CN101004780A - 射频识别信息的防碰撞读取方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新的射频识别信息的防碰撞读取方法，该方法将阅读器读取标签信息的过程划分为时隙预约和信息读取两个阶段，首先通过引入一种用来检测信息碰撞的时隙选择信息，对标签所选取时隙的碰撞情况进行预估计，然后采用变步长跳步通信的方法跳过不能通信的时隙，只命令选取正确无碰撞时隙的标签返回信息，从而达到避免碰撞的目的。这种方法可以有效地避免由于空闲时隙和碰撞时隙所带来的时间消耗，大大提高读取的效率。

Description

射频识别信息的防碰撞读取方法

技术领域

本发明涉及通信领域的信号碰撞规避方法，尤其涉及射频识别(RFID)系统中信息的防碰撞读取方法。

背景技术

射频识别(RFID)技术是近年来新兴的一项非常热门的自动识别技术。射频识别技术采用射频的方式进行非接触式的双向通信，从而实现对物体的识别。和目前广泛采用的条形码系统相比，RFID采用射频信号使得用户可以在一定距离自动的获取标签信息，可以方便地应用于门禁系统、图书馆管理、物流管理和军需供应等场合，大大减少成本，具有广泛的应用前景，是目前无线通信领域最具有潜力的研究领域之一。

射频识别系统一般由阅读器和标签两部分组成。阅读器通过射频通信读取标签的信息。当阅读器工作的时候，经常会有多个标签位于阅读器的射频工作范围以内。如果多个标签同时向阅读器发送信号，那么多个信号将在阅读器接收端产生碰撞，使得解调、读取信息失败。这就要求阅读器在工作的时候需要采用碰撞避免机制读取多个标签的信息。

目前国际上射频识别领域对防碰撞方法的研究非常普遍，最为典型的是EPC global组织在其第二代标准(EPC-Generation2)建议中给出的Q参数方法。该方法是基于时分复用(TDMA)的随机算法策略，将时间划分为多个阅读时隙供标签选择，通过代表阅读时隙数目的参数Q的传递和调整，动态地改变供标签选取的阅读时隙的数目，从而达到减少碰撞的目的。具体讲就是将时间划分为2的Q次方个阅读时隙，标签随机选取一个阅读时隙向阅读器返回信号，阅读器根据每一个阅读时隙的读取情况调整参数Q，如果在该阅读时隙发生碰撞就增大参数Q，如果该时隙空闲就减小Q，通过对Q值的持续动态调整，达到减少碰撞的目的。但是EPC标准建议给出的算法，每个阅读时隙结束后，阅读器都需要调整参数Q，因此需要迭代调整的次数很多，其主要原因是由于RFID系统的特殊性质，标签选择阅读时隙时无法知道其它标签所选取的阅读时隙的信息，导致有些阅读时隙没有标签传递信息而浪费资源，而有些阅读时隙却有多个标签同时传递，导致阅读器由于信号碰撞无法得到正确信息。当读取数量较多的标签时，就需要较长的时间。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种新的射频识别信息的防碰撞读取方法。该方法的基本构思是：将阅读器读取标签信息的过程划分为时隙预约和信息读取两个阶段，首先通过引入一种用来检测信息碰撞的时隙选择信息，对标签所选取时隙的碰撞情况进行预估计，然后采用变步长跳步通信的方法跳过不能通信的时隙，只命令选取正确无碰撞时隙的标签返回信息，从而达到避免碰撞的目的。这种方法可以有效地避免由于空闲时隙和碰撞时隙所带来的时间消耗，大大提高读取的效率。

根据本发明的目的，射频识别信息的防碰撞读取方法包括时隙预约和信息读取阶段。时隙预约阶段包括步骤：

1.阅读器发送命令通知各个标签选取自己的估计时隙序号，选取数值范围E随同预约命令一同发送；

2.各个标签解调阅读器的信息，得到选取范围的数值E，在该范围内随机选取一个数值Ai作为自己的返回时隙序号，并在本地的时隙计数器上记录该值；

3.各个标签将所选取的Ai值信息返回给阅读器，返回的方法可以是在选定的时间内将自己的时隙选择信息发送给阅读器；其中，所述的时隙选择信息可以有多种方式，例如可以是一种相对RFID码较短的短时信号帧，也可以采用任何能够检测碰撞的信号帧格式；

4.阅读器检测标签返回的选择时隙信息，解调后得到各个时隙的碰撞信息：如果没有信号，则说明没有标签选择该时隙，我们称此类时隙为“空时隙”；如果能够检测到正确的信息，那么说明只有一个标签选择该时隙，我们称此类时隙为“正确时隙”；如果检测到碰撞，那么说明至少两个标签选择这同一个时隙，我们称此类时隙为“碰撞时隙”。；

5.阅读器根据碰撞信息生成一个含有碰撞信息的时隙选择表，并根据设定的条件判断是否重复时隙预约或进入信息读取步骤。

其中，所述的时隙选择表可以有多种表示方式，例如可以是含有碰撞信息的表，也可以是一个包含碰撞信息的序列，只要能够反映碰撞预约信息即可。所述的设定的条件可以大致分为两种情况：1)在需要读取的标签数目较多，估计时隙数目E较大的情况下，则可能需要在进入信息读取阶段之前多次预约，使碰撞时隙的数目较少到一个较合理的范围之后再进入信息读取阶段，例如：如果碰撞时隙较多，则增大时隙选取范围E，重新预约时隙；(需要说明的是，如果空时隙较多，并不重新预约时隙，而是直接进入信息读取阶段。)当时隙调整合适之后，进入信息读取的阶段。2)在需要读取的标签数目较少，估计时隙数目E较小的情况下，可以只经过一轮预约即进入信息读取阶段，待第一轮信息读取结束之后，再根据第一轮中碰撞时隙的数目重新调整估计时隙的E值，重复时隙预约和信息读取步骤。较佳地，所述的设定的条件可以是将碰撞时隙的数目占估计时隙数目E的比例和一个设定的阈值进行比较，如果比例大于设定的阈值就增大时隙数目E重新预约时隙；否则就进入读取阶段。也可以将碰撞时隙的实际数目和一个阈值进行比较，从而判断重新时隙预约阶段或者进入读取阶段。在判断出时隙预约阶段的估计时隙数目E需要做调整后，调整E的方法可以有多种，例如可以将E的数目直接增大一个设定的倍数，例如可以是两倍；也可以充分利用上次时隙预约的结果，在原有E的基础上增加碰撞时隙的数目作为新的E值。

在信息读取阶段，阅读器根据时隙选择表采用跳步的方式选取可以正确通信的无碰撞时隙进行通信，跳过空闲的时隙和碰撞的时隙。

信息读取阶段包括步骤：

1.阅读器根据时隙选择表得出反映正确时隙之间关系的参数，并将其附加为阅读命令的一个跳步参数，发送给各个标签；其中，跳步参数选取可以有多种形式，只要能够指示出跳过的时隙数目即可。例如，可以传递两个正确时隙之间差值作为跳过步长值，也可以传递所有正确时隙和第一个时隙的差值。

2.标签收到阅读命令后，解调出跳步参数S，并据此更新各自记录的所选时隙序号；

3.如果更新结果表明自己所选的是正确时隙，则该标签向阅读器返回信息，否则等待下一个阅读命令。

这样每次阅读命令发送之后，有且仅有一个选自正确时隙的标签返回信息，阅读器因此可以依次读取所有选取了正确时隙的标签的信息。

本轮读取过程结束后，如果仍然存在没有被读取的标签，那么继续进行新一轮的时隙预约操作，继而进行跳步读取过程读取剩余的未读标签。时隙预约参数E可以根据上一轮的时隙预约结果优化计算给出。反之，如果阅读器在时隙预约阶段没有检测到“碰撞时隙”，那么说明整个读取过程结束。

本发明的技术效果在于：1)引入了短时信号帧进行时隙预约，可以避免现有技术中动态调整读取时隙数目Q值带来的负荷，通过引入短时信号帧降低了调整负荷；2)采用变步长的跳步方法选取适合通信的时隙，只对可以正确读取的时隙进行读取，避免了原有方法中空时隙和碰撞时隙所导致的资源浪费，大大提高了效率；3)时间读取效率增加的同时降低了能量的消耗；4)引入的短时信号帧可以在非保密的情况下估计标签数目；5)相对于原有的方法更容易实现。

附图说明

图1表示本发明实施例的流程图。

具体实施方式

以下通过优选的实施例结合附图，对本发明进行详细描述，但不构成对本发明的限制。

一种新的射频识别防碰撞读取方法，分为时隙预约和信息读取两个步骤，其流程如图1所示，在时隙预约阶段：

第一步，阅读器首先确定一个初始化估计时隙窗口E，向可读取距离内的所有标签发送碰撞预估计命令-Estimate命令，估计时隙数目E随同命令一同发送。在阅读器读取范围内的标签接收到该命令后，均以随机的方式在给定的时隙范围E内选定一个自己的回复时隙，并在该时隙到来时向阅读器发送短时信号帧予以回应。每个标签选取的时隙序号Ai(1≤Ai≤E)都保存在各自的时隙计数器中。其中，短时信号帧是4比特随机序列，其作用仅用于检测碰撞的情况，因此，本领域的技术人员应能理解，本实施例中的短时信号帧还可以是其它长度，比如大于或者小于4比特，由于其长度并非本发明的单一技术特征，因此不能对本发明构成限制。

第二步，阅读器收到标签返回的短时信号帧后，根据时隙预约情况对估计时隙E进行适当调整。具体方法是，阅读器统计返回时隙，其中没有收到短时信号帧的“空时隙”数目为N0，仅收到一个短时信号帧的“正确时隙”数目为N1，收到两个以上短时信号帧的“碰撞时隙”数目为N2，即N0+N1+N2＝E。如果碰撞时隙的数目较多，则适当增大E，如果空时隙的数目较多，则适当减小E。在本实施例中，设定的判断条件为：如果N2/E＞0.2，就增大估计时隙的数目E，例如将E加倍(这里需要说明的是，如果空时隙的数目较多，则不需要重新进行时隙预约，而是可以直接进入读取阶段，原因跳过空时隙不会导致本轮漏读标签)。调整时隙数目E之后，阅读器再次向标签发送碰撞预估计命令Estimate，重复预约，直到时隙数目合适的时候，即上述两个判断条件都不满足的时候，进入下一阶段读取标签信息。其中，判断时隙数目是否合适的条件可以根据具体情况设定，本领域的技术人员应能理解，本实施例所举的两个判断条件还可以改变成为其他形式，其并非本发明的单一特征，不能构成对本发明的限制。

在信息读取阶段，阅读器采用跳步的方法直接读取正确时隙的标签。具体过程如下：阅读器首先根据预约阶段完成时各个标签短时信号帧的返回情况，确定一个碰撞预估计表。该表显示将要读取的各个时隙的标签选择情况：空白、正确或碰撞。接着阅读器计算出当前正确时隙和上一个正确时隙之间的时隙序号差值S，并将其附加为阅读命令Read的一个步长参数，发送给各个标签。标签收到Read命令后，解调出S，并将各自的时隙计数器Ai都减去S值，则在时隙预约阶段选取了当前正确时隙的标签的时隙计数器就变成了0，于是该标签立即开始向阅读器返回自己的标签信息。由于该时隙只被一个标签选取，因此其他标签不会同时向阅读器返回信息，从而避免了信息碰撞。同时，在两个正确时隙之间的其他空白时隙和碰撞时隙都被跳过，大大提高了时隙的利用率。阅读器按照这种跳步的方法依次选取出正确的时隙进行通信，即，继续计算两个正确时隙之间的序号差S，并随同每次的读取命令Read发送给各个标签，这样使得处于正确时隙的标签能按照此命令依次被读取，而选择“碰撞时隙”的标签则被跳过。

在第一轮信息读取结束之后，阅读器再根据碰撞预估计表判断是否存在未读标签，进而决定是否进行新一轮的时隙预约和读取过程。如果碰撞预估计表显示还存在“碰撞时隙”，那么就根据“碰撞时隙”的数目优化计算得到新一轮时隙预约阶段参数E’的数值，在本实施例中，E’值为碰撞时隙的3倍。然后阅读器重新发送碰撞预估计命令-Estimate，开始新一轮的时隙预约和信息读取过程。

最后，当碰撞预估计表中只有空白时隙和正确时隙，不存在碰撞时隙的时候，那么就说明标签都被正确读取，整个读取过程就结束了。

以上通过具体实施例详细描述了本发明，本领域的技术人员应当理解，本发明所包括的时隙预约和信息读取两个步骤可以重复进行，每一轮的时隙预约和信息读取步骤可以交叉进行，也可以重复时隙预约直至调整到较合适的时隙范围时，再进行信息读取。因此，基于本发明的构思，可以对实施例做出各种修改和变形，均能实现本发明。

Claims (7)

1、一种射频识别信息的防碰撞读取方法，包括步骤：

(1)时隙预约，包括步骤：

a.阅读器向标签发送时隙预约命令和估计时隙数目；

b.每个标签均以随机的方式在给定的时隙范围内选定各自的预约时隙，并返回时隙选择信息，同时记录各自所选时隙的序号；

c.阅读器根据返回的时隙选择信息生成时隙选择表，并根据设定的条件判断是否重复时隙预约或进入信息读取步骤；

(2)信息读取，阅读器根据时隙选择表，采取跳步的方法，跳过时隙选择表中的空时隙和碰撞时隙，读取正确时隙的标签信息。

(3)判断时隙选择表中是否存在碰撞时隙，若还有碰撞时隙则调整估计时隙的数目并重复步骤(1)和(2)，若没有碰撞时隙则结束。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的跳步的方法包括步骤：

a.阅读器根据时隙选择表得出反映正确时隙之间关系的参数，并将其附加为阅读命令的一个跳步参数，发送给各个标签；

b.标签收到阅读命令后，解调出跳步参数，并据此更新各自记录的所选时隙序号；

c.如果更新结果表明自己所选的是正确时隙，则该标签向阅读器返回信息，否则等待下一个阅读命令。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的时隙选择信息是短时信号帧。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的时隙选择表是包含各个标签的时隙选择情况的表格或序列。

5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，时隙预约步骤中所述的设定的条件是将碰撞时隙的数目占估计时隙数目的比例和一个设定的阈值进行比较，或者是将碰撞时隙的数目直接和一个设定的阈值进行比较。

6、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的调整估计时隙数目的具体方法是：将其直接增大一个设定的倍数，或者是在原数值的基础上增加碰撞时隙的数目。

7、如权利要求1和2所述的方法，其特征在于，所述的跳步参数是代表相邻两个正确时隙之间差值的跳过步长值，或者是代表所有正确时隙和第一个时隙差值的跳过步长表。

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