一种符合epc c1g2标准的基于时隙状态的射频识别标签数量估计方法
【专利说明】一种符合EPC Cl G2标准的基于时隙状态的射频识别标签 数量估计方法 所属技术领域
[0001] 本发明涉及一种应用于射频识别（RFID)系统中的标签数量估计方法，尤其涉及 一种适用于RFID系统中的符合EPC C1G2标准的基于时隙状态的射频识别标签数量估计方 法。
【背景技术】
[0002] 近年来，射频识别（RFID)技术已经越来越多地出现在我们的日常生活当中。和传 统的二维条形码以及磁条技术相比，RFID技术具有可视界外识别、可在恶劣环境下工作、不 易污染损坏、记录信息量大等显著优点，因此被大量用于门票防伪、生产自动化、门禁、公路 收费、停车场管理、身份识别、货物跟踪等领域中。标签可分为主动标签、半主动标签和被动 标签，被动标签由于其成本低廉而被大量采用并部署。一个基本的RFID系统由一个读写器 和一组标签组成，读写器通过公共无线信道问询标签，标签则通过反向散射的方式返回其 ID信息。但由于被动标签结构和功能上的简单性，在密集标签环境下，会发生多个标签同时 试图通信同一读写器的现象，导致任一标签的数据均无法被正常读出的现象，即发生所谓 的RFID标签冲突。标签冲突会增加标签识别耗时、降低系统吞吐率、消耗额外的读写器能 量、减小标签有效识别距离，极端情况时会导致整个RFID系统的瘫痪。
[0003] 现有EPC C1G2标准中的标签防冲突方法（Q方法）并未对待识别标签数量进行预 估计，而是根据当前时隙状态来实时调整之后的帧长，具体为：如果当前时隙为空时隙则减 小帧长，为单标签时隙（只有一个标签，可被成功识别的时隙）则维持当前帧长不变，为冲 突时隙（具有两个或两个以上标签）则增大帧长。帧长的调整是通过帧长指数Q增减步长 因子C (典型值为0. 1~0. 5)来完成的。现有的标签估计方法主要是Vogt方法（H. vogt. Multiple object identification with passive RFID tags.In 2002IEEE International Conference On System，Man and Cybernetics，vol. 3, pp3, 2002)，其主要思想为：读写器 使用默认帧长开始一帧识别过程，并记录该识别帧中实际出现的空时隙、单标签时隙，以及 冲突时隙的数量，并将其看作为三维矢量，再将其与该三维矢量的理论值作比较，求出两者 之间的距离，由于该理论值是关于标签数量以及帧长的函数，因此在给定帧长下，通过在合 理区间内搜索标签数量的取值，可使得所求距离达到最小，此时的标签数量即被认为是实 际标签数量的最优估计值。
[0004] 由于现行EPC C1G2标准的Q方法中并未采用标签预估计，读写器可设置的帧长 (0~2Q，Q e (〇, 15))和步长因子C e (〇. 1~〇. 5)取值范围又很有限，因此如果标签数量 和预设的帧长相差比较大时，则有可能出现因 C的调整值过小而无法迅速调整至合适的帧 长，以致产生大量冲突时隙或空闲时隙，使系统性能急剧下降。而Vogt方法的性能与选取 的标签数量搜索区域以及标签数量有关，当标签数量非常大时，所选取的搜索区域也要求 非常大，这增加了系统的识别时间；另外，由于标签数量非常大时识别帧中已经几乎全部为 冲突时隙，考虑到量化误差的影响，如果标签数量继续增大，其数量变化不大，因此此时标 签数量估计的精度将大大下降，进而导致系统性能的下降。
【发明内容】
[0005] 针对现有RFID系统中标签数量估计时间过长、不能用于标签数量较大的场合、估 计准确率低等缺点，本发明提供了一种符合EPC C1G2标准的基于时隙状态的标签数量估计 方法。该方法可用于EPC C1G2协议中，在不需对标签改动的前提下，有较短的标签估计时 间，估计准确率较高，并可用于标签数量较大的场合。
[0006] 为达上述目的，本发明通过采取以下技术方案予以实现：
[0007] -种用于RFID系统中的符合EPC C1G2标准的基于时隙状态的标签数量估计方 法，将识别帧中的时隙状态分为两种：空时隙和非空时隙。
[0008] 空时隙：没有标签响应的时隙，在读写器内时隙寄存器中用0表示。
[0009] 非空时隙：有标签响应的时隙，在读写器内时隙寄存器中用1表示。
[0010] 其中的非空时隙又可分为两种：单标签时隙和碰撞时隙。
[0011] 单标签时隙：只有一个标签响应的时隙，读写器可成功接收该标签信息并识别该 标签。
[0012] 碰撞时隙：两个或两个以上标签响应的时隙，标签信息在读写器天线上发生碰撞， 导致所有标签数据包丢失，读写器无法识别任一标签。
[0013] 所述方法包括如下步骤：
[0014] (1)读写器设置帧长F，并向标签广播当前帧长，标签接收F后，随机选择自身时隙 并保存。接着，读写器开始一帧的识别过程，轮询所有时隙并问询所有待识别标签。
[0015] (2)在轮询时隙的过程中，读写器判别当前时隙状态，若为非空时隙，则将其内部 的时隙状态寄存器数组中和该时隙对应的寄存器置1，若为空时隙则置〇,并更新该寄存器 组中1的总数量（非空时隙的总数量）以及1位段（由连续的1构成的二进制数段）的数 量。
[0016] (3)读写器在轮询完所有时隙后，计算1位段的平均长度Avg1的值。
[0017] (4)读写器采用最优估计搜索法获得标签数量η的最优估计值nest。由于1位段 平均长度与帧长F以及标签数量η存在一一对应关系，因此在F已知的条件下，由八^^可 搜索出最优估计值n est。
[0018] 步骤（1)中所述的标签选择自身时隙并响应读写器的具体过程为：读写器发送R 命令向标签广播帧长F和一随机产生的16位二进制数RN16,标签收到该命令后，以F、RN16 和自身ID为参数，调用固化在ROM中的随机函数生成标签的自有时隙F i，Fi e [I，F]，并将 其保存在标签时隙寄存器中。接下来，读写器开始当前帧的识别，发送L命令向标签广播时 隙轮询信号，标签收到该命令后，将标签时隙寄存器中的值减1，当且仅当该值为〇的标签 才被允许在当前时隙内响应读写器，响应信号为一新生成的16位随机二进制数nRN16,其 他标签处于静默状态。
[0019] 步骤（2)中所述的读写器内部寄存器保存的状态值包括：所有时隙状态、0状态时 隙数量、1状态时隙数量、1位段数量以及1位段的平均长度。
[0020] 步骤（4)中所述的最优估计搜索法具体为：
[酬υ创造误差函数/㈨=越-ewe2^Tm。 Ei(N1)
[0022] 2)nest的搜索策略如下：首先找出任意一个1和h值，使得f(l)f(h) <0,表明使 误差函数f(x) =0的点，也就是最优的nest处于1和h之间。接着取1和h的中点为m，并 计算f(m)的值。如果f(m) <误差精度，则m即为满足要求的nest，结束该流程。否则，如果 f⑴和f(m)异号，说明f(x) =0的点在1和m之间，重新开始在（l，m)的区间搜索，如果 f(m)和f(h)异号，则重新开始在（m，h)的区间搜索，重复以上过程，直到f(m) <误差精度， 得到满足精度要求的nest。
[0023] 本发明提出的RFID标签数量估计方法，和已有的方法相比，具有以下优点：
[0024] (1)具有较短的标签数量估计时间。经过仿真测试，与Vogt的方法相比，在标签 ID为96位时，标签数量从0~2000变化时，耗费时间至少减少了 30%以上。
[0025] (2)可适应标签数量较大的场合。经仿真测试，当标签数量从0~10000变化时， 在读写器内寄存器位数不加限制的情况下，系统性能较稳定。
[0026] (3)不需对标签进行改动，易于实施，可快速应用于符合EPC C1G2标准的标签上。
[0027]