专利名称：基于沃尔什码的射频标签识别方法
技术领域：
本发明涉及射频识别技术领域，尤其涉及一种基于沃尔什码的射频标签识别方法。
背景技术：
由于体积小，耗电量低，射频识别(Radio Frequency Identification, RFID)技术在今天日益普及。射频识别技术被广泛应用于访问管理，物品追踪，物流管理等领域，发挥着不可替代的作用。一个典型的射频识别系统由射频阅读器(Reader)和许多标签(Tag)组成。其中每个标签具有唯一的电子码。在对标签进行阅读时，阅读器发射阅读信号，激发标签内的电路，同时标签从射频信号中获取能量，将自身的电子码以信号方式返回给阅读器。阅读器对信号进行解码后，可获取电子码的信息。然而，在大规模的射频识别系统中，标签的数目往往非常多。当阅读器发出阅读信号之后，许多标签将会同时被激发继而回复自身的电子码。此时，这些标签回复的信号在阅读器端发生叠加，造成信号冲突，导致阅读器无法对任何一个标签的信号进行解码。这就是射频识别系统中广泛存在的标签冲突(tagcollision)问题。当发生标签冲突之后，冲突的标签会再一次的随机选择回复时间，尽量避免冲突的再次发生。但如此一来将要花费更多的阅读时间，从而降低系统的效率。为了解决标签冲突问题，提出了许多防止冲突的标签识别方法。这些方法主要分为两类，其中一类采用时分多址复用技术(TDMA)，另外一类采用码分多址复用技术(CDMA)。在基于时分多址复用的防止冲突的标签识别方法中，阅读器将标签可能回复的时间划分为若干个子时间段，所有标签从子时间段中随机选取一个时间段进行回复。因而，选择不同子时间段回复的标签将不会发生冲突。但是，由于选择的随机性，两个或者两个以上标签选择同一个子时间段进行回复的可能性依然存在，此时，需要进一步的对冲突标签的回复时间进行调度。调度的方法可基于网络中典型的AI ο h a协议，如动态帧时隙Aloha (Dynamic Framed Slotted Aloha, DFSA)协议，增强的动态巾贞时隙 Aloha (EnhancedDynamic Framed Slotted Aloha, EDFSA)协议,也可基于树状图的调度方法。在基于码分多址复用的防止冲突的标签识别方法中，每一个标签被分配一个正交或者近似正交的扩频码，这些扩频码用来对发送的信号进行编码。阅读器端可以用同样的扩频码对接收信号进行解码。这样，即使标签信号在阅读器端产生冲突，不同的正交扩频码也可以使阅读器对冲突信号进行区分。但是，在基于时分多址复用的防止冲突的标签识别方法中，多个标签仍有发生冲突的可能性，冲突只在概率上得以避免。要想降低冲突的概率，必须增加可供选择的子时间段的数目，而这样又进一步的增加了识别时间，从而降低了标签识别的效率。在基于码分多址复用的防止冲突的标签识别方法中，如须彻底避免冲突，每个标签必须分配一个不同的正交码，而一定长度的正交码数目有限，在标签数目众多的大规模系统中，这几乎是不可能完成的。另外，经过编码的扩频信号占用大量的带宽，而且，正交码的分配协议复杂而难以实现。这一系列因素导致了码分多址复用难以在大规模的标签阅读协议中实现。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种基于沃尔什码的射频标签识别方法，其将标签的电子码映射到一组了沃尔什码，利用沃尔什(walsh)码的正交特性，解决了标签信号的冲突问题，使得大规模标签的识别快速而有效。为达此目的，本发明采用以下技术方案—种基于沃尔什码的射频标签识别方法，其包括如下步骤A、将射频识别系统中每个标签的电子码映射到与其对应的一组沃尔什码；B、为标签选择发送其沃尔什码的子时间段；C、阅读器获取每个子时间段内接收到的所有沃尔什码；D、阅读器根据存储的射频识别系统中所有标签的电子码的合集和获取的每个子时间段内接收到的所有沃尔什码，筛选出可能存在于待识别标签中的标签；E、阅读器对步骤D中所述可能存在于待识别标签中的标签进行二次筛选，识别出所有待识别的标签。特别地，所述步骤A具体包括根据射频识别系统中标签的数目和沃尔什码的数量，获取一个标签的电子码对应沃尔什码的数量，并将映射得到的沃尔什码组存储到标签的内存中。特别地，所述步骤B具体包括B1、标签接收阅读器发送的阅读信号，使用哈希函数从阅读器提供的若干子时间段中随机选择一个子时间段用于发送沃尔什码；B2、每一轮的阅读过程中，标签发送一个沃尔什码给阅读器；B3、标签重复执行步骤BI和步骤B2，将标签内存中的沃尔什码全部发送给阅读器。特别地，所述步骤C具体包括Cl、阅读器将其自身存储的沃尔什码集和接收到的沃尔什码进行互相关；若互相关的结果有一个峰值，则说明沃尔什码集中相应的沃尔什码存在于接收到的沃尔什码中，若互相关的结果为零，则说明沃尔什码集中相应的沃尔什码不在接收到的沃尔什码中；C2、阅读器重复执行步骤Cl，获取每个子时间段内接收到的所有沃尔什码。特别地，所述步骤D具体包括D1、阅读器将存储的所述射频识别系统中所有标签的电子码的合集中的每个电子码与标签做相同的映射，获得每个电子码对应的沃尔什码组；D2、利用步骤B中的哈希函数获取所述沃尔什码组中每个沃尔什码发送的子时间段；D3、从步骤C收集到的沃尔什码中逐个检验所述沃尔什码组中的每个沃尔什码是否存在以及是否在指定的子时间段内接收到，如果所述沃尔什码组中的每个沃尔什码都在所述指定子时间段接收到，则该沃尔什码组所对应的标签可能存在于待识别的标签之中，否则该沃尔什码组所对应的标签不存在于待识别的标签之中。特别地，所述步骤E具体包括E1、阅读器对可能存在于待识别标签中的标签中同样的沃尔什码出现在同样的子时间段的次数进行统计，如果所述次数超过一次，则将所述沃尔什码重新发送给标签，若阅读器收到标签的回复信息，则判定该标签一定存在于待识别的标签之中；E2、阅读器重复执行步骤EI，识别出所有待识别的标签。本发明利用沃尔什码的正交特性，在大规模的射频识别系统中，标签并不发送自身的电子码，而将电子码映射到一组沃尔什码并发送。得益于沃尔什码的正交特性，冲突的标签信号依然可以被阅读器解码，从而解决了标签冲突的问题，大大提高了射频识别的速度和效率，并且随着标签数目的增加，与传统标签识别方法相比，其射频识别的速度和效率更显优越。
图1为本发明实施例提供的基于沃尔什码的射频标签识别方法流程图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。请参照图1所示，图1为本发明实施例提供的基于沃尔什码的射频标签识别方法流程图。本实施例中基于沃尔什码的射频标签识别方法包括如下步骤步骤S101、将射频识别系统中每个标签的电子码映射到与其对应的一组沃尔什码。由于标签电子码空间较大，而沃尔什码数目较少，因而采用沃尔什码的排列组合来替代电子码。根据射频识别系统中标签的数目和沃尔什码的数量，获取一个标签的电子码对应沃尔什码的数量，并将映射得到的沃尔什码组存储到标签的内存中。本实施例中根据射频识别系统中标签的数目和沃尔什码的数量，计算可得一个标签的电子码对应四个沃尔什码。步骤S102、为标签选择发送其沃尔什码的子时间段。为标签选择发送其沃尔什码的子时间段具体过程如下步骤S1021、标签接收阅读器发送的阅读信号，使用哈希函数从阅读器提供的若干子时间段中随机选择一个子时间段用于发送沃尔什码。步骤S1022、每一轮的阅读过程中，标签发送一个沃尔什码给阅读器。步骤S1023、标签重复执行步骤S1021和步骤S1022，将标签内存中的沃尔什码全部发送给阅读器。步骤S103、阅读器获取每个子时间段内接收到的所有沃尔什码。在每一轮的阅读过程中，阅读器都会收到各个标签发送来的沃尔什码，且这些沃尔什码分布于不同的子时间段中。任意一个子时间段可能包含一个或者多个沃尔什码，也可能为空时间段，也就是不包含任何沃尔什码。值得注意的是，长度一定的沃尔什码是数目有限且已知的。本实施例中采用长度为128位的沃尔什码，这些沃尔什码的数目为128。因而，阅读器也可以知道这些沃尔什码的全集。沃尔什码有典型的正交特性，即两个相同的沃尔什码做自相关，得到的结果有一个峰值；两个不同的沃尔什码做互相关，结果为O。因此，可以方便的检验一个叠加的沃尔什码信号中是否存在某一个特定的沃尔什码。阅读器获取每个子时间段内接收到的所有沃尔什码具体过程如下步骤S1031、阅读器将其自身存储的沃尔什码集和接收到的沃尔什码进行互相关；若互相关的结果有一个峰值，则说明沃尔什码集中相应的沃尔什码存在于接收到的沃尔什码中，若互相关的结果为零，则说明沃尔什码集中相应的沃尔什码不在接收到的沃尔什码中。步骤S1032、阅读器重复执行步骤S1031，获取每个子时间段内接收到的所有沃尔什码。步骤S104、阅读器根据存储的射频识别系统中所有标签的电子码的合集和获取的每个子时间段内接收到的所有沃尔什码，筛选出可能存在于待识别标签中的标签。射频识别系统是一个封闭的系统，即阅读器已知所有标签电子码的合集，但在每个特定情况下，阅读器并不需要阅读所有的标签，而只对标签的一个子集进行识别，这里所有标签的合集信息是一个可供参考的重要信息。单纯凭借收集到的沃尔什码，无法进行逆映射重构电子码，因为阅读器并不能重构逆映射。但当拥有了所有电子码的合集之后，以采取筛选的策略。具体过程如下步骤S1041、阅读器将存储的所述射频识别系统中所有标签的电子码的合集中的每个电子码与标签做相同的映射，获得每个电子码对应的沃尔什码组。步骤S1042、利用步骤S102中的哈希函数获取所述沃尔什码组中每个沃尔什码发送的子时间段。步骤S1043、从步骤S103收集到的沃尔什码中逐个检验所述沃尔什码组中的每个沃尔什码是否存在以及是否在指定的子时间段内接收到，如果所述沃尔什码组中的每个沃尔什码都在所述指定子时间段接收到，则该沃尔什码组所对应的标签可能存在于待识别的标签之中，否则该沃尔什码组所对应的标签不存在于待识别的标签之中。步骤S105、阅读器对步骤S104中所述可能存在于待识别标签中的标签进行二次筛选，识别出所有待识别的标签。因为任何的哈希映射都有冲突的概率，以本实施例中每个电子码对应四个沃尔什码为例，冲突可能发生于如下情况两个标签映射得到的四个沃尔什码完全相同，此外，这四个沃尔什码通过哈希函数得到的发送子时间段也完全相同。如此一来，阅读器便无法区分这两个标签。特别是如果其中一个标签不存在而另外一个存在的时候，两个标签可能会被同时认为存在于待识别标签中，这就造成了误识别。而且根只可能是不存在的标签被识别为存在，而不可能出现本来存在的标签不被识别的情况。换句话说，假阳性可存在，而假阴性不会存在。通过概率计算，合适的选择了子时间段的数目之后，假阳性的概率会非常的低。为了排除假阳性的情况，阅读器还需进一步检查假阳性是否存在，即进行二次筛选。二次筛选的具体过程如下步骤S1051、阅读器对可能存在于待识别标签中的标签中同样的沃尔什码出现在同样的子时间段的次数进行统计，如果所述次数超过一次，则假阳性的情况可能存在。为了验证假阳性情况是否真的存在，阅读器将所述沃尔什码重新发送给标签，若阅读器收到标签的回复信息，则判定该标签一定存在于待识别的标签之中。具体到本实施例中，在四个阅读周期中，阅读器依次统计每个沃尔什码与子时间段的对应配对，即(沃尔什码-子时间段)出现的次数，如果在四个周期中都有一对(沃尔什码-子时间段)出现超过一次，则说明假阳性可能出现。步骤S1052、阅读器重复执行步骤S1051，识别出所有待识别的标签。本发明的技术方案将标签的电子码映射到一组了沃尔什码，在射频识别中，标签并不发送电子码，而发送一组沃尔什码，阅读器利用沃尔什码的正交特性，解决了标签信号的冲突问题，使得大规模标签的识别快速而有效。上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种基于沃尔什码的射频标签识别方法，其特征在于，包括如下步骤 A、将射频识别系统中每个标签的电子码映射到与其对应的一组沃尔什码； B、为标签选择发送其沃尔什码的子时间段； C、阅读器获取每个子时间段内接收到的所有沃尔什码； D、阅读器根据存储的射频识别系统中所有标签的电子码的合集和获取的每个子时间段内接收到的所有沃尔什码，筛选出可能存在于待识别标签中的标签； E、阅读器对步骤D中所述可能存在于待识别标签中的标签进行二次筛选，识别出所有待识别的标签。
2.根据权利要求1所述的基于沃尔什码的射频标签识别方法，其特征在于，所述步骤A具体包括 根据射频识别系统中标签的数目和沃尔什码的数量，获取一个标签的电子码对应沃尔什码的数量，并将映射得到的沃尔什码组存储到标签的内存中。
3.根据权利要求2所述的基于沃尔什码的射频标签识别方法置，其特征在于，所述步骤B具体包括 B1、标签接收阅读器发送的阅读信号，使用哈希函数从阅读器提供的若干子时间段中随机选择一个子时间段用于发送沃尔什码； B2、每一轮的阅读过程中，标签发送一个沃尔什码给阅读器； B3、标签重复执行步骤BI和步骤B2，将标签内存中的沃尔什码全部发送给阅读器。
4.根据权利要求3所述的基于沃尔什码的射频标签识别方法，其特征在于，所述步骤C具体包括 Cl、阅读器将其自身存储的沃尔什码集和接收到的沃尔什码进行互相关；若互相关的结果有一个峰值，则说明沃尔什码集中相应的沃尔什码存在于接收到的沃尔什码中，若互相关的结果为零，则说明沃尔什码集中相应的沃尔什码不在接收到的沃尔什码中； C2、阅读器重复执行步骤Cl，获取每个子时间段内接收到的所有沃尔什码。
5.根据权利要求4所述的基于沃尔什码的射频标签识别方法，其特征在于，所述步骤D具体包括 D1、阅读器将存储的所述射频识别系统中所有标签的电子码的合集中的每个电子码与标签做相同的映射，获得每个电子码对应的沃尔什码组； D2、利用步骤B中的哈希函数获取所述沃尔什码组中每个沃尔什码发送的子时间段； D3、从步骤C收集到的沃尔什码中逐个检验所述沃尔什码组中的每个沃尔什码是否存在以及是否在指定的子时间段内接收到，如果所述沃尔什码组中的每个沃尔什码都在所述指定子时间段接收到，则该沃尔什码组所对应的标签可能存在于待识别的标签之中，否则该沃尔什码组所对应的标签不存在于待识别的标签之中。
6.根据权利要求5所述的基于沃尔什码的射频标签识别方法，其特征在于，所述步骤E具体包括 E1、阅读器对可能存在于待识别标签中的标签中同样的沃尔什码出现在同样的子时间段的次数进行统计，如果所述次数超过一次，则将所述沃尔什码重新发送给标签，若阅读器收到标签的回复信息，则判定该标签一定存在于待识别的标签之中； E2、阅读器重复执行步骤E1，识别出所有待识别的标签。
全文摘要
本发明公开一种基于沃尔什码的射频标签识别方法，其包括如下步骤A、将射频识别系统中每个标签的电子码映射到与其对应的一组沃尔什码。B、为标签选择发送其沃尔什码的子时间段。C、阅读器获取每个子时间段内接收到的所有沃尔什码。D、阅读器根据存储的射频识别系统中所有标签的电子码的合集和获取的每个子时间段内接收到的所有沃尔什码，筛选出可能存在于待识别标签中的标签。E、阅读器对步骤D中所述可能存在于待识别标签中的标签进行二次筛选，识别出所有待识别的标签。本发明将标签的电子码映射到一组了沃尔什码,利用沃尔什码的正交特性，解决了标签信号的冲突问题，使得大规模标签的识别快速而有效。
文档编号G06K7/00GK103034825SQ20121051798
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月5日 优先权日2012年12月5日
发明者刘浩翔, 刘克彬, 杨磊, 刘云浩 申请人:无锡赛睿科技有限公司