CN100461201C - 一种智能rfid阅读系统防冲突调度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种智能RFID阅读系统防冲突调度方法，该方法采用阅读器控制多天线机制，所述机制是：所有天线均由阅读器依次控制；阅读器轮询连接到该阅读器的天线，并控制单个天线与标签交互；在每一时刻只有一个天线被激活，响应阅读器的命令；相邻两个天线的有效覆盖范围相接触，减小相互间的重叠。本发明采用多天线，在任意时刻只有一个天线起作用，这样在空间上将多标签分组识别，减少了单一天线的覆盖区域内的标签数量，从而有效降低冲突的概率，从而避免了单一天线生成的二叉搜索树的深度过深，大大缩短了标签识别时间，具有很好的识别率。
Description
技术领域
本发明涉及到射频识别(Radio Frequency Identification，简称RFID)领域，特别涉及一种智能RFID阅读系统防冲突调度方法。
背景技术
RFID技术是目前自动识别领域的主要技术之一，其主要结构是由标签、天线和阅读器组成，其中标签可分成有源和无源两种，有源标签自身带有电源，利用自身的电源向阅读器天线发送数据；无源标签要利用阅读器天线发射电波所形成的电磁场充电，利用转化来的电能向阅读器天线发送数据，需要一定的充电时间，目前无源标签应用的比较广泛。RFID的基本工作原理是阅读器利用它自身的天线连续地向外发射基带信号，并在基带信号上加载命令，检查电磁场内是否有标签进入，当检查到有标签后，开始与标签交互，读取标签中携带的数据。标签进入磁场后首先进行充电，然后等待阅读器命令，当收到阅读器命令后，标签依据命令指导自身的动作，最终完成向阅读器发送数据。
由于无源标签之间不能通信，只与阅读器进行交互，所以每个标签并不知道此时磁场内有多少标签存在，当收到向阅读器发送数据的命令后，会有1个或多个的标签同时向阅读器发送命令。如果数据是由多个标签同时发送的，那么这些信号就会叠加，阅读器收到这样的数据信号是无法识别的，这种情况称为碰撞，也被称之为冲突。如果阅读器没有任何机制控制碰撞，尤其当电磁场内的标签数量较多时，碰撞会不断的发生，标签碰撞的概率是非常高的，阅读器识别标签所需的时间将随标签数量的增加而增加。目前，ALOHA防冲突算法和二叉树防冲突算法比较流行，其中ALOHA算法的搜索时间比二叉树算法要长，因此识别过程要久，标签量很大时ALOHA算法的识别效率明显下降。在物理上的防冲突机制有多天线和单天线两种，明显的多天线在空间上就将标签分成若干批进行识别，这样多天线的识别效率明显高于单天线。目前的多天线防冲突机制采用ALOHA算法，这种防冲突机制在一定程度上降低了标签之间的冲突概率，但搜索时间仍然较长识别效率不高。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种实用、灵活、冲突概率低的一种智能RFID阅读器防冲突调度方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种智能RFID阅读系统防冲突调度方法，采用阅读器控制多天线机制，所述机制是：所有天线均由阅读器依次控制；阅读器轮询连接到该阅读器的天线，并控制单个天线与标签交互；在每一时刻只有一个天线被激活，响应阅读器的命令；相邻两个天线的有效覆盖范围相接触，减小相互间的重叠。
上述阅读器控制单个天线与标签交互过程有如下步骤：
(1)通过天线向标签发送REQ命令；
(2)收到ACK，此时如果只有一个标签响应发送ACK，那么阅读器可以识别该ACK，如果有多个标签响应发送ACK，那么阅读器不能识别该ACK，则阅读器启动二叉树防冲突调度机制；
(3)对于第一个未发生冲突的可识别的ACK，阅读器通过天线向发送此ACK的标签发送READ命令，令其发送自身携带的数据；
(4)收到完整的标签数据后，阅读器通过天线向标签发送LOCK命令；
(5)继续识别其他标签，直到该天线覆盖范围内的所有标签被识别完毕。
上述二叉树防冲突调度机制其调度过程有如下步骤：
(1)阅读器通过天线向标签发送REQ_ADJUST命令，令标签选择“0”或“1”；
(2)阅读器冲突计数器计数本次冲突；
(3)向标签发送REQ命令，阅读器依据标签返回的ACK命令进行判断，若可以识别该ACK命令，则认为无冲突发生，向标签发送READ命令；若无法识别该ACK命令，则认为有冲突发生，继续发送REQ_ADJUST命令调整；
(4)经过REQ_ADJUST，所有参加选数的标签按自身选的数字形成一个二叉树；
(5)阅读器按照二叉树先序遍历的顺序依次读取标签；
(6)每处理完一层二叉树，冲突计数器减1，直到所有标签处理完毕。
上述阅读器控制天线流程如下：
(1)阅读器检查所连接的天线，确认所有的天线处于挂起状态，即未被激活状态；
(2)激活其中一个天线，等待该天线反馈的信息，若该天线的覆盖范围内没有标签，此时阅读器挂起该天线；若该天线的覆盖范围内有标签，此时阅读器等待该天线返回该天线所读取到的标签数据，判断所收到的数据是否重复。该天线覆盖范围内的标签识别完后，挂起该天线；
(3)激活下一个天线；
(4)当所有的天线轮询完毕，告诉后端应用系统本轮识别过程完毕，等待下一轮识别过程的开始。
所述阅读器包括模拟信号处理模块、数字信号处理模块、数据处理模块及天线阵列，所述天线阵列与模拟信号处理模块相连，所述数据处理模块通过数字信号处理模块与模拟信号处理模块相连。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：本发明的RFID阅读器防冲突调度机制，采用多天线，在任意时刻只有一个天线起作用，这样在空间上将多标签分组识别，减少了单一天线的覆盖区域内的标签数量，从而有效降低冲突的概率，从而避免了单一天线生成的二叉搜索树的深度过深，大大缩短了标签识别时间，具有很好的识别率。
附图说明
图1是本发明的阅读器结构示意图；
图2本发明的阅读器与标签交互示意图；
图3本发明的二叉树防冲突调度机制的示意图；
图4本发明的碰撞调度时序图；
图5本发明的阅读器工作示意图；
图6本发明的标签工作示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明做进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例：
如图1所示的RFID阅读系统的示意图，该RFID阅读系统包括模拟信号处理模块、数字信号处理模块、数据处理模块及天线阵列，所述天线阵列与模拟信号处理模块相连，所述数据处理模块通过数字信号处理模块与模拟信号处理模块相连，在本发明中，采用4个天线作为天线阵列，相邻两个天线的有效覆盖范围相接触，减小相互间的重叠，但本发明所述的多天线不止4个天线，可根据具体情况调整阅读器控制天线的数量。
如图2所示的阅读器与标签交互示意图，其工作流程是：
(1)通过天线向标签发送REQ命令；
(2)收到ACK，此时如果只有一个标签响应发送ACK，那么阅读器可以识别该ACK，如果有多个标签响应发送ACK，那么阅读器不能识别该ACK，则阅读器启动二叉树防冲突调度机制；
(3)对于第一个未发生冲突的可识别的ACK，阅读器通过天线向发送此ACK的标签发送READ命令，令其发送自身携带的数据；
(4)收到完整的标签数据后，阅读器通过天线向标签发送LOCK命令；
(5)继续识别其他标签，直到该天线覆盖范围内的所有标签被识别完毕。
如图3所示的本发明的二叉树防冲突调度机制的示意图，其机制是：
(1)阅读器通过天线向标签发送REQ_ADJUST命令，令标签选择“0”或“1”；
(2)阅读器冲突计数器计数本次冲突；
(3)向标签发送REQ命令，阅读器依据标签返回的ACK命令进行判断，若可以识别该ACK命令，则认为无冲突发生，向标签发送READ命令；若无法识别该ACK命令，则认为有冲突发生，继续发送REQ_ADJUST命令调整；
(4)经过REQ_ADJUST，所有参加选数的标签按自身选的数字形成一个二叉树；
(5)阅读器按照二叉树先序遍历的顺序依次读取标签；
(6)每处理完一层二叉树，冲突计数器减1，直到所有标签处理完毕。
如图4是所示的本发明的碰撞调度时序图，其过程是：
(1)阅读器向标签发送REQ命令；
(2)标签向阅读器返回ACK；
(3)如发生碰撞则阅读器发送REQ_ADJUST命令；
(4)标签选择“0”或“1”值；
(5)阅读器发送REQ命令，目的在于确定是否仍有冲突，如果仍有冲突则继续使用REQ_ADJUST命令调整，如果没有则开始读取数据。
如图5所示的本发明的阅读器工作示意图，其工作流程是：
(1)激活一个天线；
(2)向天线发送命令，天线再将这些命令发送出去；
(3)接受天线返回数据：如果是标签数据则向后端应用系统传递；如果是ACK，先判断是否有冲突，如冲突则启动防冲突机制；如果没有冲突，则依据该ACK通过天线向外发送下一个命令。
如图6所示的本发明的标签工作示意图，当标签进入天线所形成的射频场时，由于标签是分散的，分散在不同天线的覆盖范围内。当阅读器激活一个天线后，该天线范围内的标签开始充电积蓄能量并等待天线发送的阅读器命令。收到阅读器的命令后的标签工作过程如下：
(1)充电，等待阅读器命令；
(2)收到REQ命令，发送ACK响应；
(3)此时会收到阅读器发来的命令，有如下四种情况发生：
(a)收到READ命令，此时标签可直接将自身携带的信息发送到阅读器；
(b)收到REQ_ADJUST命令，此时标签随机选择“0”或“1”，选“0”则保持激活状态，等待阅读器的下一个命令；选“1”则标签保持静默状态，即只响应阅读器的ACTIVE命令和REQ_ADJUST命令；
(c)收到ACTIVE命令，此时标签保持激活状态，等待阅读器的下一个命令；
(d)收到LOCK命令，此时表示该标签数据已被阅读器已经记录，标签将自身锁死，不再响应任何阅读器命令。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种智能RFID阅读系统防冲突调度方法，其特征在于，采用阅读器控制多天线机制，所述机制是：所有天线均由阅读器依次控制；阅读器轮询连接到该阅读器的天线，并控制单个天线与标签交互；在每一时刻只有一个天线被激活，响应阅读器的命令；相邻两个天线的有效覆盖范围相接触，减小相互间的重叠；
所述阅读器轮流控制单个天线与标签交互过程有如下步骤：
(1)通过天线向标签发送REQ命令；
(2)收到ACK，此时如果只有一个标签响应发送ACK，那么阅读器识别该ACK，如果有多个标签响应发送ACK，那么阅读器不能识别该ACK，则阅读器启动二叉树防冲突调度机制；
(3)对于第一个未发生冲突的可识别的ACK，阅读器通过天线向发送此ACK的标签发送READ命令，令其发送自身携带的数据；
(4)收到完整的标签数据后，阅读器通过天线向标签发送LOCK命令；
(5)继续识别其他标签，直到该天线覆盖范围内的所有标签被识别完毕；
所述(2)步骤中二叉树防冲突调度机制其调度过程有如下步骤：
(2.1)阅读器通过天线向标签发送REQ_ADJUST命令，令标签选择“0”或“1”；
(2.2)阅读器冲突计数器计数本次冲突；
(2.3)向标签发送REQ命令，阅读器依据标签返回的ACK命令进行判断，若可以识别该ACK命令，则认为无冲突发生，向标签发送READ命令；若无法识别该ACK命令，则认为有冲突发生，继续发送REQ_ADJUST命令调整；
(2.4)经过REQ_ADJUST，所有参加选数的标签按自身选的数字形成一个二叉树；
(2.5)阅读器按照二叉树先序遍历的顺序依次读取标签；
(2.6)每处理完一层二叉树，冲突计数器减1，直到所有标签处理完毕；
收到阅读器的命令后的标签工作过程如下：
(I)充电，等待阅读器命令；
(II)收到REQ命令，发送ACK响应；
(III)此时会收到阅读器发来的命令，有如下四种情况发生：
(a)收到READ命令，此时标签直接将自身携带的信息发送到阅读器；
(b)收到REQ_ADJUST命令，此时标签随机选择“0”或“1”，选“0”则保持激活状态，等待阅读器的下一个命令；选“1”则标签保持静默状态，即只响应阅读器的ACTIVE命令和REQ_ADJUST命令；
(c)收到ACTIVE命令，此时标签保持激活状态，等待阅读器的下一个命令；
(d)收到LOCK命令，此时表示该标签数据已被阅读器记录，标签将自身锁死，不再响应任何阅读器命令。
2.根据权利要求1所述的一种智能RFID阅读系统防冲突调度方法，其特征在于，所述阅读器控制天线流程如下：
(i)阅读器检查所连接的天线，确认所有的天线处于挂起状态，即未被激活状态；
(ii)激活其中一个天线，等待该天线反馈的信息，若该天线的覆盖范围内没有标签，此时阅读器挂起该天线；若该天线的覆盖范围内有标签，此时阅读器等待该天线返回该天线所读取到的标签数据，判断所收到的数据是否重复，该天线覆盖范围内的标签识别完后，挂起该天线；
(iii)激活下一个天线；
(iv)当所有的天线轮询完毕，告诉后端应用系统本轮识别过程完毕，等待下一轮识别过程的开始。
3.根据权利要求1所述的一种智能RFID阅读系统防冲突调度方法，其特征在于，所述阅读器包括模拟信号处理模块、数字信号处理模块、数据处理模块及天线阵列，所述天线阵列与模拟信号处理模块相连，所述数据处理模块通过数字信号处理模块与模拟信号处理模块相连。
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