CN102073889B

CN102073889B - 一种混合式的多标签防碰撞方法

Info

Publication number: CN102073889B
Application number: CN2011100079772A
Authority: CN
Inventors: 李建成; 杨青; 庄钊文; 唐朝京; 王宏义; 许拔; 任天鹏
Original assignee: National University of Defense Technology
Current assignee: Tianjin Kunpeng Information Technology Co ltd
Priority date: 2011-01-14
Filing date: 2011-01-14
Publication date: 2012-08-01
Anticipated expiration: 2031-01-14
Also published as: CN102073889A

Abstract

本发明提供一种混合式的标签防碰撞方法，应用于射频识别系统中。其技术方案包括下述步骤：步骤1：读写器初始化随机分组参数；步骤2：读写器复位标签清点标志位并将标签随机分组；步骤3：读写器获取标签分组信息，在此步骤中，读写器判断是否存在单标签组，如果存在，跳到步骤4，如果不存在，将重新设置随机分组参数，并返回步骤2；步骤4：读写器清点所有单标签组中的标签；步骤5：读写器清点所有多标签组中的标签。本发明可减小射频识别系统的数据传输量，提高系统清点标签的效率。

Description

一种混合式的多标签防碰撞方法

技术领域

本发明属于射频识别通信技术领域，涉及一种射频识别系统中的多标签防碰撞方法。

背景技术

射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术是一种非接触式自动识别技术，读写器通过射频信号获取标签上存储的信息，进而对标签进行各种操作。

射频识别通信与其他典型的射频通信所面临的一个共同问题是，如何解决在同一个系统中多个设备之间同时通信的碰撞问题，对于射频识别通信来说，尤其是单个读写器与多个标签通信的碰撞问题。射频识别通信的特殊之处在于，限于成本和功耗的因素，标签只能够提供极为有限的资源用于实现防碰撞机制。目前，基于二叉树的搜索算法是一类有效的多标签防碰撞算法。

基于二叉树的搜索算法实现方式有如下两种：

(1)基于标签的ID(Identifier，标识符)号进行搜索。这种算法的基本特征是，读写器发送清点命令，清点命令让未识别的标签返回其ID号。读写器根据标签返回的信息进行判断，如果没有发生碰撞，则成功清点一个标签；如果发生碰撞，读写器根据发生碰撞的具体位置减小搜索范围，直到只有一个标签返回。如此循环，直到所有标签全部得到清点。这种算法的优点是，设读写器作用范围内标签数为N，读写器清点所有标签需要发送清点命令的次数仅为2N-1。

(2)基于标签产生随机数进行搜索。这种算法的基本特征是，读写器发送清点命令，命令标签随机选择0或1，选择0的标签先返回，返回内容为位数很短(如16位)的随机数。若只有一个标签返回，则该标签可被成功清点；若发生碰撞，读写器命令上次返回的标签继续随机选择0或1，仍是选择0的标签先返回，直到只有一个标签返回。如此循环直到所有标签全部得到清点。这种算法的优点是，标签返回数据较短，减小了系统的数据传输量。

从以上描述可以看出，基于标签ID号的二叉树搜索算法，读写器要求标签返回其ID号(标签ID长度通常为15个字节左右)，这严重地增加了系统的数据传输量。基于标签产生随机数的二叉树搜索算法，当标签数目较多时，标签返回发生碰撞的概率非常大，读写器只有重复发送清点命令，直到只有一个标签返回，这就极大地增加了读写器发送清点命令的次数。因此，利用以上任何一种方式的二叉树搜索算法，读写器清点标签的效率不高。

发明内容

本发明的目的是，针对现有的二叉树算法两种实现方式存在的不足，提出一种混合式的标签防碰撞方法，有效地提高了读写器清点标签的效率。

本发明的技术方案是，一种混合式的多标签防碰撞方法，应用于射频识别系统中，其特征在于，包括下述步骤：

步骤1：读写器初始化随机分组参数。

读写器设置随机分组参数L＝2。

步骤2：读写器复位标签清点标志位并将标签随机分组。

读写器向其作用范围内的所有标签发送随机分组参数为L的分组命令。

标签接收到上述分组命令后，将自身的清点标志位清零，并在[0，L-1]范围内随机选择一个整数作为其分组号，分组号相同的标签为一组。然后，按照分组号对应的数值由小到大的顺序，各分组中的标签依次向读写器返回一个16位的随机数，该16位随机数使用具有碰撞位检测能力的编码方式(如Manchester编码)进行编码。

步骤3：读写器获取标签分组信息。

读写器接收完所有分组中标签返回的16位随机数后，根据接收情况对所有分组进行分类。没有接收到任何数据的分组为空闲组；接收到正确的16位随机数的分组为单标签组，即没有发生标签碰撞；接收到错误的16位随机数的分组为多标签组，即发生了标签碰撞。

读写器判断是否存在单标签组，如果存在，跳到步骤4；如果不存在，将随机分组参数设置为L＝L*2，返回步骤2。

步骤4：读写器清点所有单标签组中的标签。

对于某个给定的单标签组，读写器发送把该单标签组号和在该标签组中接收的16位随机数作为参数的确认命令。

标签接收到上述确认命令后，把自身的分组号与最近一次返回的16位随机数与读写器确认命令参数进行比较，如果相等，则将其清点标志位置1，如果不相等，清点标志位不变。

读写器清点完所有单标签组中的标签后，跳到步骤5。

步骤5：读写器清点所有多标签组中的标签。

对于某个给定的多标签组，读写器清点其中所有标签的步骤如下：

第(一)步：读写器将该标签组中的所有标签65536分裂。

读写器发送以该标签组号为参数的分裂命令。

标签收到上述分裂命令后，将自身分组号与分裂命令参数进行比较，如果比较结果为相等，则在[0，65535]范围内选择一个16位的随机数，并将该16位随机数标记为其临时ID号，如果不相等，标签不响应。

第(二)步：读写器按照基于标签ID号的二叉树搜索方式，对该标签组中的所有标签进行清点。

读写器发送查询命令，标签返回其临时ID号。如果读写器接收到了正确的16位随机数，表明只有一个标签返回了其临时ID号，则读写器可发送确认命令使该标签的清点标志位置1。

读写器清点完该标签组中的所有标签后，可进入下一个多标签组的清点过程。

读写器清点完所有多标签组中的标签后，清点过程结束。

本发明的有益效果是：

(a)读写器首先发送参数L＝2的分组命令，该命令将标签随机分为L组，在这L个分组中，若存在单标签组，则分组完成；否则，设置L＝L*2，继续将标签随机分为L组，如此循环，直至出现单标签组时，分组完成，利用这种方法，可快速实现标签的随机分组。

(b)随机分组完成后，对于任意一个多标签组，各标签将选择的16位随机数标记为自身的临时ID号，读写器基于标签的临时ID号，对该多标签组中的所有标签进行二叉树搜索，可减少发送清点命令的次数，提高了系统清点标签的效率；另外，标签返回的数据为其临时ID号，长度为16位，远小于其ID号长度，减小了系统的数据传输量，可进一步提高系统清点标签的效率。

附图说明

图1是本发明提出的一种混合式的多标签防碰撞方法的流程图；

图2是本发明方法的具体实施方式中标签被清点的过程；

图3是本发明方法与二叉树搜索算法的读写器发送清点命令次数对比；

图4是本发明方法与二叉树搜索算法的系统数据传输量对比。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明提出的一种混合式的多标签防碰撞方法的流程图：

步骤1：读写器初始化随机分组参数；步骤2：读写器复位标签清点标志位并将标签随机分组；步骤3：读写器获取标签分组信息，在此步骤中，读写器判断是否存在单标签组，如果存在，跳到步骤4，如果不存在，将分组命令随机分组参数设置为L＝L*2，返回步骤2；步骤4：读写器清点所有单标签组中的标签；步骤5：读写器清点所有多标签组中的标签。

图2是本发明方法的具体实施方式中标签被清点的过程。

在本实施方式中，假设读写器作用范围内有10个标签，序号依次为1到10，

具体实施步骤如下：

具体实施步骤1：读写器发送随机分组参数为2的分组命令。

具体实施步骤2：所有标签在[0，1]的范围内随机选择分组号，通过软件模拟，可以看到标签2、3、5、8、9、10选择了分组1，而标签1、4、6、7选择了分组0，这两个分组中的所有标签依次向读写器返回一个16位的随机数。

具体实施步骤3：读写器检测到两个分组中均发生了碰撞，继续发送随机分组参数为4的分组命令。

具体实施步骤4：所有标签在[0，3]的范围内随机选择分组号，通过模拟可得到，标签2、10选择了分组0，标签8选择了分组1，标签1、5、7、9选择了分组2，标签3、4、6选择了分组3，这四个分组中的所有标签依次向读写器返回一个16位的随机数。

具体实施步骤5：出现了单标签组，读写器清点分组1中的标签8，并发送确认命令使标签8的清点标志位置1。

具体实施步骤6：读写器发送分裂命令，使第一个多标签组(分组0)中的标签65536分裂。通过软件模拟可以看到，标签2选择的随机数为53393(图2中的表示方式为标签2：53393，下同)，标签10选择的随机数为59361。读写器发送三次查询命令即可完成这两个标签的清点。

具体实施步骤7：读写器发送分裂命令，使第二个多标签组(分组2)中的标签65536分裂。通过软件模拟可以看到，标签1选择的随机数为8322，标签5选择的随机数为59859，标签7选择的随机数为41442，标签9选择的随机数为6392。读写器发送七次查询命令即可完成这四个标签的清点。

具体实施步骤8：读写器发送分裂命令，使第三个多标签组(分组3)中的标签65536分裂。通过软件模拟可以看到，标签3选择的随机数为18251，标签4选择的随机数为35840，标签6选择的随机数为62751。读写器发送五次查询命令即可完成这三个标签的清点。

图3和图4是在实验室进行仿真的结果。在相同条件下，图3是本发明方法与基于标签产生随机数的二叉树搜索算法的读写器发送清点命令次数对比，其中，横轴为标签数(单位为个)，纵轴为清点命令次数(单位为次)。可以看出，本发明提出的方法在清点命令次数上明显小于基于标签产生随机数的二叉树搜索算法。

图4是本发明方法与基于标签ID号的二叉树搜索算法的系统数据传输量对比，其中，横轴为标签数(单位为个)，纵轴为系统数据传输量(单位为bit)。这里假设标签的ID号长度为128位，可以看出，本发明方法的系统数据传输量明显小于基于标签ID号的二叉树搜索算法。

Claims

1.一种混合式的多标签防碰撞方法，应用于射频识别系统中，其特征在于，包括下述步骤：

步骤1：读写器初始化随机分组参数：

读写器设置随机分组参数L=2；

步骤2：读写器复位标签清点标志位并将标签随机分组：

读写器向其作用范围内的所有标签发送随机分组参数为L的分组命令；

标签接收到上述分组命令后，将自身的清点标志位清零，并在[0,L-1]范围内随机选择一个整数作为其分组号，分组号相同的标签为一组；然后，按照分组号对应的数值由小到大的顺序，各分组中的标签依次向读写器返回一个16位的随机数，该16位随机数使用具有碰撞位检测能力的编码方式进行编码；

步骤3：读写器获取标签分组信息：

读写器接收完所有分组中标签返回的16位随机数后，根据接收情况对所有分组进行分类；没有接收到任何数据的分组为空闲组；接收到正确的16位随机数的分组为单标签组；接收到错误的16位随机数的分组为多标签组；

读写器判断是否存在单标签组，如果存在，跳到步骤4；如果不存在，将随机分组参数设置为L=L*2，返回步骤2；

步骤4：读写器清点所有单标签组中的标签：

对于某个给定的单标签组，读写器发送把该单标签组号和在该标签组中接收的16位随机数作为参数的确认命令；

标签接收到上述确认命令后，把自身的分组号与最近一次返回的16位随机数与读写器确认命令参数进行比较，如果相等，则将其清点标志位置1，如果不相等，清点标志位不变；

读写器清点完所有单标签组中的标签后，跳到步骤5；

步骤5：读写器清点所有多标签组中的标签：

第（一）步：读写器将该标签组中的所有标签65536分裂：

读写器发送以该标签组号为参数的分裂命令；

标签收到上述分裂命令后，将自身分组号与分裂命令参数进行比较，如果比较结果为相等，则在[0,65535]范围内选择一个16位的随机数，并将该16位随机数标记为其临时ID号，如果不相等，标签不响应；

第（二）步：读写器按照基于标签ID号的二叉树搜索方式对该标签组中的所有标签进行清点：

读写器发送查询命令，标签返回其临时ID号；如果读写器接收到了正确的16位随机数，则读写器可发送确认命令使该标签的清点标志位置1；

读写器清点完该标签组中的所有标签后，进入下一个多标签组的清点过程；

读写器清点完所有多标签组中的标签后，清点过程结束。

2.根据权利要求1所述的混合式的多标签防碰撞方法，其特征在于，具有碰撞位检测能力的编码方式是Manchester编码方式。