一种基于盲分离的帧时隙超高频rfid系统防碰撞方法
【专利摘要】一种基于盲分离的帧时隙超高频RFID系统防碰撞方法。针对频率范围在860-960MHz内的超高频(UHF)射频信号，提出一种基于独立成分分析(ICA)和帧时隙的RFID系统防碰撞算法。本发明通过分析RFID系统中的ICA算法步骤并建立盲源分离的天线系统模型，利用特定的帧时隙数选取使每一时隙内的标签数不大于阅读器的天线数，满足盲源分离识别标签的条件，进而利用ICA算法实现多标签的同时识别。仿真结果表明，与传统的标签防碰撞算法及基于位隙动态分组的盲分离多标签防碰撞算法相比，本发明在标签识别率方面具有明显的优势，且算法的识别时间较少，进一步验证了将盲源分离技术运用于标签识别的可行性和高效性，在需要高效率和智能化管理的工程领域中具有潜在的应用价值。
【专利说明】一种基于盲分离的帧时隙超高频RFID系统防碰撞方法【技术领域】
[0001]本发明属于通信领域中的多标签读取技术，涉及标签的防碰撞方法。
【背景技术】[0002]射频识别(Radio Frequency Identification, RFID)是一种非接触式自动识别技术，与传统的识别方式相比，它可在非接触、非光学可视、非人工干预情况下完成信息输入和处理，具有操作方便、存储量大、保密性好、反应时间短、对环境适应性强等优点，现已广泛应用于门禁、交通、食品安全及物流等领域。在RFID通信系统中，阅读器的作用范围内往往有多个标签共存，若阅读器发送查询命令，会引起多个标签同时响应，造成标签的响应信号不能被阅读器快速识别，导致了 RFID系统的识别效率的降低。标签的防碰撞算法可以实现多个标签和阅读器之间的正常通信，而算法的优劣与阅读器的标签吞吐率密切相关。常见的RFID系统防碰撞算法可以分为确定性和非确定性两种。基于概率统计的ALOHA防碰撞算法是非确定性的，标签通过随机选择发送信息的时隙减少碰撞，且只有在标签数量与时隙数相当时，算法才能保持较高的识别率，最大值为36.8%。即使是改进型的可自适应调整帧长的动态帧时隙ALOHA算法的最大识别率也仅为58% ;确定性算法中识别率较高的基于分组机制的跳跃式动态二进制防碰撞算法的最大识别率也只是刚超过50%。EPC Gen2规定了基于动态帧时隙随机算法的Q算法用于解决标签碰撞问题，具有一定的自适应性并表现出良好的吞吐率性能。Q算法可以在一个盘存周期的任意时刻通过调整Q值改变时隙数，使未被识别的标签重新选择响应的时隙，进入下一帧的响应中，但Q值可能发生的反复变化会影响算法的识别效率，标签识别率也基本维持在50%左右。因此,为了进一步提闻防碰撞算法的标签识别率，必须寻求一种可以在同一时刻识别多个标签的新型算法，本算法由此应运而生。
[0003]信号的盲源分离(Blind Source Separation, BSS)是指从若干观测到的混合信号中恢复出无法直接观测的原始信号。由于原始信号分别来自不同的信号源，因此可以认为原始信号之间是相互独立的。独立成分分析(Independent Component Analysis, I CA)是20世纪80年代发展的一种统计和计算机技术，是当前盲源分离中最为流行的方法之一。
【发明内容】
[0004]本发明针对频率范围在860-960MHZ内的超高频(UHF) RFID系统，结合帧时隙ALOHA算法，通过建立阅读器的盲源分离天线系统模型，用简单但有效的FastICA算法(快速ICA算法)对标签混合信号进行盲源分离，提出了一种基于盲分离的帧时隙超高频RFID系统防碰撞算法(Blind S印aration and Framed-slot Algorithm, BSFA),达到了同一时刻识别多个标签的目的。本发明相比于现有的标签防碰撞算法具有较高的标签识别率且用时较少，性能优异，在中大型企业的仓库、物流中具有较强的应用价值。
[0005]1.RFID系统与盲源分离技术相结合
[0006]1.1RFID系统的FastICA算法步骤分析[0007]设阅读器的作用范围内有η个标签，标签向阅读器发送的响应信号(原始信号)为S = [S1, S2,…，sn]T,其中Sj = [Sj1, Sj2,…，SjJ, I≤j≤η为第j个标签发送信号的采样值，采样数为L。阅读器有m个天线，天线接收到的混合信号为X= [Xl，X2，…，xm]T，其中Xi = [xn, xi2,…，XiJ, I≤i≤m是第i个天线的采样值，混合信号与标签信号的关系为:
[0008]
【权利要求】
1.一种基于盲分离的帧时隙超高频RFID系统防碰撞方法，其特征是通过以下步骤实现: (51)、阅读器发送Query命令给进入识别范围内的标签，开始盘存周期，标签进入就绪状态； (52)、标签响应阅读器的Query命令，并随机选择时隙存入各自的时隙计数器中； (53)、阅读器利用FastICA算法分离标签混合信号，同时建立估计信号与标签原始信号之间的对应关系，标签进入确认状态； (54)、阅读器发送ACK指令给确认状态下的标签，标签收到ACK指令后，发送自己的PC、EPC和CRC-16信息，阅读器利用(S3)中的解混系数矩阵继续分离并存储这些标签的标识信息，此时标签被成功识别，转至(S5)； (55)、阅读器向标签发送QueryRep命令，进入就绪状态且未被识别标签的时隙计数器值减1，跳转至(S2)继续进行标签识别，直至所有标签识别完成为止。
2.根据权利要求1所述的基于盲分离的帧时隙超高频RFID系统防碰撞方法，其特征是所述的(S2)按以下步骤: (1)标签识别过程中每个标签均执行16位时隙计数器，所有未识别的标签收到Query命令后，从O?round (n (A+ α ) / ( β A2+ y Α))个时隙中随机选择一个时隙存入各自的时隙计数器中，标签进入响应状态，时隙计数器为O的标签响应； (2)响应标签通过随机或伪随机数据发生器产生一个16位的随机序列RN16，并将各自的RN16序列发送给阅读器，根据响应标签的数目分为以下两种情况: ①响应标签的数目为O时，表明时隙空闲，转至(S5)； ②响应标签的数目等于或多于I个，转至(S3)执行FastICA算法。
3.根据权利要求1所述的基于盲分离的帧时隙超高频RFID系统防碰撞方法，其特征是所述的(S3)按以下步骤: (1)阅读器天线接收到的信号为标签混合信号，为了能够精确的对混合信号进行盲源分离，首先需要估计原始信号的数目，分为以下两种情况: ①有噪声时可以通过观测混合信号X的相关矩阵的主特征值数来确定标签发送的原始信号数目； ②无噪声时可以通过观测混合信号X的秩来确定原始信号的数目； (2)利用FastICA算法将混合信号X解混，通过选择合理的解混系数矩阵W，使观测到的估计信号Y清晰可辨，通过估计信号Y = WX阅读器与响应标签建立联系，标签进入确认状态。
【文档编号】G06K7/00GK103955657SQ201410219110
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月22日 优先权日:2014年5月22日
【发明者】张小红, 穆宇超, 钟小勇 申请人:江西理工大学