CN101944171A

CN101944171A - 一种rfid阅读器的多标签识别方法

Info

Publication number: CN101944171A
Application number: CN 201010221127
Authority: CN
Inventors: 冷甦鹏; 叶景超; 杨坤; 段景山; 毛玉明
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2010-07-08
Filing date: 2010-07-08
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2030-07-08
Also published as: CN101944171B

Abstract

本发明涉及一种RFID阅读器的多标签识别方法。包括以下步骤：步骤1：读写器向标签群发送检测命令，标签收到检测命令后随机从时隙0到时隙(2^Q-1)的时隙序列中选择其中一个时隙编号，同时生成一个具有2^Q个比特位的二进制数据作为标签的时隙序列。步骤2：读写器收到标签发送的时隙序列后，检测标签的时隙序列的比特位冲突。步骤3：读写器根据非空闲时隙编号表项将开始识别标签，读写器按照时隙编号从小到大的顺序，依次发送询问命令Query(S₁)给标签群。本发明的有益效果是：本发明继承了二叉树算法识别率高的特点，在标签进行识别的过程中，结合了二叉树算法高识别精度和随机aloha算法快速识别的优势。

Description

一种RFID阅读器的多标签识别方法

技术领域

本发明属于射频识别(RFID，Radio Frequency Identification)技术领域，尤其涉及一种RFID阅读器对多个标签进行识别的方法。

背景技术

射频识别技术是自动识别技术的一种，它利用射频信号进行非接触双向通信以达到识别的目的。

典型的RFID系统主要包括两部分：标签(Tag)和读写器(Interrogator)。标签适用于对象身份识别，其主要模块集成在一个IC芯片中，芯片的内存用来存储相关数据。读写器主要由一个包含外接天线的RF射频模块和控制单元组成。读写器通过外接天线发射的射频信号与标签通信。标签接收到从读写器发射的信号后，通过反向散射(backscatter)的方式将相关数据发送给读写器，以达到双向通信的目的。当读写器作用范围内存在多个标签，如果同一时隙(Timeslot)有两个或两个以上的标签向读写器返回电子产品代码(EPC，Electronic Product Code)信息时，将产生冲突，称为标签冲突。解决这一冲突的方法称为标签识别的防碰撞算法。

防碰撞算法通常分为确定性算法和不确定性算法两种。不确定性算法中标签以不确定的随机方式响应读写器。确定性算法主要包括二叉树搜索算法。不确定性算法大都基于Aloha机制，包括时隙Aloha算法和帧时隙Aloha算法。

二叉树搜索算法由一个读写器和多个标签之间规定的一组命令来实现。二叉树搜索算法的思想是：从多个标签中以某种特定的方式依次选出单个的标签以实现标签的识别，该特定方式可以保证在一次识别周期内完全识别所有符合用户要求的标签。该算法的实现中使用了曼彻斯特编码，该编码可以在多标签同时响应时，译出错误码字，按比特位识别出碰撞，并根据碰撞的比特位置，重新搜索标签。传统的二叉树算法，需要传输的数据量大，传输时间长，影响了RFID系统的效率。

对传统的二叉树算法进行改进，可得到动态二叉树搜索算法。该算法把传输的数据分成两部分，收发双方各自传送其中一部分数据，可把传输的数据减小到一半，达到缩短传输时间的目的。国际标准化组织(ISO)和国际电工委员会(IEC)联合制订的ISO/IEC 18000-6B协议就是典型的一种动态二叉树搜索算法，该协议用于防碰撞算法中的主要命令包括初始化(Initialize)、选取(Select)、失败(Fail)、成功(Success)和读取(Read)等。该算法的优点是识别率高，在一定的误码率下无漏读产生，同时也提高了传输速度。缺点是当标签数量增加时，识别速度仍然会很慢，影响RFID系统的标签读取效率。

ISO/IEC 18000-6C标准事实上已经成为UHF RFID(超高频射频识别)技术领域的全球性的规范。目前已有超过十二种UHF RFID读写器和标签经过认证符合该标准，其中包括Intel公司研发的R1000超高频读写器。ISO/IEC18000-6C标准中的防碰撞算法采用典型的时隙Aloha算法。附图1所示为ISO/IEC 18000-6C的协议流程。其中Select、Query、ACK、NAK、QueryRep和QueryAdjust是读写器向标签发送的命令，RN16、EPC是标签对读写器相关命令的响应。标签在收到Query命令之后，根据Query命令携带的Q值，随机产生一个RN16序列，并把该RN16作为自己的时槽数(Slot Counter)。此后，标签每次收到QueryRep命令或者QueryAdjust命令，都将时槽数减一。时槽数减至0的标签将对QueryRep命令或者QueryAdjust命令作出响应，并把本标签的RN16发送给读写器。

ISO/IEC 18000-6C协议虽然可以在一个识别周期内随意改变时隙数，但系统中仍存在大量空闲时隙和碰撞时隙，这些时隙内不能正确识别标签，浪费了大量时间。如果能充分利用空闲时隙和碰撞时隙，则将加快标签的识别速度。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术标签识别速度慢的不足，提出了一种RFID阅读器的多标签识别方法。

为了实现上述目的，本发明提出了技术方案：一种RFID阅读器的多标签识别方法，应用于包含RFID阅读器和多个标签的RFID系统中，包括以下步骤：

步骤1：读写器向标签群发送检测命令，标签收到检测命令后随机从时隙0到时隙(2^Q-1)的时隙序列中选择其中一个时隙编号，同时生成一个具有2^Q个比特位的二进制数据作为标签的时隙序列，将所述时隙序列中与标签选取的时隙编号所对应的比特位置1，其余比特位置0，并将该时隙序列以曼彻斯特编码的形式传送给读写器，其中Q为自然数，满足2^Q大于或等于标签数量。

步骤2：读写器收到标签发送的时隙序列后，检测标签的时隙序列的比特位冲突，如果标签群的时隙序列的某个比特位的值全为0值时，则读写器可以检测该位为0，用0表示该时隙，把该比特位所对应的时隙作为空闲时隙；如果标签群的时隙序列的某个比特位既有1值又有0值时，则读写器将检测该位为乱码，把该比特位所对应的时隙作为非空闲时隙，用x表示该时隙；如果标签群的时隙序列的某个比特位的值全为1时，读写器将检测出该比特位全为1，同时也把该比特位所对应的时隙作为非空闲时隙，也用x表示该时隙；读写器将所有非空闲时隙组成一个非空闲时隙编号表项{S₁，S₂，S₃，...，S_i}，其中S表示非空闲时隙对应的编号，i的取值范围为小于或等于最大时隙编号的自然数。

步骤3：读写器根据非空闲时隙编号表项将开始识别标签，读写器按照时隙编号从小到大的顺序，依次发送询问命令Query(S₁)给标签群，所述询问命令包含了时隙编号S₁；收到询问命令的标签将比较自己的时隙编号与询问命令中的时隙编号S₁是否相等，如果标签自己的时隙编号等于S₁，则该标签向读写器响应发送自己的一个随机序列RN16；读写器如果检测到只有一个随机序列RN16，将启动对单个标签的读取过程，读写器如果检测到有两个或两个以上随机序列RN16，将启动二叉树搜索过程，逐个读取响应该时隙上的所有标签，然后读写器依次发送询问命令Query(S₂)、Query(S₃)、…、Query(S_t)，并在每个时隙上重复本步骤，直到遍历完所有的时隙编号之后，读写器就可以将所有的标签一一读取。

上述步骤3中二叉树搜索过程又包括以下步骤：

步骤31：读写器首先向标签群发送请求命令Request(EPC)，该命令同样带有先前的时隙编号，在时隙编号内的所有标签向读写器响应发送自己的EPC数据。

步骤32：读写器检测到多个EPC数据冲突，即收到两个或两个以上的标签向读写器发送EPC数据，读写器收到发生冲突的多个标签响应的EPC值之后，将对采用曼彻斯特编码的EPC值进行比特位的校验，根据曼彻斯特编码的性质，如果某比特位全为0，则可以检测出该比特位为0；如果某比特位全为1，则可以检测出该比特位为1；其它情况下，将检测出乱码，用y值表示乱码。然后读写器将y所在的最高比特位T置0，高于T的比特位保持不变，低于T的比特位全部置1，从而读写器生成用户身份证明(UID，User Identification)比特序列，读写器将UID比特序列以请求命令RequestRep(UID)的形式发送给标签群，同样RequestRep(UID)带有当前的时隙编号S_i，在时隙S_i内的标签收到请求命令RequestRep(UID)之后，首先比较标签的EPC值与UID的大小，如果EPC值小于或等于UID，则标签向读写器响应发送自己的EPC值，否则不响应。

步骤33：在读写器发送了请求命令RequestRep(UID)之后，如果接收到单个标签的EPC比特序列，则进入单个标签的识别；如果接收到多个EPC比特序列，则再次按照步骤32调整UID的值，并再次发送请求命令RequestRep(UID)，直到只有单个标签响应EPC请求命令，最后进行单个标签的识别并读取正确的EPC比特序列。

上述步骤33中单个标签的识别的具体过程是：读写器每正确读取一个EPC值后，将发送确认命令ACK(EPC)给该标签，并通知该标签转入休眠状态，然后重复发送请求命令Request(EPC)，如果读写器检测不到EPC比特序列，说明在该时隙内的标签已经被正确读取，则读写器调整S_i的值为S_i+1，从而进入下一个时隙编码的识别流程，直到将所有时隙编号内的全部标签一一读取。

本发明的有益效果是：本发明继承了二叉树算法识别率高的特点，在标签进行识别的过程中，结合了二叉树算法高识别精度和随机aloha算法快速识别的优势。具体表现在：(1)具有ISO/IEC 18000-6C算法的优点。在第一阶段，每个标签随机性的竞争每一个时隙，保证了每个标签的公平接入。故本发明充分吸收了时隙Aloha算法的简单，快速的特点。(2)避免了ISO/IEC 18000-6C算法的缺点。在ISO/IEC 18000-6C协议中，有大量的空闲时隙没有被标签选择，然而，读写器仍然在这些时隙内与标签群进行大量的命令交互，造成大量的资源浪费。本发明能够记录下每一个非空闲时隙，只在非空闲时隙内读取标签，完全忽略空闲时隙，从而大大提高了读取的速度。(3)提出了随机Aloha与二叉树搜索机制相结合的方法。在ISO/IEC 18000-6C的算法中，如果某个时隙出现了标签碰撞，将无法识别碰撞的所有标签，只有等到下一个周期才能重新选择。而本发明引入了二叉树搜索机制，能够把碰撞的标签一一读取，大大提高了一个周期内读取的个数。

附图说明

图1是现有技术中的随机aloha算法的核心协议流程图。

图2是本发明识别方法的主要步骤的流程图。

具体实施方式

图2是本发明识别方法的主要步骤的流程图。白色背景的框图代表读写器所做的动作；灰色背景的框图代表标签所做的动作。以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：

一种RFID阅读器的多标签识别方法，应用于包含RFID阅读器和多个标签的RFID系统中，本实施例中，我们假设在读写器射频区域(RF Field)内有5个标签，并且设定Q＝7，则时隙编号为0～(2⁷-1)，即为0～127，包括以下步骤：

步骤1：读写器向标签群发送检测命令Detect(7)，标签收到检测命令后，随机从时隙0到时隙(2^Q-1)的时隙序列中(本实施例中Q取值为7)，选择其中一个时隙编号k，同时生成一个具有2^Q个比特位的二进制数据作为标签的时隙序列，将所述时隙序列中与标签选取的时隙编号k对应的比特位置1，其余比特位置0，并将该时隙序列以曼彻斯特编码的形式传送给读写器，其中Q为自然数，满足2^Q大于或等于标签数量。

本实施例中，假定5个标签生成的时隙序列如表1所示，Tag1、Tag2、Tag3、Tag4和Tag5分别表示标签1、标签2、标签3、标签4和标签5。

Tag1 0 0 1 0 0 … 0 0 0

Tag2 0 0 0 1 0 … 0 0 0

Tag3 0 1 0 0 0 … 0 0 0

Tag4 0 0 1 0 0 … 0 0 0

Tag5 0 1 0 0 0 … 0 0 0

时隙检测 0 x x x 0 … 0 0 0

时隙编号 127 126 125 124 123 … 2 1 0

表1

步骤2：读写器检测标签的时隙序列的比特位是否发生冲突。标签群(Tag1、Tag2、Tag3、Tag4和Tag5)的时隙序列某个比特位的值全为0值时(如表1中的时隙编号0、时隙编号1、时隙编号2、时隙编号123和时隙编号127)，则读写器可以检测该位为0，用0表示该时隙，把该比特位所对应的时隙作为空闲时隙，没有标签选择该时隙；如果标签群的时隙序列中某个比特位既有1值又有0值时(如表1中时隙编号124、时隙编号125和时隙编号126)，则读写器将该比特位检测为乱码，把该比特位所对应的时隙作为非空闲时隙，用x表示该时隙，此时至少有一个标签选择了该时隙；如果时隙序列中某个比特位被所有标签置为为1时，读写器将检测出该比特位为1(但当Q值远大于标签个数时，这种情况发生的概率很小，故表中未示出)，也把该比特位所对应的时隙作为非空闲时隙，用x表示该时隙；读写器将所有非空闲时隙组成一个非空闲时隙编号表项{S₁，S₂，S₃，...，S_i}，其中S_i表示非空闲时隙对应的编号，i的取值范围为小于或等于最大时隙编号的自然数.本实施例中，Tag1选择了时隙125；Tag2选择了时隙124；Tag3选择了时隙126；Tag4选择了时隙125；Tag5选择了时隙126。其余的时隙没有被标签选中，因此对应的比特位全部为0。因此，读写器检测到时隙126，时隙125，时隙124为非空闲时隙(用x表示)，其余的时隙数全部检测为空闲时隙。然后，读写器将在一个读取周期内获得一个非空闲时隙编号表项{124，125，126}，所述时隙编号表项表示时隙124、时隙125和时隙126所对应的时隙为非空闲时隙。

步骤3：读写器根据非空闲时隙编号表项{124，125，126}开始识别标签，读写器按照时隙编号从小到大的顺序，依次发送询问命令Query(S_i)给标签群，第一次发送时S_i＝S₁，所述询问命令包含了非空闲时隙编号S₁，收到询问命令的标签比较本标签的时隙编号是否与询问命令中的非空闲时隙编号S₁相等，如果时隙编号相等，则向读写器响应自己的一个随机序列RN16；读写器如果检测到只有一个随机序列RN16，将启动对单个标签的读取过程；读写器如果检测到有两个或两个以上随机序列RN16，将启动二叉树搜索过程，逐个读取该时隙上的所有标签，然后读写器依次发送询问命令Query(S₂)、Query(S₃)、…，Query(S_i)，并在每个时隙上重复本步骤，当遍历完了所有的时隙编号之后，读写器就可以将所有的标签一一读取。下面进一步描述本步骤的具体过程，读写器发送Query(124)，此时S₁＝124，处于时隙编号为124的标签Tag2经过对比，判断出自己选择的时隙编号与询问命令中的非空闲时隙编号均等于124，因此随机产生一个随机序列RN16并发送给读写器，其余的标签因为时隙数不等于124，不做任何响应。读写器在检测到单个随机序列RN16之后，把该标签正确读取。接着读写器调整S_i＝125，此时有Tag1和Tag4分别向读写器响应一个RN16，读写器检测到随机序列RN16冲突，将启动二叉树搜索过程。本实施例中的二叉树搜索过程包括以下步骤：

步骤32：读写器检测到多个EPC数据冲突，即收到两个或两个以上的标签向读写器发送EPC数据，读写器收到发生冲突的多个标签响应的EPC值之后，将对采用曼彻斯特编码的EPC值进行比特位的校验，根据曼彻斯特编码的性质，如果某比特位全为0，则可以检测出该比特位为0；如果某比特位全为1，则可以检测出该比特位为1；其它情况下，将检测出乱码，用y值表示乱码。然后读写器将y所在的最高比特位T置0，高于T的比特位保持不变，低于T的比特位全部置1，从而读写器生成用户身份证明(UID，User Identification)比特序列，读写器将用户身份证明比特序列以请求命令RequestRep(UID)的形式发送给标签群，同样RequestRep(UID)带有当前的时隙编号S_i，在时隙S_i内的标签收到请求命令RequestRep(UID)之后，首先比较标签的EPC值与UID的大小，如果EPC值小于或等于UID，则标签向读写器响应发送自己的EPC值，否则不响应。

假设对应时隙编号125的Tag1和Tag4发送的EPC比特序列如表2所示：

Tag1 1 0 1 0 1 1 0

Tag4 1 0 1 0 0 1 1

检测结果 1 0 1 0 y 1 y

UID 1 0 1 0 0 1 1

表2

读写器把y所在的最高比特位(设高位位于表2的左侧)置为0，即表2中的比特位2，高于比特位2的所有比特保留原值，低于比特位2的比特全部置为1。按照本步骤的规则，生成一个UID比列序列，其具体值为1010011。读写器发送RequestRep(1010011)命令给标签群，同时该命令带有当前所处的时隙数125。在时隙125内的Tag1和Tag4比较EPC值与UID的大小关系。Tag1的EPC值1010110大于UID比特序列的值1010011，不做响应。Tag4的EPC值1010011处于小于或等于UID比特序列的值1010011的范围，故做响应将自己的EPC数值发送给读写器。此时，读写器检测到只有单个EPC值，故将Tag4正确的读取，Tag4转入休眠状态，在接下来的非空闲时隙中，它将不会有任何响应。

步骤33：在读写器发送了请求命令RequestRep(UID)之后，如果接收到单个标签的EPC比特序列，则进入单个标签的识别；如果接收到多个EPC比特序列，则再次按照步骤32调整UID的值，并发送请求命令RequestRep(UID)，直到只有单个标签响应EPC请求命令，最后进行单个标签的识别并读取正确的EPC比特序列。

在本实施例的具体实施过程中，完成时隙编号125对应的Tag4的EPC响应和读取后，读写器继续发送Request(EPC)，此时带有时隙编号125，发现没有任何标签响应。随即调整时隙编号S_i＝126，进入下一个非空闲时隙编号的识别流程，其过程按照步骤32进行。在读写器发送了Query(124)、Query(125)、Query(126)之后。所有的标签都都被正常的识别。

步骤33中单个标签识别的具体过程是：读写器每正确读取一个EPC值后，将发送确认命令ACK(EPC)命令给该标签，并通知该标签转入休眠状态，然后将重复发送请求命令Request(EPC)，如果读写器检测不到EPC比特序列，说明在该时隙内的标签已经被正确读取，读写器调整S_i的值为S_i+1，从而进入下一个时隙编码的识别流程，直到将所有时隙编号内的全部标签一一读取。本实施例中，在{S₁，S₂，S₃，...，S_t}＝{124，125，126}的前提下。读写器在时隙编号124检测到没有随机序列RN16冲突之后，读写器将进入单个标签识别阶段。此时，读写器再向标签群发送发送请求命令Request(EPC)，同时该命令带有当前的时隙编号124，只有Tag2响应自己的EPC比特序列。读写器检测到单个EPC比特序列，并将其正确识别之后，读写器向Tag2发送确认命令ACK，向Tag2确认其EPC已经被正确识别，并通知Tag2转入休眠状态。

读写器调整S_i的值为S_i+1＝125，读写器在时隙125检测到随机序列RN16冲突。读写在发送完Request(EPC)和RequestRep(1010011)之后，检测单个EPC比特序列，将其正确识别之后，随即发送确认命令ACK，向标签Tag4确认其EPC已被正确识别，同时通知Tag4转入休眠状态。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种RFID阅读器的多标签识别方法，应用于包含RFID阅读器和多个标签的RFID系统中，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种RFID阅读器的多标签识别方法，上述步骤3中二叉树搜索过程又包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种RFID阅读器的多标签识别方法，其特征在于，步骤33中单个标签的识别的具体过程是：读写器每正确读取一个EPC值后，将发送确认命令ACK(EPC)给该标签，并通知该标签转入休眠状态，然后重复发送请求命令Request(EPC)，如果读写器检测不到EPC比特序列，说明在该时隙内的标签已经被正确读取，则读写器调整S_i的值为S_i+1，从而进入下一个时隙编码的识别流程，直到将所有时隙编号内的全部标签一一读取。