一种基于碰撞时隙独立识别的动态帧时隙Aloha算法
【技术领域】
[0001] 本发明属于射频识别多标签识别技术领域，具体涉及一种基于碰撞时隙独立识别 的动态帧时隙Aloha算法的设计。
【背景技术】
[0002] 超高频（UHF)射频识别（RFID)可以为目标物体提供更方便和快捷的无接触识别， 因此替代条形码被广泛的应用于物体的自动识别中，主要的工业应用包括：库存管理、供应 链管理、物品溯源等。一个典型的RFID系统由一个读写器、多个标签和中间件组成。多标 签快速识别是当前RFID系统的一个迫切需求，特别是标签密集的RFID环境。为了解决标 签快速识别问题，研究者们提出了大量的防碰撞算法，主要可以分为Aloha类、查询树（QT) 类和混合式防碰撞类算法。
[0003] QT类算法本质上属于确定型防碰撞算法，其核心思想在于碰撞比特识别和追踪技 术。在UHF系统中，由于读写器端接收信号的偏移，导致读写器不能有效的检测到具体的碰 撞位，因此使得QT类算法难以应用到UHF RFID系统中，诸如EPCglobal ClGen2或者ISO/ IEC18000-6B。同样的，融合了碰撞比特识别和追踪技术的混合式算法，也难以实施。考虑 到算法的复杂度和可实现性质，本发明主要集中于Aloha类算法。
[0004] 目前大多数Aloha类算法都是采用完整帧观测，并使用复杂的计算来提高标签数 估计的准确性从而维持好的识别性能。然而大多数读写器都仅装配处理能力低的处理器， 因此高复杂度的算法难以应用于此类读写器。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是为了解决现有技术中大多数Aloha类算法的读写器都仅装配处 理能力低的处理器，无法处理高复杂度的算法的问题，提出了一种基于碰撞时隙独立识别 的动态帧时隙Aloha算法。
[0006] 本发明的技术方案为：一种基于碰撞时隙独立识别的动态帧时隙Aloha算法，分 为最佳帧长检测和碰撞时隙独立识别两个阶段；
[0007] 在最佳帧长检测阶段，对每帧设置一个检测段进行观测，然后充分利用检测段中、 成功时隙、碰撞时隙以及空闲时隙的统计数来判断当前帧是否为最优，若不是最优则重新 调整帧长和设置新的检测段，直到检测到最优的帧长为止；若是最优则继续读完整个帧，然 后统计出每个碰撞时隙的索引号，压入堆栈，然后进入独立碰撞时隙识别阶段；
[0008] 独立碰撞时隙识别阶段，是通过索引号对每个碰撞时隙设置独立的帧来进行识 另Ij，直到堆栈为空后，整个标签识别过程结束。
[0009] 本发明具体包括以下步骤：
[0010] S1、读写器初始化：设置初始Q值Qini以及检测段的长度F ds，并将读写器的时隙计 数器Sc、空闲时隙数E、碰撞时隙数C以及成功时隙数S均清零；
[0011] S2、读写器向其工作域内的待识别标签广播一个查询命令，查询命令包括时隙帧 长F = 2Q以及检测段F ds，Fds的大小满足F ds= F/2 k，k为非负整数；
[0012] S3、读写器接收待识别标签的响应情况，同时时隙计数器值加 I :Sc = Sc+1 ;
[0013] 若读写器接收到标签的回复且无碰撞产生，则表示成功识别该标签，S = S+l ;
[0014] 若读写器接收到标签的回复且产生碰撞，则表示标签当前时隙内有多个标签同时 响应，C = C+1，并统计当前时隙索引号；
[0015] 若读写器没有接收到标签的回复，则说明当前时隙空闲，E = E+1 ;
[0016] S4、判断Sc是否等于Fds;
[0017] 若是则读写器统计（Sds, Cds)，其中Sds= S，C ds= C，并根据n est = round ((Sds+2. 39*Cds) *F/Fds)来估计剩余标签数 nest;
[0018] 若否则广播查询命令并返回步骤S3 ;
[0019] S5、读写器判断剩余标签数Iif3st是否在当前Q值的最佳范围内；
[0020] 若是则判断Sc与F是否相等，若Sc = F则统计碰撞时隙的索引号并压入堆栈，并 根据nind= round ((nest-S)/C)来确定碰撞时隙内的平均标签数nind，然后设置每个碰撞时 隙初始帧的大小F ind;g Sc辛F则广播查询命令并返回步骤S3 ;
[0021] 若否则设置新的Q值并更新Fds，然后返回步骤S2 ;
[0022] S6、读写器判断堆栈是否为空；
[0023] 若是则识别过程结束；
[0024] 若否则读写器从堆栈中提取新的索引号并进入步骤S7 ;
[0025] S7、读写器广播查询命令，查询命令包括时隙Find及其索引号index ;
[0026] S8、读写器读完Find个时隙后统计（S，C)，判断C是否等于0 ;
[0027] 若是则返回步骤S6;
[0028] 若否则根据n"t= round (2. 39*C)来估计剩余标签数n "t，设置新的帧长赋予Find 并返回步骤S7。
[0029] 进一步地，步骤S5中设置每个碰撞时隙初始帧的大小Find以及设置新的Q值时参 考剩余标签数和最佳帧长的关系表，根据剩余标签数可以找出对应的最佳帧长，剩余标签 数I st和最佳帧长F的关系根据常规动态帧时隙Aloha算法导出。
[0030] 进一步地，剩余标签数Iif3st和最佳帧长F的具体关系为：
[0031] I ^ nest^ 3, F = 2Q= 2, Q = 1 ；
[0032] 4 ^ nest^ 5, F = 2Q= 4, Q = 2 ；
[0033] 6 ^ nest^ 11, F = 2Q= 8, Q = 3 ；
[0034] 12 ^ nest^ 22, F = 2 Q= 16, Q = 4 ；
[0035] 23 ^ nest^ 44, F = 2 Q= 32, Q = 5 ；
[0036] 45 ^ nest^ 89, F = 2 Q= 64, Q = 6 ；
[0037] 90 ^ nest^ 177, F = 2 Q= 128, Q = 7 ；
[0038] 178 彡 nest彡 355, F = 2 Q= 256, Q = 8 ;
[0039] 356 彡 nest彡 710, F = 2 Q= 512, Q = 9 ;
[0040] 711 彡 nest彡 1420, F = 2 Q= 1024, Q = 10 ;
[0041] 1421 彡 nest彡 2839, F = 2 Q= 2048, Q = 11 ;
[0042] 2840 彡 nest彡 5678, F = 2 Q= 4096, Q = 12 ;
[0043] 5679 彡 nest彡 11357, F = 2 Q= 8192, Q = 13 ;
[0044] 11358 彡 nest彡 22713, F = 2 16384, Q = 14 ;
[0045] 22714 彡 nest彡 45426, F = 2 32768, Q = 15。
[0046] 进一步地，步骤S5中更新Fds时参考不同帧所对应的检测段的大小设置，具体为：
[0047] F = 2q= 8, Fds= F/2 ；
[0048] F = 2q= 16, Fds= F/4 ；
[0049] F = 2q= 32, Fds= F/8 ；
[0050] F = 2q= 64, Fds= F/8 ；
[0051] F = 2q= 128, Fds= F/8 ；
[0052] F = 2q= 256, Fds= F/16 ；
[0053] F = 2q= 512, Fds= F/16 ；
[0054] F = 2q= 1024, Fds= F/32 ；
[0055] F = 2q>1024, Fds= F/64 ；
[0056] 其他，Fds= F。
[0057] 进一步地，查询命令包括Query、QueryAdj、QueryRep以及QueryIdx命令，其广播 规则为：步骤S2中，第一帧广播Query命令，以后每帧均广播QueryAdj命令；步骤S4和S5 中，广播QueryRep命令；步骤S7中，广播QueryIdx命令。
[0058] 进一步地，步骤S2中，读写器向工作域内的待识别标签广播一个查询命令后，工 作域内的待识别标签接收到读写器广播的查询命令后，提取查询命令中的Q值和Sc值，并 在[1，F]中产生一个随机数加载到标签内部的计数器上，并比较计数器与Sc的值，若相等， 则标签响应读写器的查询命令并返回数据，否则不予响应。
[0059] 进一步地，步骤S4和S5中，读写器向其工作域内的标签广播一个查询命令后，接 收到广播的标签，提取查询命令中的Sc值，并比较标签内部计数器的值与Sc的值，若相等， 则标签响应读写器的查询命令并返回数据，否则不予响应。
[0060] 进一步地，步骤S7中，读写器向其工作域内的标签广播一个查询命令后，接收到 广播的标签，提取查询命令中的Q值、index值和Sc值，只有与index值匹配的标签才会在 [1，F]中产生一个随机数加载到标签内部的计数器上，并比较计数器与Sc的值，若相等，则 标签响应读写器的查询命令并返回数据，否则不予响应。
[0061] 本发明的有益效果是：首先，由于每次检测最佳帧长都是基于检测段来完成的，而 检测段只是完整帧的一小部分，一旦读写器检测到当前的帧不是最佳，立即终止本轮识别， 根据最新设置的帧和检测段来开启下一轮检测，降低了不合适的帧长对性能的影响，提高 了系统的识别效率和稳定性；其次，对每个碰撞时隙采用独立的小帧识别，相较于传统的防 碰撞算法对所有的碰撞标签设置大帧而目，进一步提尚了识别效率；最后，由于每次对于帧 长的设置和判断都是基于最简单的数学运算，避免了传统Aloha类算法中的复杂估计方法 对硬件平台的要求和依赖，极大的降低了系统复杂度。从而该发明可以很好的应用在移动 及手持的UHF RFID读写器中。