取符合第一段值为x且第二段值为y的剩余标识码，还是需继续步进，直至读完所有标识码段或读完所有标签的标识码。
5.步进时隙脉冲检测防冲突电路，由射频前端电路(1)、时钟恢复&时钟同步电路(2)、解调器&调制器电路(3)、命令解析单元(4)、时钟产生电路(5)、0、1随机数发生器(6)、段位值计数器(7)、存储器读取接口&段位指针电路(8)、非易失存储器(9)组成，射频前端电路(1)连接于时钟恢复&时钟同步电路(2)、解调器(3-1)、调制器(3-2)，命令解析单元(4)分别连接于时钟恢复&时钟同步电路(2)、解调器(3-1)、调制器(3-2)、时钟产生电路(5)、0、1随机数发生器(6)和段位值计数器(7)，命令解析单元(4)与存储器读取接口&段位指针电路(8)互联，存储器读取接口&段位指针电路(8)与非易失存储器(9)互联。
全文摘要
本发明涉及数据读取技术领域，特别是一种步进时隙脉冲检测防冲突方法及其电路实现。主要用于通用射频标签(RFID)系统中作为数据防冲突的方法，该方法用于解决射频标签系统中读卡器[Reader]与标签[Tag]之间通信时由于标签数目过多而造成的数据冲突，以致于读卡器无法快速读取大量、长ID位数的标签。方法步骤1.利用射频标签芯片中标识码(ID)作为实现防冲突方法的基础；2.采用可变步进的方式；3.采用类1inN编码的方式；4.标签送出的脉冲为采用特定编码的0、1随机数；5.读卡器根据响应信号出现的位置做相应处理，读取标签标识码。
文档编号G06K7/00GK1897011SQ20051001217
公开日2007年1月17日 申请日期2005年7月14日 优先权日2005年7月14日
发明者杨志超, 周盛华, 吴南健, 李美云 申请人:中国科学院半导体研究所