基于多射频模块的有源rfid阅读器防碰撞方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种多射频模块的有源RFID阅读器防碰撞方法及系统，该方法主要通过在RFID系统中设置有源RFID标签与阅读器采用防碰撞扩频序列码进行通信，并且在阅读器中设置多个射频模块，每个射频模块只能够接收对应的防碰撞扩频序列码，从而合理地避免了标签信息发生碰撞。通过结合码分技术、时分技术以及改进的动态时隙ALOHA算法，提高了电子标签的处理效率和处理速度，并且通过采用直接扩频序列技术通信，提高了系统工作的安全性和可靠性，以及防碰撞性能。
【专利说明】基于多射频模块的有源RFID阅读器防碰撞方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明属于无线射频通信【技术领域】，具体涉及一种基于多射频模块的有源RFID阅读器防碰撞方法及系统的设计。
【背景技术】
[0002]射频识别(Radio Frequency Identification,简称RFID)技术是一种通过射频信号的空间耦合(交变磁场或电磁场)实现非接触式自动识别的技术。射频识别系统的核心部件有阅读器(接收来自于电子标签的信息，并且可以通过与计算机连接，实现整个应用系统的上层管理)和电子标签(向阅读器远程无线传输自身存储的信息，以识别电子标签代表的物品、人和器具的身份)。
[0003]射频识别系统工作时，可能会有一个以上的电子标签同时处于阅读器的作用范围内，这样如果有两个或者两个以上的电子标签同时发送数据时候会出现通信冲突、数据相互干扰碰撞；同样有时也有可能多个电子标签处在多个阅读器的工作范围之内，它们之间的数据通信也会引起数据干扰。为了防止这些冲突的产生，射频识别系统中需要设置一定的相关算法，解决这种数据冲突问题，这些算法被称为防碰撞算法。
[0004]在RFID系统中碰撞有以下特征:阅读器和电子标签之间数据包总的传输时间由数据包的大小和波特率决定，传播延时可忽略不计；RFID系统包括大量的电子标签并且是动态的(随时有可能超出阅读器范围)，通过竞争激励的办法占用通道进行通信，电子标签没有被阅读器激活的情况下不能和阅读器进行通信，对于RFID系统这种主从关系是唯一的，一旦电子标签被识别，就可以和阅读器之间以点对点的模式进行通信。
[0005]有源RFID系统里处理这些电子标签的时候需要在几秒之内准确无误的读取上百张甚至千张以上的电子标签，但是现有技术中的RFID阅读器防碰撞算法都是使用时分技术来防止碰撞的，在海量标签的情况下，单纯使用时分技术必定大大延长识别标签的时间，同时漏盘、误盘标签的情况更加明显，本发明使用多个无线收发芯片，利用码分技术和CPU的协议处理，并行接收多组标签的信息，成倍的改善了阅读器的盘存效率和准确率。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中RFID阅读器防碰撞方法及系统存在的缺点而提出一种基于多射频模块的有源RFID阅读器防碰撞方法及装置。
[0007]本发明解决技术问题采用的技术方案是:基于多射频模块的有源RFID阅读器防碰撞方法，具体包括:
[0008]S1、阅读器中的唤醒模块向阅读器覆盖范围内的有源RFID标签发送唤醒信号；
[0009]S2、有源RFID标签在经过周期性睡眠状态苏醒后立即监听周围信号，若监听到唤醒模块发送的唤醒信号，则使用防碰撞扩频序列码向阅读器中的读写模块发送信号；否则标签再次进入周期性睡眠状态；
[0010]S3、读写模块中存在多个射频模块，每个射频模块能够接收一种防碰撞扩频序列码，射频模块接收到相应的防碰撞扩频序列码信息后，则向有源RFID标签发送ACK回执信息；
[0011]S4、若有源RFID标签收到读写模块发送的ACK回执信息表示标签信息发送成功，并停止发送防碰撞扩频序列码信息；否则进入步骤S5 ；
[0012]S5、利用动态时隙ALOHA算法，根据空时隙、正确读写时隙以及碰撞时隙的数量计算下一个时间段内需要读写的有源RFID标签个数，分配下一个时间段内的时隙个数，将发生碰撞的标签在下一个时间段内的不同时隙进行发射。
[0013]进一步的，所述唤醒信号为唤醒模块通过对特定信号采用直接序列扩频通信技术完成的唤醒扩频序列码，有源RFID标签通过解扩接收唤醒扩频序列。
[0014]进一步的，不同的有源RFID标签在周期性睡眠状态后的苏醒时刻不同。
[0015]进一步的，所述有源RFID标签中预存了所述读写模块中所有射频模块能够接收的防碰撞扩频序列码，所述有源RFID标签根据唤醒信号中的信息得到读写模块中使用的射频模块信息，再根据射频模块能够接收到的防碰撞扩频序列码选择对应的防碰撞扩频序列码发送至读写模块。
[0016]进一步的，所述步骤S5中采用哈希函数分配时隙个数，所述哈希函数的公式为:hash (i+1) =hash (i) <<5+hash (i) +ID (i), (0 ^ i ^m), H=hash (m) %P ;其中:hash (0)的初始值选一个无特征的质数，ID表示有源RFID标签的唯一识别码，ID (i)表示ID的不同位；m为用多少个比特位表示的有源RFID标签的ID号，P为下一时间段内需要读写的标签个数的质数；所述公式H=hash(m)%P中，H计算的是第一步算出的哈希值除以P的余数,根据计算出的H值安排标签在某个时隙进行发射。
[0017]更进一步的，若不同的有源RFID标签根据哈希公式算出的结果一致，则在下一步计算中改变P值。
[0018]为了解决技术问题，本发明还提供了基于多射频模块的有源RFID阅读器防碰撞系统，包括阅读器和有源RFID标签，所述阅读器中包括唤醒模块和读写模块，读写模块中包括至少两个射频模块；其中，所述唤醒模块用于向阅读器覆盖范围内的有源RFID标签发送唤醒信号；所述读写模块中的每个射频模块能够接收一种防碰撞扩频序列码，所述射频模块接收到有源RFID标签发送的相应的防碰撞扩频序列码后，则向有源RFID标签发送ACK回执信息；所述有源RFID标签用于在经过周期性睡眠状态苏醒后立即监听周围信号，若监听到唤醒模块发送的唤醒信号，则向阅读器中的读写模块发送防碰撞扩频序列码信号，否则标签再次进入周期性睡眠状态，并且在根据是否接收到读写模块发送的ACK回执信息判断是否再次发送防碰撞扩频序列码至阅读器。
[0019]进一步的，不同的有源RFID标签在周期性睡眠状态后的苏醒时刻不同。
[0020]进一步的，所述有源RFID标签中预存了所述读写模块中所有射频模块能够接收的防碰撞扩频序列码，所述有源RFID标签根据唤醒信号中的信息得到读写模块中使用的射频模块信息，再根据射频模块能够接收到的防碰撞扩频序列码选择对应的防碰撞扩频序列码发送至读写模块。
[0021]本发明的有益效果:本发明基于多射频模块的有源RFID阅读器防碰撞方法及系统通过结合码分技术、时分技术以及动态时隙ALOHA算法的优点，提高了电子标签的处理效率和处理速度，并且通过 采用直接扩频序列技术通信，提高了系统工作的安全性和可靠性，以及防碰撞性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本发明实施例基于多射频模块的有源RFID阅读器防碰撞方法的流程框图；
[0023]图2为本发明实施例基于多射频模块的有源RFID阅读器防碰撞系统的结构框图；
[0024]图3为本发明实施例基于多射频模块的有源RFID阅读器防碰撞系统的工作图；
[0025]图4为本发明实施例基于多射频模块的有源RFID阅读器防碰撞方法中标签防碰撞图；
[0026]图5为本发明实施例基于多射频模块的有源RFID阅读器防碰撞方法中标签碰撞后处理图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的阐述。
[0028]如图1所示为本发明实施例基于多射频模块的有源RFID阅读器防碰撞方法的流程框图，具体包括:
[0029]S1、阅读器中的唤醒模块向阅读器覆盖范围内的有源RFID标签发送唤醒信号；
[0030]S2、有源RFID标签在经过周期性睡眠状态苏醒后立即监听周围信号，若监听到唤醒模块发送的唤醒信号，则使用防碰撞扩频序列码向阅读器中的读写模块发送信号；否则标签再次进入周期性睡眠状态；
[0031]S3、读写模块中存在多个射频模块，每个射频模块能够接收一种防碰撞扩频序列码，射频模块接收到相应的防碰撞扩频序列码信息后，则向有源RFID标签发送ACK回执信息；
[0032]S4、若有源RFID标签收到读写模块发送的ACK回执信息表示标签信息发送成功，并停止发送防碰撞扩频序列码信息；否则进入步骤S5 ；
[0033]S5、利用动态时隙ALOHA算法，根据空时隙、正确读写时隙以及碰撞时隙的数量计算下一个时间段内需要读写的有源RFID标签个数，分配下一个时间段内的时隙个数，将发生碰撞的标签在下一个时间段内的不同时隙进行发射。
[0034]基于上述方法，本发明还提供了基于多射频模块的有源RFID阅读器防碰撞系统，如图2所示，包括阅读器和有源RFID标签，所述阅读器中包括唤醒模块和读写模块，读写模块中包括至少两个射频模块；其中，所述唤醒模块用于向阅读器覆盖范围内的有源RFID标签发送唤醒信号；所述读写模块中的每个射频模块能够接收一种防碰撞扩频序列码，所述射频模块接收到有源RFID标签发送的相应的防碰撞扩频序列码后，则向有源RFID标签发送ACK回执信息；所述有源RFID标签用于在经过周期性睡眠状态苏醒后立即监听周围信号，若监听到唤醒模块发送的唤醒信号，则向阅读器中的读写模块发送防碰撞扩频序列码信号，否则标签再次进入周期性睡眠状态，并且在根据是否接收到读写模块发送的ACK回执信息判断是否再次发送防碰撞扩频序列码至阅读器。
[0035]下面为了本领域技术人员能够理解并且实施本发明技术方案，将对本发明所述方法及系统进行详细说明:
[0036]本发明的阅读器中包括唤醒模块和读写模块，其中读写模块需要接受来自标签的数据信息并对其进行处理，唤醒模块需要不断发射唤醒信号，标签接收到唤醒信号的瞬间，根据唤醒信号中的信息立即用防碰撞码向阅读器发送信号，在发送信号完成后在一定的时间内等待阅读器回复的ACK回执信息；阅读器在收到标签用防碰撞码发送的信息后，立即向标签返回ACK回执。标签根据ACK的回执信息来执行下一步动作，如果接到ACK回执信息标签将认为发送成功并停止发送，在一段时间后在执行预先设定的动作。如果在这段时间内没有收到ACK信号，标签则安排重新发送；为了有效地避免与那些已经发生碰撞的标签在重新发送时继续发生碰撞，安排标签在下一个时间段内的延迟发送，如此重复进行直到标签收到ACK或者超过预先设定的最大发送次数。
[0037]本发明为了有效地避免与那些已经发生碰撞的标签在重新发送时继续发生碰撞，利用动态时隙ALOHA算法，根据空时隙、正确读写时隙和碰撞时隙的数量不同，大概估计下一个时间段内需要读写的标签个数，然后分配下一个时间段内时隙的个数，安排碰撞的标签在下一个时间段内的不同时隙进行发射。时隙个数一般选择接近估计的下一时间段内需要读写的标签个数的较小的质数，利用哈希函数分配时隙，简单并且均匀的分配时隙安排标签发射以避免碰撞，所述哈希函数的公式为:hash (i+1) =hash (i) ?5+hash (i) +ID (i),0≤i≤m ；H=hash (m)%P ;其中:hash(0)的初始值选一个无特征的质数，ID表示标签的唯一识别码，ID(i)表示ID的不同位，m表示用多少个比特位表示标签ID号，P—般选择接近估计的下一时间段内需要读写的标签个数的较小的质数。公式H=hash(m)%P中H计算的是第一步算出的哈希值除以P的余数，根据计算出的H值安排标签在某个时隙进行发射。若不同的标签算出结果一致标签就会选择相同的时隙，从而发生碰撞，则可以在下一步计算中改变P的值，选取接近估计需要读写的标签个数的较大的那个质数，这样碰撞的标签在不同的时隙发射，避免再次碰撞。
[0038]同时本发明为提高防碰撞性，对不同的标签苏醒的时刻不一致，此时很大程度上就在时间上区分开了大部分标签，而不需要等所有标签唤醒后在同时向阅读器发送信息，这在很大程度上就避免发生大规模的碰撞。有源RFID标签只有一个无线收发模块，但其通讯信道及扩频序列码可编程切换；读写模块中的每个射频模块对应一个防碰撞码，在标签中可以预存若干组读写模块使用的防碰撞码，在标签接收唤醒命令的信息里包含了阅读器使用哪些读写模块，标签则在对应的这几组防碰撞码中选择一组，然后用这一组防碰撞码发送射频信号给阅读器进行通信。
[0039]对于同时苏醒的标签，随机选择不同防碰撞码向阅读器发送标签信息，阅读器根据不同的射频模块接收不同的防碰撞码的信息，以此来区分标签防止碰撞。下面将结合具体的情况根据本发明所述的方法和系统来说明怎样提高防碰撞性能:
[0040]如图3所示，例如射频模块有三个，则对应使用三个独立的防碰撞码PN1，PN2和PN3，则标签在这三组防碰撞码进行随机的选择，选择出一组防碰撞码，然后用这一组防碰撞码发送射频信号给阅读器进行通信。如图4所示，对于大部分的标签苏醒时刻不同，苏醒后立刻向阅读器发射信息，这就自然可以防碰撞。若标签同时苏醒，根据随机选择不同的PN码，不同的射频模块接收不同的标签信息，若标签I和标签2同时苏醒，但是他们用不同的PN码与阅读器进行通信，所以他们之间也不会碰撞；若标签I和标签3，虽然用的PN码相同，但是他们的苏醒时刻不同，所以他们也不会发生碰撞。
[0041]如图5所示，若同时苏醒的标签1，2和3，又随机出选择同样的防碰撞码PNl发送信息，则此时这些标签自然会发生碰撞；根据动态时隙ALOHA算法，这些发生碰撞的标签安排在下一个时间段内的苏醒，苏醒的瞬间向阅读器发送信息，并且在苏醒后随机的选择一组防碰撞码进行发送信息；若标签I和标签2如果又是同时苏醒，若这时随机出的PN码不同则不发生碰撞；并且标签1，2和标签3之间，根据哈希算法计算值苏醒的时隙可能不同，则他们之间也不会发生碰撞。
[0042]本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。凡是根据上述描述做出各种可能的等同替换或改变，均被认为属于本发明的权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.基于多射频模块的有源RFID阅读器防碰撞方法，其特征在于，具体包括:51、阅读器中的唤醒模块向阅读器覆盖范围内的有源RFID标签发送唤醒信号；52、有源RFID标签在经过周期性睡眠状态苏醒后立即监听周围信号，若监听到唤醒模块发送的唤醒信号，则使用防碰撞扩频序列码向阅读器中的读写模块发送信号；否则标签再次进入周期性睡眠状态；53、读写模块中存在多个射频模块，每个射频模块能够接收一种防碰撞扩频序列码，射频模块接收到相应的防碰撞扩频序列码信息后，则向有源RFID标签发送ACK回执信息；54、若有源RFID标签收到读写模块发送的ACK回执信息表示标签信息发送成功，并停止发送防碰撞扩频序列码信息；否则进入步骤S5 ；55、利用动态时隙ALOHA算法，根据空时隙、正确读写时隙以及碰撞时隙的数量计算下一个时间段内需要读写的有源RFID标签个数，分配下一个时间段内的时隙个数，将发生碰撞的标签在下一个时间段内的不同时隙进行发射。
2.如权利要求1所述的基于多射频模块的有源RFID阅读器防碰撞方法，其特征在于， 不同的有源RFID标签在周期性睡眠状态后的苏醒时刻不同。
3.如权利要求1所述的基于多射频模块的有源RFID阅读器防碰撞方法，其特征在于， 所述有源RFID标签中预存了所述读写模块中所有射频模块能够接收的防碰撞扩频序列码，所述有源RFID标签根据唤醒信号中的信息得到读写模块中使用的射频模块信息，再根据射频模块能够接收到的防碰撞扩频序列码选择对应的防碰撞扩频序列码发送至读写模块。
4.如权利要求1所述的基于多射频模块的有源RFID阅读器防碰撞方法，其特征在于， 所述步骤S5采用哈希函数分配时隙个数,所述哈希函数的公式为:hash(i+l)=hash(i)〈〈 5+hash(i) +ID(i), (0 ^ i ^ m), H=hash(m)%P ;其中:hash(0)的初始值选一个无特征的质数，ID表示有源RFID标签的唯一识别码，ID(i)表示ID的不同位；m为用多少个比特位表示的有源RFID标签的ID号，P为下一时间段内需要读写的标签个数的质数；所述公式 H=hash (m) %P中，H计算的是第一步算出的哈希值除以P的余数,根据计算出的H值安排标签在某个时隙进行发射。
5.如权利要求4所述的基于多射频模块的有源RFID阅读器防碰撞方法，其特征在于， 若不同的有源RFID标签根据哈希公式算出的结果一致，则在下一步计算中改变P值。
6.基于多射频模块的有源RFID阅读器防碰撞系统，其特征在于，包括阅读器和有源 RFID标签，所述阅读器中包括唤醒模块和读写模块，读写模块中包括至少两个射频模块； 其中，所述唤醒模块用于向阅读器覆盖范围内的有源RFID标签发送唤醒信号；所述读写模块中的每个射频模块能够接收一种防碰撞扩频序列码，所述射频模块接收到有源RFID标签发送的相应的防碰撞扩频序列码后，则向有源RFID标签发送ACK回执信息；所述有源 RFID标签用于在经过周期性睡眠状态苏醒后立即监听周围信号，若监听到唤醒模块发送的唤醒信号，则向阅读器中的读写模块发送防碰撞扩频序列码信号，否则标签再次进入周期性睡眠状态，并且在根据是否接收到读写模块发送的ACK回执信息判断是否再次发送防碰撞扩频序列码至阅读器。
7.如权利要求6所述的基于多射频模块的有源RFID阅读器防碰撞系统，其特征在于， 不同的有源RFID标签在周期性睡眠状态后的苏醒时刻不同。
8.如权利要求6所述的基于多射频模块的有源RFID阅读器防碰撞系统，其特征在于，所述有源RFID标签中预存了所述读写模块中所有射频模块能够接收的防碰撞扩频序列码信息，所述有源RFID标签根据唤醒信号中的信息得到读写模块中使用的射频模块信息，再根据射频模块能够接收到的防碰撞扩频序列码选择对应的防碰撞扩频序列码发送至读写模块。`
【文档编号】G06K7/00GK103577784SQ201310606703
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年11月25日 优先权日:2013年11月25日
【发明者】徐展, 邓翀, 刘丹, 叶翔 申请人:电子科技大学