一种基于位图构建的rfid自适应n树防碰撞方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种RFID系统通信技术，具体设及一种基于位图构建的RFID自适应 N树防碰撞方法。
【背景技术】
[0002] RFID技术通过无线链路识别与定位物件，具有高效、无需接触、批量识别等优点， 广泛应用于自动识别领域。RFID系统由后台服务器、读写器及多个标签组成，通过识别标 签实现物件快速定位。然而，读写器批量识别标签时，多标签通过共享信道同时传输识别信 息W响应读写器从而产生信号碰撞，碰撞标签需重新发送识别信息W便于读写器识别，故 增加了识别时延。同时，低价被动标签性能较低，无法感知应用环境下的其它标签。因此， 设计高效防碰撞算法W最大限度减少碰撞并降低时延对RFID系统整体效率提升具有重要 意义。目前，RFID防碰撞算法主要有ALOHA类和树形算法两类，ALOHA类算法具有识别速 度快、操作简单的优点，然而，其存在严重的"标签饥饿"问题，即部分标签长时间得不到识 另IJ ;树形算法具有识别精度高的优点，然而运类算法每次识别只进行二分割，致使其识别时 间较长。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于位图构建的RFID自适应N树 防碰撞方法，该方法可W大幅提高RFID标签防碰撞性能，吞吐率可达86. 42 %~87. 05%。
[0004] 本发明的目的是采用下述技术方案实现的： 阳0化]本发明提供一种基于位图构建的RFID自适应N树防碰撞方法，其改进之处在于， 所述方法包括下述步骤：
[0006] 步骤1 :利用极大似然位跟踪标签数估算法MLBE估算应用环境下的标签数量；
[0007] 步骤2 :利用探针法构建位图，用W指导标签的响应时隙；并逐帖调整最优N值W 构建N树，逐一识别N树下的子树。
[0008] 进一步地，所述步骤1中，利用极大似然位跟踪标签数估算法MLBE对应用环境 下的标签数进行估算，即通过检测单bit位碰撞、识别及空闲情况，实现对应用环境下标 签数量的估算；其中，极大似然位跟踪标签数估算法MLBE估算的时隙长度为1/DR，根据 EPCGlobalClG2 标准知 DR 为 128肺ps。
[0009] 进一步地，估算应用环境下的标签数量包括下述步骤：
[0010] 1)读写器广播MLBE命令IlQl Ir后，标签生成R =化sh(I化')111〇把9及随机数 RbG {0,1}，并在时隙R发送Rb给读写器。因此，读写器可接收到长度为2?的数据串Str;
[0011] 2)若在时隙R同时接收到0和1则发生碰撞，表明时隙R至少有两个标签响应（碰 撞时隙），若只接收到0或1，则该时隙至少有一个标签响应，即无碰撞时隙；若没有接收到 0或1，则时隙R内无标签响应，无标签响应即空闲时隙数可精确统计记为e，并将碰撞时隙 数记为C ;
[0012] 3)根据盒子占用模型，当标签数为n，盒子总数或帖长为N时，r个盒子中具有W个 标签的概率P (W, r, n)如式（1)所示，e个时隙具有0个标签的概率P (W = 0, e, n)如式（2) 所示：
[0013]
Cl);:
[< (2)；
[0015] 其中：j表示变量，无实际含义；
[0016] 同时，标签选取随机时隙响应事件独立且同分布，满足极大似然适用条件，在已知 N并统计W = 0的时隙数为e的情况下对标签数n进行估算，估算表达式如下：
[0017]
巧);'
[0018] 其中，《表示估算标签数，结合表达式（2)~（3)对标签数进行极大似然估算；其 中，n > 2?-e+c表示每个碰撞时隙至少包括两个标签。
[0019] 进一步地，Q值的选取至少使得2哨包含1个空闲时隙，Q越大则估算范围越大， 当G= 1时得Q的最大估算范围；将G= 1带入表达式（2)并迭代Q值，得不同Q值的估算 范围：
[0020] <1〉在已知应用环境下，操作人员根据标签数量选取Q值进行估算，若发现e = 0， 则令Q = Q+1，继续发送MLBE命令I IQlIr ;其中，r为任意随机数；
[0021] <2〉在未知应用环境下，则Q从1开始对应用环境下的标签数进行估算，若发现e =0,则令Q = 9+1，继续发送MLBE命令I IQlIr ;其中，r为任意随机数； W22] 读写器发送MLBE命令IlQl Ir后，标签生成R =化sh(I化r)mod2?及随机数 RbG {〇, 1}，在时隙R发送Rb给读写器，即标签W 1/2 9的概率在任一时隙k响应，则任一时 隙k无标签响应的概率P化）I k =。如下式（4)所示：
[0023]
(4)；
[0024] 由于标签随机选择时隙响应事件相互独立，令E似Ik^为e的期望，则： 阳0 巧]
C5);:
[0026] 在未知应用环境下Q从1开始，若e = 0则令Q = Q+1继续进行估算，直到e > 1， 当E化）Ik 1时，实现对标签数的估算，有下式成立：
[0027] 20度""0含:1 (怎):;：
[0028] 求解表达式（6)得估算所需给定的最小Q值Qmi。，在未知应用环境下令Q = 1开始 估算直到Qmm为止，其中，n为标签数量。
[0029] 进一步地，所述步骤2中，利用探针法预先检测可识别时隙、碰撞时隙及空闲时 隙，构建位图；
[0030] MFBTNA算法在极大似然位跟踪标签数估算法MLBE估算未识别标签基础上，为下 一识别帖设置最优N值，并逐帖进行识别。
[0031] 进一步地，多帖位图跟踪MFBTNA算法包括下述步骤：
[0032] 1〉读写器将其自身内部保存的帖号F置为0并广播Set化指令（初始化指令）， 接收该指令后所有标签初始化，并将标签内部保存的帖号Ft置为0 ;
[0033] 2〉读写器利用极大似然位跟踪标签数估算法MLBE估算应用环境下的标签数量， 根据标签估算数量％，置定MFBTNA算法的N值为斯=
[0034] 3〉读写器组报文DetFmllQiIlFl Iri并广播，初始时Qi= Q〇，F = 0 ;标签接收到 该报文后，首先对比自身保存的Ft与F，若不相等则证明读写器完成了上一帖的识别工 作；标签根据上一帖中是否接受过ID识别过程，即根据上一帖构建位图的in化rmi中存在 in化rmi[Ri] = 1与否来判断自己是否得到识别，i表示帖号；Ft表示标签内部保存的帖号； (Ft表示标签内部保存的帖号，Fi为读写器内部保存的帖号，标签每次对比接收到的Fi与 自身保存的Ft,运里的i表示第i帖的意思，即读写器从第i = 0帖开始识别，直到将标签 识别完毕，为了更好的说明，我将Fi的小标i去掉了改成了 F。仅有在F与自身保存的Ft 不相等的情况下，开始新的识别帖，并结合位图，使得上一帖已识别标签进入Sle巧状态。） 阳03引①若in化rmi化]=1则证明该标签在上一帖中已识别完毕，保持Ft不变；
[0036] ②若informjRj声1则表明该标签未得到识别，令Ft= F t+1，有Ft= F ;
[0037] 此时，不满足Ft= F的标签进入Sle巧状态，直到接收到Set化指令重新激活；满 足Ft= F的标签则计算时隙馬=7/w/2(1D，/;.)mod 2?及生成随机数Rdi G {0, 1}，并在时隙R1 发送随机数Rdi;
[003引 4〉读写器根据标签响应信号构建探针数据串Stri,由步骤3〉知探针数据串Stri 长度为2U，即Stri包括2:6位，第k位为满足Ri= k的标签集响应探针信号Rdi在信道中的 信号混叠；由于Rdi的长度与标签ID长度相差化it,因此将R di称为探针；同时，读写器根据 Stri构建位图in化rmi，并广播in化rmi，读写器根据探针时隙的碰撞、空闲及可识别状况生 成了位图informi;若发现闲/;.W|AeL0,2y -UI.二0，则所有标签识别完毕，结束整个识别 过程；
[0039] 5〉标签根据接收到的in化rmi决定自己在哪个子树下进行识别；由于 A', E[0,2'j -I]，所有生成Ri相同的标签统一到同一子树下利用CT算法进行识别，构成了 W = 2?个子树，子树上包括0个、1个或多个标签；读写器仅对探针没有碰撞的标签在识别 帖内进行识别，探针碰撞的标签则在下一识别帖进行识别，实现在当前帖未识别标签移入 下一帖进行识别；仅有满足in化rmi [Ri] = 1的标签在该帖内进行识别，满足in化rmi [Ri]= 0的标签移入下一帖进行识别；读写器仅对生成的Ri满足Stri [RJ G {0,1}的标签在当前 帖进行识别，生成的Ri相同的标签则分布在同一个子树上，标签令RC1为根据接收到的位图 in化rmi中自身生成的Ri对应在位图中的位置in化rmi [Ri]前1的个数，由于在当前识别帖 中仅对满足in化rmi [RJ = 1的标签进行识别，运里规定标签在第RCi个子树上进行识别；
[0040] 6〉读写器逐一利用CT算法对构造的子树进行识别；对第0个子树识别时，发送 如ery命令，对其余子树识别时发送如eryRep命令，每次接收到如eryRep命令，则令RCi = RCi-I，仅有RCi= O的标签接受CT算法的指令和识别流程；读写器逐一利用CT算法识别子 树，直到识别完第j = I in化rnii 11-1个子树；其中，I in化rnii 11为位图中1的个数；
[0041] 7〉根据Stri中的空闲探针时隙数利用MLBE估算未识别标签数量； 阳042] 8〉令i = i+1及F = F+1，并根据估算的未识别标签数量设定Qi,并生成随机数 Tl,返回步骤3〉进行下一帖识别。
[0043] 进一步地：所述步骤3〉中，标签生成的/?,.=化M'/?(iD，/:)mod2'-'决定其发送随机数 Rdi的时隙，定义随机数Rdi为长度为1位的探针；
[0044] 所述步骤4〉中，探针数据串Stri比]的取值包括下述=种情况： |；0045] a、Str;比]=NULL,即在Ri= k探针时隙无标签响应； 阳046] b、Str;比]=*，*表示位碰撞，即在Ri= k探针时隙至少有2个标签响应；
[0047] C、StrJk] = {0, 1}，即在Ri= k探针时隙至少有1个标签响应； 柳48] 若终巧闲I &€化:2& -化=0，即探针数据串8化为空字符串，读写器接收不到 任何响应信号，则认定所有标签识别完毕，结束识别流程；否则，读写器对满足探针时隙 Stri比]={0