CN102236775A - 管桩制造养护工艺中的动态二进制查询树防碰撞方法 - Google Patents

Abstract

管柱制造养护工艺中一种基于堆栈的RFID动态减位防碰撞方法，应用于管柱制造的养护工艺，实现了读写器对电子标签快速、自动、高效、精确的读写操作。在读写过程中，本方法将堆栈算法与动态二叉树防碰撞算法融合于一体，并利用动态减位对碰撞进行处理，有效解决了读写器对多标签进行读写时可能出现的碰撞问题。

Description

管桩制造养护工艺中的动态二进制查询树防碰撞方法

技术领域

本发明涉及管桩制造领域，特别是涉及一种管桩制造养护工艺中可逆检索的RFID动态二进制查询树防碰撞方法。

背景技术

管桩制造过程中的养护工艺处理可加速混凝土的成型，保证管桩结构更为稳固及经久耐用。可见养护工艺的正常进行对管桩的质量而言是十分重要的。养护工艺的基本流程中，数十条管桩将被集中放置在养护池中，被温度高达90摄氏度的热水浸泡，以进行长时间的养护处理。其中对养护工艺生产信息要进行相应的记录，然而目前的记录方式多采用人工记录，存在数据实时性不强，准确度不高的缺陷。亦有通过在管柱端板安置条形码方式实现对生产信息的采集,存在数据采集不及时，易出现信息记录错误，不完整性等问题。

针对上述缺陷，目前业内常采用RFID技术来解决对管桩生产信息的记录问题。但目前的RFID技术在应用中仍存在着几个问题，其中包括标签碰撞问题、RFID安全和隐私保护问题以及天线和RFID定位问题。其中标签碰撞是RFID技术中最常见的问题：在RFID系统中，由于所有标签都使用相同的频率工作，在阅读器的识读范围内，当两个或更多的标签在同一时间都发送自己的数据时，某些数据信号就容易发生叠加，如果没有相应的防碰撞机制，发生叠加的信号不能正确地被接收到，这将使阅读器发生判断错误，认为这个标签不在自己的作用范围内或无法正确读取信息的情况，即发生了标签碰撞。

在RFID系统中，防碰撞技术是信号识别和处理的关键技术之一。现在被业界所推崇的防碰撞算法主要分为两类,其中一类是基于Aloha协议的随机算法，另一类是基于二进制树的确定算法。这两类算法都存在各自的优缺点：Aloha算法的复杂度及对标签的要求较低，但存在不稳定的工作区间，并且可能导致“标签饥饿问题”，即一些特定的标签可能在很长时间内都无法被识别；二进制树算法的识别率可达100%，即不存在“标签饥饿问题”，但算法比较复杂，识别时间较长。当标签数量较多时，传统防碰撞算法的识别效率通常较低。

发明内容

为了提高系统的识别效率，保障实际应用的RFID系统中数据录入的完整性、准确性，本发明提供了一种管桩制造养护工艺中可逆检索的RFID动态二进制查询树防碰撞算法，该算法利用堆栈记忆存储功能避免每次从树型根部识别，从而减少识别次数；并采用适当协议进一步缩减必需的指令信息位。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：

管柱制造养护工艺中的动态减位防碰撞方法，经管柱的离心工艺后，将管柱送入养护池，待全部管柱调度完成后，闭合养护池，开启养护程序；在养护过程中，定时采集养护池内的温度信息量，并采集养护相关参数，通过上位机，将所采集的信息下载到安置在现场的电子标签阅读器，并将生产信息写入电子标签；其步骤包括：

（1）生产信息写入电子标签过程中，阅读器会在工作范围内扫描出多个电子标签，向电子标签发送前缀集合Q中前缀元素，集合Q的初始值为{&}；

（2）若电子标签接收到的查询前缀与自己的标签ID相匹配时，则发送前缀之后的造作ID比特；若接收询问信号为&，要求所有标签回复其完整的标签ID；

（3）阅读器会检测到三种情况，包括：

（a）检测到只有一个标签回复，则识别该电子标签，回到步骤（1）；

（b）检测到没有标签回复，则回到步骤（1）；

（c）检测到标签碰撞，则在第一个碰撞位置上加上符号‘0’，‘1’，以碰撞最高位在EPC（产品电子代码）中所处位置n作为参数发送请求命令Request(x,n)，标签取EPC对应位置的值与x比较，如果相等，则标签返回EPC中(n-1)~0位的信息；如果标签取EPC对应位置的值与x不相等，在标签内部设置有一个休眠计数器Counter，用于记录标签休眠的程度，并规定只有counter＝0时，标签才响应阅读器的Request请求命令；藉此形成的新的前缀置于前缀集合Q中，等待下一轮查询时使用，回到步骤（1）；

（4）阅读器持续查询前缀集合Q中的元素，当集合Q为空时，表示所有标签被识别完毕。

该方法根据标签数目较少时系统识别效率较高的特点，并结合Aloha算法和二进制树算法的优点，算法简单、高效且具有鲁棒性。

本发明首先对标签进行随机分组并利用可逆检索的RFID动态二进制查询树防碰撞算法识别出第一组标签，以便估算出剩余各组标签的数量，随后再依次对剩余各组标签进行最优分组后分别进行识别，从而在最大程度上降低标签发生碰撞的概率。该方法通过在管柱中安置电子标签，在生产过程中即可将生产信息写入标签，保证信息记录的完整性与实时性。

标签估算阶段阅读器对标签随机分组后只识别第一组标签，随后估算标签数量，对估算精度要求不高。标签识别阶段阅读器对标签进行最优分组，确定最优分组参数为每组标签数量乘以0.6，从而大幅减少了标签响应阅读器的次数。在对标签进行随机分组和最优分组的过程中，阅读器发送标签的分组信息，减少了标签的存储空间。本发明的通信复杂度及识别延迟都比较低，对标签随机分组数的选取具有较强的鲁棒性，并且识别效率不受标签ID长度的影响，可以以软件的形式实现，便于移植到各类阅读器中，作为专门构建联网软件的一个重要部分。

本发明在提高系统识别性能的同时进行能量优化设计，避免了标签在被识别之前多次重复响应阅读器，降低了成木，并且对标签的识别率可达100%。

本发明结合了一进制树算法和Aloha算法的优点，大大降低了识别初期和识别后期发生碰撞标签的数量，结构简单，识别速度快，复杂度以及标签功耗低，非常适合应用于RFID系统中。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得的其他设计方案和附图：

图1是本发明一种实施例的流程示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清除、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

二进制搜索算法在实现防碰撞的过程中，标签问题以完整的EPC作为应答，数据传输量大，影响传输速度。而动态二进制搜索算法人将要搜索的EPC最高冲突位之前的部分（N-X）作为搜索依据，所有与（N-X）位相同的标签应答并回送其EPC的其余部分。在传输的数据量与所需时间上，动态二进制搜索算法比二进制搜索算法减少可达50%。标签辨认过程中假如减少传送的数据量，辨认效率将会大大提高。对于EPC信息唯一的多标签碰撞检测过程中，待命标签之间的差异仅仅与碰撞位有关，碰撞位之外的剩余信息对判别标签碰撞作用不太大，可以暂时不参与比较。

本发明所提供的算法以碰撞最高位在EPC中所处位置n作为参数发送请求命令Request(x,n)，标签取EPC对应位置的值与x比较，如果相等，标签则返回EPC中(n-1)~0位的信息。对于标签对应位的值与参数x不相等的情况，在标签内部设置了一个休眠计数器Counter，用于记录标签休眠的程度，并规定只有counter＝0时，标签才响应阅读器的Request请求命令。假如算法正在执行正向搜索，counter自加1，若执行后退搜索，则Counter值保持不变，进而识别完所有标签。具体包括以下步骤:

经离心工艺后，管柱在行车的调度下传送到养护池。待全部管柱调度完成后，闭合养护池，开启养护程序。在养护过程中，现在通过PLC定时采集养护池内的温度信息量，并采集养护相关参数。通过上位机的操作，将所采集的信息下载到安置在现场的电子标签阅读器，并将生产信息写入电子标签。

（1）信息写入过程中，阅读器会在工作范围内扫描出多个标签，向标签发送前缀集合Q中前缀元素，集合Q的初始值为{&}；

（2）若标签接收到的查询前缀与自己的标签ID相匹配时，则发送前缀之后的造作ID比特；若接收询问信号为&，要求所有标签回复其完整的标签ID；

（3）此时，阅读器会检测到三种情况：

（a）检测到只有一个标签回复，则识别该标签，回到步骤（1）；

（b）检测到没有标签回复，则回到步骤（1）；

（c）检测到标签碰撞，则在第一个碰撞位置上加上符号‘0’，‘1’，将按照前面所述方法形成的新的前缀置于前缀集合Q中，等待下一轮查询时使用，回到步骤（1）。

阅读器持续查询前缀集合Q中的元素，当集合Q为空时，表示所有标签被识别完毕。

参照图1，下面为本发明一种典型实施例的演示:

假设标签的编码为8位，阅读作用范围内有6个标签。分别为：

标签1	标签2	标签3	标签4	标签5	标签6
						10010011	10100111	01110111	01000001	10000001	10101010

表1  标签编码

详细执行过程如下：

第1次阅读器发送Request(1)命令，标签1，2，3，4，5，6都应答，并且标签内各自的count＝0。根据Manchester编码原理，解码得到的数据为XXXXXXXX。可知碰撞位为D7，D6，D5，D4，D3，D2，D1，D0。n为7（最高碰撞位下标），得到下一次Request命令所需的参数。

第2次阅读器发送Request(0,7)命令，标签3、4响应。解码得到编码数据为1XX0XX1。阅读器检测到冲突位为D1，D2，D4，D5，最高冲突位为D5，n取5，得到下次Request（0，5）命令。因标签T1，T2，T5，T6的D7比特值为1，将其计数器counter+1=1。

第3次阅读器发送Request(0,5)，标签T4响应，阅读器检测到的EPC代码为01000001，此时发送select选择命令和Read-Write读写操作指令，并于处理完成后发送Unselect命令，使被识别的标签4处于“无声”状态。标签T3的D5比特位值为1，其counter+1＝1。T1，T2，T5，T6的counter+1=2。

阅读器发送Active命令，标签T3的counter-1＝0，标签T1，T2，T5，T6的counter-1＝1。跳回上一级命令，即Request(0,7) 

第4次阅读器发送Request(0,7)，标签T3响应，阅读器检测到的EPC代码为01110111。此时发送select选择命令和Read-Write读写操作指令，并于处理完成后发送Unselect命令，使被识别的标签3处于“无声”状态。由于此时响应为逆向搜索，故标签T1，T2，T5，T6的counter保持不变。

阅读器发送Active命令，标签T1，T2，T5，T6的counter-1＝0。跳回上一级命令，即Request(1)

第5次阅读器发送Request(1)，标签1，2，5，6都应答，并且标签内各自的count＝0。根据Manchester编码原理，解码得到的数据为10XXXXXX。可知碰撞位为D5，D4，D3，D2，D1，D0。n为5（最高碰撞位下标），得到下一次Request命令所需的参数。

第6次阅读器发送Request(0,5)，标签T1，T5响应。解码得到编码数据为X00X1。阅读器检测到冲突位为D0，D4，最高冲突位为D4，n取4，得到下次Request（0，4）命令。因标签T2，T6的D4比特值为1，将其计数器counter+1=1。

第7次阅读器发送Request(0,4)，标签T5响应，阅读器检测到的EPC代码为1000 0001。此时发送select选择命令和Read-Write读写操作指令，并于处理完成后发送Unselect命令，使被识别的标签5处于“无声”状态。标签T1的D4比特位值为1，其counter+1＝1。T2，T6的counter+1=2。

阅读器发送Active命令，标签T1的counter-1＝0，标签T2， T6的counter-1＝1。跳回上一级命令，即Request(0,5)

第8次阅读器发送Request(0,5)，标签T1响应，阅读器检测到的EPC代码为1001 0011。此时发送select选择命令和Read-Write读写操作指令，并于处理完成后发送Unselect命令，使被识别的标签1处于“无声”状态。由于此时响应为逆向搜索，故标签T2，T6的counter保持不变。

阅读器发送Active命令，标签T2，T6的counter－1＝0。跳回上一级命令，即Request(1)

第9次阅读器发送Request(1)。标签T2，T6都应答，解码得到编码数据为1010 XX1X。阅读器检测到冲突位为D0，D2，D3，最高冲突位为D3，n取3，得到下次Request(0,3)命令。

第10次阅读器发送Request(0,3)，标签T2响应。阅读器检测到的EPC代码为1010 0111。此时发送select选择命令和Read-Write读写操作指令，并于处理完成后发送Unselect命令，使被识别的标签2处于“无声”状态。标签T6的counter+1＝1。

阅读器发送Active命令，标签T6的counter－1＝0。跳回上一级命令，即Request(1)。

第11次阅读器发送Request(1)，标签T6响应。阅读器检测到的EPC代码为1010 1010。此时发送select选择命令和Read-Write读写操作指令，并于处理完成后发送Unselect命令，使被识别的标签6处于“无声”状态。

阅读器完成对所有标签的识别。

可见，本发明结合了二进制树算法和Aloha算法的优点，大大降低了识别初期和识别后期发生碰撞标签的数量，结构简单，识别速度快，复杂度以及标签功耗低，非常适合应用于RFID系统中。

当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (1)

1.管柱制造养护工艺中的动态减位防碰撞方法，其特征在于：经管柱的离心工艺后，将管柱送入养护池，待全部管柱调度完成后，闭合养护池，开启养护程序；在养护过程中，定时采集养护池内的温度信息量，并采集养护相关参数，通过上位机，将所采集的信息下载到安置在现场的电子标签阅读器，并由阅读器将生产信息写入电子标签；其步骤包括：

（1）生产信息写入电子标签过程中，阅读器扫描出工作范围内的多个电子标签，向电子标签发送前缀集合Q中前缀元素，集合Q的初始值为{&}；

（2）若电子标签接收到的查询前缀与自己的标签ID相匹配时，则发送前缀之后的造作ID比特；若接收询问信号为{&}，则要求所有标签回复其完整的标签ID；

（3）经步骤（2），阅读器会检测到三种情况，包括：

（a）检测到只有一个标签回复，则识别该电子标签，回到步骤（1）；

（b）检测到没有标签回复，则回到步骤（1）；

（c）检测到标签碰撞，则在第一个碰撞位置上加上符号‘0’，‘1’，以碰撞最高位在EPC中所处位置n作为参数发送请求命令Request(x,n)，标签取EPC对应位置的值与x比较，如果相等，则标签返回EPC中(n-1)~0位的信息；如果标签取EPC对应位置的值与x不相等，在标签内部设置有一个休眠计数器Counter，用于记录标签休眠的程度，并规定只有counter＝0时，标签才响应阅读器的Request请求命令；藉此形成的新的前缀置于前缀集合Q中，等待下一轮查询时使用，回到步骤（1）；

（4）阅读器持续查询前缀集合Q中的元素，当集合Q为空时，表示所有标签被识别完毕。

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