CN100592321C - 一种融合数据库的查询树射频标签反碰撞识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种融合数据库的查询树射频标签反碰撞识别方法，包括以下步骤：阅读器发出查询命令，与查询命令匹配的标签接到查询命令后，将自己的ID发送给阅读器。如果只有一个标签响应，标签被识别；如果有多个标签同时响应，发生标签碰撞。对于发生碰撞的标签，首先利用数据库来检索与阅读器接收数据匹配的标签ID，进行判断识别。如果标签没有被全部识别，则增加查询节点继续查询，直到识别所有标签。本发明通过改进的查询树反碰撞算法来识别标签，并且利用已有的标签数据库进行识别，提高了识别效率。这种算法不要求标签具有额外的记忆功能，并且对标签的计算功能要求也很小，只要标签能够判断它的ID是否与阅读器的查询前缀相匹配就可以了，因此有效地降低了射频识别系统中标签的成本。

Description

一种融合数据库的查询树射频标签反碰撞识别方法

技术领域

本发明涉及一种射频标签的识别方法，具体涉及一种融合数据库的查询树射频标签反碰撞识别方法。

背景技术

射频识别(RFID)技术是一种利用射频通信实现的非接触式自动识别技术。通常，RFID系统由阅读器(reader)和射频标签(tag)两部分组成。每个标签具有唯一的电子编码(ID)，附着在物体上标识目标对象。当标签进入阅读读写范围时，阅读器识别标签ID，并对它进行读写操作。当多个标签同时处于阅读器的读写范围时，所有的标签可能同时向阅读器发送数据，互相干扰，阅读器接收不到正确的信息，这就是标签冲突或碰撞(collision)。反碰撞技术能够保证在多个标签同时存在时也能正确的传输信息。标签反碰撞识别方法对RFID系统识别能力至关重要，同时还关系到阅读器的实现难度与标签的成本，是RFID系统的关键技术之一。

标签冲突问题和计算机网络冲突问题类似。但是由于RFID系统本身的一些限制，应用于传统网络中的很多反碰撞技术很难在RFID系统中直接应用。这些限制因素主要有：(1)为了限制标签成本，标签的内存较小，计算能力有限；(2)一些管理机构限制了阅读器的工作场强和通信带宽，因此需要尽量减少阅读器和标签间传送的数据量；(3)最重要的是标签无法感知其他标签是否存在或正在发送信息，且标签之间无法通信。

发明内容

为了解决射频标签识别存在的上述技术问题，本发明提供一种识别效率高的融合数据库的查询树射频标签反碰撞识别方法。

本发明解决上述的技术问题的技术方案包括以下步骤：

1)阅读器发出不带查询前缀的查询命令，清空查询集合Q；

2)标签接到查询命令后，将自己的ID发送给阅读器；

3)如果只有一个标签响应，标签被识别；如果有多个标签同时响应，发生标签碰撞，进入反碰撞循环；

4)反碰撞循环

4a.阅读器在数据库检索出所有与接收到的数据匹配的标签ID；

4b.利用检索后的标签ID进行识别；

4c.将第一个碰撞比特前的数据分别加上0和1形成两个新的查询前缀插入查询集合Q；

4d.如果Q为空集，则查询节点已遍历，反碰撞结束，所有标签被识别；否则阅读器采用先进后出的堆栈方式从集合Q中取出一个数据作为查询前缀，并将此查询前缀从集合Q中删除；

4e.阅读器发出带查询前缀的查询命令，和查询前缀匹配的标签响应此命令，将自己的ID发送给阅读器；

4f.回到步骤4a。

本发明的技术效果在于：本发明对于发生碰撞的标签，首先利用数据库来检索匹配的标签ID，进行识别判断，如果某一碰撞位只有一个标签ID为0或1，这个标签立即可以被识别，再通过增加、删除查询节点进行下一步查询。这种识别方法不需要标签具有记忆力，这样可以大大减少射频识别系统的成本，并减少了识别步骤，提高了识别效率。

附图说明

图1为本发明中4个8位标签的查询树。

图2为本发明融合数据库的查询树。

图3为本发明的识别流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，对本发明作详细的说明。

本发明的实施步骤如下：

1)阅读器发出不带查询前缀的查询命令。

2)接到查询命令后，读写范围内的所有标签响应，将自己的ID发送给阅读器。

3)如果没有标签响应，阅读器重新发出查询命令；如果只有一个标签响应，标签被识别；如果有多个标签同时响应，发生标签碰撞，进入反碰撞循环。

4)反碰撞循环

当多个标签响应时，必然有某些比特位置发生碰撞，无法被识别。阅读器接收到的数据将以10×01××11×01这种形式出现，其中×表示在这个比特位既有0信号，又有1信号，发生碰撞。

4a.在数据库检索出所有与阅读器接收到的数据匹配的标签ID。

4b.利用检索后的标签ID进行识别。如果在某一碰撞位置只有一个标签ID为0或为1，则这个标签必然处在阅读器读写范围中，这个标签被识别，其他标签在这个位置不再碰撞。将这个标签从检索结果中剔除，再在其他碰撞位进行类似判断。

4c.将第一个碰撞比特前的数据分别加上0和1形成两个新的查询前缀插入查询集合Q(Q在初始化时被清空)，这两个查询前缀就是查询树的两个节点。如数据10×01××11×01产生的新查询前缀为100、101。

4d.采用先进后出的堆栈方式从集合Q中取出一个数据作为查询前缀，并将此查询前缀从集合Q中删除。如果Q为空集，则查询节点已遍历，反碰撞结束，所有标签被识别。

4e.阅读器发出带查询前缀的查询命令，和查询前缀匹配的标签响应此命令，将自己的ID发送给阅读器。

4f.回到步骤a开始执行。

本发明的识别流程如图3所示。

下面以一个简单实例进行说明，假设在读写范围中有4个8位的标签，标签ID分别是01000010、01000110、01100100、01101101，用本发明的查询树方法，查询次数为7，如图1所示。其具体识别步骤如下：

1、阅读器发出不带查询前缀的查询命令，查询集合Q初始化为空集。

2、阅读器接收到从标签发回的信息为01×0××××。

3、由01×0××××可知，所有标签的第1、2、4位均分别为0、1、0。从标签数据库检索后得知，在数据库中第1、2、4位分别为0、1、0的标签有6个，如表1所示。

表1 标签列表

4、根据表1的数据识别。而从表1中可知，ID的第5位发生了碰撞，肯定存在为0和为1两种情况，而第5位为1的标签只有一个，即01101101，因此这个标签被识别，剩余的标签在第5位均为0，不再发生碰撞。同理，标签01000010也被识别。

5、将010和011两个查询前缀插入到查询集合Q中。

6、从集合Q中取出010，阅读器发出带前缀010的查询命令，同时将010从集合Q中删除。前三位为010的标签只有01000110，标签01000110被识别。

7、从集合Q中取出011，阅读器发出带前缀011的查询命令，同时将011从集合Q中删除。前三位为011的标签只有01100100，标签01100100被识别。

8、集合Q变为空集，所有标签被识别，反碰撞循环结束。

如图2所示，利用标签数据库，查询次数从7次减少为3次。经过分析，每通过数据库识别一个标签，可以减少两次查询，可以大大缩短查询时间。

通过数据库识别发生碰撞的标签，先要利用数据库检索满足查询要求的标签ID，然后进行判断。在检索后的所有标签ID中，如果某一位只有一个标签ID为0或1才可以被识别，利用数据库识别的能力由这种情况出现的概率决定。这个概率与标签的密度和发生碰撞的位数有关。标签密度是指实际存在的标签数目与最大标签数的比值。如果标签的长度为k，最多存在2^K个不同的ID，但实际存在的标签数目为r，则标签的密度为r/2^k。

根据概率理论，当发生碰撞的位数为k，而通过数据库检索后，满足查询要求的标签数为r时，在某一碰撞位能检索出一个标签的概率为

$p=\frac{2\·C(2^{k-1},1)\·C(2^{k-1},r-1)}{C(2^k,r)}$

式中，C(2^k，r)表示在2^k标签中r个标签的组合样本数。2·C(2^k-1，1)·C(2^k-1，r-1)是指r个标签中某一位只有一个标签为0或为1的样本数。这里虽然共有k个碰撞位，但由于他们是相关联的，通过k个碰撞位能识别出一个标签的概率会小于k·p。另外，通过一次检索不仅存在识别一个标签的情况，还有可能存在识别多个标签的情况，最多可能同时识别k个标签。但是，当数据库中的实际标签数目超过2^K-1+2时，通过数据库识别标签的概率为0。

本发明对于标签密度小于50％的RFID系统，利用数据库可以减少查询次数，提高查询效率。标签密度越小，改善的效果越明显。

Claims (1)

1、一种融合数据库的查询树射频标签反碰撞识别方法，包括以下步骤：

1)阅读器发出不带查询前缀的查询命令，清空查询集合Q；

2)标签接到查询命令后，将自己的ID发送给阅读器；

3)如果只有一个标签响应，标签被识别；如果有多个标签同时响应，发生标签碰撞，进入反碰撞循环；

4)反碰撞循环

4a.阅读器在数据库检索出所有与接收到的数据匹配的标签ID；

4b.利用检索后的标签ID进行识别，如果在某一碰撞位置只有一个标签ID为0或为1，则这个标签必然处在阅读器读写范围中，这个标签被识别，其他标签在这个位置不再碰撞，将这个标签从检索结果中剔除，再在其他碰撞位进行类似判断；

4c.将第一个碰撞比特前的数据分别加上0和1形成两个新的查询前缀插入查询集合Q；

4d.如果Q为空集，则查询节点已遍历，反碰撞结束，所有标签被识别；否则阅读器采用先进后出的堆栈方式从集合Q中取出一个数据作为查询前缀，并将此查询前缀从集合Q中删除；

4e.阅读器发出带查询前缀的查询命令，和查询前缀匹配的标签响应此命令，将自己的ID发送给阅读器；

4f.回到步骤4a。

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