CN101276395A - 基于全分裂的标签防碰撞装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于全分裂的标签防碰撞装置及方法。该装置包括一个阅读器和n个标签，每个标签包括一个计数器和一个随机数发生器，随机数发生器与计数器连接，所述阅读器用于发送指令给标签的计数器并接收计数器的信号，n≥2且n为自然数；该装置还包括指令数目计数器，所述指令数目计数器是阅读器或标签的一部分，其为标签的一部分时，指令数目计数器与标签的随机数发生器连接。本方法在0分支标签分裂的同时，非0分支同时进行分裂，缩短了分裂时间，可以使得标签回复碰撞次数降低，提高了多标签的清点效率，通过合理的完全分裂程度控制，可以保证在不增加过多空闲时隙的前提下，尽可能让标签快速地分散开，有效地减少了碰撞时隙。
Description
技术领域
本发明属于无线通信中射频识别(RFID)领域，具体涉及一种基于全分裂的标签防碰撞装置及方法。
背景技术
在RFID实际应用中，很多情况下是在射频场中存在一个阅读器对应多个电子标签。当阅读器同时清点多个标签时，就会出现信道争用，发生碰撞，标签无法将信息正确发送给阅读器。因此，需要采取一定的机制避免碰撞或减少碰撞。
现有的RFID国际标准ISO 18000-6中，A类和C类采用时隙ALOHA算法，而B类采用Binary Tree算法解决碰撞问题。时隙ALOHA和Binary Tree算法都是基于时分多路访问方式。
时隙ALOHA算法，是把时间分成若干离散时隙，要求标签随机选择其中一个时隙，在时隙的分界处发送数据。在ISO 18000-6A类和C类协议中，使用时隙ALOHA算法实现防碰撞的过程为：在每次清点过程开始，阅读器通知所有标签一个可选时隙的范围，标签从中随机选择一个时隙回复，标签或成功发送或完全碰撞，若发生碰撞则重新选择并发送，直至所有标签全部成功发送。
Binary Tree算法示意图如图1所示，其基本思想与二叉树的深度优先遍历类似，它将处于碰撞的标签分裂成左右两个子集0和1，先查询子集0，若没有冲突，则正确识别标签，若仍有冲突则再分裂，把子集0分为00和01两个子集，依次类推，直到识别出子集0中的所有标签，再按此步骤查询子集1。在ISO 18000-6B类协议中，使用Binary Tree算法实现防碰撞的过程如图2所示：阅读器发送开始清点指令，使所有标签开始回复，标签在收到指令后，由随机数发生器生成0或1，这样就将标签分成随机数为0和随机数为1的两个子集，与二叉树对应，这里我们称之为左分支(0分支)和右分支(1分支)；随机数为0的标签，即处在左分支的标签，立即回复，而随机数为1的标签，即处在右分支的标签，将计数器值设为1，必须等待左分支回复完才能执行分裂回复；若没有碰撞并回复成功，则阅读器发送指令确认，并使得标签计数器值减1；若标签碰撞，阅读器发送指令，使计数器为0的标签，即左分支的标签重新分裂，计数器非0的标签，即右分支的标签计数器值加1；如此循环直到所有标签全部成功回复。
从对ISO 18000-6B类协议防碰撞过程的描述，我们可以看出，此过程总是首先致力于解决0分支的碰撞，让其分裂，直到0分支只剩下一个标签，也就是二叉树的叶子节点，将其清点出来之后，才开始处理1分支的标签，处理完1分支之后依次处理2，3，…，n分支，即总是从左到右顺序进行分裂清点。0分支分裂时，非0分支的多个标签始终不分裂，一直在等待0分支标签清点完成。这样在0分支清点完成之后，后续分支会浪费很多时间执行和0分支类似的分裂过程。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于全分裂的并行分裂二叉树标签防碰撞装置，以及一种基于全分裂的并行分裂二叉树标签防碰撞方法。本发明是对ISO 18000-6B类协议中采用的Binary Tree算法进行有效改进，可以使得标签回复碰撞次数降低，提高了多标签的清点效率，通过合理的完全分裂程度控制，可以保证在不增加过多空闲时隙的前提下，尽可能让标签快速地分散开，有效地减少了碰撞时隙。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于全分裂的标签防碰撞装置，包括一个阅读器和n个标签，每个标签包括一个计数器和一个随机数发生器，随机数发生器与计数器连接，所述阅读器用于发送指令给标签的计数器并接收计数器的信号，所述n≥2且n为自然数；该装置还包括指令数目计数器，所述指令数目计数器是阅读器或标签的一部份，其为标签的一部份时，指令数目计数器与标签的随机数发生器连接。
所述指令数目计数器是失败指令计数器时，其为标签的一部份，与标签的随机数发生器连接，用于保存收到的失败指令数以及判断是否启动随机数发生器。
所述指令数目计数器是正确清点计数器时，其为阅读器的一部份，用于记录正确清点的标签数目以及判断阅读器是否发出指令。
一种基于全分裂的标签防碰撞方法，包括如下步骤：
步骤一、阅读器选择处于射频场区域的标签，设置完全分裂程度及规定时隙，然后发送指令开始清点标签，同时开始在规定的时隙内接收来自标签的信号，标签收到开始清点的指令后，初始化自身信息，计数器设置为0，并回复ID(identity，身份标识号码)信息给阅读器；
步骤二、若阅读器在规定的时隙内正确接收标签的回复信息，阅读器就发送成功确认指令，并进入下一个时隙接收，进入步骤三；若阅读器在规定的时隙内错误接收标签回复信息，阅读器就发送失败确认指令，并进入下一个时隙接收，转入步骤四；
步骤三、当标签收到成功确认指令时，发送的标签确认成功后离开清点过程，不再响应与清点相关的指令，并将计数器值不为0的标签的计数器值减1，计数器值为0的标签回复阅读器，直到所有标签已成功回复；
步骤四、当标签收到失败确认指令时，如果完全分裂程度满足步骤一所设置的完全分裂程度要求，那么未被清点的且计数器值为0的标签，启动随机数发生器，根据生成的随机数进行分裂，更新计数器值为随机数的值；否则，所有的未被清点的标签都启动随机数发生器，根据生成的随机数进行分裂，更新计数器值为原来计数器值的2倍再加产生的随机数，计数器值为0的标签回复阅读器，直到所有标签已成功回复。
所述步骤二中若阅读器在规定的时隙内未收到标签回复信息，阅读器就发送成功确认指令，并进入下一个时隙接收，执行步骤三的操作，但此时没有被确认的标签。
所述步骤一中，完全分裂程度是通过标签收到的失败确认指令数来控制，也可以是通过标签的成功清点数来控制。当然，其它合理的完全分裂程度控制，也可以用在本发明的步骤五中。
进一步地，所述步骤一中，若完全分裂程度是通过标签收到的失败确认指令数来控制，则在标签端增加一个失败指令计数器，保存收到的失败指令数，如果收到的失败指令数小于m，那么所有的标签都分裂，启动随机数发生器，更新计数器值为原来计数器值的2倍再加产生的随机数；否则，计数器为0的标签，启动随机数发生器，更新计数器值为产生的随机数值；所述m≤10，m为自然数。
所述步骤一中，若完全分裂程度是通过标签的成功清点数来控制，则在阅读器端增加一个正确清点计数器，记录正确清点的标签数目，当正确清点计数器的值小于1，阅读器未发任何通知指令时，标签收到失败确认指令，实施完全分裂(即所有的标签都分裂)，启动随机数发生器，更新计数器值为原来计数器值的2倍再加产生的随机数；当正确清点计数器的值等于1时，阅读器发送命令通知标签，标签停止完全分裂，只有计数器为0的标签，启动随机数发生器，更新计数器值为产生的随机数值。
使用本发明的基于全分裂的标签防碰撞装置及方法具有以下有益效果：
本发明在0分支标签分裂的同时，非0分支同时进行分裂，这种完全的分裂与原有的每次只有一个最左分支(0分支)分裂的过程相比，缩短了分裂时间，有利于标签在短时间内分散开，通过合理地控制完全分裂的程度，大大降低了碰撞分裂时间，节省了清点时间，提高了清点效率，保证在不增加过多空闲时隙的前提下，让标签快速地分散开，有效地减少碰撞时隙。
附图说明
图1是Binary Tree算法示意图；
图2是现有RFID国际标准ISO18000-6中多标签清点时阅读器与标签交互的流程图；
图3是本发明的基于全分裂的标签防碰撞装置的结构示意图；
图4是图3中阅读器和单个标签连接的一种结构示意图；
图5是图3中阅读器和单个标签连接的另一种结构示意图；
图6是本发明中多标签清点时阅读器与标签交互的流程图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。
请参阅图3、4和5，本发明的基于全分裂的标签防碰撞装置，包括一个阅读器A和n个标签B1、B2、……Bn，每个标签包括一个计数器B01和一个随机数发生器B02，随机数发生器B02与计数器B01连接，阅读器A用于发送指令给标签的计数器B01并接收计数器B01的信号，所述n≥2且n为自然数；该装置还包括指令数目计数器，指令数目计数器是阅读器或标签的一部份；所述指令数目计数器是失败指令计数器Bx时，其为标签的一部份，与标签的随机数发生器B02连接，用于保存收到的失败指令数以及判断是否启动随机数发生器B02；所述指令数目计数器是正确清点计数器Ay时，其为阅读器的一部份，用于记录正确清点的标签数目以及判断阅读器是否发出指令。
请参阅图6，该图是本发明中多标签清点时阅读器与标签交互的流程图，其步骤如下：
301、阅读器选择处于射频场区域的标签，设置完全分裂程度及规定时隙；
302、阅读器发送指令开始清点标签，同时开始在规定的时隙内接收来自标签的信号；
303、标签收到开始清点的指令后，标签初始化自身信息，计数器设置为0，并回复ID信息给阅读器；
304、若阅读器在规定的时隙内正确接收标签的回复信息，阅读器发送成功确认指令，并进入下一个时隙接收，进入步骤305；
305、当标签收到成功确认指令时，发送的标签确认成功后离开清点过程，不再响应与清点相关的指令，并将计数器值不为0的标签的计数器值减1，计数器值为0的标签回复阅读器，直到所有标签已成功回复；
306、若阅读器在规定的时隙内错误接收标签回复信息，则认为多个标签回复，发生碰撞，阅读器发送失败确认指令，并进入下一个时隙接收，转入步骤307；
307、标签收到失败确认指令时，如果完全分裂程度满足步骤301所设置的完全分裂程度要求，那么未被清点的且计数器值为0的标签，启动随机数发生器，根据生成的随机数进行分裂，更新计数器值为随机数的值；否则，所有的未被清点的标签进行分裂，也就是继续完全分裂，每个标签都启动随机数发生器，根据生成的随机数进行分裂，更新计数器值为原来计数器值的2倍再加产生的随机数，计数器值为0的标签回复阅读器，直到所有标签已成功回复；在此过程中，除了计数器值为0的标签分裂之外，其它未被清点的标签同时分裂，实现了全分裂的并行分裂，节省了清点时间，提高了清点效率；
所述完全分裂程度可以控制，如果采用标签收到失败确认指令数的方法控制，那么标签端需要增加一个失败指令计数器，保存收到的失败指令数，如果收到的失败指令数小于m，那么所有的标签都分裂，启动随机数发生器，更新计数器值为原来计数器值的2倍再加产生的随机数；否则，计数器为0的标签，启动随机数发生器，更新计数器值为产生的随机数值；m≤10，m为自然数，m值可根据具体情况设定；如果采用通过标签的成功清点数来控制，那么阅读器端需要增加一个正确清点计数器，记录正确清点的标签数目，当正确清点计数器的值小于1，阅读器未发任何通知指令时，标签收到失败确认指令，实施完全分裂，所有的标签都分裂，启动随机数发生器，更新计数器值为原来计数器值的2倍再加产生的随机数；；当正确清点计数器的值等于1时，阅读器发送命令通知标签，标签停止完全分裂，只有计数器为0的标签，启动随机数发生器，更新计数器值为产生的随机数值；当然，其它合理的完全分裂程度控制，也可以用在步骤307中；
308、若阅读器在规定时隙内未收到标签回复信息，发送成功确认指令，并进入下一个时隙接收，进入步骤309；
309、标签收到成功确认指令，执行步骤305的操作，只是此时没有被确认的标签。
本发明对Binary Tree进行了有效改进，考虑到清点过程的防碰撞，就是一个尽可能提高单独确认每个标签概率的过程，所以本发明将聚集在一起的标签快速分散，提高了阅读器确认标签的速率，提升了标签防碰撞算法的性能，使得标签清点效率更高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，凡是本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于全分裂的标签防碰撞装置，包括一个阅读器和n个标签，每个标签包括一个计数器和一个随机数发生器，随机数发生器与计数器连接，所述阅读器用于发送指令给标签的计数器并接收计数器的信号，所述n≥2且n为自然数；其特征在于，还包括指令数目计数器，所述指令数目计数器是阅读器或标签的一部份，其为标签的一部份时，指令数目计数器与标签的随机数发生器连接。
2.根据权利要求1所述的基于全分裂的标签防碰撞装置，其特征在于，所述指令数目计数器是失败指令计数器时，其为标签的一部份，与标签的随机数发生器连接，用于保存收到的失败指令数以及判断是否启动随机数发生器。
3.根据权利要求1所述的基于全分裂的标签防碰撞装置，其特征在于，所述指令数目计数器是正确清点计数器时，其为阅读器的一部份，用于记录正确清点的标签数目以及判断阅读器是否发出指令。
4.一种基于全分裂的标签防碰撞方法，包括如下步骤：
步骤一、阅读器选择处于射频场区域的标签，设置完全分裂程度及规定时隙，然后发送指令开始清点标签，同时开始在规定的时隙内接收来自标签的信号，标签收到开始清点的指令后，初始化自身信息，计数器设置为0，并回复ID信息给阅读器；其特征在于，还有
步骤二、若阅读器在规定的时隙内正确接收标签的回复信息，阅读器就发送成功确认指令，并进入下一个时隙接收，进入步骤三；若阅读器在规定的时隙内错误接收标签回复信息，阅读器就发送失败确认指令，并进入下一个时隙接收，转入步骤四；
步骤三、当标签收到成功确认指令时，发送的标签确认成功后离开清点过程，不再响应与清点相关的指令，并将计数器值不为0的标签的计数器值减1，计数器值为0的标签回复阅读器，直到所有标签已成功回复；
步骤四、当标签收到失败确认指令时，如果完全分裂程度满足步骤一所设置的完全分裂程度要求，那么未被清点的且计数器值为0的标签，启动随机数发生器，根据生成的随机数进行分裂，更新计数器值为随机数的值；否则，所有的未被清点的标签都启动随机数发生器，根据生成的随机数进行分裂，更新计数器值为原来计数器值的2倍再加产生的随机数，计数器值为0的标签回复阅读器，直到所有标签已成功回复。
5.根据权利要求4所述的基于全分裂的标签防碰撞方法，其特征在于，所述步骤二中若阅读器在规定的时隙内未收到标签回复信息，阅读器就发送成功确认指令，并进入下一个时隙接收，执行步骤三的操作，此时没有被确认的标签。
6.根据权利要求4或5所述的基于全分裂的标签防碰撞方法，其特征在于，所述步骤一中完全分裂程度是通过标签收到的失败确认指令数来控制。
7.根据权利要求6所述的基于全分裂的标签防碰撞方法，其特征在于，所述步骤一中完全分裂程度是通过标签收到的失败确认指令数来控制：在标签端增加一个失败指令计数器，保存收到的失败指令数，如果收到的失败指令数小于m，那么所有的标签都分裂，启动随机数发生器，更新计数器值为原来计数器值的2倍再加产生的随机数；否则，计数器为0的标签，启动随机数发生器，更新计数器值为产生的随机数值；所述m≤10，m为自然数。
8.根据权利要求4或5所述的基于全分裂的标签防碰撞方法，其特征在于，步骤一中完全分裂程度是通过标签的成功清点数来控制。
9.根据权利要求8所述的基于全分裂的标签防碰撞方法，其特征在于，所述步骤一中完全分裂程度是通过标签的成功清点数来控制：在阅读器端增加一个正确清点计数器，记录正确清点的标签数目，当正确清点计数器的值小于1，阅读器未发任何通知指令时，标签收到失败确认指令，实施完全分裂，启动随机数发生器，更新计数器值为原来计数器值的2倍再加产生的随机数；当正确清点计数器的值等于1时，阅读器发送命令通知标签，标签收到失败确认指令，停止完全分裂，只有计数器为0的标签，启动随机数发生器，更新计数器值为产生的随机数值。
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