CN101441699A - 一种用于射频识别的多标签防碰撞方法 - Google Patents

一种用于射频识别的多标签防碰撞方法 Download PDF

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Abstract

一种用于射频识别的多标签防碰撞方法，包含：(a)阅读器清点标签；(b)标签收到开始清点指令后，将计数器设置为0，回复阅读器；(c)若阅读器正确接收标签的回复信息，发送成功确认指令，正确回复信息的标签离开清点过程，未正确回复信息的标签计数器值减1；若阅读器错误接收标签回复信息，阅读器发送失败确认指令，计数器值不为0的标签，计数器值加1，计数器值为0的标签进行分裂；若阅读器未收到标签回复信息，且上一时隙错误接收标签回复信息，则阅读器向标签发送重新分裂指令，计数器值不为1的标签，计数器值保持不变，计数器值为1的标签进行分裂；(d)计数器值为0的标签回复阅读器，转入步骤(c)。本发明所述方法提高了多标签的清点效率。

Description

一种用于射频识别的多标签防碰撞方法
技术领域
本发明涉及无线通信领域，特别是射频识别(RFID)的多标签防碰撞方法。
背景技术
在RFID技术的应用中，通常情况下是一个阅读器对应多个电子标签。当多个标签同时接入阅读器时，就会发生碰撞，因而不能正确传送标签内的信息到阅读器。因此，需要采取一定的机制避免碰撞或减少碰撞。
在现行的国际标准ISO 18000-6中，采用了ALOHA算法和Binary Tree算法解决碰撞。
ALOHA的基本特征是，系统将标签回复的信道按时间划分为若干间隔(该间隔称为时隙)，并要求标签选择其中一个回复。在操作中，阅读器通过指令给每个标签一个发送概率(或者可选时隙的范围)，标签随机的选择并按时回复；若发生碰撞再重新选择并发送或者在随后的时隙内重新选择或发送，直至所有标签全部接入阅读器。
Binary Tree方法的基本特征是，每个标签有一个随机数发生器，生成0或1；每个标签有一个计数器，当计数器的值为0时，标签回复。其操作方法如图1所示，阅读器发送指令使所有标签开始回复，标签在收到指令后，首先由随机数发生器生成0或1，这样将要回复的标签分成两个子集(随机数为0和1)；随机数为0的标签立即回复，随机数为1的标签将计数器值设为1；若没有碰撞并回复成功，则阅读器发送指令确认，并使得其它标签计数器值减1；若没有返回信息，阅读器发送指令确认，所有标签计数器均减1，直到阅读器收到标签的返回信息；若标签碰撞，阅读器发送指令，使碰撞标签产生随机数进行分裂，其它标签计数器值加1；如此循环直到所有标签全部成功回复。
从上述防碰撞过程可以看出，当第一时隙为标签碰撞，阅读器使所有碰撞标签产生随机数；若第二时隙无信息返回，说明上一时隙的碰撞标签产生的随机数均为1。18000-6 TypeB的解决方案是使所有标签减1，非常明显的是第三时隙同样为碰撞，因为第一时隙为碰撞的标签，在此时隙依然为0标签；接着第四时隙，阅读器发送指令使所有碰撞标签重新产生随机数。可见，第三时隙的确认指令使全部标签计数器减1，浪费了一个时隙的清点过程。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于射频识别的多标签防碰撞方法，解决现有技术中多标签清点时隙的浪费问题，提高标签清点效率。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于射频识别的多标签防碰撞方法，包含如下步骤：
(101)阅读器发送清点开始指令；
(102)标签收到开始清点指令后，将计数器设置为0，发送标签信息给阅读器；
(103)若阅读器在规定的时隙上正确接收标签的回复信息，阅读器发送成功确认指令，进入下一时隙接收，转入步骤(104)；
若阅读器在规定的时隙上错误接收标签回复信息，阅读器发送失败确认指令，进入下一个时隙接收，转入步骤(105)；
若阅读器在规定的时隙上未收到标签回复信息，且上一时隙错误接收标签回复信息，则阅读器向标签发送重新分裂指令，进入下一个时隙接收，转入步骤(106)；
(104)标签收到成功确认指令时，正确回复信息的标签离开清点过程，未正确回复信息的标签计数器值减1，转入步骤(107)；
(105)标签收到失败确认指令时，计数器值不为0的标签，计数器值加1，计数器值为0的标签，分裂为两个子集，将其任一子集称为左分支标签，另一子集称为右分支标签，左分支标签计数器值保持不变，右分支标签计数器值加1，转入步骤(107)；
(106)标签收到重新分裂指令时，计数器值不为1的标签，计数器值保持不变，计数器值为1的标签，分裂为两个子集，将其任一子集称为左分支标签，另一子集称为右分支标签，左分支标签计数器值减1，右分支标签计数器值保持不变，转入步骤(107)；
(107)计数器值为0的标签回复阅读器，转入步骤(103)。
进一步地，上述方法还可具有以下特点，所述步骤(105)和步骤(106)中，所述标签分裂时，启动一随机数发生器，产生指定随机数的标签属于左分支标签或右分支标签。
进一步地，上述方法还可具有以下特点，所述标签启动随机数发生器，产生0的标签属于左分支标签，产生1的标签属于右分支标签。
进一步地，上述方法还可具有以下特点，所述步骤(103)中，若阅读器在规定的时隙上未收到标签回复信息，且上一时隙未收到标签回复信息或正确接收标签回复信息，发送成功确认指令，转入步骤(104)；进入下一时隙接收。
进一步地，上述方法还可具有以下特点，所述步骤(103)中，若阅读器在规定时隙上未收到标签回复信息，如果上一时隙发送的为重新分裂指令，则阅读器向标签发送重新分裂指令，转入步骤(106)，否则阅读器向标签发送成功确认指令，转入步骤(104)；进入下一时隙接收。
进一步地，上述方法还可具有以下特点，所述步骤(103)中，若阅读器在规定时隙上未收到标签回复信息，如果上一时隙发送的为重新分裂指令且已连续发送重新分裂指令次数N<n，n由系统或用户决定，则阅读器向标签发送重新分裂指令，转入步骤(106)，否则阅读器向标签发送成功确认指令，转入步骤(104)；进入下一时隙接收。
进一步地，上述方法还可具有以下特点，所述n值为2。
本发明所述的方法，优化了Binary Tree清点流程，提高了清点效率，节省了清点时间，使整个流程更加合理。
附图说明
图1是根据现有ISO18000-6多标签接入时阅读器与标签交互流程图；
图2是本发明实施例一多标签清点时阅读器与标签交互流程图；
图3是本发明实施例二多标签清点时阅读器与标签交互流程图；
图4是ISO18000-6与本发明应用实例一对比示意图。
图5是ISO18000-6与本发明应用实例二对比示意图。
具体实施方式
为了得到更高的标签接入效率，本发明对Binary Tree算法进行了有效改进。
采用本发明的方法进行射频识别多标签防碰撞的过程如下，如图2所示：
步骤S1、S2、S3，阅读器对处于有效射频场区域的标签进行选择。阅读器发送指令开始清点标签，并在规定的时隙上接收来自标签的信号。
其中，阅读器发送选择指令，所有标签收到选择指令后进行条件匹配，满足条件的标签进入清点过程。
步骤S4，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，发送标签信息给阅读器。
步骤S5，阅读器接收标签回复信息，分下述情况：
S5a，若阅读器在规定的时隙内正确接收标签的回复信息，阅读器向标签发送成功确认指令，并进入下一时隙接收，转入步骤S6a；
S5b，若阅读器在规定时隙中错误接收标签回复信息，则阅读器向标签发送失败确认指令，并进入下一个时隙接收，转入步骤S6b；
S5c，若阅读器在规定时隙上未收到标签回复信息，有三种可选的实施例，下面分别加以说明。
第一种，若阅读器在规定时隙上未收到标签回复信息，并且上一时隙错误接收标签回复信息，则阅读器向标签发送重新分裂指令，转入步骤S6c；否则阅读器向标签发送成功确认指令，即阅读器上一时隙未收到标签回复信息或正确接收标签回复信息时，阅读其向标签发送成功确认指令，转入步骤S6a；进入下一时隙接收；
第二种，若阅读器在规定时隙上未收到标签回复信息，并且上一时隙错误接收标签回复信息或发送的为重新分裂指令，则阅读器向标签发送重新分裂指令，转入步骤S6c；否则阅读器向标签发送成功确认指令，转入步骤S6a；进入下一时隙接收；
第三种，如图3所示，若阅读器在规定时隙上未收到标签回复信息，并且上一时隙错误接收标签回复信息或发送的为重新分裂指令(已连续发送的重新分裂指令次数N<n，允许连续发送的重新分裂指令的次数n可由系统或用户决定)，则阅读器向标签发送重新分裂指令，转入步骤S6c；否则阅读器向标签发送成功确认指令，转入步骤S6a；进入下一时隙接收；
优先的，n＝2，阅读器可连续发送两次重新分裂指令。即，如果阅读器连续发送两次重新分裂指令后，进入下一时隙接收仍为空，则阅读器向标签发送成功确认指令，使系统中所有标签计数器减1，并进入下一时隙接收，转入步骤S6a。
步骤S6a，当标签收到成功确认指令时，正确发送信息给阅读器的标签确认成功后离开接入过程，并不再响应与接入相关的指令，未正确发送信息的标签(即计数器值不为0的标签)，计数器减1，转入步骤S7；
步骤S6b，标签收到失败确认指令时，计数器值不为0的标签，计数器值加1；计数器值为0的标签进行分裂，启动随机数发生器，所有生成1的标签使计数器加1；所有生成为0的标签，计数器值保持不变(计数器值为0)，转入步骤S7；
步骤S6c，当标签收到重新分裂的指令时，计数器值不为1的标签，计数器值保持不变。计数器值为1的标签，启动随机数发生器。所有生成1的标签使计数器值保持不变；所有生成为0的标签，计数器值减1(变为0)，并立即回复标签信息，转入步骤S7；
步骤S7，计数器值为0的标签回复信息，转入步骤S4。
如图1和图2所示，本发明与ISO18000-6的方法相比，主要创新点在于：
1)本发明步骤S5c、S6c中，当接收为空且上一时隙接收错误信息时，阅读器向标签发送重新分裂的指令，使得标签端计数器为1的标签直接重新分裂，通过此发明将减少了一次碰撞；否则阅读器向标签发送成功确认指令，将所有标签的计数器值减1。而在ISO18000-6的方法中，如图1中的S11a、S12a，当接收为空且上一时隙接收错误信息时，阅读器发送成功确认指令，计数器为1的标签计数器减1，此刻标签将碰撞，阅读器收到错误信息，接着发送失败确认指令，使碰撞标签重新生成随机数继续分裂。可见原18000-6的方法中，通过两个时隙，标签才能生成随机数进行重新分裂，而本发明中，只经过一个时隙，标签就实现重新分裂。通过减少一个时隙的碰撞，优化了清点流程，提高了清点效率，缩短了清点时间。
2)本发明步骤S5c、S6c中，当接收为空且上一时隙发送的为重新分裂指令，则阅读器向标签发送重新分裂指令，使标签端计数器为1的标签再次重新分裂。重新分裂指令可连续发送，最多可连续发送的次数n可由系统或用户规定，优选地，阅读器最多连续发送两次重新分裂指令，若下一时隙仍接收为空，则阅读器向标签发送成功确认指令，使射频范围内的所有标签计数值减1，并进入下一时隙接收。
下面以两个应用实例来说明本发明的方法，同时与ISO18000-6中的方法进行对比。
图4是本发明应用实例一，给出了5个标签的清点过程，其中左半部分为ISO18000-6的清点过程，右半部分为本发明的清点过程。为本发明实施例的第一种实施方案的示意图，即当前时隙接收为空且上一时隙接收错误信息，则阅读器向标签发送重新分裂的指令，标签直接进行分裂。
对ISO18000-6的清点过程的简单描述是：
(1)时隙，初始化，标签计数器全0；
(2)时隙，00011，0回复；
(3)时隙，01122，0回复成功；
(4)时隙，计数器减1，为0011；
(5)时隙，碰撞，产生随机数，为1122；
(6)时隙，无回复，计数器减1，为0011；
(7)时隙，碰撞，产生随机数，为0122，0回复成功；
(8)时隙，计数器减1，为011；
(9)时隙，0回复成功，计数器减1，为00；
(10)时隙，碰撞，产生随机数，为01，0回复成功；
(11)0回复成功
用11个时隙清点5个标签。
本发明的方法清点过程简单描述是：
(1)时隙，初始化，标签计数器全0；
(2)时隙，00011，0回复；
(3)时隙，01122，0回复成功；
(4)时隙，计数器减1，为0011；
(5)时隙，碰撞，产生随机数，为1122；
(6)时隙，无回复，重新分裂，为0122，0回复成功；
(7)时隙，计数器减1，为011；
(8)时隙，0回复成功，计数器减1，为00；
(9)时隙，碰撞，产生随机数，为01，0回复成功；
(10)0回复成功
用10个时隙清点5个标签。
图5是本发明应用实例二，给出了5个标签的清点过程，其中左半部分为ISO18000-6的清点过程，右半部分为本发明的清点过程。为本发明实施例的第二种实施方案的示意图，即当前时隙接收为空且上一时隙接收错误信息或发送的为重新分裂指令，则阅读器向标签发送重新分裂的指令，标签直接进行分裂。
对ISO18000-6的清点过程的简单描述是：
(1)时隙，初始化，标签计数器全0；
(2)时隙，00011，0回复；
(3)时隙，01122，0回复成功；
(4)时隙，计数器减1，为0011；
(5)时隙，碰撞，产生随机数，为1122；
(6)时隙，无回复，计数器减1，为0011；
(7)时隙，碰撞，产生随机数，为1122；
(8)时隙，无回复，计数器减1，为0011；
(9)时隙，碰撞，产生随机数，为0122，0回复成功；
(10)时隙，计数器减1，为011；
(11)时隙，0回复成功，计数器减1，为00；
(12)时隙，碰撞，产生随机数，为01，0回复成功；
(13)0回复成功
用13个时隙清点5个标签。
本发明的方法清点过程简单描述是：
(1)时隙，初始化，标签计数器全0；
(2)时隙，00011，0回复；
(3)时隙，01122，0回复成功；
(4)时隙，计数器减1，为0011；
(5)时隙，碰撞，产生随机数，为1122；
(6)时隙，无回复，重新分裂，为1122；
(7)时隙，无回复，重新分裂，为0122，0回复成功；
(8)时隙，计数器减1，为011；
(9)时隙，0回复成功，计数器减1，为00；
(10)时隙，碰撞，产生随机数，为01，0回复成功；
(11)0回复成功
用11个时隙清点5个标签。
从图中可以看到：
1)对于5个标签的清点，在第一种情况下(图4)，ISO18000-6的方法用了11个时隙完成，而本发明的方法用了10个时隙完成；在第二种情况下(图5)，ISO18000-6的方法用了13个时隙完成，而本发明的方法用了11个时隙完成.均优于现有的二进制防碰撞方案。
2)当接收为空时，且上一时隙为错误接收，即在图4左半部分的ISO18000-6方法中第(5)个时隙后，首先通过SUCCESS指令使得计数器减1，得到时隙(6)的状态，而后发送标签信息，碰撞，得到时隙(7)的状态；而通过本发明的改进，发送重新分裂指令，直接由(5)到(7)，即图4右半部分的(5)、(6)，节省了一个时隙。
3)当接收为空时，且上一时隙发送重新分裂指令，则阅读器再次发送重新分裂指令。如图5左半部分的ISO18000-6方法的第(5)个时隙后，首先通过SUCCESS指令使得计数器减1，得到时隙(6)的状态，碰撞，得到时隙(7)的状态，无回复，计数减1，得到时隙(8)的状态，碰撞，而后继续产生随机数，得到时隙(9)的状态，成功回复标签信息；而通过本发明的改进，两次发送重新分裂指令，直接由(5)到(9)，即图5右半部分的(5)、(6)、(7)，节省了二个时隙。
本发明是对Binary Tree的有效改进。采用本发明的防碰撞方法可以使得标签回复次数减少，提高了多标签的接入效率，并且操作简单，同时增加了标签接入的可靠性。

Claims (7)

1、一种用于射频识别的多标签防碰撞方法，包含如下步骤：
(101)阅读器发送清点开始指令；
(102)标签收到开始清点指令后，将计数器设置为0，发送标签信息给阅读器；
(103)若阅读器在规定的时隙上正确接收标签的回复信息，阅读器发送成功确认指令，进入下一时隙接收，转入步骤(104)；
若阅读器在规定的时隙上错误接收标签回复信息，阅读器发送失败确认指令，进入下一个时隙接收，转入步骤(105)；
若阅读器在规定的时隙上未收到标签回复信息，且上一时隙错误接收标签回复信息，则阅读器向标签发送重新分裂指令，进入下一个时隙接收，转入步骤(106)；
(104)标签收到成功确认指令时，正确回复信息的标签离开清点过程，未正确回复信息的标签计数器值减1，转入步骤(107)；
(105)标签收到失败确认指令时，计数器值不为0的标签，计数器值加1，计数器值为0的标签，分裂为两个子集，将其任一子集称为左分支标签，另一子集称为右分支标签，左分支标签计数器值保持不变，右分支标签计数器值加1，转入步骤(107)；
(106)标签收到重新分裂指令时，计数器值不为1的标签，计数器值保持不变，计数器值为1的标签，分裂为两个子集，将其任一子集称为左分支标签，另一子集称为右分支标签，左分支标签计数器值减1，右分支标签计数器值保持不变，转入步骤(107)；
(107)计数器值为0的标签回复阅读器，转入步骤(103)。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(105)和步骤(106)中，所述标签分裂时，启动一随机数发生器，产生指定随机数的标签属于左分支标签或右分支标签。
3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述标签启动随机数发生器，产生0的标签属于左分支标签，产生1的标签属于右分支标签。
4、如权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，所述步骤(103)中，若阅读器在规定的时隙上未收到标签回复信息，且上一时隙未收到标签回复信息或正确接收标签回复信息，发送成功确认指令，转入步骤(104)；进入下一时隙接收。
5、如权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，所述步骤(103)中，若阅读器在规定时隙上未收到标签回复信息，如果上一时隙发送的为重新分裂指令，则阅读器向标签发送重新分裂指令，转入步骤(106)，否则阅读器向标签发送成功确认指令，转入步骤(104)；进入下一时隙接收。
6、如权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，所述步骤(103)中，若阅读器在规定时隙上未收到标签回复信息，如果上一时隙发送的为重新分裂指令且已连续发送重新分裂指令次数N<n，n由系统或用户决定，则阅读器向标签发送重新分裂指令，转入步骤(106)，否则阅读器向标签发送成功确认指令，转入步骤(104)；进入下一时隙接收。
7、如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述n值为2。
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