CN101344908A - Rfid系统识别电子标签的方法及一种rfid系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种RFID系统识别电子标签的方法及一种RFID系统，该方法根据电子标签选择时隙的概率原理表示出在一个时隙内有一个电子标签响应的时隙数的数学期望值c₁′及在一个时隙内没有电子标签响应的空时隙数的数学期望值c₀′；再根据c_k＝N－c₀′－c₁′估算出发生响应的标签总数，进而估算出尚未识别的电子标签数n′，之后在下一次响应过程中设定的帧长与该电子标签数n′接近。本发明根据电子标签选择时隙的概率原理来估算待识别的电子标签数n′，使后续响应过程中设定的帧长尽量与待识别标签数n′接近，使系统识别电子标签的识别效率达到最大，同时识别电子标签过程中需要的时隙数也最少，且本发明方法易于实现，尤其在电子标签数多的情况下，识别效率较高(接近理论上的最大值)。

Description

RFID系统识别电子标签的方法及一种RFID系统

技术领域

本发明涉及无线射频识别技术领域，尤其涉及一种RFID系统识别电子标签的方法及一种RFID系统。

背景技术

无线射频识别(RFID，Radio Frequency Identification)是近年来应用发展迅速的一种利用射频通讯方式实现的无线非接触式自动识别技术，在商场、物流、交通、军事等领域的应用需求日益增长。如：跨国公司沃尔玛已决定将其超市卖出的每一件产品必须使用RFID实现自动售货管理；我国广深高速铁路的车票已成功采用RFID技术。第一代RFID已运用了若干年，但由于其作用距离较短、电子标签体积较大、工作效率较低限制了其应用规模。当前，基于超高频(UHF，Ultra High Frequency)的第二代RFID技术标准已陆续推出，它将克服第一代电子标签的几个主要缺陷，为各行各业大规模应用RFID系统创造了技术条件。

因此在未来的许多RFID应用系统如物流系统中，将面临大量物品的跟踪管理，在这种场合下，在尽可能短的时间内正确识别出大量电子标签是一个基本技术问题。

RFID系统主要由阅读器、电子标签及相应的计算机系统组成，在第二代RFID技术标准中，把电子标签分为三类：无源电子标签、有源但彼此不可直接通信的电子标签、有源且可彼此直接通信的电子标签。从经济成本考虑，第一类电子标签应用比较多。无源电子标签只能被动的接收阅读器发来的指令并从其电磁波中获取能量进而执行指令并与阅读器进行通信；当计算机系统要阅读贴有无源电子标签的对象时，通过阅读器向电子标签发送特定频率的电磁波，电子标签经电磁波的触发将内部存储的识别码信息发出，这样计算机系统可以通过阅读器识别货物并进行相应的信息管理。这种工作方式的一个主要技术问题是多个电子标签如果同时接收到阅读器发出的电磁波并同时发送信息时(发生冲突)，则阅读器接收到的信息就会互相干扰，即存在冲突问题。

解决冲突问题的基本方法有时隙ALOHA算法、分裂算法等，而时隙ALOHA算法因较易实现、成本低而成为EPC(Electronic Product Code，电子产品代码)第二代标准支持的方法之一。

帧时隙ALOHA算法是一种随机时分多址方式的用户信息通讯收发算法，它将信息用信息帧表示，把信息帧分为许多时隙，每个电子标签随机选一个时隙发送自己的识别码信息。在该算法中，首先估计识读范围内(现场)的电子标签数目，然后根据估计的电子标签数目选择一个合适的帧长度去识别电子标签，每个电子标签都在一帧的时隙中向阅读器发送自身的序列号，同时阅读器只有在它接受到的电子标签序列号没有冲突的时候才能识别发出请求的电子标签，即当一个时隙只被一个电子标签占有时阅读器就会识别出这个电子标签。一个时隙是指电子标签发送他们序列号的时间间隔，一帧包含若干时隙。

识别效率和实现的难度是衡量防冲突算法优劣的主要指标，在对帧时隙ALOHA算法的分析中，估计识读范围内的电子标签数目的多少影响到系统的识别效率，实验表明当电子标签数目和帧长度基本相等时，可以得到最高的系统识别效率且能有效的利用帧资源，所以影响电子标签识别效率的一个主要因素就是如何既简单又能准确的估计现场(识读范围)待识别的电子标签数目。

现有技术中有一种估计电子标签数目的方法，是通过阅读器响应当前帧长N内的电子标签，记录在一个时隙内有一个电子标签进行响应的电子标签数及在一个时隙内有两个以上(包括两个)的电子标签同时响应的时隙数c_k，将2c_k作为当前现场待识别电子标签的估计值。在采用该方法的估计值作为电子标签的估计值时，阅读器所需的时隙数很多，识别完电子标签所需时间也很长，且在电子标签数目比较多的情况下识别效率更低。

发明内容

本发明提供了一种RFID系统识别电子标签的方法及一种RFID系统，其能准确估计出电子标签的数目、有效的利用帧资源及提高电子标签识别效率，较好的解决了在识别多个电子标签时的冲突问题。

本发明的技术方案是：一种RFID系统识别电子标签数目的方法，包括步骤：

步骤一、在设定的帧长N内识别电子标签，统计在一个时隙内有两个以上的电子标签响应的时隙数c_k和在一个时隙内有一个电子标签响应的时隙数c₁；

如果c_k＝0，则电子标签识别结束；否则执行步骤二。

步骤二、根据电子标签选择时隙的概率原理用在识别所述帧长N内的电子标签时发生响应的电子标签数n和所述帧长N表示在一个时隙内有一个电子标签响应的时隙数的数学期望值c₁′及在一个时隙内没有电子标签响应的空时隙数的数学期望值c₀′；

步骤三、根据c_k＝N-c₀′-c₁′估算所述发生响应的电子标签数n；并由n和c₁确定待识别的电子标签数n′；

步骤四、根据所述待识别的电子标签数n′重新设定帧长，之后执行步骤一。

本发明还揭示了一种RFID系统，包括阅读器，所述阅读器包括处理模块、计算模块和设定模块；

处理模块，在当前设定的帧长N内识别电子标签，统计在一个时隙内有两个以上的电子标签同时响应的时隙数c_k及在一个时隙内有一个电子标签响应的时隙数c₁；判断c_k值是否等于0，如果c_k＝0，则电子标签识别完毕；否则，将所述帧长N、时隙数c₁和时隙数c_k输出到计算模块；

计算模块，与所述处理模块的输出端连接，根据每个标签选择时隙的随机概率用发生响应的电子标签数n和所述帧长N表示在一个时隙内有一个电子标签响应的时隙数的数学期望值c₁′及在一个时隙内没有电子标签响应的空时隙数的数学期望值c₀′；再根据c_k＝N-c₀′-c₁′估算所述发生响应的电子标签数n；之后由n和c₁确定待识别的电子标签数n′，将所述待识别的电子标签数n′输出到设定模块；

设定模块，与所述计算模块的输出端连接，用于根据待识别的电子标签数n′重新设定帧长；并通知所述处理模块识别所述待识别的电子标签。

本发明的RFID系统识别电子标签的方法，根据每个标签选择时隙的概率原理估算出发生响应的电子标签数，再估算出待识别的电子标签数n′，并根据该待识别的电子标签数n′重新设定帧长N，使后续识别过程中设定的帧长尽量与待识别电子标签数n′接近甚至相等，使得电子标签的识别效率达到尽可能的最大，有效的利用了帧资源且提高了系统的识别效率，尤其在电子标签数目比较多的情况下识别效率较高(接近理论上的最大值)；且本发明的RFID系统易于实现，尤其适合电子标签数目比较多的情况下，与采用2c_k作为电子标签数目的估计值比较，该系统识别电子标签所需时隙数少，且识别过程所需时间比较少，较好的解决了多个电子标签在识别时的冲突问题。

附图说明

图1是本发明RFID系统识别电子标签的方法一实施例的流程图；

图2是本发明RFID系统识别电子标签的方法一实施例的流程图；

图3是本发明与现有技术在识别电子标签过程中所需时隙数的比较图；

图4是本发明RFID系统一实施例的方框图；

图5是本发明RFID系统一实施例的方框图；

图6是本发明RFID系统一实施例的方框图。

具体实施方式

本发明提供了一种RFID系统识别电子标签的方法，其能节省时隙资源、提高电子标签识别效率，较好的解决多个电子标签在识别时的冲突问题。识别效率和实现的难度是衡量防冲突算法优劣的主要指标，在对帧时隙ALOHA算法的分析中，估计识读范围内的电子标签数目的多少影响到系统的识别效率，实验表明当电子标签数目和帧长度基本相等时，可以得到最高的系统识别效率且能有效的利用帧资源，所以影响电子标签识别效率的一个主要因素就是如何既简单又能准确的估计现场待识别的电子标签数目。因此要想得到最高的系统识别效率且能有效的利用帧资源，需要能准确的估计出现场待识别电子标签的数目。本发明通过以下实施例提供了具体的实现手段来估算出待识别电子标签的数目，以便在下一次识别设定帧长值时与待识别电子标签的数目尽量一致。

下面结合附图和具体实施例对本发明做一详细的阐述。

如图1，本发明的RFID系统识别电子标签数目的方法，包括步骤，S101、识别当前帧长N内的电子标签，记录在一个时隙内有两个以上(包括两个)的电子标签同时响应的时隙数c_k及在一个时隙内有一个电子标签响应的时隙数c₁。在一个时隙内只有一个电子标签响应的话，该时隙内的电子标签可以得到识别，则在第一次识别过程中有c₁个电子标签可以被识别。一个时隙是指电子标签发送各自序列号的时间间隔，一帧包含若干时隙。帧长为N表示该帧资源包括N个时隙数。在实际应用中第一次设定帧长初始值时一般设定N＝256。

S102、判断时隙数c_k是否等于零，如果等于零，则执行步骤S106；否则执行步骤S103。时隙数c_k＝0表示在该帧长N内的电子标签响应时没有发生冲突，在第一次响应时就可以识别出电子标签。

S103、根据电子标签选择时隙的随机概率由在所述帧长N内识别电子标签时发生响应的电子标签数n和所述帧长N表示在一个时隙内有一个电子标签响应的时隙数的数学期望值c₁′及在一个时隙内没有电子标签响应的空时隙数的数学期望值c₀′；并根据c_k＝N-c₀′-c₁′估算所述发生响应的电子标签数n。所述发生响应的电子标签数n即为实际中的电子标签数。

在一实施例中，具体估算所述发生响应的电子标签数n的过程如下：

假设在一个时间段里有N个时隙，即当前时间帧长设定为N，则一个电子标签选择一个特定时隙的概率为

选择其他时隙的概率为

如果有n个电子标签，则其中r个电子标签选择该时隙的概率为：

$P_{n,\frac{1}{N}}\left(r\right)=C_n^r{\left(\frac{1}{N}\right)}^r{(1-\frac{1}{N})}^{n-r}---\left(1\right)$

如果一个时隙中只有一个电子标签响应，电子标签就可以被成功识别，则成功识别的概率为 $P_{n,\frac{1}{N}}=n\left(\frac{1}{N}\right){(1-\frac{1}{N})}^{n-1}---\left(2\right)$

根据(1)式，可以得到当电子标签数目为n，帧长为N时，一帧中的空时隙数目的数学期望值(平均值)为 ${c_0}^{\′}=N{(1-\frac{1}{N})}^n---\left(3\right)$

只有一个电子标签响应的时隙数目的数学期望值(平均值)为

${c_1}^{\′}=n{(1-\frac{1}{N})}^{n-1}---\left(4\right)$

那么冲突的时隙数目则为

$c_k=N-{c_0}^{\′}-{c_1}^{\′}=N-N{(1-\frac{1}{N})}^n-n{(1-\frac{1}{N})}^{n-1}---\left(5\right)$

可以得到

$\frac{c_k}{N}=1-{(1-\frac{1}{N})}^n-\frac{n}{N}{(1-\frac{1}{N})}^{n-1}---\left(6\right)$

当n和N都较大时，有 ${(1-\frac{1}{N})}^n\≈e^{-n/N},$ 则有

$\frac{c_k}{N}\≈1-e^{-\frac{n}{N}}-\frac{n}{N}{e}^{-\frac{n-1}{N}}\≈1-e^{-\frac{n}{N}}-\frac{n}{N}{e}^{-\frac{n}{N}}---\left(7\right)$

可以从数学上证明(7)式的右方是n/N的单调递增函数，因此对任意一个c_k/N值，都可以找到唯一的一个值n/N。

由于c_k是已知数值，则可以把方程(7)的右方看作是

的一个单调函数，通过求近似解可以估算出

的值，再进一步的可以估算出发生响应的电子标签个数n(N是已知的)。

S104、根据所述发生响应的电子标签数n和时隙数c₁确定出下次待识别的电子标签数n′。在一实施例中，具体计算为：n′＝n-c₁。

S105、根据待识别的电子标签数n′重新设定帧长。在一实施例中，帧长可以和待识别的电子标签数n′相等，这样可以使得下次电子标签的识别效率达到最大，进一步的可以提高系统的识别效率。在另一实施例中，帧长是按2^L设定，其中L为整数，但帧长值是接近于所述待识别的电子标签数n′，在实际应用中可以大于或等于或小于所述待识别的电子标签数。

S106、所述电子标签识别完毕。

由此可见，本发明的RFID系统识别电子标签的方法，根据每个标签选择时隙的概率原理估计出发生响应的电子标签数，再估算出待识别的电子标签数n′，并根据该待识别的电子标签数n′重新设定帧长N，使后续识别过程中设定的帧长值尽量与待识别电子标签数n′接近甚至相等，使得电子标签的识别效率达到尽可能的最大，有效的利用了帧资源且提高了系统的识别效率，尤其在电子标签数目比较多的情况下识别效率较高(可接近理论上的最大值)。且本发明识别电子标签数的方法易于实现，尤其适合电子标签数目比较多的情况下，较好的解决多个电子标签识别时的冲突问题。

在电子标签数目比较多的情况下，比如超过了系统的最大帧长时，则电子标签发生冲突的几率会增加，识别效率会比较低且也不能有效利用帧资源。此时就要对电子标签进行分组，下面是本发明的一种改进的具体实施例。

如图2所示，在步骤S104之后，还包括步骤S107、判断待识别的电子标签数n′的大小，如果n′大于系统的最大帧长值时，则执行步骤S108；否则直接执行步骤S105。步骤S108、对待识别的电子标签数n′进行分组，之后执行步骤S105。在步骤S105中，每组分别根据该组的待识别的电子标签数进行重新设定帧长，之后对每组的电子标签分别执行步骤S101。在具体应用中可以将系统的最大帧长值设定为256(系统的最大帧长值与所遵循的技术标准有关)。在此时步骤S102中是判断各个分组的时隙数c_k是否为零，如果各个分组最后的时隙数c_k都为0，则电子标签识别结束。当然也可以采用另外一种实施方式，在步骤S102判断所述时隙数c_k＝0时后，还包括步骤S109、判断有没有未识别完的分组的电子标签。如果有则继续转入步骤S101对未识别完的分组的电子标签进行识别，如果没有则转入步骤S106。

其中步骤S108在具体实施中，可以按电子标签的产品电子代码的最后m位标识码进行分组，该最后m位标识码相同的电子标签分为一组，m为整数。这样可以方便用户根据需要来识别。该m位标识码如果是0、1数字码，则可以将所述待识别的电子标签分为2^m组。在具体应用时可以优先考虑某些分组的电子标签，在识别完这些分组的电子标签后再识别其他分组的电子标签。另外，分组之后，每组也可以将帧长设定为系统的最大允许值，然后再根据该组内的电子标签响应情况重新估计该组内的待识别电子标签数，如果重新估计的待识别电子标签数仍然大于系统的最大帧长值，则需要重新分组扩大分组数，如此重复，直到最大帧长值与一组内估计电子标签数大致相等为止；分组确定后，对所有待识别的电子标签实行逐组识别，即识别完一组才考虑识别另外一组；在一组内的电子标签识别的后期阶段，可以将帧长逐渐减少以适应该组内待识别的电子标签数的减少。

如图3是本发明与现有技术中识别电子标签所需的时隙数的比较图，图中A表示在知道电子标签数目的情况后(理想状态)所需时隙数的曲线，B表示本发明识别电子标签所需的时隙数的曲线，C表示现有技术(利用2c_k作为估计的待识别电子标签数目)识别电子标签所需的时隙数的曲线。由此可见利用本发明估计电子标签数目后系统所需的时隙数比现有技术少，很接近于理想状态(确定电子标签数目，实际情况下电子标签数目是不确定的，只能无限接近于理想状态)。

另外，在一实施例中，在帧长按2的整数次幂设定时，步骤S103，具体可以为：根据公式(7)可以知道响应的电子标签数n与帧长N的比值n/N与c_k/N之间的关系。考虑到EPC标准中实际帧长值只能设为2的整数次幂，而电子标签数的估计值可以取任意数，而对于某个并非2的整数次幂的电子标签数而言，帧长只能取略小于该数的2的某次幂或略大于该数的2的某次幂这二者之一，并要考虑到系统识别效率，则结合公式(7)和上述考虑，可以预先估算得出c_k/N与n/N的对应关系为：

若c_k/N≤0.10         则    n/N≤1/2

若0.1＜c_k/N≤0.40    则    n/N≈1

若0.4＜c_k/N≤0.80    则    n/N≈2

若0.8＜c_k/N≤0.97    则    n/N≈4

若0.97＜ck/N         则    n/N≥8

即将c_k/N的值预先划分5个区间，依次为(0，0.10]，(0.10，0.40]，(0.40，0.80]，(0.80，0.97]，(0.97，+∞)；每个区间对应的发生响应的估计电子标签数n与帧长N的比值n/N依次为n/N≤1/2，n/N≈1，n/N≈2，n/N≈4，n/N≥8。

当所述比值c_k/N在区间(0，0.10]内时，所述比值n/N≤1/2；当所述比值c_k/N在区间(0.10，0.40]内时，所述比值n/N≈1；当所述比值c_k/N在区间(0.40，0.80]内时，所述比值n/N≈2；当所述比值c_k/N在区间(0.80，0.97]内时，所述比值n/N≈4；当所述比值c_k/N在区间(0.97，+∞)时，所述比值n/N≥8。

可以根据实际电子标签识别过程中，c_k/N所在的区间，确定出n/N的值，进一步的可以估算出n的大小(由于N是已知的)。

本发明还揭示了一种RFID系统，如图4，包括阅读器，其中阅读器包括，

处理模块，在当前帧长N内识别电子标签，记录在一个时隙内有两个以上的电子标签同时响应的时隙数c_k及在一个时隙内有一个电子标签响应的时隙数c₁；判断c_k值是否等于0，如果c_k＝0，则电子标签识别完毕；否则，将帧长值N、时隙数c₁和时隙数c_k输出到计算模块；

计算模块，与所述处理模块的输出端连接，根据每个标签选择时隙的概率原理用在识别所述帧长N内的电子标签时发生响应的电子标签数n和帧长N表示在一个时隙内有一个电子标签响应的时隙数的数学期望值c₁′及在一个时隙内没有电子标签响应的空时隙数的数学期望值c₀′；再根据c_k＝N-c₀′-c₁′估算所述发生响应的电子标签数n；之后由n和c₁确定待识别的电子标签数n′，将所述待识别的电子标签数n′输出到设定模块；

设定模块，与所述计算模块的输出端连接，用于根据待识别的电子标签数n′重新设定帧长；并通知所述处理模块识别所述待识别的电子标签。

由此可见，本发明的RFID系统，根据每个标签选择时隙的概率原理估计出发生响应的电子标签数，再估算出待识别的电子标签数n′，并根据该待识别的电子标签数n′重新设定帧长N，使后续识别过程中设定的帧长值尽量与待识别电子标签数n′接近甚至相等，使得电子标签的识别效率达到尽可能的最大，有效的利用了帧资源且提高了系统的识别效率，尤其在电子标签数目比较多的情况下识别效率较高。且本发明RFID系统识别电子标签数的方法易于实现，尤其适合电子标签数目比较多的情况下，较好的解决多个电子标签识别时的冲突问题。

为了进一步的对识别完的电子标签进行显示，方便用户查看，在一实施例中，如图6，本发明的装置还包括显示模块，与处理模块连接，处理模块把识别完的电子标签的信息通过显示模块显示出来。

在电子标签数目比较多的情况下，比如超过了系统的最大帧长值时，则电子标签发生冲突的几率会增加，识别效率会比较低且也不能有效利用帧资源。此时就要对电子标签进行分组，下面是一种改进的具体实施例。

本发明的阅读器还包括分组模块，如图5，连接在所述计算模块和所述设定模块之间，用于判断待识别的电子标签数，在所述待识别的电子标签数n′大于系统的最大帧长值时，对所述待识别的电子标签进行分组；并将分组后每组的电子标签数分别输出到所述设定模块；由所述设定模块根据每组的电子标签数分别设定各组的帧长，并通知所述处理模块分别响应各组的电子标签。在具体应用中，分组模块按待识别的电子标签的产品电子代码的最后m位标识码进行分组，将该最后m位标识码相同的电子标签分为一组，其中m为整数。这样可以根据需要方便识别。该m位标识码如果是0、1数字码，则可以将所述待识别的电子标签分为2^m组。在具体应用时可以优先考虑某些分组的电子标签，在识别完这些分组的电子标签后再识别其他分组的电子标签。另外，分组之后，每组也可以将帧长设定为系统的最大允许值，然后再根据该组内的电子标签响应情况重新估计该组内的待识别电子标签数，如果重新估计的待识别电子标签数仍然大于系统的最大帧长值，则需要重新分组扩大分组数，如此重复，直到最大帧长值与一组内的估计电子标签数大致相等为止；分组确定后，对所有待识别的电子标签实行逐组识别，即识别完一组才考虑识别另外一组；在一组内的电子标签识别的后期阶段，可以将帧长逐渐减少以适应该组内待识别的电子标签数的减少。

计算模块根据c_k＝N-c₀′-c₁′估算在识别电子标签时发生响应的电子标签数n，在一实施例中，具体可以为：根据方程

$c_k=N-{c_0}^{\′}-{c_1}^{\′}=N-N{(1-\frac{1}{N})}^n-n{(1-\frac{1}{N})}^{n-1}\≈N-N{e}^{-\frac{n}{N}}-n{e}^{-\frac{n}{N}}$

估算所述发生响应的电子标签数n。

在一实施例中，在所述帧长只能以2的整数次幂设定时，所述计算模块根据上述概率估算理论，可以预先估算划分好5个区间，依次为(0，0.10]，(0.10，0.40]，(0.40，0.80]，(0.80，0.97]，(0.97，+∞)；每个区间对应的发生响应的估计电子标签数n与帧长N的比值n/N依次为n/N≤1/2，n/N≈1，n/N≈2，n/N≈4，n/N≥8。当所述比值c_k/N在区间(0，0.10]内时，所述比值n/N≤1/2；当所述比值c_k/N在区间(0.10，0.40]内时，所述比值n/N≈1；当所述比值c_k/N在区间(0.40，0.80]内时，所述比值n/N≈2；当所述比值c_k/N在区间(0.80，0.97]内时，所述比值n/N≈4；当所述比值c_k/N在区间(0.97，+∞)时，所述比值n/N≥8。所述计算模块可以根据c_k/N所在的区间去确定出n/N的值。需要说明的是，该划分的区间数及各个区间对应的n/N的值，在实际应用中可以根据需要来修改，在此只是列举一个具体的实施例。在一实施例中，还可以用存储模块来存储该划分区间及对应的n/N的值，计算模块可以根据实际中c_k/N的值从存储模块中调出相应的n/N的值，进一步的可以估算出n的值。

设定模块根据所述待识别的电子标签数n′重新设定帧长，在一实施例中，具体可以为：将所述重新设定的帧长设定为n′，或者当所述帧长以2的整数次幂设定时，所述重新设定的帧长接近于n′，帧长可以大于或等于或小于待识别的标签数，但要接近待识别的标签数。

参照上述工作原理，RFID系统识别电子标签的方法的具体实施如下：

假设有n个电子标签进入到射频场中待识别，系统的最大帧长值设定为256。

第一帧：阅读器设初始帧长N＝256，对n个电子标签进行响应，统计一帧内的空时隙数c₀，有一个电子标签响应的时隙数c₁和有两个以上电子标签同时响应即发生碰撞的时隙数c_k并记录：c₀＝97；c₁＝92；c_k＝65，即第一帧正确识别出92个电子标签；又因为c_k/N＝65/256＝0.25，根据分区段估计n*/N≈1，故射频场中大约有n*＝256个电子标签，待识别电子标签数n′＝n*-c₁＝164，考虑到EPC G2标准中实际帧长值只能设为2的整数次幂，故取第二帧的时隙数N＝128，最接近于164。

第二帧：帧长N＝128，响应待识别的大约164个电子标签，统计c₀，c₁和c_k并记录：c₀＝36；c₁＝49；c_k＝43，即第二帧正确识别出49个电子标签，又因为c_k/N＝43/128＝0.34，根据分区段估计n*/N≈1，故此时射频场中大约有n*＝128个电子标签，待识别电子标签数n′＝n*-c₁＝128-49＝79；考虑到EPC G2标准中实际帧长值只能设为2的整数次幂，故取第三帧的时隙数N＝64。

第三帧：帧长N＝64，响应待识别的大约79个电子标签，统计c₀，c₁和c_k并记录：c₀＝17；c₁＝24；c_k＝23，即第三帧正确识别出24个电子标签，又因为c_k/N＝23/64＝0.36，根据分区段估计n*/N≈1，故此时射频场中大约有n*＝64个电子标签，待识别电子标签数n′＝n*-c₁＝64-24＝40；考虑到EPC G2标准中实际帧长值只能设为2的整数次幂，故取第四帧的时隙数N＝32。

第四帧：帧长N＝32，响应待识别的大约40个电子标签，统计c₀，c₁和c_k并记录：c₀＝9；c₁＝10；c_k＝13，即第四帧正确识别出10个电子标签，又因为c_k/N＝13/32＝0.41，根据分区段估计n*/N≈2，故此时射频场中大约有n*＝64个电子标签，待识别电子标签数n′＝n*-c₁＝64-10＝54；考虑到EPC G2标准中实际帧长值只能设为2的整数次幂，故取第五帧的时隙数N＝64。

第五帧：帧长N＝64，响应待识别的大约54个电子标签，统计c₀，c₁和c_k并记录：c₀＝23；c₁＝31；c_k＝10，即第五帧正确识别出31个电子标签，又因为c_k/N＝10/64＝0.17，根据分区段估计n*/N≈1，故此时射频场中大约有n*＝64个电子标签，待识别电子标签数n′＝n*-c₁＝64-31＝33；考虑到EPC G2标准中实际帧长值只能设为2的整数次幂，故取第六帧的时隙数N＝32。

第六帧：帧长N＝32，响应待识别的大约33个电子标签，统计c₀，c₁和c_k并记录：c₀＝10；c₁＝14；c_k＝8，即第六帧正确识别出14个电子标签，又因为c_k/N＝8/32＝0.25，根据分区段估计n*/N≈1，故此时射频场中大约有n*＝32个电子标签，待识别电子标签数n′＝n*-c₁＝32-14＝18；考虑到EPC G2标准中实际帧长值只能设为2的整数次幂，故取第七帧的时隙数N＝16。

第七帧：帧长N＝16，响应待识别的大约18个电子标签，统计c₀，c₁和c_k并记录：c₀＝6；c₁＝5；c_k＝5，即第七帧正确识别出5个电子标签，又因为c_k/N＝5/16＝0.31，根据分区段估计n*/N≈1，故此时射频场中大约有n*＝16个电子标签，待识别电子标签数n′＝n*-c₁＝16-5＝11；考虑到EPCG2标准中实际帧长值只能设为2的整数次幂，故取第八帧的时隙数N＝8。

第八帧：帧长N＝8，响应待识别的大约11个电子标签，统计c₀，c₁和c_k并记录：c₀＝3；c₁＝2；c_k＝3，即第八帧正确识别出2个电子标签，又因为c_k/N＝3/8＝0.375，根据分区段估计n*/N≈1，故此时射频场中大约有n*＝8个电子标签，待识别电子标签数n′＝n*-c₁＝8-2＝6；考虑到EPC G2标准中实际帧长值只能设为2的整数次幂，故取第九帧的时隙数N＝8。

第九帧：帧长N＝8，响应待识别的大约6个电子标签，统计c₀，c₁和c_k并记录：c₀＝2；c₁＝4；c_k＝2，即第九帧正确识别出4个电子标签，又因为c_k/N＝2/8＝0.25，根据分区段估计n*/N≈1，故此时射频场中大约有n*＝8个电子标签，待识别电子标签数n′＝n*-c₁＝8-4＝4；考虑到EPC G2标准中实际帧长值只能设为2的整数次幂，故取第十帧的时隙数N＝4。

第十帧：帧长N＝4，响应待识别的大约4个电子标签，统计c₀，c₁和c_k并记录：c₀＝1；c₁＝2；c_k＝1，即第十帧正确识别出2个电子标签，又因为c_k/N＝1/4＝0.25，根据图1分区段估计n*/N≈1，故此时射频场中大约有n*＝4个电子标签，待识别电子标签数n′＝n*-c₁＝4-2＝2；考虑到EPC G2标准中实际帧长值只能设为2的整数次幂，故取第十一帧的时隙数N＝2。

第十一帧：帧长N＝2，响应待识别的大约2个电子标签，统计c₀，c₁和c_k并记录：c₀＝1；c₁＝0；c_k＝1，即第十一帧正确识别出0个电子标签，又因为c_k/N＝1/2＝0.5，根据分区段估计n*/N≈2，故此时射频场中大约有n*＝4个电子标签，待识别电子标签数n′＝n*-c₁＝4-0＝4；考虑到EPC G2标准中实际帧长值只能设为2的整数次幂，故取第十二帧的时隙数N＝4。

第十二帧：帧长N＝4，响应待识别的大约4个电子标签，统计c₀，c₁和c_k并记录：c₀＝1；c₁＝2；c_k＝1，即第十二帧正确识别出2个电子标签，又因为c_k/N＝1/4＝0.25，根据图1分区段估计n*/N≈1，故此时射频场中大约有n*＝4个电子标签，待识别电子标签数n′＝n*-c₁＝4-2＝2；考虑到EPC G2标准中实际帧长值只能设为2的整数次幂，故取第十三帧的时隙数N＝2。

第十三帧：帧长N＝2，统计c₀，c₁和c_k并记录：c₀＝0；c₁＝2；c_k＝0，即第十三帧正确识别出2个电子标签，又因为c_k＝0，故无待识别的电子标签了，即所有电子标签都识别完毕。

最后，可以统计出在射频场中的实际电子标签数n＝所有帧正确识别的电子标签数之和＝233。识别完所有电子标签所用时隙数为612。

需要说明的是，上述是按EPC G2标准中实际帧长值只能设为2的整数次幂来设定帧长，如果要进一步的提高电子标签的识别效率，实际帧长值可以不按2的整数次幂来设定，直接设定时使得其和待识别的电子标签数相等，这样电子标签的识别效率达到最大，系统所需的时隙数也最少，充分利用了帧资源。

若进入射频场中的电子标签数超过系统的最大值256，在实现时要采用分组的方法。以下用一具体实施例进行说明。

假设在有n个电子标签进入到射频场中待识别，最大帧长值是256，设初始帧长N＝256，在第一帧响应电子标签时，统计一帧内的空时隙数c₀，有一个电子标签响应的时隙数c₁和有两个以上电子标签同时响应即发生碰撞的时隙数c_k并记录：c₀＝7；c₁＝26；c_k＝223；又因为c_k/N＝223/256＝0.87，根据分区段估计n*/N≈4，故射频场中大约有n*＝1024个电子标签，待识别电子标签数n′＝n*-c₁＝998，考虑到EPC G2标准中实际帧长值只能设为2的整数次幂且最大值为256，故将这些待识别电子标签进行分组识别，每一组的电子标签个数为256，共分为4组。分组数确定后，对电子标签进行逐组识别，方法与上述方法相同。最后将各组识别的电子标签数相加就是实际电子标签数目，总的时隙数为各组识别完每组电子标签所用时隙数之和。

综上所述，本发明的方法及系统，根据每个标签选择时隙的概率原理估计出发生响应的电子标签数，再估算出待识别的电子标签数n′，并根据该待识别的电子标签数n′重新设定帧长N，使后续识别过程中设定的帧长值尽量与待识别电子标签数n′接近甚至相等，使得电子标签的识别效率达到尽可能的最大，有效的利用了帧资源且提高了系统的识别效率，尤其在电子标签数目比较多的情况下识别效率较高(可接近理论上的最大值)。且本发明的RFID系统识别电子标签的方法易于实现，尤其适合电子标签数目比较多的情况下，较好的解决多个电子标签识别时的冲突问题。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (12)

1、一种RFID系统识别电子标签的方法，其特征在于，包括步骤：

步骤一、在设定的帧长N内识别电子标签，统计在一个时隙内有至少两个以上的电子标签响应的时隙数c_k和在一个时隙内有一个电子标签响应的时隙数c₁；如果c_k＝0，则电子标签识别结束；否则执行步骤二；

步骤二、根据电子标签选择时隙的概率原理用在识别所述帧长N内的电子标签时发生响应的电子标签数n及所述帧长N表示在一个时隙内有一个电子标签响应的时隙数的数学期望值c₁′及在一个时隙内没有电子标签响应的空时隙数的数学期望值c₀′；

步骤三、根据c_k＝N-c₀′-c₁′估算所述发生响应的电子标签数n；并由所述发生响应的电子标签数n和所述时隙数c₁确定待识别的电子标签数n′；

步骤四、根据所述待识别的电子标签数n′重新设定帧长，之后执行步骤一。

2、根据权利要求1所述的RFID系统识别电子标签的方法，其特征在于：在步骤三之后、步骤四之前还包括步骤：判断所述待识别的电子标签数n′的大小，如果所述n′大于所述RFID系统设置的最大帧长，则对所述待识别的电子标签进行分组；

步骤四具体为：根据分组后每组的电子标签数分别设定帧长，之后每组分别执行步骤一。

3、根据权利要求1所述的RFID系统识别电子标签的方法，其特征在于：步骤三中，根据c_k＝N-c₀′-c₁′估算所述发生响应的电子标签数n，具体为：根据

$c_k=N-{c_0}^{\′}-{c_1}^{\′}=N-N{(1-\frac{1}{N})}^n-n{(1-\frac{1}{N})}^{n-1}\≈N-{\mathrm{Ne}}^{-\frac{n}{N}}-{\mathrm{ne}}^{-\frac{n}{N}}$

估算所述发生响应的电子标签数n。

4、根据权利要求1所述的RFID系统识别电子标签的方法，其特征在于：步骤四中，根据所述待识别的电子标签数n′重新设定帧长，具体为：所述重新设定的帧长＝n′，或者当所述帧长以2的整数次幂设定时，所述重新设定的帧长接近于n′。

5、根据权利要求2所述的RFID系统识别电子标签的方法，其特征在于：所述待识别的电子标签按电子标签的产品电子代码的最后m位标识码进行分组，该最后m位标识码相同的电子标签分为一组，其中m为整数。

6、根据权利要求3所述的RFID系统识别电子标签的方法，其特征在于：当所述帧长是以2的整数次幂设定时，步骤三中，根据c_k＝N-c₀′-c₁′估算所述发生响应的电子标签数n，具体包括：

将

的值划分为五个区间，依次为(0，0.10]，(0.10，0.40]，(0.40，0.80]，(0.80，0.97]，(0.97，+∞)；

每个区间对应的发生响应的电子标签数n与帧长N的比值

依次为，

$\frac{n}{N}\≤1/2,$ $\frac{n}{N}\≈1,$ $\frac{n}{N}\≈2,$ $\frac{n}{N}\≈4,$ $\frac{n}{N}\≥8;$

根据

值所在的区间确定

值，并估算出发生响应的电子标签数n。

7、一种RFID系统，包括阅读器，其特征在于：所述阅读器包括处理模块、计算模块和设定模块；

处理模块，在当前设定的帧长N内识别电子标签，统计在一个时隙内有两个以上的电子标签同时响应的时隙数c_k及在一个时隙内有一个电子标签响应的时隙数c₁；判断c_k值是否等于0，如果c_k＝0，则电子标签识别完毕；否则，将当前帧长N、时隙数c₁和时隙数c_k输出到计算模块；

计算模块，与所述处理模块的输出端连接，根据每个标签选择时隙的概率原理用发生响应的电子标签数n和所述当前帧长N表示在一个时隙内有一个电子标签响应的时隙数的数学期望值c₁′及在一个时隙内没有电子标签响应的空时隙数的数学期望值c₀′；再根据c_k＝N-c₀′-c₁′估算所述发生响应的电子标签数n；之后由所述发生响应的电子标签数n和所述时隙数c₁确定待识别的电子标签数n′，将所述待识别的电子标签数n′输出到设定模块；

设定模块，与所述计算模块的输出端连接，用于根据待识别的电子标签数n′重新设定帧长；并通知所述处理模块识别所述待识别的电子标签。

8、根据权利要求7所述的RFID系统，其特征在于：所述阅读器还包括分组模块，连接在所述计算模块与所述设定模块之间，用于判断所述待识别的电子标签数n′，当n′大于RFID系统的最大帧长值时，对所述待识别的电子标签进行分组；并将分组后每组的电子标签数输出到所述设定模块；由所述设定模块根据每组的电子标签数分别设定各组的帧长，并通知所述处理模块分别识别各组的电子标签。

9、根据权利要求7所述的RFID系统，其特征在于：所述计算模块根据c_k＝N-c₀′-c₁′估算所述发生响应的电子标签数n，具体为：根据

$c_k=N-{c_0}^{\′}-{c_1}^{\′}=N-N{(1-\frac{1}{N})}^n-n{(1-\frac{1}{N})}^{n-1}\≈N-{\mathrm{Ne}}^{-\frac{n}{N}}-{\mathrm{ne}}^{-\frac{n}{N}}$

估算所述发生响应的电子标签数n。

10、根据权利要求7所述的RFID系统，其特征在于：所述设定模块根据所述待识别的电子标签数n′重新设定帧长，具体为：将所述重新设定的帧长设定为n′，或者当所述帧长以2的整数次幂设定时，所述重新设定的帧长接近于n′。

11、根据权利要求8所述的RFID系统，其特征在于：所述分组模块对所述待识别的电子标签进行分组，具体包括：按待识别的电子标签的产品电子代码的最后m位标识码进行分组，将该最后m位标识码相同的电子标签分为一组，其中m为整数。

12、根据权利要求7所述的RFID系统，其特征在于：当所述帧长是以2的整数次幂设定时，所述计算模块根据c_k＝N-c₀′-c₁′估算在响应电子标签时发生响应的电子标签数n，具体包括：

将

的值划分为五个区间，依次为(0，0.10]，(0.10，0.40]，(0.40，0.80]，(0.80，0.97]，(0.97，+∞)；

每个区间对应的发生响应的电子标签数n与帧长N的比值

依次为，

$\frac{n}{N}\≤1/2,$ $\frac{n}{N}\≈1,$ $\frac{n}{N}\≈2,$ $\frac{n}{N}\≈4,$ $\frac{n}{N}\≥8;$

根据

值所在的区间确定

值，并估算出所述发生响应的电子标签数n。

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