优化RFID读写器多标签处理流程的方法与流程

本发明涉及射频识别技术领域，主要涉及军用读写器多标签防碰撞流程的优化。

背景技术：

射频识别系统主要包括射频识别电子标签和射频识别读写器。射频识别就是使用读写器盘点一个或者多个电子标签。军用rfid读写器是射频识别读写器的一类，其具有高可靠性、高稳定性、高安全性等特点。多标签的盘点是军用rfid读写器应用的重要组成部分，而多标签盘点的进行离不开军用rfid读写器多标签处理流程。多标签处理流程的优劣直接影响到rfid读写器的多标签盘点的效率，优化rfid读写器多标签处理流程的关键就是如何有效地处理多标签防碰撞的问题。

gjb7377.1-2011虽然提及了多标签防碰撞处理流程，如图1所示，但那只是一个参考。标签收到读写器发出的空口命令后的回复状态分为无回复、有回复无碰撞、有回复且发生碰撞，图1中的多标签防碰撞处理流程是建立在读写器能100％正确区分标签的回复状态的前提下，实际应用中读写器受环境等因素的影响并不能100％正确区分标签的回复状态，需要针对读写器的特性进行相关的优化工作。

中国专利文献cn200910199114.2，申请日20091120，专利名称为：超高频rfid读写器的标签侦测及负荷动态优化方法，公开了一种超高频rfid读写器的标签侦测及负荷动态优化方法，其包括以下步骤s1至s9：比如s1，初始化超高频rfid读写器及工作状态：天线号为m、连续读取天线辐射范围内标签为零的次数为n、无标签时读写器的休息时间为t1、有标签时读写器的休息时间为t2，且t1大于t2；设置各天线辐射范围内初始状态为无标签，当前扫描天线号m从一号天线开始扫描；s2，选择m号天线，判断m号天线辐射范围内是否有标签，如果是则进入步骤s5；如果否则进入步骤s3。

上述专利文献通过侦测天线辐射范围内是否有标签存在来动态优化读写器的负荷分配，从而提高各天线范围内的标签识别效率，动态地适应现场工作环境，降低部署读写器的技术难度。但是关于rfid读写器多标签处理流程的如何有效地处理多标签防碰撞的问题则无相应技术方案进行公开。

综上所述，需要一种优化军用rfid读写器多标签处理流程的方法，确保一轮盘点能将识别范围内的所有电子标签都读取到，并实现读取多标签速率的提升。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种优化军用rfid读写器多标签处理流程的方法，确保一轮盘点能将识别范围内的所有电子标签都读取到，并实现读取多标签速率的提升。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种优化rfid读写器多标签处理流程的方法，其特征在于，所述优化rfid读写器多标签处理流程的方法包括：

步骤s1：对军用读写器设置适用的判定标准，合理判定多标签读取场景中电子标签的回复状态，先区分有回复还是无回复，若是有回复，解码失败的就判定碰撞，解码成功就判定有回复且无碰撞；

步骤s2：增加读写器的信号处理模块对发生碰撞的标签回复信息的解码成功率，发生碰撞的时候若是直接采取分散标签时隙计时器的值的方法，就出现当前没有标签被识别出来且浪费了时间的现象，应该研究如何提升碰撞时解码成功率；

步骤s3：在读写器的信号处理模块针对标签发生碰撞有一定的成功解码能力的前提下，优化多标签防碰撞处理流程，删减多标签处理中效率不高的命令，增加效率较高的命令的使用频率,重要参照命令对标签时隙计数器的改变进行命令的选择；

步骤s4：结合测试试验对多标签防碰撞处理流程中涉及的连续碰撞阈值和连续空闲阈值进行设置。

作为一种优选的技术方案，步骤s1的标签回复状态的判定标准是根据标签有无回复信号幅度的明显差别制定，且已经嵌入多标签处理流程中不会再增加额外的处理时间。

作为一种优选的技术方案，步骤s1中的标签回复状态的判定方法是：

步骤s11：多标签读取流程先发送sort命令，而sort命令后肯定无标签回复，跳过从读写器发送命令结束到标签发送响应数据的时间t1，采集信号并求噪声峰值，将这个噪声峰值作为该轮盘点的判定基准值；

步骤s12：针对多标签流程中的其他命令，采集信号时也跳过时间t1，计算一定时间内的信号峰值，并与判定基准值进行比较，两者差值超过噪声峰值就认为有回复，否则认为无回复；

步骤s13：判定的流程和多标签的解码流程是并行的，判定的流程与解码流程共用采集数据；

步骤s14：有回复的情况下区分有无碰撞依赖信号处理模块的解码算法是否能解码成功，读写器能成功解码就认为无碰撞，否则认为碰撞导致信号变形太大无法解码成功。

作为一种优选的技术方案，步骤s2中利用各个标签的回复功率会有差异，信号处理模块可以提取出回复功率最大的标签数据。

作为一种优选的技术方案，步骤s3中使用shrink命令替代queryrep命令，当连续空闲次数超过连续空闲阈值cin就认为单轮盘点完成，再根据情况决定是否重新发query。

作为一种优选的技术方案，对多标签防碰撞处理流程中涉及的连续碰撞阈值ccn和连续空闲阈值cin的设置参照具体的多标签防碰撞试验数据。

作为一种优选的技术方案，步骤s4中在测试环境保持一致的前提下，用具体的多标签试验筛选出多标签读取效率最高时续续碰撞阈值ccn和连续空闲阈值cin的数值，且续续碰撞阈值ccn取2，连续空闲阈值cin取3。

作为一种优选的技术方案，所述读写器是符合军用射频识别空中接口(gjb7377.1-2011)的读写器，读写器包括接口电路模块、mcu模块、保密模块、fpga模块、da转换模块、ad转换模块、发射电路模块、接收电路模块；所述接口电路模块与mcu模块之间相互连接；所述发射电路模块和接收电路模块与天线连接；所述的mcu模块用于实现mcu与外部通信，与保密模块的数据交互，与fpga模块通信；所述的保密模块用于按照算法加密标签数据；所述fpga模块用于实现空口命令的编码工作和标签数据的解码工作，fpga模块控制ad和da转换模块；所述的da转换电路是将fpga输出的空口命令转换后送到发射电路上；所述ad转换模块按照回波频率的固定倍数的采样频率采集接收电路上的回波；所述发射电路模块与da转换电路连接，将调制后的信号进行功率放大，通过天线发射出去；所述接收电路模块与天线相连，从天线接收标签返回信号，且发射和接收用同一个天线；所述天线负责将电磁波发送给电子标签，也从空间中接收电磁波。

作为一种优选的技术方案，所述mcu模块掌控读写器的工作流程，基本流程如下：mcu模块根据外部的命令，进入特定的流程，让fpga模块进行空口命令的编码，标签响应后fpga模块将解析出的标签数据传送给mcu模块，mcu模块再将标签数据送入保密模块进行加密，mcu模块最后将已加密的数据发给外部的系统。

本发明优点在于：

1、本发明主要针对军用rfid读写器，适用于符合军用射频识别空中接口(gjb7377.1-2011)的读写器，对gjb7377.1-2011中建议的多标签处理流程进行了优化工作。目前军用rfid读写器的应用还处于试点试用的初期，体现军用读写器性能的相关技术专利还很少见。

2、当两张标签回复信息能量差异较大时，本发明所述方法可以有效解决能量较小的标签不易被识别到的问题，避免单轮盘点出现遗漏标签的现象。

3、本发明所述方法不要求对标签的回复状态的判定是100％准确，有容错性，且易实现，在选择适用的判定标准下若发生碰撞用信号处理算法的优势完成其中能量最大的标签数据的解码，这将明显提升多标签处理流程的效率。

4、本发明所述方法重新阐释了标签碰撞的含义，理论上若是多标签处理流程中没有碰撞发生那么读取效率最高，但标签时隙计数器的设计原理无法避免碰撞，本发明只将发生碰撞且解码失败的情况归类到碰撞的处理流程分支中。信号处理算法有进步的空间，说明本发明所述方法的优化效果还可以进一步提升，体现出很大的研究意义。

5、实现了对读写器的特性进行相关的优化工作，优化工作追求的是读取多标签的效率，效率主要表现在两个方面：一方面是在一轮盘点能将识别范围内的所有电子标签都读取到；另一方面是在一定时间内的读取多标签的速率。

附图说明

附图1是gjb7377.1-201中建议的多标签防碰撞处理流程图。

附图2是本发明所述方法提及的优化后的多标签防碰撞处理流程图。

附图3是本发明实施例所用读写器的核心结构示意图。

附图4是本发明所述方法的主要内容的框图。

附图5是本发明所述方法提及的信号处理模块对碰撞信号的处理原理描述图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的具体实施方式作详细说明。

附图中涉及的附图标记和组成部分如下所示：

1.接口电路模块2.mcu模块

3.保密模块4.fpga模块

5.da转换模块6.ad转换模块

7.发射电路模块8.接收电路模块

9.天线

本实施案例基于的读写器是本公司研发的符合军用射频识别空中接口(gjb7377.1-2011)的读写器，其核心结构示意图如图3所示。读写器由接口电路模块1、mcu模块2、保密模块3、fpga模块4、da转换模块5、ad转换模块6、发射电路模块7、接收电路模块8等构成。发射电路模块7和接收电路模块8与天线9连接。

接口电路模块1：接口电路支持串口、usb口、网口等接口电路，根据读写器硬件与外部的连接形式而表现为特定的接口电路，若要求军用读写器连入专门组建的局域网，接口电路即使用网口电路。

mcu模块2：mcu模块2实现与外部的通信，与保密模块的数据交互，与fpga模块4的通信。mcu模块2掌控读写器工作的流程以及工作模式，读写器的多标签处理流程就是读写器工作的流程之一。mcu模块2根据外部的命令，进入特定的流程，让fpga模块4进行空口命令的编码，标签响应后fpga模块4将解析出的标签数据传送给mcu模块2，mcu模块2再将标签数据送入保密模块进行加密，mcu模块2最后将已加密的数据发给外部的系统。

保密模块3：为了保证系统的安全性，保密模块3按照特定的算法加密标签数据。

fpga模块4：fpga模块4主要实现空口命令的编码工作和标签数据的解码工作，fpga模块4控制ad和da电路模块。fpga模块4是读写器信号处理的关键部分，本发明所述方法提及到的信号处理模块就在fpga模块4内部实现。

da转换模块5：da转换模块5是将fpga模块4输出的空口命令转换后送到发射电路上。

ad转换模块6：ad转换模块6按照回波频率的固定倍数的采样频率采集接收电路上的回波。

发射电路模块7：与da转换模块5连接，核心是功放电路，将调制后的信号进行功率放大，通过天线发射出去。

接收电路模块8：与天线相连，从天线接收标签返回信号。发射和接收用同一个天线。

天线9：收发共用一个天线9，天线9负责将电磁波发送给电子标签，也从空间中接收电磁波。

本发明主要提出了一种优化rfid读写器多标签处理流程的方法。所述方法的主要内容的框图如图4所示，主要分为：设置适用的判定标准；提升碰撞时解码成功率；优化防碰撞处理流程；试验修正连续碰撞阈值和连续空闲阈值。下面给出具体的实现细节，为方便表述，以fm0编码为例，标签回复信号的基准时钟周期tpri为12.5us。

一种优化rfid读写器多标签处理流程的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤s1：对军用读写器设置适用的判定标准，合理判定多标签读取场景中电子标签的回复状态，先区分有回复还是无回复，若是有回复，解码失败的就判定碰撞，解码成功就判定有回复且无碰撞。具体如下：

1)设置适用的判定标准：适用的概念是指与本发明所述方法匹配，与图4中的其他内容是相辅相成的。判定标准主要区分有标签回复信号和无标签回复信号，而是否碰撞由读写器的信号处理模块的解码结果决定。每轮多标签读取流程中在发送query命令前发送sort命令，而sort命令后肯定无标签回复，sort命令发送结束后再经过t1时间开始采集信号，并求125us时间内所有采样点的平均值s1以及其中的最大的采样值s2，可见噪声峰值pn为s2-s1，噪声峰值pn是该轮盘点的判定基准值；针对多标签处理流程中的其他命令，采集信号时也避过t1时间，并求125us时间内所有采样点的平均值s3以及其中的最大的采样值s4，信号峰值ps为s4-s3，ps和pn的差值超过pn就认为有回复，否则认为无回复；为保证判定的准确性，判定前pn的大小需要与经验值pn进行对比，pn来源于实验室环境下读写器的接收电路的噪声采集值，理论上pn不小于pn，pn小于pn时需要用pn替代pn；因为标签信号有无的判定流程和多标签的解码流程是并行的，且判定流程与解码流程共用采集数据，嵌入多标签流程中的判定流程不会影响多标签读取的效率；有回复的情况下区分有无碰撞依赖信号处理模块的解码算法是否能解码成功，读写器能成功解码就认为无碰撞，否则认为碰撞导致信号变形太大无法解码成功，从而碰撞时解码的成功率也影响多标签处理流程的效率。

步骤s2：增加读写器的信号处理模块对发生碰撞的标签回复信息的解码成功率，可以有效地提升效率，发生碰撞的时候若是直接采取分散标签时隙计时器的值的方法，就出现当前没有标签被识别出来且浪费了时间的现象，应该研究如何提升碰撞时解码成功率。

具体如下：2)提升碰撞时解码成功率：由于发生碰撞时，各个标签的回复功率会有差异，信号处理模块有可能提取出回复功率最大的标签数据，即便发生了碰撞，但因解码成功会压缩多标签处理流程的耗费时间。可见，提升碰撞时解码的成功率可以有效减少多标签处理流程中发生碰撞的次数，从而快速完成识别范围内的所有标签的读取。同一时刻参与碰撞的标签数目越少越有利于碰撞时的解码。为了方便描述，下面用图5来说明信号处理模块对碰撞信号的处理原理。

假定标签回复的部分fm0编码数据如图5(a)所示，移位半个码元后如图5(b)所示，可以看出信号只由如图5(c)所示的两种函数组成。这两种函数是相反的，可以称为一对基准函数，基准函数构成了移位后的信号。若两张标签发生碰撞，信号经过半码元移位后，假定信号1的功率大于信号2的功率，碰撞后的信号如图5(d)，可见经过碰撞后合成的信号的形状同功率较大的信号1，这样就相当于从碰撞后信号内提取出功率大的信号，实现解码成功的可能。当然，这种方法并不局限于两张标签的碰撞，可以应用到多张标签的碰撞。碰撞时也能完成其中能量最大的标签数据的解码，可以减少进入多标签处理流程中碰撞分支的概率，从而实现读取标签效率的提升。

步骤s3：在读写器的信号处理模块针对标签发生碰撞有一定的成功解码能力的前提下，优化gjb7377.1-2011中建议的多标签防碰撞处理流程，删减多标签处理中效率不高的命令，增加效率较高的命令的使用频率。

其中，优化后的多标签防碰撞处理流程如图2所示，重要参照命令对标签时隙计数器值的改变而进行命令的选择，尽量避免时隙计数器值突变。queryrep有可能将某张标签的时隙计数器值从0变成7fffh，不利于时隙计数器值再次回0，有可能导致该标签在一轮多标签盘点中被遗漏，使用shrink命令替代queryrep。此外，图2中连续空闲次数超过cin就认为单轮盘点完成，再根据情况决定是否重新发query。图2与图1相比，删去了queryrep命令，进入碰撞分支的条件改成了判定有回复后解码失败，空闲分支主要以shrink命令为主，最重要的一点是图2的多标签处理流程是配合上述信号处理模块对碰撞信号的处理而提出的。

步骤s4：结合测试试验对多标签防碰撞处理流程中涉及的连续碰撞阈值和连续空闲阈值进行设置。

其中，军用射频识别空中接口有表述连续碰撞阈值ccn和连续空闲阈值cin的典型值，ccn和cin也会影响多标签读取的效率，需要根据实际的试验效果修正ccn和cin。

具体如下：4)试验修正连续碰撞阈值和连续空闲阈值：在军用射频识别空中接口中，图连续续碰撞阈值ccn取值范围1～10，典型值为3，连续空闲阈值cin取值范围1～6，典型值为4。续续碰撞阈值ccn和连续空闲阈值cin数值的大小决定了读写器跳出连续碰撞和连续空闲状态的时刻，续续碰撞阈值ccn和连续空闲阈值cin也会影响多标签读取的效率，需要根据实际的试验效果修正续续碰撞阈值ccn和连续空闲阈值cin。在测试环境保持一致的前提下，用具体的多标签试验筛选出多标签读取效率最高时续续碰撞阈值ccn和连续空闲阈值cin的数值。经过多次试验，续续碰撞阈值ccn取2，连续空闲阈值cin取3时，可以使采用本发明所述方法的rfid读写器的多标签读取效率达到最高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。