一种低频激活有源标签的防冲突方法
【专利摘要】本发明涉及无线通信领域的射频识别RFID技术，特别是指一种标签识别系统和一种有源标签发送数据的方法。本发明中有源标签大部分时间处于睡眠状态，收到低频激活信号后，标签将自身ID和标签被激活时的标签系统时间作为种子，产生标签开始发送数据的随机时间序列。该随机时间序列包括TxNumBest个时刻值，用于指示有源标签将同一帧数据TxNumBest次重复发送的各次开始时间。标签依据所述时间序列的值，将同一数据帧重复发送TxNumBest次，只要有任意一帧被阅读器成功接收，标签即可被成功识别，期间无需阅读器的任何反馈。本发明的方法有助于降低标签功耗，降低标签发送数据冲突，提高标签识别率。
【专利说明】一种低频激活有源标签的防冲突方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线通信领域的射频识别RFID技术，特别是指一种标签识别系统和一种有源标签发送数据的方法。
【背景技术】
[0002]为解决标签的功耗和使用寿命问题，本领域一方面将电池集成到标签中，增加标签的能源储备，另一方面，努力降低标签的功耗，先后提出了标签按照固定周期进行定时通信的方法，低频激活器激活标签的数据发送的方法等。在标签按照固定周期进行定时通信的方法中，标签一般至少有2个状态，即休眠和激活，在该方法中，标签按照固定的时间周期，由休眠状态唤醒，转变到激活状态，在短暂的数据收发之后，再次进入休眠状态。在低频激活器激活标签的数据发送的方法中，标签默认处于休眠状态，仅当收到激活信号后，才由休眠状态转变到激活状态，在激活状态收发完数据后，又转入休眠状态，从而最大限度的节约能耗。
[0003]然而，不论采用上述哪一种方法，由于所有标签共享同一个无线信道，因此，均存在同一时刻多个被激活标签使用同一信道收发数据，从而造成冲突的情况。冲突会造成标签数据收发失败。在典型的场景中，例如是标签发送数据失败，标签阅读器无法识别标签。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明提供一种标签识别系统、和一种标签发送数据的方法，能有效降低标签发送数据的冲突、显著提高标签识别率。
[0005]本发明的标签识别系统，包括标签，阅读器和激活器；其特征在于:
[0006]激活器用于周期性地发送低频激活信号；
[0007]标签为有源标签，其内配置有标签ID，数据最优发送次数值TxNumBest，标签系统时钟和定时器；标签系统时钟向标签提供标签系统时间；标签执彳丁以下步骤:
[0008]S2、上电初始化；
[0009]S31、标签睡眠；
[0010]S32、标签判断是否收到低频激活信号；当未收到低频激活信号时，标签继续睡眠；当收到低频激活信号时，标签转入步骤S41 ；
[0011]S41、标签将自身ID和标签被激活时的标签系统时间作为种子，产生标签开始发送数据的随机时间序列；该随机时间序列包括TxNumBest个时刻值，用于指示有源标签将同一帧数据TxNumBest次重复发送的各次开始时间；
[0012]S42、令变量SxNum=I ;重置定时器；
[0013]S43、标签睡眠，但保留定时器处于工作状态；
[0014]S44、判断定时器时间是否等于随机时间序列值中的某一个；若否，则执行S43，若是，则执行步骤S45 ；
[0015]S45、标签进入激活状态，通过高频信号发送数据帧；[0016]S46、SxNum 递增 I ;
[0017]S47、判断SxNum是否大于TxNumBest，若是，则返回到步骤S31，否则返回到步骤S43 ；
[0018]阅读器接收标签通过高频信号发送的数据帧，并进行冲突检测；若未发现冲突，则通过数据帧进行标签识别。
[0019]本发明的有源标签发送数据的方法，包括以下步骤:
[0020]S1、配置标签的最优发送次数TxNumBest ；
[0021]S2、上电初始化标签；
[0022]S31、标签睡眠；
[0023]S32、标签判断是否收到低频激活信号；当未收到低频激活信号时，标签继续睡眠；当收到低频激活信号时，标签转入步骤S41 ；
[0024]S41、标签将自身ID和标签被激活时的标签系统时间作为种子，产生标签开始发送数据的随机时间序列；该随机时间序列包括TxNumBest个时刻值，用于指示有源标签将同一帧数据TxNumBest次重复发送的各次开始时间；
[0025]S42、标签初始化变量SxNum=I,标签重置定时器；
[0026]S43、标签睡眠，但保留定时器处于工作状态；
[0027]S44、判断定时器时间是否等于随机时间序列值中的某一个；若否，则执行S43，若是，则执行步骤S45 ；
[0028]S45、标签进入激活状态，通过高频信号发送数据帧；
[0029]S46、SxNum 递增 I ;
[0030]S47、判断SxNum是否大于TxNumBest,若是,则返回到步骤S31,否则返回到步骤
S43。
[0031]本发明通过数据从标签向阅读器的单向发送，而无需阅读器向标签反馈信息，大大减低了标签和阅读器之间的通信复杂度和标签识别延迟。
[0032]本发明通过将每个标签所独有的ID号引入到产生随机时间序列的种子中，不同的标签产生的随机时间序列都是不同的，这种标签之间的时间序列随机性本发明称之为横向随机。横向随机能够有效降低同时激活的多个标签之间数据发送冲突的概率。通过将标签每次被激活时的标签系统时间引入到产生随机时间序列的种子中，标签每次被激活后产生的随机时间序列都是不同的，这种同一标签不同激活时间不同时间序列的随机性，本发明称之为纵向随机。纵向随机能够有效避免随机时间序列的简单循环，使其随机性更强。
[0033]本发明通过所述随机时间序列和标签对同一数据帧的多次发送，最大程度地避免了标签发送的数据帧的冲突，大大提高了标签识别率，缩短了标签识别延迟。本发明中的有源标签无数据发送即转入睡眠的模式，也有利于节约功耗，节约能源。
[0034]鉴于TxNumBest的大小取决于标签和阅读器之间的无线信道带宽BandWidth,标签发送的数据帧长度FrmLen，网络内同时存在的标签个数TagNum，标签用户能够接受的最大识别延迟IdtfTime ;本发明优选地包括计算TxNumBest值的以下步骤:
[0035]令TxNum表示标签发送同一数据帧的次数；令PickRate表示识别率，即标签发送同一数据帧TxNum次，阅读器至少一次成功接收的概率，则以PickRate为目标函数，以TxNum为变量的函数为:[0036]
【权利要求】
1.一种标签识别系统，包括标签，阅读器和激活器；其特征在于: 激活器用于周期性地发送低频激活信号； 标签为有源标签，其内配置有标签ID，数据最优发送次数值TxNumBest，标签系统时钟和定时器；标签系统时钟向标签提供标签系统时间；标签执彳丁以下步骤: S2、上电初始化； 531、标签睡眠； 532、标签判断是否收到低频激活信号；当未收到低频激活信号时，标签继续睡眠；当收到低频激活信号时，标签转入步骤S41 ； 541、标签将自身ID和标签被激活时的标签系统时间作为种子，产生标签开始发送数据的随机时间序列；该随机时间序列包括TxNumBest个时刻值，用于指示有源标签将同一帧数据TxNumBest次重复发送的各次开始时间； 542、令变量SxNum=I;重置定时器； 543、标签睡眠，但保留定时器处于工作状态； 544、判断定时器时间 是否等于随机时间序列值中的某一个；若否，则执行S43，若是，则执行步骤S45 ； 545、标签进入激活状态，通过高频信号发送数据帧；
546、SxNum递增 I ; 547、判断SxNum是否大于TxNumBest，若是，则返回到步骤S31，否则返回到步骤S43； 阅读器接收标签通过高频信号发送的数据帧，并进行冲突检测；若未发现冲突，则通过数据帧进行标签识别。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于=TxNumBest的大小取决于标签和阅读器之间的无线信道带宽BandWidth，标签发送的数据帧长度FrmLen，网络内同时存在的标签个数TagNum,标签用户能够接受的最大识别延迟IdtfTime ;所述系统包括计算TxNumBest值的以下步骤: 令TxNum表示标签发送同一数据帧的次数；令PickRate表示识别率，即标签发送同一数据帧TxNum次，阅读器至少一次成功接收的概率，则以PickRate为目标函数，以TxNum为变量的函数为:
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于:求PickRate的极大值通过令导函数
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于:对PickRate的极大值所对应的TxNum的取值进行取整，采用四舍五入取整、或去尾向下取整、或去尾加I向上取整。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于:阅读器使用CRC校验来检测冲突，若CRC校验通过，则认为数据帧无冲突，否则，认为数据帧冲突，阅读器丢弃有冲突的数据帧。
6.根据权利要求1-5任一权利要求所述的系统，其特征在于:标签包括低频天线及接收电路LF_RX，单片机MCU和高频发射电路及天线RF_TX ;LF_RX用于收到低频激活信号后向MCU发出激活中断；MCU内部配置有标签ID，用于标识标签独一无二的身份;MCU具有标签系统时钟；MCU能将标签ID和标签被激活时的标签系统时间作为种子，产生标签开始发送数据的随机时间序列；MCU内部集成了定时器，用于根据TxNumBest个时刻值，定时唤醒MCU ；MCU根据TxNumBest个时刻值所指示的时间，通过RF_TX完成同一数据帧的TxNumBest次发送。
7.一种有源标签发送数据的方法，包括以下步骤:S1、配置标签的最优发送次数TxNumBest； S2、上电初始化标签； S31、标签睡眠； S32、标签判断是否收到低频激活信号；当未收到低频激活信号时，标签继续睡眠；当收到低频激活信号时，标签转入步骤S41 ； S41、标签将自身ID和标签被激活时的标签系统时间作为种子，产生标签开始发送数据的随机时间序列；该随机时间序列包括TxNumBest个时刻值，用于指示有源标签将同一帧数据TxNumBest次重复发送的各次开始时间； S42、标签初始化变量SxNum=I,标签重置定时器； S43、标签睡眠，但保留定时器处于工作状态； S44、判断定时器时间是否等于随机时间序列值中的某一个；若否，则执行S43，若是，则执行步骤S45 ； S45、标签进入激活状态，通过高频信号发送数据帧； S46、SxNum递增 I ; S47、判断SxNum是否大于TxNumBest，若是，则返回到步骤S31，否则返回到步骤S43。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于:阅读器接收标签通过高频信号发送的数据中贞；TxNumBest的大小取决于标签和阅读器之间的无线信道带宽BandWidth,标签发送的数据帧长度FrmLen，网络内同时存在的标签个数TagNum，标签用户能够接受的最大识别延迟IdtfTime ;所述方法包括计算TxNumBest值的以下步骤: 令TxNum表示标签发送同一数据帧的次数；令PickRate表示识别率，即标签发送同一数据帧TxNum次，阅读器至少一次成功接收的概率，则以PickRate为目标函数，以TxNum为变量的函数为:
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于:求PickRate的极大值通过令导函数
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于:对PickRate的极大值所对应的TxNum的取值进行取整，采用四舍五入取整、或去尾向下取整、或去尾加I向上取整。
11.根据权利要求7-10任一权利要求所述的方法，其特征在于:标签包括低频天线及接收电路LF_RX，单片机MCU和高频发射电路及天线RF_TX ;LF_RX用于收到低频激活信号后向MCU发出激活中断；MCU内部配置有标签ID，用于标识标签独一无二的身份;MCU具有标签系统时钟；MCU能将标签ID和标签被激活时的标签系统时间作为种子，产生标签开始发送数据的随机时间序列；MCU内部集成了定时器，用于根据TxNumBest个时刻值，定时唤醒MCU ；MCU根据TxNumBest个时刻值所指示的时间，通过RF_TX完成同一数据帧的TxNumBest 次发送。
12.—种有源标签，包括:低频天线及接收电路LF_RX，单片机MCU和高频发射电路及天线 RF_TX ； LF_RX用于收到低频激活信号后向MCU发出激活中断信号； MCU内部配置有标签ID，用于标识标签独一无二的身份；MCU具有标签系统时钟；标签系统时钟向标签提供标签系统时间；MCU的默认状态是睡眠状态；iMCU收到激活中断信号后，能将标签ID和标签被激活时的标签系统时间作为种子，产生标签开始发送数据的随机时间序列，所述序列包括TxNumBest个时刻值；MCU内部集成了定时器，用于根据TxNumBest个时刻值，定时唤醒MCU ；MCU根据TxNumBest个时刻值所指示的时间，通过RF_TX完成同一数据帧的TxNumBest次发送； TxNumBest的大小取决于标签和标签阅读器之间的无线信道带宽BandWidth，标签发送的数据帧长度FrmLen，网络内同时存在的标签个数TagNum，标签用户能够接受的最大识别延迟IdtfTime ;计算TxNumBest值的步骤包括: 令TxNum表示标签发送同一数据帧的次数；令PickRate表示识别率，即标签发送同一数据帧TxNum次，阅读器至少一次成功接收的概率，则以PickRate为目标函数，以TxNum为变量的函数为:
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于:求PickRate的极大值通过令导函数
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于:对PickRate的极大值所对应的TxNum的取值进行取整，采用四舍五入取整、或去尾向下取整、或去尾加I向上取整。
【文档编号】G06K7/00GK103745181SQ201310754948
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】王勇, 金巍, 荣平 申请人:浙江网新技术有限公司