CN101025784A - 有源rfid系统防碰撞方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数据传送的防碰撞方法，特别涉及有源RFID系统防碰撞方法；本发明在有源RFID上采用时分多路法和频分多路法，对电子标签的发送信号进行标记，并对频率通道进行分配，使电子标签信号能够比较平均地分配到各个频率通道里，从而可以快速、准确地传输到阅读器，进而使阅读器可以在短时间内顺利读取多个电子标签的信号；它是针对短距离通讯的防碰撞算法，它能够解决有大量信号发射源向接收端同时发射信号时所面临的冲突问题。

Description

有源RFID系统防碰撞方法

技术领域：

本发明涉及数据传送的防碰撞方法，特别涉及有源RFID系统防碰撞方法。

背景技术：

射频识别技术(RFID，Radio Frequency Identification)是自动识别技术的一种，通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，对目标加以识别并获取相关数据。射频识别系统的核心部件有阅读器(接收来自于电子标签的信息，并且可以通过与计算机连接，实现整个应用系统的上层管理)和电子标签(向阅读器远程无线传输自身存储的信息，以识别电子标签代表的物品、人和器具的身份)。

RFID技术根据其阅读器和电子标签的通信原理可分为：

1.无源RIFD系统，主要由阅读器发射射频信号给一个或者多个电子标签，电子标签被动接受射频信号后，电子标签的线圈感应到射频信号后发生电磁耦合并且供电给电子标签向阅读器回传其自身的信号，现在应用的最多的是物流方面的应用。

2.有源RFID系统，主要由电子标签主动向阅读器无线传输自身的信息，电子标签自身需要配备电池，这项技术在人员定位、物流、物品追踪、宠物管理等很多方面有应用。

射频识别系统工作时，可能会有一个以上的电子标签同时处于阅读器的作用范围内，这样如果有两个或者两个以上的电子标签同时发送数据时候会出现通信冲突、数据相互干扰(碰撞)；同样有时也有可能多个电子标签处在多个阅读器的工作范围之内，它们之间的数据通信也会引起数据干扰。为了防止这些冲突的产生，射频识别系统中需要设置一定的相关算法，解决这种数据冲突问题，这些算法被称为防碰撞或者防冲突算法(Anit-collision algorithms)。

在RFID系统中碰撞有以下特征：阅读器和电子标签之间数据包总的传输时间由数据包的大小和波特率决定，传播延时可忽略不计；RFID系统包括大量的电子标签并且是动态的(随时有可能超出阅读器范围)，通过竞争激励的办法占用通道进行通信；电子标签没有被阅读器激活的情况下不能和阅读器进行通信，对于RFID系统这种主从关系是唯一的，一旦电子标签被识别，就可以和阅读器之间以点对点的模式进行通信。

几乎对于所有的RFID系统的特殊挑战都是由此而生：某个数据包不能与在这个阅读器的作用范围内的所有其它电子标签的数据包一起读出。防碰撞法的任务就是检测阅读器作用范围内的电子标签，并合理的管理这些电子标签的数据传输。

RFID系统常用的防碰撞法有以下四种：

1.频分多路法(FDMA，Frequency Division Multiple Access)：把若干个使用不同载波频率的传输通路同时供给通信用户使用，但是成本较高。

2.空分多路法(SDMA，Space Division Multiple Access)：在分离空间范围内重新使用确定资源的技术。一般又可以分为两种方法：一种方法是使用单个阅读器的距离明显减少，而把大量的阅读器和天线覆盖面积并排的安置在一个阵列中，当电子标签经过这个阵列时最近的阅读器就可以与之交换信息；另一种方法是在阅读器上利用一个自适应控制的天线，直接对准某个电子标签。SDMA技术的缺点是天线比较复杂，不易于实现，并且造价较高。

3.时分多路法(TDMA，Time Division Multiple Access)：把整个可供使用的通路容量按时间分配给多个用户的技术，它在数字移动无线电系统的范围内广泛使用；对于RFID系统，TDMA是防碰撞算法中最常用的一种，这里又分为电子标签控制(驱动)法，例如ALOHA防碰撞算法，和阅读器控制(询问驱动)法，例如二进制数搜索法。

4.码分多路法(CDMA，Code Division Multiple Access)：基于扩频技术，将传送的具有一定信号带宽的信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。

现有的RFID系统中，防碰撞算法大多数针对无源RIFD系统设计，而涉及到有源RIFD的防碰撞算法比较少。因为现在市场上大多数的有源RFID系统大多数情况下只处理数量较少的电子标签；而且有源RFID系统里处理这些电子标签的时候没有无源RFID要求那么高，需要在几秒之内准确无误的读取几十甚至上百张的电子标签；但是随着有源RFID技术的深入推广，有源RFID阅读器所需要处理的有源电子标签的数量和时间比将会越来越大，一种优秀的适合有源RFID的防碰撞算法必定会为有源RFID在以后的广泛应用中发挥决定性的作用。

发明内容：

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供有源RFID系统防碰撞方法，它是针对短距离通讯的防碰撞算法，它能够解决有大量信号发射源向接收端同时发射信号时所面临的冲突问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

它采用时分多路法和频分多路法相结合；其中，时分多路法是将单位时间片分成发射时间片、睡眠时间片，睡眠时间片又由固定睡眠时间片和防碰撞睡眠时间片组成，防碰撞睡眠时间片由自然随机时间片、人工随机时间片、程序随机时间片组成；频分多路法将频率通道平均分配给各个电子标签。

所述的频分多路法利用自身地址、唯一标识码将频率通道平均分配给各个电子标签。

所述的电子标签的频率通道号＝标签地址MOD预定制频率通道数。

本方法应用的行源RFID系统的设备采用发射、睡眠循环工作的模式。

所述的程序随机时间片由硬件或者软件产生的随机元再乘以一个时间单元产生，程序随机时间片＝随机元*时间单元。

所述的时间单元可以人工调整。

本发明在有源RFID上采用时分多路法和频分多路法，对电子标签的发送信号进行标记，并对频率通道进行分配，使电子标签信号能够比较平均地分配到各个频率通道里，从而可以快速、准确地传输到阅读器，进而使阅读器可以在短时间内顺利读取多个电子标签的信号。

附图说明：

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是本发明的单位时间片的示意图；

图2是本发明的睡眠时间片的示意图；

图3是本发明的频率通道分配示意图；

图4是本发明的发送接收时序示意图。

具体实施方式：

首先介绍本发明采用的时分多路法：在工作模式上，本发明采用发射→睡眠→发射→睡眠……循环反复的方式进行传输，发射的过程是最耗电的，而睡眠的时候耗电很微小，耗电量大概是传输时候耗电量的1/6500甚至更少，所以我们尽量把每次发射的时间缩到最短，这个时间仅能够使电子标签发送一次信息，具余时间让电子标签进入睡眠，这样就能够保证电子标签有效地节能；电子标签的整个运行过程，是由一连串发送，睡眠的过程组成；可以认为，电子标签的整个运行过程由无数发送、睡眠过程构成的片断为单位组成；参照图1、4，我们把这个单位称为单位时间片10，把单位时间片10里的发射过程称为发射时间片20，把单位时间片里的睡眠过程称为睡眠时间片300；一般来说，发射时间片20很小，只有数百微秒；而阅读器处理从电子标签发送过来的数据需用的最小时间更加小，只需要数十微秒，我们称为接收时间片60，所以当处理几十个甚至是一百多个有源RFID电子标签的时候，只要在这一百多个电子标签之间制造相差一个或者多个接收时间片的空闲时间，我们称之为防碰撞时间片70，就能够保证阅读器在1秒或者更短的时间内把所有电子标签都接收得到；图4中A代表阅读器，B代表电子标签1，C代表电子标签2。

由于发射时间片20和接收时间片60都是根据硬件的性能确定，是固定的数值，所以如果要制造出防碰撞时间片70，就必须在睡眠时间片300方面下手。我们把睡眠时间片分两个部分，参照图2，一个部分是固定时间部分，我们称之为固定睡眠时间片310，这个部分可以由用户设定，也就是说用户可以设定电子标签过多长时间向阅读器发射一次信号；另外一个部分是防碰撞睡眠时间片320。防碰撞睡眠时间片320不是固定的，它是随机变化的，它又由三个部分组成：

1.自然随机时间片321：电子标签在进入睡眠的时候，为了最大限度的节能，将会把运行程序的正常晶振关闭，取而代之的是自身的低频时钟，这个低频时钟很不稳定，随时会根据周围环境的温度、电磁波强度、自身的制造精度而改变可以说每一个标签都有不同的自然随机时间片32。

2.人工随机时间片322：由于人工打开电子标签的时间不一样，即使我们双手同时打开标签，感觉上时间是一样的，但是相对于几十微秒的数量级而言，人工是很难做的到打开标签的时间是完全一样；这样就能够产生第二个随机时间片——人工随机时间片33。

3.程序随机时间片323：主要在电子标签每次发送完信息以后并且进入睡眠之前由程序通过算法随机产生；也就是说，每个电子标签的每次睡眠时间都不同，避免了两个或者多个其它随机条件完全一样的电子标签进入信息冲突的死循环。程序随机时间片由硬件或者软件产生的随机元再乘以一个时间单元产生，时间单元可以被人工调整，其算法是：程序随机时间片＝随机元*时间单元。

上述三个部分都可以独自作为一个随机时间发生源；考虑到发生概率低但不是完全没有能发生的随机条件完全相同的情况，结合这三个随机发生源，能够快速、有效地避免了随机条件完全相同情况发生。

其次是本发明频分多路法方面的介绍：频分多路法是把若干使用不同在波频率的传输通路同时供给通信用户使用的技术。对于RFID系统来说，可以使用能够自由调整的、非发送频率谐振的电子标签。对于电子标签的传输来说，可以使用完全不同的频率。

本发明根据利用电子标签的固定自身特征，如自身地址或者唯一标识码，通过特定的算法把频率通道平均地分配给各个电子标签。所述的预定制频率通道主要根据阅读器里面负责接收信息的芯片数目确定。

这里拿标签地址为自身特征进行运算来举例。

假如阅读器里面有3个芯片负责接收信息，每个芯片可以提供两个接收频率通道，则本系统共有6个预定制的频率通道，接下来需要把这六个通道40、41、42、43、44、45平均的分配给所有电子标签；假如有六十个电子标签，则每条通道需要分配10个电子标签；所述的分配电子标签的算法，采用能把电子标签互相区分开来的特征量，这里取电子标签自身的唯一地址为基准进行运算；见图3，假如第一个电子标签500的地址为0x00，则分配到0号频率通道40；第二个电子标签501地址为0x01，则分配到1号频率通道41；第三个电子标签502地址为0x02，则分配到2号频率通道42；第四个电子标签503地址为0x03，则分配到3号频率通道43；第五个电子标签504地址为0x04，则分配到4号频率通道44；第六个电子标签505地址为0x05，则分配到5号频率通道45；第七个电子标签506地址为0x06，则分配到6号频率通道46……第六十个电子标签559地址为0x3b，则分配到59号频率通道559，依此类推。

地址每经过预定制频率通道的倍数时，返回从第一个频率通道开始分配，这样就能够保证电子标签能够比较平均地分配到各个频率通道里；

频率通道号＝标签地址MOD预定制频率通道数

拿上述例子说明，一共六个预定制频率通道，六十个电子标签；那么地址为0x09的电子标签所分配到的频率通道＝0x09 MOD 6＝3，则地址为0x09的电子标签将被分配到3号频率通道里。

Claims (6)

1、有源RFID系统防碰撞方法，其特征在于：它采用时分多路法和频分多路法相结合；其中，时分多路法是将单位时间片分成发射时间片、睡眠时间片，睡眠时间片又由固定睡眠时间片和防碰撞睡眠时间片组成，防碰撞睡眠时间片由自然随机时间片、人工随机时间片、程序随机时间片组成；频分多路法将频率通道平均分配给各个电子标签。

2、根据权利要求1所述的有源RFID系统防碰撞方法，其特征在于：频分多路法利用自身地址、唯一标识码将频率通道平均分配给各个电子标签。

3、根据权利要求2所述的有源RFID系统防碰撞方法，其特征在于：电子标签的频率通道号＝标签地址MOD预定制频率通道数。

4、根据权利要求1所述的有源RFID系统防碰撞方法，其特征在于：本方法应用的有源RFID系统的设备采用发射、睡眠循环工作的模式。

5、根据权利要求1所述的有源RFID系统防碰撞方法，其特征在于：程序随机时间片由硬件或者软件产生的随机元再乘以一个时间单元产生，程序随机时间片＝随机元*时间单元。

6、根据权利要求5所述的有源RFID系统防碰撞方法，其特征在于：时间单元可以人工调整。

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