专利名称：一种射频识别多标签防碰撞方法
技术领域：
本发明涉及一种射频识别多标签防碰撞方法，属于物联网中的RFID射频识别领域。
背景技术：
射频识别(RFID)技术作为一种新的自动识别技术，以其快速、实时、准确采集的特点在众多领域得到广泛应用。RFID系统主要由阅读器、标签和数据处理三部分组成，其中阅读器和标签之间采用非接触工作方式交互信息。在RFID系统中标签有3种类型主动、被动和半主动。被动标签本身是无源的，其工作所需的能量是靠阅读器传输给它的，且标签之间不能交互，多个标签同时发送数据会导致阅读器读取数据冲突。防碰撞算法就是用来避免这种情况的发生、协调标签之间顺序工作的。目前主要有两种防碰撞算法二叉树搜索算法和ALOHA算法。ALOHA算法是标签在每个时隙开始时选取一个随机时间发送数据，当发送数据时没有其他标签发送，即可被阅读器识别。如果在同时有多个标签发送数据给阅读器，则这些碰撞的标签随机地等待一段时间后再次发送数据。针对ALOHA算法提出的改进方法有很多。例如动态帧时隙ALOHA算法，该算法能够根据未识别的标签数量调整时隙的数量(帧长)，使得识别吞吐量达到最大值。二进制搜索算法中，阅读器通过要求标签不断地选择O和I来使标签有序地发送数据。针对二进制搜索算法同样有很多改进方法，例如二进制后退式索引算法，使算法保持后退式二进制树形搜索算法的后退机理，实现标签的有序读取。传统的动态时隙ALOHA算法和二叉树后退算法最大的标签识别率分别为42. 6%和50%。要进一步提高标签的识别率需要有新的机制，根据曼彻斯特编码可以判断出标签碰撞位的性质，有人提出一次识别两个标签的算法。C. S. Kim 等学者在《An efficient stochastic ant1-collision algorithmusing bit-slot mechanism)) 一文中提出了一种利用位隙(bit-slot)来对标签进行分组，实现标签防碰撞的算法。该算法的基本思想就是在标签收到阅读器的盘存命令后，令一个128bit的二进制数任意一比特(随机选择)为1，而其他的比特为0，在回答阅读器的提问时，标签将这个128bit的二进制数回答出来，阅读器可以根据这个128bit的数哪一比特是I，来实现标签的分组。
发明内容
本发明提出了一种射频识别多标签防碰撞方法，首先引入一种检测信息碰撞的时隙选择信息，对标签数量进行估计，利用位隙的思想，对标签进行预处理。每个标签在收到阅读器估计的标签的数目之后，先将标签进行取模分组，使得每组只有少量标签。将每组标签按余数对应的时隙进行发送。同时每个标签生成一个随机数，利用这个随机数选择该标签的位隙，即将该随机数对应的位置I。通过合理的随机数取值范围的选择，可以将标签的冲突率以及空时隙比例控制在很小的值，本发明的分组很好的发挥了曼彻斯特编码的特性，大大提闻了系统的识别效率。本发明为解决其技术问题采用如下技术方案一种射频识别多标签防碰撞方法，包括如下步骤
(1)阅读器初始化标签，使所有标签处于激活状态，阅读器利用最小错误概率方法估算出标签数量N，定义标签估算阶段的多个时隙组成第一帧；
(2)阅读器计算标签取模模数L，给所有标签发送查询请求命令，定义步骤(2)为第二帧的开始，直到分组中最后一组的标签交互完毕为这一帧结束；
(3)标签取模分组，将分组序列号存储于寄存器中；
(4)标签计算位隙，将位隙指数存储于寄存器中；
(5)标签信息发送，阅读器判断冲突情况，对碰撞标签进行处理；
(6)第二帧中未识别的冲突标签将在接下来的时隙采用二进制搜索算法完成剩余标 签的识别，定义这一阶段从阅读器发送请求命令开始直到全部标签识别完成为第三帧。步骤(2)中所述阅读器给所有标签发送查询请求命令，发送请求命令为Query附加参数 L=2fl°OTa°g2(N/2))。步骤(3)中所述标签取模分组的方法，包含以下步骤
(a)定义时隙为从阅读器发送Query命令请求开始,直到下一次阅读器发送Query命令请求之前，其中包含阅读器和标签的多次交互，每帧由自定义的多个时隙组成；
(b)标签收到阅读器命令后，对标签EPC编码进行取模运算，取模数L，标签将所得余数，即分组序列号存储在寄存器中；
(c)标签取模模数L等于标签分组数，等于第二帧时隙数，标签取模后的余数等于标签发送的时隙号。步骤(4)中所述标签计算位隙的方法，包含以下步骤
1)标签生成随机数r，O彡r彡k-Ι，位隙h(ID) =2r ;即第r位数置I，其他位均置0，标签将生成的位隙指数r存储在寄存器中，定义位隙指数不超过8位，k=2fl00r(l0B2 (N))+1 ；
2)标签检测当前的时隙号是否与寄存器中的分组序列号s相等，匹配成功的标签在该时隙发送其位隙号h (ID)。步骤(5)中标签发生碰撞时，通过检测碰撞位，结合所述标签取模分组方法和所述标签计算位隙方法，再利用曼彻斯特编码特性，使得阅读器能识别一个时隙中发送的所有标签。本发明的有益效果如下
本方法利用曼彻斯特编码的性质，结合位隙和时隙对标签进行排序，有效解决多标签识别的冲突问题。
图1为步骤流程图。图2为阅读器标签交互示意图。图3为多标签碰撞示意图。
具体实施例方式 下面结合附图对本发明创造做进一步详细说明。本发明中定义时隙为从阅读器发送Query命令请求开始，直到下一次阅读器发送Query命令请求之前，其中包含了阅读器和标签的多次交互。每帧由自定义的多个时隙组成。定义估算标签数量阶段的多个时隙组成第一帧，分组发送标签阶段的多个时隙组成第二帧，剩余标签发送的多个时隙组成第三帧，本发明全部标签识别由三帧组成。本方法在标签中使用两个8位寄存器，一个用于存储位隙信息，一个用于存储分组信息。阅读器识别标签步骤流程如图1所示，分为标签数目估计，标签分组，标签生成位隙并发送，阅读器识别标签以及碰撞标签识别。图2为阅读器和标签之间的交互协议示意图。1.阅读器初始化，使所有标签进入激活状态。接着阅读器选择一个估计帧长，一般选择较大的数，例如256。阅读器向可读取距离内的所有标签发送标签预估命令-Estimate命令，标签根据最大帧长的ALOHA算法发送各自EPC编码，阅读器统计碰撞时隙，空闲时隙和成功识别时隙个数，利用概率知识估算标签数量。估算标签数量的方法有很多，本发明采用Bin ZHEN提出的DFSAZ算法，该算法是对低复杂度vogt估计的改进。估算标签数量N=c1+2. 39ck，其中C1是单标签时隙数目，Ck是多标签冲突时隙数目。2.阅读器根据估算的标签数量N计算标签取模模数L=2fl°OT(1°g2_)，然后将模数L和请求命令Queir —起发送给各个标签。标签收到阅读器命令后，对标签EPC编码进行取 模运算，取模数L，标签将所得余数存储在寄存器中。标签取模后的余数将与标签发送的时隙相对应。通过调整模数的大小(即时隙的数量)，可以控制标签识别过程中空时隙和冲突时隙的概率。记标签EPC编码为ID，标签分组时隙号S=ID mod L0为了避免位隙位数过长，当估计的标签数量N大于256时，先对标签进行随机分
组，例如当估计标签数量为300时，将标签随机分为两组。若标签数量小于256，例设为200，
则时隙数L=2fl°°Hl°g2_)=64。标签按照同余数进行分组。下表以EPC编码为16位仿真为
例，取模分组后的第I到第20个时隙(对应模数O到19)标签分布情况如下(表格中为标签
EPC编码，为方便起见，以10进制表示，此时16位ID的取值范围为I 65535)
权利要求
1.一种射频识别多标签防碰撞方法，其特征在于，包括如下步骤 (1)阅读器初始化标签，使所有标签处于激活状态，阅读器利用最小错误概率方法估算出标签数量N，定义标签估算阶段的多个时隙组成第一帧； (2)阅读器计算标签取模模数L，给所有标签发送查询请求命令，定义步骤(2)为第二帧的开始，直到分组中最后一组的标签交互完毕为这一帧结束； (3)标签取模分组，将分组序列号存储于寄存器中； (4)标签计算位隙，将位隙指数存储于寄存器中； (5)标签信息发送，阅读器判断冲突情况，对碰撞标签进行处理； (6)第二帧中未识别的冲突标签将在接下来的时隙采用二进制搜索算法完成剩余标签的识别，定义这一阶段从阅读器发送请求命令开始直到全部标签识别完成为第三帧。
2.根据权利要求1所述的一种射频识别多标签防碰撞方法，其特征在于步骤(2)中所述阅读器给所有标签发送查询请求命令，发送请求命令为Query附加参数L=2f—/2))。
3.根据权利要求1所述的一种射频识别多标签防碰撞方法，其特征在于步骤(3)中所述标签取模分组的方法，包含以下步骤 (a)定义时隙为从阅读器发送Query命令请求开始,直到下一次阅读器发送Query命令请求之前，其中包含阅读器和标签的多次交互，每帧由自定义的多个时隙组成； (b)标签收到阅读器命令后，对标签EPC编码进行取模运算，取模数L，标签将所得余数，即分组序列号存储在寄存器中； (c)标签取模模数L等于标签分组数，等于第二帧时隙数，标签取模后的余数等于标签发送的时隙号。
4.根据权利要求1所述的一种射频识别多标签防碰撞方法，其特征在于步骤(4)中所述标签计算位隙的方法，包含以下步骤 1)标签生成随机数r，O≤r≤k-Ι，位隙h(ID) =2r ；即第r位数置I，其他位均置O，标签将生成的位隙指数r存储在寄存器中，定义位隙指数不超过8位，k=2fl00r(l0B2 (N))+1 ； 2)标签检测当前的时隙号是否与寄存器中的分组序列号s相等，匹配成功的标签在该时隙发送其位隙号h (ID)。
5.根据权利要求1所述的一种射频识别多标签防碰撞方法，其特征在于，步骤(5)中标签发生碰撞时，通过检测碰撞位，结合所述标签取模分组方法和所述标签计算位隙方法，再利用曼彻斯特编码特性，使得阅读器能识别一个时隙中发送的所有标签。
全文摘要
本发明提出一种射频识别多标签防碰撞方法，属于物联网中的RFID射频识别领域。本发明引入一种检测信息碰撞的时隙选择信息，对标签所选取时隙的碰撞情况进行分析并估计标签数量；然后对所有标签EPC编码进行取模，同余数的标签分为一组，余数对应相应的时隙，每组标签在对应的时隙发送信息。每一个标签再生成一个随机数r,利用该数选择位隙，以2r作为标签位隙号。其中时隙个数和位隙长度与估算的标签数量有关。利用曼彻斯特编码的特性，阅读器根据编码的碰撞位来识别发送的标签。由于位隙号中只有一位数置1，因此阅读器可以识别不同位隙的所有标签。本发明将标签冲突率控制在极低的程度，大大提高了多标签的识别效率。
文档编号G06K7/00GK103020569SQ20121057781
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月27日 优先权日2012年12月27日
发明者吴涛, 郑勇鑫, 秦中元, 李钢, 梁彪, 邹涛 申请人:南京三宝科技股份有限公司