一种基于信息位编码的自适应搜索的rfid防碰撞方法

文档序号:8473341
一种基于信息位编码的自适应搜索的rfid防碰撞方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于射频识别技术领域中的多标签读取技术,涉及多标签防碰撞的方法。
【背景技术】
[0002] 射频识别(RadioFrequencyIdentification,RFID)技术是利用射频通信以快速 获取目标物体数据的一种非接触式自动识别技术,是物联网感知层的关键技术之一。与传 统的识别技术相比,RFID技术具有操作简单、抗干扰性强、能识别高速运动的物体以及可适 应于恶劣环境等多方面的优点,在物流、跟踪、定位以及交通运输控制管理等领域已得到广 泛应用。因此,被列为21世纪最有发展前途的信息技术之一。
[0003] 通常RFID系统通常由电子标签(Tag)、读写器(Reader)和后端数据库 (Database)三大部分组成。其中电子标签可分为有源标签和无源标签,由于成本等各因素 的限制,大多数RFID系统均采用无源标签,即被动标签,其所需能量完全由读写器发送的 电磁波提供。当多个标签在同一时刻响应读写器的命令时,信号之间就会相互干扰,导致读 写器无法准确地读取数据,这种现象成为标签碰撞。因此,如何有效快速地识别标签一直都 是RFID技术的主要研宄方向,也是物联网技术领域中一个研宄的热点。
[0004] RFID系统必须采用一定的策略或算法来避免碰撞现象的发生,即控制标签的响应 时序逐个与读写器进行通信,并在一定时间内完成对所有标签的识别。为此,国内外的学者 在关于多标签与读写器的碰撞问题方面已经做了大量的研宄。这些防碰撞的算法主要分 为两大类:一种是基于时隙随机分配的ALOHA算法,也称为不确定性算法;如时隙ALOHA算 法、帧时隙ALOHA算法、动态帧时隙ALOHA算法以及Q算法等,这些算法均采用碰撞则退避 重传的基本思想,所以其实现过程相对比较简单。但是,随着标签数目的增加,其性能急剧 恶化,研宄者们又相继提出增强的动态帧时隙算法、分组动态帧时隙ALOH算法等。虽然这 些算法使系统的性能有所改善,但该类算法具有一定的随机性,可能存在单个或多个标签 在很长的一段时间内均无法被成功识别,即出现标签"饥饿"问题。
[0005] 另一种则是基于二进制搜索的确定型算法,其代表算法有二进制搜索(Binary Search,BS)算法、动态二进制搜索(DynamicBinarySearch,DBS)算法以及跳跃式动 态树(JumpingandDynamicSearching,JDS)算法,查询树(QueryTree,QT)算法,四 叉树(4-aryQueryTree, 4QT)算法以及自适应多叉树防碰撞(AdaptiveMulti-tree Search,AMS)算法等。其中,BS算法是通过多次比较,不断减少响应标签的数目,直至对剩 下唯一的标签进行识别;DBS算法则可以动态的调整读写器查询命令和标签反馈信息的ID 长度;而JDS算法是基于以上两种算法的改进,不是从根节点开始重新查询,而是退到它的 上一层节点即父节点继续查询,以减少算法的时间复杂度。QT算法则对标签的要求相对比 较简单,标签不需要具有任何记忆功能,降低了标签的制作成本。其缺点就是识别的时间较 长,吞吐率很低。4QT算法虽然减少了碰撞时隙,同时也增加了空闲时隙。而AMS算法则是 这两种算法的结合,通过引入碰撞因子,让读写器调整分叉数以提高系统的性能。但是这些 算法识别时间相对比较长,读写器与标签之间的数据通信量比较大,其吞吐率只有50%左 右。
[0006] 现有的RFID防碰撞算法或多或少存在一些如算法操作复杂、对标签计算能力要 求高、发送数据冗余等缺点,本发明在总结前人许多经典算法的基础上,提出一种基于信息 位编码的自适应搜索RFID防碰撞算法(AdaptiveSearching,AS)。

【发明内容】

[0007] 本发明为了减少对物体标签识别时间,提出一种基于信息位编码的自适应搜索的 防碰撞(AS)算法。读写器充分利用碰撞位信息,要求标签返回碰撞位编码信息,进而自适 应地生成有效查询前缀,对标签进行无空闲时隙识别,以减少查询次数,提高算法的性能。 此外,AS算法也解决了读写器与标签通信中传输信息冗余等问题。本发明通过理论分析证 明了该算法的有效性,其中吞吐率的理论值与实验值的误差不超过5%,还从时间复杂度和 通信复杂度对该算法进行了详细地分析。仿真结果表明:AS算法不仅提高了系统的性能, 而且还降低了标签能量的消耗。特别是当标签数为1000时,该算法的吞吐率仍保持在61% 左右,比查询树算法和自适应多叉树算法的系统效率分别提高了 72%和20. 1%左右。
[0008] 1、本发明基本思想。
[0009] 无论是Q算法,四叉树搜索算法还是AMS算法,其基本思想都是一旦检测到最尚碰 撞位,则按照固定的模式生成前缀,然后依次发送这些前缀对标签进行查询。由于读写器不 知道标签碰撞位的具体信息,只能不断地从堆栈中取出查询前缀,盲目地对标签进行查询, 就会不可避免地产生大量的空闲时隙,最终影响系统的性能。
[0010] 为了让读写器获得碰撞位信息,标签需将前4bit碰撞位信息进行相应的编码,如 表1所示。读写器利用Manchester(曼彻斯特)的特性,检测出碰撞位的信息。如果仅有 Ibit发生碰撞,则将该碰撞位分别置0, 1,生成两个新前缀,并将其压入读写器Stack堆栈 中;反之,则将最高碰撞位之前的信息发给标签,标签收到消息后,与自身的ID进行对比。 如果相同,则将后续4bit(从最高碰撞位开始)进行编码,并将编码信息返回给读写器。否 贝1J,标签不应答。由于编码之后的16bit中只有Ibit是1,其他均为0,所以无论是哪几种 情况发生碰撞,读写器均能准确无误的将原碰撞信息解码出来,最后生成相应的前缀,压入 堆栈中。
[0011] 2、AS算法性能分析。
[0012]AS算法继承了QT算法和AMS算法的优点,即标签不需要存储以前的查询情况,同 时在它们的基础上还加以改进。AS算法不仅仅只有二、四两种固定分支的选择,它会随着标 签ID的分布情况,自适应地分配多叉树,生成有效查询前缀,对标签无空闲时隙的识别,从 而提尚算法的性能。
[0013] 表IAS信息位编码规则
[0014]
【主权项】
1. 一种基于信息位编码的自适应搜索RFID防碰撞方法,其特征是按以下步骤: (501) :初始化,将读写器Stack堆栈清空,并把空字符串NULL压入堆栈中,要求在其作 用范围内的标签处于待命状态; (502) :读写器从堆栈中取出栈首元素,并以广播的方式发送给标签,与查询前缀相 匹配的标签响应,并且返回各自ID中与查询前缀互补的部分;如果读写器是首次查询,则 发送Request(NULL)命令,要求标签返回其自身完整的ID;如果堆栈为空,则跳转至步骤 (S07); (503) :读写器收到标签返回的信息后,首先利用Manchester原理定位到最高碰撞位n 的位置,然后对n进行判断: 1) 如果n< 4,则将第n位分别置0, 1,生成两个新的查询前缀并压入堆栈中,返回步骤 (S02); 2) 否则,转入步骤(S04); (504) :读写器根据响应标签的数量进行相应的处理; (505) :标签收到消息M后,与自身的ID前缀进行对比,如果一致,则将第n位至第n-3 位的信息进行相应的编码,并返回给读写器;否则,标签不应答,等待下一次查询; (506) :读写器收到编码信息后,通过解码即可获得标签产生碰撞的具体信息,进而生 成有效查询前缀并且压入堆栈中; (507) :判断堆栈是否为空,如果为空,则识别过程结束;否则,返回步骤(S02),取出栈 首元素,重复上述过程直至将所有标签识别完。
2. 根据权利要求1所述的基于信息位编码的自适应搜索RFID防碰撞方法,其特征是所 述的(S04)按以下步骤: (1) 如果只有一个标签响应,则直接读出该标签的数据,并发送Sle印()命令,让其进 入休眠状态,不再参与后面的查询; (2) 如果有两个或两个以上的标签,则需进一步判断: 1) 如果仅有Ibit发生碰撞,则将相应的碰撞位分别置0, 1,生成两个前缀并压入堆栈 中,返回步骤(S02); 2) 如果碰撞位是2bit或2bit以上,则读写器以广播的方式发送Call(M,n)命令,要求 条件符合的标签返回其碰撞位信息,转入步骤(S05)。
【专利摘要】一种基于信息位编码的自适应搜索的RFID防碰撞方法,读写器充分利用碰撞位信息,要求标签返回碰撞位编码信息,进而自适应地生成有效查询前缀,对标签进行无空闲时隙识别,以减少查询次数,提高算法的性能,也解决了读写器与标签通信中传输信息冗余等问题。本发明通过理论分析证明了该算法的有效性,其中吞吐率的理论值与实验值的误差不超过5%。本发明提出的自适应搜索(AS)算法不仅提高了系统的性能,而且还降低了标签能量的消耗。特别是当标签数为1000时,该算法的吞吐率仍保持在61%左右,比查询树算法和自适应多叉树算法的系统效率分别提高了72%和20.1%左右。
【IPC分类】G06K17-00
【公开号】CN104794509
【申请号】CN201510218262
【发明人】张小红, 胡应梦, 钟小勇
【申请人】江西理工大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年5月4日
再多了解一些
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