CN100550033C - 一种用于射频识别的多标签识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于射频识别的多标签识别方法，阅读器初始化并选择标签后，阅读器发送标签接入指令，标签依接入指令中的信息，以一定的概率回复，若阅读器在预定时隙检测到多标签冲突，选择在该时隙发送重传指令或转入下一时隙接收标签，其中，重传指令使当前时隙中发生碰撞的标签重新发送数据帧，所述重传指令的参数信息中至少包含标签回复概率信息和对标签回复的确认信息，其中，选择转入下一时隙接收标签时，更新接入指令中的标签回复概率信息和标签回复确认信息并发送标签接入指令。本发明所述方法减少了标签碰撞，提高了多标签的接入效率，减少了接入时延。

Description

一种用于射频识别的多标签识别方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域的射频识别技术，尤其涉及用于射频识别的多标签识别方法。

背景技术

在射频识别(RFID，Radio Frequency Identification)技术的应用中，通常情况下是一个阅读器对应多个电子标签。当多个标签同时接入阅读器时，就会发生碰撞，因而不能正确传送标签内的信息到阅读器。因此，需要采取一定的机制避免碰撞或减少碰撞。

为了快速有效的接入标签，在现行的国际标准ISO 18000-6中，采用了ALOHA和Binary Tree的方法来解决标签接入中的碰撞。其中，ALOHA的基本特征是，系统将标签回复的信道按时间划分为若干间隔(该间隔称为时隙)，并要求标签选择其中的一个时隙进行回复。在操作中，阅读器通过指令给每个标签一个发送概率(或者可选时隙的范围)，标签随机的选择一个时隙并按时回复；若发生碰撞时，则标签再重新选择时隙并发送、或者在随后的每个时隙内重新发送，直至所有标签全部接入阅读器为止。

为了取得更高的接入效率，本发明以ALOHA方法为基本原理，并在其中采用了一种前导随机脉冲冲突检测的方法，以辅助本发明实现更好的接入效率。这种前导随机脉冲冲突检测的方法，已在此之前申请了专利。该方法的基本原理是：在标签发送的数据帧的前导区内加入一定时间宽度的脉冲突发区。该脉冲突发区被再次分为若干子时间区间，欲发送的标签在所述若干子时间区间中随机选取一个，并在所选的子时间区间内产生一个高电平的突发脉冲，脉冲突发区的其余时间均为低电平。当一个时隙开始时，所有回复标签都同步发送数据帧，阅读器端在预定的时间窗内检测数据帧中的突发脉冲，并记录突发脉冲的个数，从而根据突发脉冲的个数来确定当前该一个时隙中碰撞标签的个数。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于射频识别的多标签识别方法，解决射频识别中多标签识别问题，实现多标签的快速、高效接入，减少标签碰撞。

本发明提供了一种用于射频识别的多标签识别方法，包括如下步骤：

(1)阅读器初始化完毕，对有效场区内的标签进行选择；

(2)阅读器发送标签接入指令，开始接收标签，其中所述标签接入指令中包括标签回复概率信息和对标签回复的确认信息；

(3)标签依据接入指令中的信息，以一定的概率回复；

(4)阅读器接收标签回复信息并对其进行处理，即检测回复标签信息是否有冲突，若阅读器正确接收标签回复信息，或收到信息为空时，转入下一时隙的接收，更新接入指令中的标签回复概率信息和对标签回复的确认信息并发送标签接入指令，即重复步骤(2)；

(5)若阅读器在预定时隙检测到多标签冲突，选择在该时隙发送重传指令或转入下一时隙接收标签，其中，重传指令使当前时隙中发生碰撞的标签重新发送数据帧，并更新所述重传指令的参数信息，所述重传指令的参数信息中至少包含标签回复概率信息和对标签回复的确认信息，其中，选择转入下一时隙接收标签时，更新接入指令中的标签回复概率信息和对标签回复的确认信息并发送标签接入指令；

(6)当阅读器发送接入指令后，不再有标签回复时，结束接入流程。

进一步地，所述步骤(4)或步骤(5)中阅读器转入下一时隙接收标签时，更新接入指令中的标签回复概率信息的步骤包括：

(a)在标签接入过程中，设对标签数目估计的初始值为n₀，在第i个时隙的估计值为n_i≥0且为整数，其中，i≥0且为整数，在第i个时隙检测到的回复标签的个数为r_i，其初始值r₀＝0，则n_i+1＝n_i+r_i，其中，r_i＝g_i+e_i+s_i，其中g_i为第i个时隙中碰撞的标签数，g_i≥2且为整数，e_i表示第i个时隙中是否回复标签数为0，若为0，e_i取值为-1，否则e_i取值为0，s_i表示第i个时隙中是否有标签成功接入，若成功，s_i取值为-1，否则s_i取值为0；

(b)标签在第i个时隙所选择的回复时隙数的选择区间为[1，n_i]，设第i个时隙的回复概率为p_i，则 $p_{i+1}=\frac{1}{n_{i+1}},$ 其中， $p_1=\frac{1}{n_0}.$

进一步地，所述步骤(5)中阅读器选择在该时隙发送重传指令时，更新重传指令中标签回复概率信息的步骤包括：

(A)设n_j ⁱ为第i时隙的第j个子时隙，所述时隙均为逻辑时隙，j为非负整数，其中 $n_0^i=c_i,$ c_i为第i个时隙的碰撞标签数，通过前导随机脉冲冲突检测的方法获得；

(B)设r_j ⁱ为第i个时隙中第j个重新接入的子时隙中检测到的回复标签的个数，r₀ ⁱ初值为0，则 $n_{j+1}^i=n_j^i+r_j^i,$ 其中 $r_j^i=s_j^i,$ s_j ⁱ表示第i个时隙中第j个子时隙中是否成功接入标签，若成功，s_j ⁱ取值为-1，否则取值为0；

(C)重传标签在第i个时隙中的第j个子时隙所选择的回复时隙数的选择区间为[1，n_j ⁱ]，标签回复概率为 $p_{j+1}^i=\frac{1}{n_{j+1}^i},$ 其中， $p_1^i=\frac{1}{c_i};$

(D)当选择重发指令时，在第i个时隙中表示是否有标签成功接入的s_i值，受所有子时隙中成功接入标签的数目影响， $s_i=\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{s}_j^i.$

进一步地，步骤(3)中所述标签进行回复时，在回复的数据帧中包括有一个随机脉冲突发区，该标签从该区域的若干子时间区间中随机选取一个，并产生一个高电平的突发脉冲，该区域的其余时间均为低电平。

进一步地，步骤(4)中所述阅读器接收标签回复信息并对其进行处理步骤，是通过前导随机脉冲冲突检测的方法来检测回复标签信息是否有冲突，进行冲突检测时，在一定参数设置条件下记录脉冲的个数，以脉冲个数代表该时隙回复标签的个数。

进一步地，所述对标签回复的确认信息在首次发送或发生标签回复冲突时，该信息为空。

进一步地，步骤(1)包括：

阅读器初始化、完成与标签通信的准备工作；

阅读器在有效场区内发送选择指令，标签收到选择指令后，与选择指令中的选择条件信息进行匹配，满足选择条件的标签进入标签接入过程，并响应标签接入相关的指令。

应用本发明所述的标签识别方法，利用前导随机脉冲冲突检测的方法，对标签回复进行处理，能够准确获知回复的标签情况，并能依据回复信息，准确更新接入指令中的参数，因而能够减少碰撞，提高多标签的接入效率，减少接入时延。

附图说明

图1是本发明实施例中涉及的标签回复数据帧结构示意图；

图2是本发明实施例的标签接入流程图；

图3是本发明实施例的标签接入过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明所述的多标签识别方法作进一步详细说明。

如图1所示，显示了本发明所述的标签识别方法中涉及的标签回复数据的帧结构，其特点是：在数据帧的前导区内加入了随机脉冲突发区。该区域被再次分为若干子时间区间，欲发送的标签从其中随机选取一个子时间区间，并产生一个高电平的突发脉冲，脉冲突发区的其余时间均为低电平。当一个时隙开始时，所有回复标签同步发送数据帧，阅读器端在预定的时间窗内检测突发脉冲，并记录个数，从而确定当前时隙中碰撞标签的个数。

如图2所示，显示了本发明所述的多标签识别方法的具体流程。

步骤1，阅读器进行初始化，完成与标签进行通信的准备工作，如S1所示。

步骤2，阅读器对有效场区内的标签进行选择，如S2所示。阅读器发送选择指令，有效场区内的标签收到选择指令后，与指令中的条件信息进行匹配，满足选择条件的标签进入标签接入过程，并响应与标签接入相关的指令。

步骤3，阅读器发送标签接入指令，如S3所示，开始接收标签。所述标签接入指令中包含的参数信息，至少包含：标签回复概率信息和对标签回复的确认信息(首次发送和发生标签回复冲突时，该信息为空)。

步骤4，标签依据接入指令中的信息，以一定的概率回复，如S4所示。

步骤5，阅读器在预定的时间区间(或称时隙)内接收标签回复信息并对其进行处理，如S5所示。阅读器对收到信息的处理，是指检测回复标签信息是否有冲突。上述冲突检测是通过前导随机脉冲冲突检测的方法实现，进行冲突检测的具体做法是：在一定参数设置条件下记录脉冲的个数，以脉冲个数代表该时隙回复标签的个数。

步骤6，若阅读器在预定时隙正确接收标签回复信息，转入下一时隙的接收，如S6、S9所示。其中，需要更新指令信息(标签回复概率信息和标签回复确认信息)并发送标签接入指令，即重复步骤3。

步骤6中标签回复概率信息的更新，是依据阅读器对接收到的标签回复信息的判断结果来调整。具体做法是：

在标签接入过程中，设对标签数目估计的初始值为n₀，在第i个时隙的估计值为n_i(i≥0，且为整数；n_i≥0，且为整数)；在第i个时隙检测到的回复标签的个数为r_i，其初始值r₀＝0，则

n_i+1＝n_i+r_i              (1)

其中，

r_i＝g_i+e_i+s_i                      (2)

式(2)中，g_i为第i个时隙中碰撞的标签数，g_i≥2，且为整数；e_i表示第i个时隙中是否回复标签数为0，若为0，e_i取值为-1，否则e_i取值为0；s_i表示第i个时隙中是否有标签成功接入，若成功，s_i取值为-1，否则s_i取值为0。

标签在第i个时隙所选择的回复时隙数的选择区间为[1，n_i]。设第i个时隙的回复概率为p_i，则

$p_{i+1}=\frac{1}{n_{i+1}}---\left(3\right)$

其中， $p_1=\frac{1}{n_0}.$

步骤7，当阅读器收到信息为空时，即无标签回复，转入下一时隙的标签接入，如S6、S9所示，重复步骤3。

步骤8，若阅读器在预定时隙检测到多标签冲突，选择在该时隙重传指令，即图2中S7、S8、S9，或转入下一时隙接收标签，即图2中S7、S9。

重传指令使当前时隙中碰撞标签重新发送，其参数信息中至少包含标签回复概率信息、对标签回复的确认信息(在一个时隙中首次发送和发生标签回复冲突时，该信息为空)。

重发指令中信息更新的方法如步骤6中对标签接入指令信息更新方法所述。

设n_j ⁱ为第i时隙的第j个子时隙(这里所述时隙均为逻辑时隙，j为非负整数)，其中 $n_0^i=c_i,$ c_i为第i个时隙的碰撞标签数，通过前导随机脉冲冲突检测的方法获得；设r_j ⁱ为第i个时隙中第j个重新接入的子时隙中检测到的回复标签的个数，则r₀ ⁱ初值为0，则

$n_{j+1}^i=n_j^i+r_j^i---\left(4\right)$

其中

$r_j^i=s_j^i---\left(5\right)$

式(5)中，s_j ⁱ表示第i个时隙中第j个子时隙中是否成功接入标签，若成功，取值为-1，否则为0。

重传标签在第i个时隙中的第j个子时隙所选择的回复时隙数的选择区间为[1，n_j ⁱ]。回复概率为

$p_{j+1}^i=\frac{1}{n_{j+1}^i}---\left(6\right)$

其中， $p_1^i=\frac{1}{c_i}.$

当选择重发指令时，在该时隙中所有子时隙中成功接入标签的数目影响该时隙的s_i为

$s_i=\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{s}_j^i---\left(7\right)$

进一步地，步骤8中，若阅读器检测多标签冲突时，也可以选择转入下一时隙接收，则更新指令信息并发送标签接入指令，即重复步骤3。

下面以具体实例进一步说明本发明的多标签识别方法，如图3所示。

假设阅读器选择后，有4个标签参与清点，但对于阅读器标签数目是未知的。其过程如下：

1、阅读器发送标签接入指令，开始接收标签。设指令中的标签数目估计的初始值n₀是8，由式(3)可得标签收到指令后以p₁为1/8的概率回复。

2、阅读器在第一个时隙收到一个标签的回复，即s₁为-1，e₁为0，g₁为0，标签成功接入。阅读器转入下一个时隙的接收，即重新发送标签接入指令。由式(1)和(2)可知，此时标签数目估计值n₂为7，由式(3)可得标签收到后以p₂为1/7概率回复。

3、阅读器在第二个时隙收到为空，即无标签回复，转入下一个时隙的接收。阅读器重新发送标签接入指令。此时，s₂为0，e₂为-1，g₂为0；由式(1)和式(2)可得标签数目估计值n₃为6，由式(3)可得标签以p₃为1/6概率回复。

4、阅读器在第三个时隙，检测到三个标签在回复，即s₃为0，e₃为0，g₃为3。此时若选择在下一个时隙继续接收，则由式(1)和式(2)可得标签数目估计值n₄更新为9，由式(3)可得标签在第四时隙以p₄为1/9回复，后续时隙按照本发明给出的更新方法依次类推。

5、若阅读器在第三时隙选择继续接收，发送重发指令。则由式(4)和式(5)可知，该时隙中参与的标签数n₁ ³为3；由式(6)可知指令中标签回复概率p₁ ³为1/3。如图3所示：

a)在第1个子时隙，有3个标签A、B、C碰撞。

b)在第2个子时隙，阅读器发送重发指令，由式(4)、式(5)和式(6)可知标签回复概率p₂ ³依然为1/3。在该子时隙，阅读器接收为空，即无标签回复。

c)在第3个子时隙，阅读器发送重发指令，由式(4)、式(5)和式(6)可知标签回复概率p₃ ³依然是1/3。在该子时隙，有2个标签A、B碰撞。

d)在第4子时隙，阅读器发送重发指令，由式(4)、式(5)和式(6)可知标签回复概率p₄ ³依然为1/3。在该子时隙，有一个标签A回复，并成功接收，即s₄ ³为-1。

e)在第5个子时隙，阅读器发送重发指令，由式(4)、式(5)和式(6)可知标签回复概率p₅ ³更新为1/2。在该子时隙，有两个标签B、C碰撞。

f)在第6个子时隙，阅读器发送重发指令，由式(4)、式(5)和式(6)可知标签回复概率p₆ ³依然为1/2。在该子时隙，阅读器接收为空，即无标签回复。

g)在第7个子时隙，阅读器发送重发指令，由式(4)、式(5)和式(6)可知标签回复概率p₇ ³依然为1/2。在该子时隙，阅读器接收为空，即无标签回复。

h)在第8子时隙，阅读器发送重发指令。由式(4)、式(5)和式(6)可知标签回复概率p₈ ³依然为1/2。在该子时隙，有一个标签B回复，并成功接收，即s₈ ³为-1。

i)在第9个子时隙，阅读器发送重发指令。由式(4)、式(5)和式(6)可知标签回复概率为1。在该子时隙，有一个标签C回复，并成功接收。

这样通过9个子时隙的继续接入，完成了对碰撞的3个标签的接入，其效率为1/3。对于总体的4个标签，共使用11个时隙完成接入，其效率为4/11，接近理论最大值1/e。

Claims (7)

1、一种用于射频识别的多标签识别方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)阅读器初始化完毕，对有效场区内的标签进行选择；

(2)阅读器发送标签接入指令，开始接收标签，其中所述标签接入指令中包括标签回复概率信息和对标签回复的确认信息；

(3)标签依据接入指令中的信息，以一定的概率回复；

(4)阅读器接收标签回复信息并对其进行处理，即检测标签回复信息是否有冲突，若阅读器正确接收标签回复信息，或收到信息为空时，转入下一时隙的接收，更新接入指令中的标签回复概率信息和对标签回复的确认信息并发送标签接入指令，即重复步骤(2)；

(5)若阅读器在预定时隙检测到多标签冲突，选择在该时隙发送重传指令或转入下一时隙接收标签，其中，重传指令使当前时隙中发生碰撞的标签重新发送数据帧，并更新所述重传指令的参数信息，所述重传指令的参数信息中至少包含标签回复概率信息和对标签回复的确认信息，其中，选择转入下一时隙接收标签时，更新接入指令中的标签回复概率信息和对标签回复的确认信息并发送标签接入指令；

(6)当阅读器发送接入指令后，不再有标签回复时，结束接入流程。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)或步骤(5)中阅读器转入下一时隙接收标签时，更新接入指令中的标签回复概率信息的步骤包括：

(a)在标签接入过程中，设对标签数目估计的初始值为n₀，在第i个时隙的估计值为n_i≥0且为整数，其中，i≥0且为整数，在第i个时隙检测到的回复标签的个数为r_i，其初始值r₀＝0，则n_i+1＝n_i+r_i，其中，r_i＝g_i+e_i+s_i，其中g_i为第i个时隙中碰撞的标签数，g_i≥2且为整数，e_i表示第i个时隙中是否回复标签数为0，若为0，e_i取值为-1，否则e_i取值为0，s_i表示第i个时隙中是否有标签成功接入，若成功，s_i取值为-1，否则s_i取值为0；

(b)标签在第i个时隙所选择的回复时隙数的选择区间为[1，n_i]，设第i个时隙的回复概率为p_i，则 $p_{i+1}=\frac{1}{n_{i+1}},$ 其中， $p_1=\frac{1}{n_0}.$

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(5)中阅读器选择在该时隙发送重传指令时，更新重传指令中标签回复概率信息的步骤包括：

(A)设n_j ⁱ为第i时隙的第j个子时隙，所述时隙均为逻辑时隙，j为非负整数，其中 $n_0^i=c_i,$ c_i为第i个时隙的碰撞标签数，通过前导随机脉冲冲突检测的方法获得；

(B)设r_j ⁱ为第i个时隙中第j个重新接入的子时隙中检测到的回复标签的个数，r₀ ⁱ初值为0，则 $n_{j+1}^i=n_j^i+r_j^i,$ 其中 $r_j^i=s_j^i,$ s_j ⁱ表示第i个时隙中第j个子时隙中是否成功接入标签，若成功，s_j ⁱ取值为-1，否则取值为0；

(C)重传标签在第i个时隙中的第j个子时隙所选择的回复时隙数的选择区间为[1，n_j ⁱ]，标签回复概率为 $p_{j+1}^i=\frac{1}{n_{j+1}^i},$ 其中， $p_1^i=\frac{1}{c_i};$

(D)当选择重发指令时，在第i个时隙中表示是否有标签成功接入的s_i值，受所有子时隙中成功接入标签的数目影响， $s_j=\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{s}_j^i.$

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述标签进行回复时，在回复的数据帧中包括有一个随机脉冲突发区，该标签从该区域的若干子时间区间中随机选取一个，并产生一个高电平的突发脉冲，该区域的其余时间均为低电平。

5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中所述阅读器接收标签回复信息并对其进行处理步骤，是通过前导随机脉冲冲突检测的方法来检测回复标签信息是否有冲突，进行冲突检测时，在一定参数设置条件下记录脉冲的个数，以脉冲个数代表该时隙回复标签的个数。

6、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对标签回复的确认信息在首次发送或发生标签回复冲突时，该信息为空。

7、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)包括：

阅读器初始化、完成与标签通信的准备工作；

阅读器在有效场区内发送选择指令，标签收到选择指令后，与选择指令中的选择条件信息进行匹配，满足选择条件的标签进入标签接入过程，并响应标签接入相关的指令。

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