一种基于连续检测机制适用于EPC Gen2协议的防冲突算法
【专利摘要】本发明公开了一种基于连续检测机制适用于EPC Gen2协议的防冲突算法，属于无线通信领域，其关键在于：根据响应标签的数目，阅读器判断信道发生冲突、空闲还是成功读取标签，并针对这三种情况采取不同的处理措施：当信道第一次发生冲突或空闲时，协议的参数Q保持不变，继续下一个通信周期，如果连续发生冲突或空闲，采用不同的更新步长分别对Q进行更新；否则，Q保持不变。算法对指令发送条件进行设定，在阅读器发送指令前，首先判断Q值是否发生改变，如果Q值改变，阅读器发送QueryAdjust指令；反之，则发送QueryRep指令。该算法性能不受标签数目的影响，可显著提高标签识别速率。
【专利说明】
一种基于连续检测机制适用于EPC Gen2协议的防冲突算法
技术领域
[0001]本发明属于无线通信领域，具体涉及一种采用连续检测机制减少信息冲突的算法，适用于超高频EPC Gen2协议。【背景技术】
[0002]EPCglobal Class 1 Generat1n 2超高频射频识别协议(简称为Gen2协议)是 E P C g 1 〇 b a 1已发布的最新R FID空中接口协议，包括物理层协议、媒体访问控制(M e d i u m Access Control,MAC)协议以及UHF RFID无源标签的技术参数。Gen2协议工作频率在 860MHz到960MHz之间。与其他RFID协议标准相比，Gen2协议拥有诸多优势，包括更快的标签读取速度、更好的安全性能、具有读/写可编程性、能向未来的EPC标准平滑过渡等，这使得它在众多规格和协议中脱颖而出，被纳入国际标准ISO 18000-6。
[0003]为解决标签冲突问题，Gen2协议为RFID系统定义了防冲突机制。该机制基于帧时隙AL0HA算法，其帧长和参数Q有关，为2Q，并随着Q的调整而变化。因而，将此防冲突机制称为自适应Q算法。自适应Q算法根据标签响应情况不断调整Q值，当帧长2Q=N时，阅读器成功读取标签的概率最大，而确定最优帧长的关键是确定最优Q值。可见，Q值的选取和更新速度对防冲突算法的性能至关重要。
[0004]参见图1所示，现有的自适应Q算法的具体实现过程是这样的:
[0005] 步骤1:阅读器发送指令(Query，QueryRep或QueryAdjust)给标签。如果是在一个盘存周期的开始，阅读器发送Query指令，否则发送QueryRep或QueryAdjust。
[0006] 步骤2:标签从阅读器收到的指令可能是Query，QueryRep或QueryAdjust。如果收到的是Query或QueryAdjust，则Q值经过了调整，所有未识别标签在(0，2Q_1)范围内随机选择一个时隙，并将其存入时隙计数器。如果收到的指令是QueryRep，所有未识别标签的时隙计数器减1。
[0007]接下来，计数器为0的标签产生一个16位的随机数RN16,并将RN16发送给阅读器。 根据响应标签的数目，会出现三种可能:
[0008](i)成功识别标签:只有一个标签响应，阅读器成功接收RN16,此时阅读器会发送 ACK指令，跳至步骤3。
[0009](ii)发生冲突:有一个以上的标签同时响应，传输数据相互干扰，阅读器无法识别 RN16。此时阅读器将Qfp增大C。增大后的Qfp如果大于15,则令Qfp=15。接下来阅读器将对Qfp 取整后的值赋予参数Q，然后发送QueryRep或QueryAdjust指令继续对标签进行识别，跳转至步骤1。
[0010](iii)信道空闲:没有标签响应，这时阅读器将Qfp减小C。减小后的Qfp如果小于0， 则令Qfp = 0。接下来阅读器将对Qfp取整后的值赋予参数Q，然后发送Query、QueryRep或 QueryAdjust指令继续对标签进行识别，跳转至步骤1。
[0011]步骤3:在只有一个标签响应的情况下，阅读器成功接收RN16，并发送ACK指令给所有标签，只有响应标签可以识别ACK，并继续步骤4，其他标签进入等待状态。
[0012]步骤4:响应标签识别ACK后，发送信息EPC给阅读器。至此，阅读器成功识别该标签。接下来，阅读器发送QueryRep或QueryAd jus t指令继续识别其他标签。
[0013]可以看出，参数Q决定了标签产生随机数的范围，也就是防冲突算法的帧长。因此， Q值更新快慢直接影响到协议的识别效率。如果参数Q的更新步长选择不当，容易引起时隙的冲突和空闲，导致识别延迟。当响应标签的数量大于1时，信道发生冲突，QfP值递增C;当没有标签响应时，信道空闲，QfP值递减C。然而，现有Q算法不论是冲突情况还是空闲情况，参数Q的调整步长相同。当出现连续冲突时隙或空闲时隙时，虽然经过增减调整，Q值可能保持不变，算法效率较低。
【发明内容】
[0014]有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种高效的适用于EPC Gen2标签的防冲突算法，以提高阅读器与标签的通信效率。
[0015]为达到以上目的，本发明的技术方案具体是这样实现的:
[0016]步骤1:如果在一个盘存周期的的开始，阅读器发送Query指令以启动该盘存周期； 否则，阅读器检测Q值较之前是否发生改变，如果Q值改变，阅读器发送QueryAd just指令，指示所有未识别标签将新的随机数值载入其槽计数器内；如果Q值未改变，阅读器发送 QueryRep指令，指示所有未识别标签将其槽计数器内数值减1;
[0017]步骤2:时隙数为0的标签产生16位的随机数RN16,并将RN16发送给阅读器;根据响应标签的个数，该问询过程有三种可能:成功识别，信道冲突和信道空闲；
[0018](i)成功识别标签:只有一个标签响应，阅读器成功接收RN16，此时阅读器会发送 ACK指令，跳至步骤3;[0〇19] (ii)信道冲突:阅读器发送QueryRep，标签的SN减1;SN = 0的标签响应，根据响应标签的数目，有三种可能:
[0020](1)成功读取标签:情况和(i)相同；[〇〇21](2)无标签响应:Qfp and Q保持不变；[〇〇22](3)多于一个标签响应:阅读器将QfP增大Cc，增大后的QfP如果大于15，则令QfP =15;接下来阅读器将对Qfp取整后的值赋予参数Q，然后跳转至步骤1;[〇〇23] (iii)信道空闲:阅读器发送QueryR印，标签的SN减1;SN=0的标签响应，根据响应标签的数目，有三种可能:[〇〇24](1)成功读取标签:情况和(i)相同；[〇〇25](2)无标签响应:阅读器将Qfp减小Ci，减小后的Qfp如果小于0，则令Qfp = 0;接下来，阅读器将对Qfp取整后的值赋予参数Q，跳转至步骤1;[〇〇26](3)多于一个标签响应:Qfp and Q保持不变；[〇〇27]步骤3:在只有一个标签响应的情况下，阅读器成功接收RN16，并发送ACK指令给所有标签，只有响应标签可以识别ACK，并继续执行步骤4，其他标签进入等待状态；
[0028]步骤4:响应标签识另UACK后，发送它的信息EPC给阅读器;然后阅读器跳转至步骤1 继续识别其他标签。
[0029]进一步的，该算法进一步包括:结合Gen2协议中的参数，计算出冲突时隙和空闲时隙的持续时间，结合两者发生的概率，给出优化的更新步长C。和C1;当信道冲突时，Qfp增大Cc;当信道空闲时，Qfp减小Ci，其中，Cc/Ci = 2.7566。
[0030]进一步的，该算法进一步包括:算法对指令发送条件进行设定，在阅读器发送指令前，首先判断Q值是否发生改变，如果Q值改变，阅读器发送QueryAd just指令;反之，则发送 QueryRep 指令。[0031 ]本发明的优点和积极效果:
[0032]1、本发明所述的算法中，综合考虑了信道发生冲突和空闲的概率以及两个状态的持续时间，推导出分别针对这两种情况的参数Q的更新步长；
[0033]2、本发明所述的算法中，连续两次检测后再确定是否改变Q，更适用于标签随机选择时隙的EPC Gen2防冲突机制；
[0034]3、本发明所述的算法中，对Gen2协议的指令发送条件进行了设定，阅读器发送指令前首先判断Q值是否改变，只有在改变时才发送较长的QueryAd just指令，减少了信息传输时间，同时避免了标签在Q未改变时重新选择时隙，降低了能量损耗；
[0035]4、本发明所述的算法中，标签数目不影响算法性能，增加标签数目不会降低标签识别速率，因而可以在同一个物体上配置多个标签以提高识别可靠性。【附图说明】
[0036]图1为现有技术中的自适应Q算法流程图；
[0037]图2为本发明确定的基于连续检测机制的实现方法流程图。【具体实施方式】[〇〇38]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。[〇〇39] RFID系统识别时间的长短除了与冲突和空闲时隙发生的概率有关外，还与两者的持续时间有很大关系。为此，本发明结合Gen2协议中的参数，计算出了冲突时隙和空闲时隙的持续时间，结合两者发生的概率，给出了优化的更新步长Cc^PG。当信道冲突时，Qfp增大 C。；当信道空闲时，Qfp减小Ci。本发明中优化的更新步长C。和Ci为针对空闲时隙和冲突时隙引进的两个新的参数，并且系统的识别效率与C。和Ci的比值有关，其中，Cc/Ci = 2.7566。本发明中，参数QfP减作为C的浮点数，C为Qfp的变化步长，Q为时隙参数。
[0040]另外，由于0.1〈C〈0.5，每次调整参数Q后，Q的值可能加1，可能减1，也可能保存不变。对于指令Query，QueryAd just和QueryRep，当标签成功识别或发生冲突后，阅读器发送 QueryAd just或QueryRep指令；当没有标签响应时，阅读器发送的是Query，QueryRep或 QueryAdjust。然而，Gen2协议没有规定在特定情况下发送哪个指令。根据QueryAdjust的作用，在Q没有发生改变的情况下，如果阅读器发送QueryAdjust，使未识别标签重新选择时隙，并不利于提高系统效率。另外，由于指令QueryAd just比QueryRep长5bits，所需要的传输时间更长。因此，本发明提出的算法对指令发送条件进行设定，在阅读器发送指令前，首先判断Q值是否发生改变，如果Q值改变，阅读器发送QueryAd just指令；反之，则发送 QueryRep 指令。
[0041]参见图2所示，本发明算法的实现过程至少包括以下步骤:[〇〇42]步骤1，阅读器—标签:如果在一个盘存周期的的开始，阅读器发送Query指令以启动该盘存周期；否则，阅读器检测Q值较之前是否发生改变，如果Q值改变，阅读器发送 QueryAd just指令，指示所有未识别标签将新的随机数值载入其槽计数器内；如果Q值未改变，阅读器发送QueryRep指令，指示所有未识别标签将其槽计数器内数值减1;[〇〇43]步骤2，标签—阅读器:时隙数为0的标签产生16位的随机数RN16，并将RN16发送给阅读器;根据响应标签的个数，该问询过程有三种可能:成功识别，信道冲突和信道空闲；
[0044](i)成功识别标签:只有一个标签响应，阅读器成功接收RN16,此时阅读器会发送ACK指令，跳至步骤3;[〇〇45](ii)信道冲突:阅读器发送QueryRep，标签的SN减1;SN = 0的标签响应，根据响应标签的数目，有三种可能:[〇〇46](1)成功读取标签:情况和(i)相同；[〇〇47](2)无标签响应:Qfp and Q保持不变；[〇〇48](3)多于一个标签响应:阅读器将Qfp增大C。，增大后的Qfp如果大于15,则令Qfp =15;接下来阅读器将对Qfp取整后的值赋予参数Q，然后跳转至步骤1;[〇〇49](iii)信道空闲:阅读器发送QueryRep，标签的SN减1;SN=0的标签响应，根据响应标签的数目，有三种可能:
[0050](1)成功读取标签:情况和(i)相同；[0051 ](2)无标签响应:阅读器将QfP减小Ci，减小后的QfP如果小于0，则令QfP = 0;接下来，阅读器将对Qfp取整后的值赋予参数Q，跳转至步骤1;[〇〇52](3)多于一个标签响应:Qfp and Q保持不变；[〇〇53]步骤3,阅读器—标签:在只有一个标签响应的情况下，阅读器成功接收RN16,并发送ACK指令给所有标签，只有响应标签可以识别ACK，并继续执行步骤4，其他标签进入等待状态；
[0054]步骤4:标签—阅读器:响应标签识别ACK后，发送它的信息EPC给阅读器;然后阅读器跳转至步骤1继续识别其他标签。
【主权项】
1.一种基于连续检测机制适用于EPC Gen2协议的防冲突算法，其特征在于该算法包括 以下步骤:步骤1:阅读器—标签如果在一个盘存周期的的开始，阅读器发送Query指令以启动该盘存周期；否则，阅读 器检测Q值较之前是否发生改变，如果Q值改变，阅读器发送QueryAd just指令，指示所有未 识别标签将新的随机数值载入其槽计数器内；如果Q值未改变，阅读器发送QueryRep指令， 指示所有未识别标签将其槽计数器内数值减1;步骤2:标签—阅读器时隙数为〇的标签产生16位的随机数RN16,并将RN16发送给阅读器;根据响应标签的个 数，该问询过程有三种可能:成功识别，信道冲突和信道空闲；(i)成功识别标签:只有一个标签响应，阅读器成功接收RN16，此时阅读器会发送ACK指 令，跳至步骤3;(ii)信道冲突:阅读器发送QueryRep，标签的SN减1;SN = 0的标签响应，根据响应标签 的数目，有三种可能:(1)成功读取标签:情况和(i)相同；(2)无标签响应:Qfp and Q保持不变；(3)多于一个标签响应:阅读器将Qfp增大Cc，增大后的Qfp如果大于15，则令Qfp = 15;接下 来阅读器将对QfP取整后的值赋予参数Q，然后跳转至步骤1;(ii i)信道空闲:阅读器发送QueryRep，标签的SN减1; SN = 0的标签响应，根据响应标签 的数目，有三种可能:(1)成功读取标签:情况和(i)相同；(2)无标签响应:阅读器将Qf P减小Ci，减小后的Qf P如果小于0，则令Qf P = 0;接下来，阅读 器将对QfP取整后的值赋予参数Q，跳转至步骤1;(3)多于一个标签响应:Qfp and Q保持不变；步骤3:阅读器—标签在只有一个标签响应的情况下，阅读器成功接收RN16,并发送ACK指令给所有标签，只 有响应标签可以识别ACK，并继续执彳丁步骤4，其他标签进入等待状态；步骤4:标签—阅读器响应标签识别ACK后，发送它的信息EPC给阅读器;然后阅读器跳转至步骤1继续识别其 他标签。2.根据权利要求1所述的算法，其特征在于该算法进一步包括:结合Gen2协议中的参 数，计算出冲突时隙和空闲时隙的持续时间，结合两者发生的概率，给出优化的更新步长C。 和Ci;当信道冲突时，Qfp增大Cc;当信道空闲时，Qfp减小Ci，其中，Cc/Ci = 2.7566。3.根据权利要求1所述的算法，其特征在于该算法进一步包括:算法对指令发送条件进 行设定，在阅读器发送指令前，首先判断Q值是否发生改变，如果Q值改变，阅读器发送 QueryAd just指令;反之，则发送QueryRep指令。
【文档编号】G06K7/10GK106022185SQ201610308522
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月9日
【发明人】轩秀巍, 吕联荣, 李琨, 谷成
【申请人】天津理工大学