CN101609498A - 射频识别网络的多标签识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于射频识别的快速标签识别方法。其实现步骤为：阅读器初始化完毕，对有效场区内的标签进行选择；阅读器发送标签接入指令或重传指令，开始接收标签；标签依据接入指令中的信息，以一定的概率回复；阅读器接收标签回复信息并对其进行处理，若阅读器正确接收标签回复信息，或收到信息为空时，转入下一时隙的接收，更新接入指令中的标签回复概率信息和标签回复确认信息并发送标签接入指令；若阅读器在预定时隙检测到多标签冲突，选择在该时隙发送重传指令或转入下一时隙接收标签，当阅读器发送接入指令后，不再有标签回复时，结束识别过程。本发明可提高射频识别网络中多标签的识别效率，可用于仓储管理、物流及零售业等领域。

Description

射频识别网络的多标签识别方法

技术领域

本发明属于无线通信领域，涉及射频识别网络，特别是射频网络的多标签识别方法，用于仓储管理、物流及零售业等领域。

发明背景

射频识别RFID技术是在射频频段进行通信的一种无线通信技术。在射频识别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。当多个阅读器组成通信网络与有效场区内的标签进行通信时，便组成了RFID网络。RFID网络广泛应用于较大规模的仓储管理、物流及零售业。通常多个阅读器之间需要相互协作或竞争以获取共享的无线信道；当阅读器获得信道时，便可以允许其有效场内的多个标签接入阅读器。而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，同样需要采取一定的机制避免碰撞或减少碰撞。

当阅读器与多个标签之间进行通信时，为了快速有效的接入标签，在现行的国际标准ISO/IEC 18000-6中，采用了ALOHA和Binary Tree的方法解决碰撞。其中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每个时隙内重新发送，直至所有标签全部接入阅读器。这种方法所能达到的理论的系统吞吐量为0.368，对于大规模的标签清点，在接入效率上仍显的不足，导致标签清点识别过程缓慢。

发明内容

本发明目的在于克服上述ISO/IEC 18000-6中基于ALOHA的多标签接入方法效率低的问题，提出一种接入效率高的射频识别网络多标签识别方法，以加快射频识别网络中多标签的识别过程。

本发明提出多标签识别方法的具体实现步骤包括如下：

(1)阅读器初始化完毕，对有效场区内的标签进行选择；

(2)阅读器发送标签接入指令或重传指令，并开始接收标签；

(3)标签依据接入指令或重传指令中的信息对阅读器进行回复；

(4)阅读器对接收到的标签回复信息进行判断：若阅读器正确接收标签回复信息，或收到信息为空时，转入下一时隙的接收，更新接入指令中的信息，重复步骤(2)；若阅读器在当前时隙检测到多标签冲突，根据冲突标签的数目选择在该时隙发送重传指令；若冲突标签的数目小于或等于设定阈值，则选择在该时隙发送重传指令，否则不发送；当阅读器选择发送重传指令时，更新重传指令中的信息，重复步骤(2)，使当前时隙中发生碰撞的标签重新发送数据帧；若阅读器不发送重传指令，转入下一时隙的接收，更新接入指令中的信息，重复步骤(2)；

(5)当阅读器发送接入指令或重传指令后，不再有标签回复时，结束标签识别过程。

本发明由于阅读器对在当前时隙检测到的多个冲突标签可选择进行重传，并对重传指令中的标签回复概率信息进行有效更新，从而使得冲突的标签获得高的接入效率。同时由于本发明在整个多标签的接入过程中，多次使用重传指令对冲突标签进行接入，所以，有效地提高了射频识别网络中多标签接入效率。

附图说明

图1本发明的多标签识别过程流程图；

图2本发明涉及的标签回复数据帧结构示意图

图3本发明的标签接入过程示意图

具体实施方式

参照图1，本发明的多标签的识别过程如下：

步骤1，阅读器上电，并进行参数初始化。

步骤2，阅读器对有效场区内的标签进行选择。

阅读器发送选择指令，标签收到选择指令后，与指令中的条件信息进行匹配，满足选择条件的标签进入标签接入过程，并响应与标签接入相关的指令。

步骤3，阅读器发送标签接入指令或重传指令，开始接收标签。

标签接入指令中至少包含标签回复概率信息和对标签回复的确认信息，首次发送和发生标签回复冲突时，该信息为空。

重传指令使当前时隙中碰撞标签重新发送，其参数信息中至少包含标签回复概率信息和对标签回复的确认信息，在一个时隙中首次发送和发生标签回复冲突时，该参数信息为空。重传指令可以连续多次发送。

步骤4，标签依据接入指令或重传指令中的信息进行回复。

标签依据接入指令或重传指令中的信息对阅读器进行回复，是指标签利用接入指令或重传指令中的回复概率信息进行回复，就是以此概率在阅读器预先约定的时隙进行回复。具体实现是：设定p为回复概率，若阅读器设定时隙数为0回复，则标签在0～1/p之间选择一个随机整数，若为0，则对阅读器进行回复；

步骤5，阅读器在预定的时间区间或时隙内，接收标签回复信息并对其进行处理。

阅读器对收到信息的处理是指，检测回复标签信息是否有冲突并记录冲突标签的个数。其中冲突检测是通过前导随机脉冲冲突检测的方法实现，这种前导随机脉冲冲突检测的方法已在此之前申请专利，涉及的标签回复数据的帧结构如图2所示。这种检测方法的原理是：在数据帧的前导区内加入了随机脉冲突发区；该区域被再次分为若干子时间区间，欲发送的标签其中随机选取一个，并产生一个高电平的突发脉冲，脉冲突发区的其余时间为低电平。当一个时隙开始时，所有回复标签同步发送数据帧，阅读器端在预定的时间窗内检测突发脉冲，并记录个数，从而确定当前时隙中碰撞标签的个数。在理想同步情况和理想信道环境下，除了脉冲重叠的情况，以脉冲个数代表该时隙回复标签的个数。

步骤6，若阅读器在预定时隙正确接收标签回复信息，转入下一时隙的接收，并更新接入指令或重传指令的信息，即标签回复概率信息和标签回复确认信息，阅读器发送标签接入指令或重传指令，即重复步骤3。

上述标签回复概率信息的更新是依据阅读器对接收到的回复信息的判断结果来调整，具体做法是：

在标签接入过程中，设对标签数目估计的初始值为n₀，在第i个时隙的估计值为n_i，i≥0，且为整数；n_i≥0，且为整数；标签在第i个逻辑时隙的回复概率为p_i，则

$p_{i+1}=\frac{1}{n_{i+1}}---\left(1\right)$

其中， $p_1=\frac{1}{n_0}.$

步骤7，当阅读器收到信息为空时，即无标签回复，转入下一时隙的标签接入即重复步骤3。

步骤8，若阅读器在预定时隙检测到多标签冲突，选择在该时隙发送重传指令，或转入下一时隙接收标签。

选择在一定条件下发送重传指令或转入下一时隙接收标签的条件为：设定一个阈值N_ih，在时隙i检测到冲突的标签数目为c_i，若c_i≤N_ih，则选择在该时隙发送重传指令，否则，转入下一时隙接收标签。

标签依据重传指令中的信息对阅读器进行回复，是指标签根据重传指令中的回复概率信息利用下式生成回复时隙数：

$\mathrm{PN}=\mathrm{round}\left(f_p{{\mathrm{Rn}}^i}_j\right)---\left(2\right)$

式中，PN表示标签生成的回复时隙数，“round”为一个实现四舍五入取整功能的函数，nⁱ _j为第i个逻辑时隙的第j个逻辑子时隙的标签数目的估计值，R为0～1的随机实数，f_p为概率修正因子，为正实数。

若该时隙数为阅读器预先约定的时隙，则标签对阅读器进行回复；

若阅读器检测多标签冲突时，并选择转入下一时隙接收。同时更新指令信息并发送标签接入指令，即重复步骤3。

参照图3，本发明的识别方法可用一个具体事例进一步说明如下：

假设阅读器设定时隙数为0的标签回复，阅读器上电完成初始化并选择后，有4个标签参与清点，但对于阅读器标签数目是未知的。其过程是：

(1)阅读器发送标签接入指令，开始接收标签。设指令中的标签数目估计的初始值n₀是8，由式(1)可得标签收到指令后以p₁为1/8的概率回复。

n_i的估计可以采用以下方法得到：

在第i个时隙检测到的回复标签的个数为r_i，其初始值r₀＝0，则

n_i+1＝n_i+r_i                                    (3)

其中，

r_i＝g_i+e_i+s_i                                   (4)

式(3)中，g_i为第i个时隙中碰撞的标签数，g_i≥2，且为整数；e_i表示第i个时隙中是否回复标签数为0；若为0，e_i取值为-1，否则为0；s_i表示第i个时隙中是否有标签成功接入；若成功，s_i取值为-1，否则为0。

(2)阅读器在第一个时隙收到一个标签的回复，即s₁为-1，e₁为0，g₁为0，标签成功接入。阅读器转入下一个时隙的接收，即重新发送标签接入指令。由式(3)和(4)可知，此时标签数目估计值n₂为7，由式(1)可得标签收到后以p₂为1/7概率回复。

(3)阅读器在第2个时隙收到为空，即无标签回复，转入下一个时隙的接收。阅读器重新发送标签接入指令。此时，s₂为0，e₂为-1，g₂为0；由式(3)和式(4)可得标签数目估计值n₃为6，由式(1)可得标签以p₃为1/6概率回复。

(4)阅读器在第3个时隙，检测到3个标签在回复，即s₃为0，e₃为0，g₃为3。此时若选择在下一个时隙继续接收，则由式(3)和式(4)可得标签数目估计值n₄更新为9，由式(1)可得标签在第四时隙以p₄为1/9回复，后续时隙按照本发明给出的更新方法依次类推。

(5)若阅读器在第三时隙选择继续接收，设定阈值为6，由脉冲估计方法可知，该时隙中参与的标签数n₀ ³为3；所以发送重传指令。冲突的标签被重新接入的过程如下：

(5a)在第1个子时隙，标签收到重传指令后，由式(2)可生成标签回复的时隙数。A和B分别利用公式(2)生成了时隙数0，这里记数从0开始，设定fp＝0.6，因此，有2个标签A、B碰撞；

(5b)在第2个子时隙，阅读器发送重传指令，在该子时隙，阅读器接收为空，即无标签回复；

(5c)在第3个子时隙，阅读器发送重传指令，标签A通过公式(2)生成时隙数0，因此回复，并成功接收；

(5d)在第4子时隙，阅读器发送重传指令，在该子时隙，阅读器接收为空，即无标签回复。

(5e)在第5个子时隙，阅读器发送重传指令，标签B、C通过公式(2)生成时隙数0，在该时隙有两个标签B、C回复，发生碰撞。

(5f)在第6个子时隙，阅读器发送重传指令，标签B通过公式(2)生成时隙数0，一个标签B回复，并成功接收。

(5g)在第7个子时隙，阅读器发送重传指令，标签C通过公式(2)生成时隙数0，一个标签C回复，并成功接收。

这样通过7个子时隙的继续接入，完成了对碰撞的3个标签的接入，其效率为3/7。对于总体的4个标签，共使用10个时隙完成接入，其效率为4/10，大于时隙ALOHA最大值1/e。

Claims (7)

1、一种射频识别网络的多标签识别方法，包括如下步骤：

(1)阅读器初始化完毕，对有效场区内的标签进行选择；

(2)阅读器发送标签接入指令或重传指令，并开始接收标签；

(3)标签依据接入指令或重传指令中的信息对阅读器进行回复；

(4)阅读器对接收到的标签回复信息进行判断：若阅读器正确接收标签回复信息，或收到信息为空时，转入下一时隙的接收，更新接入指令中的信息，重复步骤(2)；若阅读器在当前时隙检测到多标签冲突，根据冲突标签的数目选择在该时隙发送重传指令；若冲突标签的数目小于或等于设定阈值，则选择在该时隙发送重传指令，否则不发送；当阅读器选择发送重传指令时，更新重传指令中的信息，重复步骤(2)，使当前时隙中发生碰撞的标签重新发送数据帧；若阅读器不发送重传指令，转入下一时隙的接收，更新接入指令中的信息，重复步骤(2)；

(5)当阅读器发送接入指令或重传指令后，不再有标签回复时，结束标签识别过程。

2、根据权利要求1所述的多标签识别方法，其中步骤(2)所述的接入指令，至少包括标签回复概率信息和对标签回复的确认信息。

3、根据权利要求1所述的多标签识别方法，其中步骤(2)所述的重传指令，至少包括仅使得当前时隙中发生碰撞的标签响应的标签回复概率信息和对标签回复的确认信息。

4、根据权利要求1所述的多标签识别方法，其中步骤(4)涉及的阅读器发送重传指令，是通过单次或者连续多次方式发送。

5、根据权利要求1所述的多标签识别方法，其中步骤(4)所述的更新接入指令中的信息，是对接入指令中的标签回复概率信息按照公式 $p_{i+1}=\frac{1}{n_i},$ 进行更新，式中， $p_1=\frac{1}{n_0},$ n₀为标签接入过程中标签数目估计的初始值，n_i为第i个时隙的标签数目的估计值，n_i≥0且为整数，i≥0且为整数；p_i+1为标签在第i+1个时隙的回复概率。

6、根据权利要求1所述的多标签识别方法，其中步骤(4)所述的更新重传指令中的信息，是将重传指令中的标签回复概率信息，按照公式pⁱ _j+1＝1/nⁱ _j进行更新，

式中，nⁱ _j为第i个逻辑时隙的第j个逻辑子时隙的标签数目的估计值，该估计值通过公式 ${n^i}_j=r_j^i$ 得到，j为非负整数，r_j ⁱ为第i个逻辑时隙中第j个逻辑子时隙中检测到的回复标签的个数，pⁱ _j+1为第i个逻辑时隙中的第j+1个逻辑子时隙重传指令中的标签回复概率，当j＝0时， $p_1^i=1/n_0^i,$ $n_0^i=c_i,$ c_i为第i个逻辑时隙的碰撞标签数。

7、根据权利要求1所述的多标签识别方法，其中步骤(3)所涉及的标签依据重传指令中的信息对阅读器进行回复，是指标签根据重传指令中的回复概率信息利用公式PN＝round(f_pRnⁱ _j)生成回复时隙数，式中，PN表示标签生成的回复时隙数，“round”为一个实现四舍五入取整功能的函数，nⁱ _j为第i个逻辑时隙的第j个逻辑子时隙的标签数目的估计值，R为0～1的随机实数，f_p为概率修正因子，为正实数；若该时隙数为阅读器预先约定的时隙，则标签对阅读器进行回复，否则不回复。

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