CN102768733A - 适用于rfid系统的多标签防碰撞算法、rfid系统及读写器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于RFID系统的多标签防碰撞方法，RFID系统及读卡器，所述方法包括以下步骤：计算读写器配置不同清点参数值时对应的读写器的清点效率；挑选出在预设清点效率范围内的读写器的清点效率；将任一所述在预设清点效率范围内的读写器的清点效率对应的清点参数值配置成所述读写器的清点参数值；所述读写器根据配置的清点参数值进行标签清点。应用本发明，读写器则能够在用户设定的、较高的、可控的清点效率范围内进行标签清点，与现有技术相比，可以从整体上提高读写器的清点效率。

Description

适用于RFID系统的多标签防碰撞算法、RFID系统及读写器

技术领域

本发明涉及射频识别RFID通信技术人员，具体而言，尤其涉及一种适用于RFID系统的多标签防碰撞算法、RFID系统及读写器。

背景技术

RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。

RFID系统是一种简单的无线系统，该系统用于控制、检测和跟踪物体。如图1所示，一套完整的RFID系统由一个读写器、很多标签组成。其工作原理是：读写器通过天线发射一特定频率的无线电波能量；标签的天线接收读写器发出无线电波能量，用以驱动将自身内部的数据送出。读写器依序接收并解读标签返回的数据，并做相应的处理。其中，标签由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上，以标识目标对象；读写器(Reader)，用于读取(有时还可以写入)标签信息，可设计为手持式或固定式；天线(Antenna)，用以在标签和读写器间传递射频信号。

RFID系统按应用频率的不同分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)、微波(MW)，其对应的代表性频率分别为：低频135KHz以下、高频13.56MHz、超高频860M-960MHz、微波2.4GHz、5.8GHz。射频识别系统与其它典型的射频通信系统所面临的一个共同问题是：同一个设备之间同时通信的碰撞问题。而具体到射频识别系统来说，其要解决的则是单个阅读器与多个标签之间的通信碰撞问题。并且限于成本与功耗的考虑，标签只能提供极为有限的功能用于实现防碰撞机制。从13.56MHz频段重用的I SO/IEC 14443协议、ISO/IEC 15693协议到900MHz频段常用的ISO/IEC 18000-6B/C协议，其防碰撞协议一般都基于两种基本算法：时隙ALOHA算法和二进制树的搜索算法。

最先提出的是基于时隙的随机性防碰撞算法，即Aloha方法，该方法采用如下方式解决通信碰撞问题：标签只在规定的同步间隙中才传输数据包。在这种情况下，对所有标签所必须的同步由读写器控制。也就是说，Aloha方法本质上是一种由读写器控制的随机时分多址(TDMA)算法。它将信道分为很多时隙，每个时隙正好传送一个分组。对于射频识别系统，标签只在规定的同步时隙内才能传输数据包，由读写器控制所有标签所必须的同步，但发生碰撞后，各标签仍是经过随机演示后分散重发的。

二进制树的搜索算法采用如下方式来解决通信碰撞问题的：若应答器的数据包在传输过程中发生碰撞，读写器则使用二进制搜索树的运算法则和一个比特的数据来解决冲突。这是因为每个标签本身都有一个唯一标识的地址(ID)，所以读写器可以指定一个特定范围内的地址来读取标签，而这些标签必须对读写器的询问做出应答，而其它的标签则表示缄默。这时如果有两个标签由于同时上传数据而发生碰撞，读写器则可以精确的检测出地址发生碰撞的比特位，并找出对应的标签。依靠二进制搜索树的运算理论，读写器可以读出所有的标签。

时隙Aloha算法和二进制树的搜索算法相比，时隙Aloha算法较为使用，这是由于时隙Aloha算法不关注实际冲突的位数，而只关注是否发生冲突，因此实现较为方便，但时隙Aloha算法局限性大，如果标签数目过多，发生数据冲突的概率也就过大，需要时间就过长。因此在实际的射频识别系统中，该算法效率相对不高。而基本的二进制搜索算法的抗干扰能力差，数据容易误读而照成效率低，难以实现。

发明内容

本发明要解决的主要技术问题是，提供一种适用于RFID系统的多标签防碰撞方法、RFID系统及读写器，能够从整体上提高读写器的清点效率。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种适用于RFID系统的多标签防碰撞方法，包括以下步骤：

计算读写器配置不同清点参数值时对应的读写器的清点效率；

挑选出在预设清点效率范围内的读写器的清点效率；

将任一所述在预设清点效率范围内的读写器的清点效率对应的清点参数值配置成所述读写器的清点参数值；

所述读写器根据配置的清点参数值进行标签清点。

在本发明的一种实施例中，在执行所述计算读写器配置不同清点参数值时对应的读写器的清点效率的步骤之前，还判断所述读写器是否收到清点结束指令，若收到，则结束标签清点。

在本发明的一种实施例中，所述计算读写器配置不同清点参数值时对应的读写器的清点效率的步骤具体为：

根据RFID系统中读写器需要清点的标签数量以及读写器的碰撞读取率，计算读写器配置不同清点参数值时对应的读写器的清点效率。

在本发明的一种实施例中，读写器的一次标签清点包括多轮清点周期，在每一轮清点周期内，读写器进行标签清点的方法具体为：

根据RFID系统中读写器本轮清点周期内需要清点的标签数量以及读写器的碰撞读取率，计算读写器本轮周期内配置不同清点参数值时对应的读写器的清点效率；

挑选出在本轮清点周期预设清点效率范围内的读写器的清点效率；

将任一所述在本轮清点周期预设清点效率范围内的读写器的清点效率对应的清点参数值配置为读写器本轮清点周期的清点参数值；

读写器根据配置的本轮清点周期的清点参数值进行标签清点，直至本轮清点完成。

在本发明的一种实施例中，在配置读写器的清点参数值时，将所述在本轮清点周期预设清点效率范围内的读写器的最大清点效率对应的清点参数值配置为读写器本轮清点周期的清点参数值。

在本发明的一种实施例中，每一轮清点周期包括多个清点间隙，所述RFID系统中读写器需要清点的标签数量包括三部分，具体为：每个清点间隙内只有一个标签返回RN16时对应的标签总数；每个清点间隙内有多个标签返回RN16时对应的标签总数；以及每个清点间隙内没有标签返回RN16时对应的标签总数。

在本发明的一种实施例中，所述每个清点间隙内只有一个标签返回RN16时对应的标签总数为：

所述每个清点间隙内没有标签返回RN16时，对应的标签总数为：

所述每个清点间隙内有多个标签返回RN16时，对应的标签总数为：

其中，FiO表示的是第i轮清点周期的每个清点间隙内只有一个标签返回RN16时对应的标签数量；Fi1表示的是第i轮清点周期的每个清点间隙内没有标签返回RN16时对应的标签数量；Fi2表示的是第i轮清点周期的每个清点间隙内有多个标签返回RN16时对应的标签数量；Ni表示的是第i轮清点周期内读写器需要清点的标签数量，Qi第i轮清点周期内为读写器配置的清点参数值，2Qi表示的是RFID系统中读写器第i轮清点周期内的清点间隙个数。

在本发明的一种实施例中，读写器清点到的标签数量Mi＝FiO+Fi2*A；所述读写器的清点效率

其中，Fi为RFID系统中读写器第i轮清点周期的清点效率，Mi为RFID系统中读写器第i轮清点周期内清点到的标签数量，A表示的是读写器的碰撞读取率。

在本发明的一种实施例中，所述读写器的清点效率具体为：

$\mathrm{Fi}=({\left(\frac{2^{\mathrm{Qi}}-1}{2^{\mathrm{Qi}}}\right)}^{\mathrm{Ni}-1}*\mathrm{Ni}+(2^{\mathrm{Qi}}-{\left(\frac{2^{\mathrm{Qi}}-1}{2^{\mathrm{Qi}}}\right)}^{\mathrm{Ni}}*2^{\mathrm{Qi}}-{\left(\frac{2^{\mathrm{Qi}}-1}{2^{\mathrm{Qi}}}\right)}^{\mathrm{Ni}-1}*\mathrm{Ni})*A)/2^{\mathrm{Qi}};$

其中，A表示的是读写器的碰撞读取率。

同时，本发明还提供了一种RFID系统，包括读写器和标签，所述读写器包括计算模块，选择模块，配置模块以及清点模块，所述计算模块用于计算读写器配置不同清点参数值时对应的读写器的清点效率；所述选择模块用于挑选出在预设清点效率范围内的读写器的清点效率；所述配置模块用于将任一所述在预设清点效率范围内的读写器的清点效率对应的清点参数值配置为读写器的清点参数值；所述清点模块用于根据配置的清点参数值进行标签清点。

在本发明的一种实施例中，所述计算模块包括信息获取单元，以及计算单元；

所述信息获取单元用于获取所述RFID系统中读写器的碰撞读取率以及读写器需要清点的标签数量；

所述计算单元用于根据所述标签数量和所述碰撞读取率来计算所述读写器配置不同清点参数值时对应的读写器的清点效率。

另外，本发明还提供了一种读写器，所述读写器包括计算模块，选择模块，配置模块以及清点模块，所述计算模块用于计算读写器配置不同清点参数值时对应的读写器的清点效率；所述选择模块用于挑选出在预设清点效率范围内的读写器的清点效率；所述配置模块用于将任一所述在预设清点效率范围内的读写器的清点效率对应的清点参数值配置为读写器的清点参数值；所述清点模块用于根据配置的清点参数值进行标签清点。

一种读写器，所述读卡器包括协议方法控制模块，数字基带模块，以及模拟电路模块，所述协议方法控制模块用于计算读写器配置不同清点参数值时对应的读写器的清点效率，并挑选出在预设清点效率范围内的读写器的清点效率，以及将任一所述在预设清点效率范围内的清点效率对应的清点参数值配置为读写器的清点参数值；所述数字基带模块和模拟电路模块用于根据配置的清点参数值进行标签清点。

本发明的有益效果是：通过将任一在预设清点效率范围内的读写器的清点效率对应的清点参数值配置为读写器的清点参数值的设计，使得读写器能够根据配置的清点参数值进行标签清点的设计，如此，读写器则能够在用户设定的、较高的、可控的清点效率范围内进行标签清点，与现有技术相比，可以从整体上提高读写器的清点效率，使得读写器对大量标签有很高的识别效率，在一定程度上可以推动多标签场景的广泛应用，对今后的物联网的发展也有一定的促进作用。

附图说明

图1为现有技术中读写器与标签的连接示意图；

图2所示的是本发明一种实施例的方法流程图；

图3所示的是本发明一种实施例的读卡器示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

请参考图1，首先要讲述的是RFID系统中，单个读写器与多个标签之间进行通信时，产生通信碰撞的原因。

在读写器对多标签清点识别的通信中，读写器先向RFID系统中的所有标签发查询Query指令，在Query指令中包含清点参数Q，Q的取值区间为[0，15]。实际上，Q值决定了读写器每一轮清点周期内的清点间隙的个数，即2^Q个间隙。所有标签收到读写器发出的Query指令后会各自从0到2^Q-1的数字中产生一个随机数，并返回查询响应信息给读写器。若在某个清点间隙内标签产生的随机数为0，则标签向读写器返回RN16；读写器通过RN16与该标签进行通信。若在该清点间隙内，标签产生的随机数不为0，则读写器不与该标签进行通信。

在一轮清点周期内，读写器向标签发送查询Query后，在该轮清点周期的每个清点间隙内，读写器都会向标签发送一个查询响应Query-rep指令，即在剩余的2^Q-1个清点间隙内，会发送2^Q-1个查询响应Query-rep指令给标签。标签每次收到Query-rep指令后，其随机数减1，直到标签的随机数变为0时，则返回RN16。

在上述通信过程中，如果RFID系统中需要清点的标签数量N比较大(比如100)，而清点参数Q的值比较小(比如4)，那么100个标签中的每一个均会从0-15个数字中随机分配一个，这样必然存在有多个标签会产生相同的随机数，那么当读写器发Query或者Query-rep指令后，随机数相同的两个标签则同时返回他们各自的RN16，这样就发生了通信冲突。这时由于两个标签的数据交叠在一起，使得读写器很难分辨数据，就无法和特定的一个标签进行通信。

由此可见，读写器清点参数的配置影响着RFID系统中标签碰撞发生的机率。如果清点参数配置得太小，标签发生碰撞的可能性越大，甚至一定会发生碰撞，如果清点参数配置得太大，则会使得清点的时延太长，而且清点参数的取值区间又有限制。

实际上，对于现有技术中的Aloha算法，其算法效率相对不高的主要原因就是没有为读写器配置一个适配的清点参数值。目前，在已知本次读写器需要清点的标签总数量的前提条件下，对于读写器的清点参数取值的配置通常是采用查表法，选择出该标签总数量对应的清点参数值，并将该清点参数值配置为读写器本次清点中的清点参数值，配置后，在一次清点中，不再改变读写器的清点参数值。也就是说，在本次清点的不同清点周期内，读写器的清点参数值是相同的。由于该方法所有清点周期内，清点参数固定，使得为读写器配置的清点参数值不能够很好地与读写器的所有清点周期适配，在某些清点周期中会出现读写器清点参数过大或者过小的问题，因此使得读写器的整体清点效率不高。

由此可知，采用上述方法确定出的清点参数值并不能很好地解决Aloha算法中标签的碰撞问题，由此导致读写器的清点效率不高。另外，基本的二进制搜索算法的抗干扰能力差，数据容易误读而照成效率低，难以实现，因此，现有的RFID系统技术需要进一步的改进。

鉴于此，本发明提出了一种适用于RFID系统的多标签防碰撞算法、RFID系统及读写器，适用于超高频RFID系统。其主要构思是，在读写器进行标签清点前，提前为读写器配置一个与读写器适配的清点参数值。如此，读写器在运用该参数值进行标签清点时，就能够在一定程度上减少标签的碰撞，从而在从整体上提高读写器的清点效率。

由于现有技术中，都是先确定清点参数值再进行标签清点，并在清点完成后，方可知道采用该清点参数值进行清点时对应的读写器的清点效率。由于在读写器的碰撞读取率和需要清点的标签数量已知的情况下，那么读写器的清点效率则会随着清点参数值的变化而变化。如此，在读写器进行标签前，可以通过计算清点参数取不同值时读写器对应的清点效率，并将计算得到的一系列清点参数值与用户预设的一个较高的读写器的清点效率范围进行比较。尔后，找出计算得到的且落在预设清点效率范围内的读写器的清点效率(该清点效率可能为一个，也可能为多个)，并将任一落在预设清点效率范围内的读写器的清点效率对应的清点参数值配置为读写器的清点参数。如此，在进行标签清点时，读写器则能够运用通过上述方法配置的清点参数值进行标签清点，继而能够在一定程度上减少标签碰撞的发生，从而保证了读写器的清点效率一定在用户预设的较高的清点效率范围内，进而从整体上提高了读写器的清点效率。

针对该构思，本发明提出了如下技术方案包括以下步骤：

首先计算读写器配置不同清点参数值时对应的读写器的清点效率；其次挑选出在预设清点效率范围内的读写器的清点效率；具体地，可以根据RFID系统中读写器需要清点的标签数量以及读写器的碰撞读取率来计算读写器配置不同清点参数值时对应的读写器的清点效率。读写器的一次标签清点，可能只需要一轮清点周期就可将所有的标签清点完成，也可能需要多轮清点周期才能将所有的标签清点完成。相应地，RFID系统中读写器需要清点的标签数量包括两种情况；一种是：读写器一次标签清点只需一轮清点周期，那么读写器需要清点的标签数量则为本次标签清点的总量。另一种是：读写器一次标签清点需要多轮清点周期时，那么读写器需要清点的标签数量则为当前清点周期内需要清点的标签数量。在本发明中，读写器需要清点的标签数量应该是一个已知值。

再次将挑选出的任一在该预设清点效率范围内的读写器的清点效率对应的清点参数值配置为读写器的清点参数值；预设清点效率范围是用户设定的读写器的清点效率范围。在该范围内，读写器的清点效率是比较理想的。用户可根据实际需要以及当前清点周期内需要清点的标签数量合理地进行预设清点效率范围的设定。

最后，读写器在进行标签清点时，则可以根据已经配置好的清点参数值进行标签的清点。在本发明中将挑选出的、落在预设清点效率范围内的读写器的清点效率对应的清点参数值均理解为是与读写器适配的清点参数值。由于读写器配置的清点参数值对应的读写器的清点效率在预设的清点效率范围内，那么则可以说，为读写器配置的该清点参数值是与读写器适配的。读写器在以适配的清点参数值进行标签的清点过程中，不会出现清点参数值过小或者过大的问题，如此，则能够减少清点过程中标签碰撞情形的发生，进而提高了读写器的清点效率。

在此，需要对碰撞读取率进行解释。实际上，对于RFID系统中的每一个读写器而言，都有一个特定的碰撞读取率，该碰撞读取率表示在该读写器发生通信碰撞时，有多大的概率能够对发生碰撞的标签进行正确地识别。读写器的碰撞读取率是读写器的一个固有属性，对于不同的读写器，其固有的碰撞读取率可能是不同的。另外，对于技术人员来说，读写器的碰撞读取率是一个已知值。并且，由读写器的碰撞读取率的定义可知，在RFID系统中，读写器碰撞读取率的取值区间为[0，1]。

另外，还需要对清点效率的含义进行解释。在本发明中，清点效率指的是在RFID系统中读写器每一轮清点周期内能够正确地识别到的标签数量的概率，清点效率实质上是一个百分比值。对于每一个读写器而言，由于碰撞读取率和需要清点的标签数量一定，因此读写器的清点效率取决于读写器的清点参数，在每一轮清点周期内，清点效率的取值会随着清点参数值得变化呈现先上升后下降的变化。由此可知，如果为读写器配置了一个适配的清点参数值，那么也就确定了读写器的一个较高的清点效率。因此，可以反过来进行操作，用户先预设一个较高的读写器的清点效率范围，并通过计算，将落在预设清点效率范围内的读写器的清点效率对应的任一清点参数配置为读写器的清点参数，如此，就为读写器配置了一个与之适配的清点参数，从而也就保证了读写器的清点效率。读写器运用与之适配的清点参数进行标签进清点，就能减少标签之间碰撞的发生，从而就从整体上提高了读写器的清点效率。

在此可以假设所有的读写器每个清点间隙的时间是相同的，由于本发明中读写器的清点效率提高了，那么相应地每个清点间隙内能够正确清点到的标签数量也相应地提高了，因此也相应地提高了读写器每个清点间隙内的清点速度。如果一个清点间隙的时间为单位时间，那么采用本方法则可以提高单位时间内读写器清点标签的速度。

在本发明的一种实施例中，在计算读写器的清点效率以及为读写器配置清点参数之前，还判断读写器是否收到清点结束命令，若读写器收到了清点结束命令，则不需要进行标签的清点。若读写器没有收到清点结束命令，则进行标签清点。

由于读写器在一次标签的清点过程中，可能需要一轮清点周期内，也可能需要多轮清点周期。若读写器的一次标签清点需要多轮清点周期才能完成时，那么在计算读写器的清点效率以及配置读写器的清点参数值时，一方面需要分别预设各个清点周期对应的预设清点效率范围，这是因为各个清点周期对应的预设清点效率范围可能是不同的。另一方面还需要分别对读写器每一轮清点周期对应的清点效率和对应的清点参数值进行计算。因此，如图2所示，在每一轮清点周期内，读写器进行标签清点的过程具体均为：

S1、首先根据RFID系统中读写器本轮清点周期内需要清点的标签数量以及读写器的碰撞读取率，计算读写器本轮周期内配置不同清点参数值时对应的读写器的清点效率；

S2、挑选出在本轮清点周期预设清点效率范围内的读写器的清点效率；

S3、将步骤S2中挑选出的任一落在本轮清点周期预设清点效率范围内的读写器的清点效率对应的清点参数值配置为读写器本轮清点周期的清点参数值；

S4、读写器根据S3中配置的本轮清点周期的清点参数值进行标签清点，直至本轮清点。

例如，读写器A计算并挑选出T_n清点周期内落在预设清点范围的读写器的清点效率F_n，F_n对应的清点参数值为Q_n。那么，读写器A在T_n清点周期内则按照配置的清点参数值Q_n进行标签清点。T_n清点周期完成后，读写器则进行T_n+1清点周期内的标签的清点。具体为，读写器A计算并找出T_n+1清点周期内落在预设清点范围的清点效率F_n+1，F_n+1对应的清点参数值为Q_n+1。那么，读写器A在T_n+1清点周期内的则按照配置的清点参数值Q_n+1进行标签清点。如此循环，直到第T_end清点周期，读写器将所有的标签都清点完成。

在本发明的一种实施例中，在配置读写器某一轮清点周期的清点参数值时，可在计算得出的、落在预设清点范围内的读写器的清点效率中挑选出读写器的清点效率的最大值，并将该清点效率最大值对应的清点参数值Q配置为读写器的清点参数值。由于清点效率是最大值，那么其对应的清点参数值则是最优的，那么读写器运用该最优清点参数值进行标签清点时，标签发生碰撞的机率则是最少的。如此，读写器每一轮都能以最优的清点效率进行参数的清点。即使标签发生了碰撞，读写器也能够以较快地速度进行标签的排除，使得发生碰撞的标签能够在下一轮清点周期中被清点到，而本轮清点周期中已经被清点过的标签则不会响应该命令。如此，则能够从整体上进一步提高读写器的清点效率。

实际上，读写器的每一轮清点周期都包括多个清点间隙，在每个清点间隙内，读写器对标签进行清点时都可能出现三种情况。第一种情况是，在每个清点间隙内，读写器只收到了一个标签返回的RN16，此时，由于没有发生冲突，则读写器能够与该标签进行通信，读写该标签的信息，成功清点该标签。第二种情况是，在每个清点间隙内，读写器收到了多个标签返回的RN16。此时则表示发生了通信碰撞，此时读写器能够以一定的概率(碰撞读取率)对标签返回的数据进行正确的识别，进而对标签进行清点。第三种情况是，在每个清点间隙内，读写器没有收到任何标签返回的RN16，此时，则表明在该清点间隙内，没有标签产生的随机数为0。就是说在该清点间隙内，读写器没有能够清点到任何标签。

那么对应地，在每一轮清点周期内，读写器需要清点的标签数量也包括三个部分：即每个清点间隙内只有一个标签返回RN16时对应的标签总数；每个清点间隙内有多个标签返回RN16时对应的标签总数；以及每个清点间隙内没有标签返回RN16时对应的标签总数。

接下来，要讲述的是，在每一轮清点周期内如何计算发生上述三种情况时对应的标签数量，现假设需要计算第i轮清点周期内需要清点的标签数量。

具体地，读写器采用公式(1)来计算第i轮清点周期的每个清点间隙内只有一个标签返回RN16时对应的标签总数。在该种情况下，读写器能够成功地清点到标签：

$\mathrm{Fi}0={\left(\frac{2^Q-1}{2^Q}\right)}^{\mathrm{Ni}-1}*\mathrm{Ni}...\left(1\right);$

采用公式(2)来计算第i轮清点周期的每个清点间隙内没有标签返回RN16时对应的标签总数。在该种情况下，读写器没有清点到标签：

$\mathrm{Fi}1={\left(\frac{2^{\mathrm{Qi}}-1}{2^{\mathrm{Qi}}}\right)}^{\mathrm{Ni}}*2^{\mathrm{Qi}}...\left(2\right)$

采用公式(3)来计算第i轮清点周期的每个清点间隙内有多个标签返回RN16时对应的标签数量。在该种情况下，读写器能够以一定的概率成功地清点到标签：

$\mathrm{Fi}2=2^{\mathrm{Qi}}-{\left(\frac{2^{\mathrm{Qi}}-1}{2^{\mathrm{Qi}}}\right)}^{\mathrm{Ni}}*2^{\mathrm{Qi}}-{\left(\frac{2^{\mathrm{Qi}}-1}{2^{\mathrm{Qi}}}\right)}^{\mathrm{Ni}-1}*\mathrm{Ni}...\left(3\right)$

其中，N表示的是读写器第i轮清点周期内，需要清点的标签数量，A为RFID系统中读写器的碰撞读取率。FiO表示的是第i轮清点周期的每个清点间隙内只有一个标签返回RN16时对应的标签总数；Fi1表示的是第i轮清点周期的每个清点间隙内没有标签返回RN16时对应的标签总数；Fi2表示的是第i轮清点周期的每个清点间隙内有多个标签返回RN16时对应的标签总数；Ni表示的是第i轮清点周期内读写器需要清点的标签数量，Qi第i轮清点周期内为读写器配置的清点参数值，Qi的取值范围为[1，16]，Qi为整数；2^Qi表示的是RFID系统中读写器第i轮清点周期内的清点间隙个数，i表示清点周期数，i之1。

由公式(1)、(2)、(3)可知，在第i轮清点周期内，读写器能够清点到的标签数量为：

Mi＝Fi0+Fi2*A..........(4)

其中，M为RFI D系统中读写器在第i轮清点周期内清点到的标签数量，A表示的是读写器的碰撞读取率。

需要说明的是，在读写器一次标签清点过程中需要进行多轮清点的情形下，那么按照上述公式(1)、(2)、(3)、(4)记载的同样计算方法，还可以计算出读写器一次标签清点其它清点周期内读写器清点到的标签数量。需要注意的是，在计算其它清点周期内清点到的标签数量时，其它清点周期内读写需要清点的标签数量是一个动态变化的值。也就是说，在读写器的一次清点过程中，不同的清点周期内需要清点的标签数量Ni是不相同的。

在本发明的一种实施例中，具体是采用如下方式来计算每一轮清点周期内，RFID系统中读写器的清点效率的：

$\mathrm{Fi}=\frac{\mathrm{Mi}}{2^{\mathrm{Qi}}}...\left(5\right)$

其中，Fi为RF ID系统中读写器第i轮清点周期内的清点效率，Mi为RFID系统中读写器在第i轮清点周期内清点到的标签数量，2Qi表示的是第i轮清点周期的清点间隙个数。运用该公式，可以计算其它任何清点周期内读写器的清点效率。对于同一个阅读器而言，不同的清点周期内，由于其需要清点的标签数量Ni不同，因此，其对应的读写器的清点效率则可能不同。

由公式(4)和公式(5)可知，在第i轮清点周期中，读写器的清点效率的计算可用公式(6)表示：

$\mathrm{Fi}=({\left(\frac{2^{\mathrm{Qi}}-1}{2^{\mathrm{Qi}}}\right)}^{\mathrm{Ni}-1}*\mathrm{Ni}+(2^{\mathrm{Qi}}-{\left(\frac{2^{\mathrm{Qi}}-1}{2^{\mathrm{Qi}}}\right)}^{\mathrm{Ni}}*2^{\mathrm{Qi}}-{\left(\frac{2^{\mathrm{Qi}}-1}{2^{\mathrm{Qi}}}\right)}^{\mathrm{Ni}-1}*\mathrm{Ni})*A)/2^{\mathrm{Qi}}...\left(6\right)$

由公式(6)可知，当Qi取不同值时，其对应的Fi也不一样，因此，可通过公式(6)，计算出在第i轮清点周期内，读写器配置不同清点参数值时对应的一系列不同的清点效率，并将这一系列清点效率中任一数值落在预设清点范围内的清点效率对应的清点参数值配置为读写器的清点参数值。如此，则能够保证为读写器配置的清点参数值时适合读写器的，从而从整体上保证了读写器的清点效率。

由于Fi的函数图象是先递增后递减的，根据其函数特征可知，Fi一定会有一个峰值，该峰值对应着第i轮清点周期内读写器的最优清点效率。因此，还可以将Fi取最大值时对应的清点参数值配置为读写器的清点参数值，此时读写器则可以采用最优的清点参数值进行标签清点，所以标签发生碰撞的机率最小，因此，每个清点间隙内的标签清点速度最快，因此，读写器的清点效率也最高。

需要说明的是，对于同一个读写器来说，其碰撞读取率A则是相同的。而在读写器的不同的清点周期，读写器需要清点的标签数量Ni是不一样的，预设的清点效率范围也可能是不一样的，因此，读写器在每一轮清点周期的最优清点效率也可能会不同，对应地，读写器每轮清点周期的清点参数Qi的值也可能不同。因此，读写器进行每轮标签清点前，都需要动态地配置该轮清点周期的与读写器适配的清点参数值Qi，这样才能保证读写器每轮清点周期的清点效率都比较理想，从而从整体上保证了读写器的清点效率。

在本发明的另一实施例中，以实际数据为例，对本发明做进一步详细地说明。

假设需要清点的标签数量分别为Ni＝40、Ni＝100和Ni＝200，3个读写器碰撞读取率分别为0％、10％和30％即A1＝0；A2＝0.1；A3＝0.3。那么通过公式(6)，则可以计算出Qi取不同值时对应的清点效率，具体可参见表1

表1不同读取器不同清点周期不同清点参数值对应的清点效率

需要对表1进行解释的一点是：在表1中并没有完全列出Qi的取值区间[0，15]内所有Qi取不同值时对应的读写器的清点效率，而只是列举出了其中的一部分。这是因为，公式(6)是一个先递增后递减的函数，因此，只要列举出的数值能够反映出其先递增后递减的特性即可。

需要说明的第二点是，从表1中可见，对于同一个读写器而言，当其需要清点的标签数量不同时，其对应的最优清点参数值也不同。

例如，对于A1读写器而言，当其需要清点的标签数量分别为40、100、200时，其对应的最优清点效率分别为0.362、0.359、0.358，那么对应地，其对应的最优清点参数值分别为5、7、8。

需要说明的第三点是，从表1中可见，对于不同的读写器而言，当其需要清点的标签数量相同时，由于其碰撞读取率不同，其对应的最优清点参数值则可能相同，也可能不同。

例如，对于不同的读写器A1、A2、A3，当其需要清点的标签数量均为100时，其对应的最优清点参数值分别为7、7、6.

然而，在传统的碰撞算法中，Qi是根据查表法，进行选择的，可参见表2：

表2传统碰撞算法中清点参数Qi的取值

Qi	Qi＝0	Qi＝1	Qi＝2	Qi＝3	Qi＝4
						Ni	0-1	2	3-4	5-8	9-16
Qi	Qi＝5	Qi＝6	Qi＝7	Qi＝8	Qi＝9
						Ni	17-32	33-64	65-128	129-256	257-512

参见表1和表2，将传统碰撞算法与本发明的碰撞算法进行对比：

1、当需要清点的标签书数量为Ni＝40、A1＝0的情况下，根据本发明的碰撞算法，可知清点参数Qi＝5，而传统的碰撞算法选择的清点参数Qi＝6，将选择的清点参数的取值均带入公式(6)进行计算可知，本发明清点参数值对应的读写器的清点效率比传统算法选择的清点参数值对应的读写器的清点效率提高了7.1％。

2、当选择Ni＝200、A3＝0.3，根据本发明的碰撞算法，可知清点参数Qi＝7，而传统的碰撞算法选择清点参数的Qi＝8，将选择的清点参数的取值均带入公式(6)进行计算可知，本发明清点参数值对应的读写器的清点效率比传统算法选择的清点参数值对应的读写器的清点效率提高了14.5％。

同时，本发明还提供了一种RFID系统，包括读写器和标签，该读写器包括计算模块，选择模块，配置模块以及清点模块，计算模块用于计算读写器配置不同清点参数值时对应的读写器的清点效率；选择模块用于挑选出在预设清点效率范围内的读写器的清点效率；配置模块用于将任一在该预设清点效率范围内的读写器的清点效率对应的清点参数值配置为读写器的清点参数值；清点模块用于根据配置的清点参数值进行标签清点。

其中，计算模块包括信息获取单元，以及计算单元；信息获取单元用于获取RFID系统中读写器的碰撞读取率以及读写器需要清点的标签数量；计算单元用于根据标签数量和碰撞读取率来计算读写器配置不同清点参数值时对应的读写器的清点效率。

另外，本发明还提供了一种读写器，所述读写器包括计算模块，选择模块，配置模块以及清点模块，计算模块用于计算读写器配置不同清点参数值时对应的读写器的清点效率；选择模块用于挑选出在预设清点效率范围内的读写器的清点效率；配置模块用于将挑出出的任一在预设清点效率范围内的读写器的清点效率对应的清点参数值配置为读写器的清点参数值；清点模块用于根据配置的清点参数值进行标签清点。

另外，如图3所示，本发明公开的读卡器包括协议方法控制模块，数字基带模块，以及模拟电路模块，协议方法控制模块用于计算读写器配置不同清点参数值时对应的读写器的清点效率，并挑选出在预设清点效率范围内的读写器的清点效率，以及将挑选出的任一在预设清点效率范围内的读写器的清点效率对应的清点参数值配置为读写器的清点参数值；数字基带模块和模拟电路部分用于根据配置的清点参数值进行标签清点

应用本发明，由于为读写器配置了与之适配的清点参数值，可以提高读写器单位时间内的清点速度，提高了每轮清点周期内的读写器的清点效率，并且读写器能以快速排除标签的方法进行清点周期的循环，从而从整体上提高了读写器的清点效率，对大量标签有很高的识别效率，在一定程度上可以推动多标签场景的广泛应用，对今后的物联网的发展也有一定的促进作用。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种适用于RFID系统的多标签防碰撞方法，其特征在于，包括以下步骤：

计算读写器配置不同清点参数值时对应的读写器的清点效率；

挑选出在预设清点效率范围内的读写器的清点效率；

将任一所述在预设清点效率范围内的读写器的清点效率对应的清点参数值配置成所述读写器的清点参数值；

所述读写器根据配置的清点参数值进行标签清点。

2.如权利要求1所述的多标签防碰撞方法，其特征在于，在执行所述计算读写器配置不同清点参数值时对应的读写器的清点效率的步骤之前，还判断所述读写器是否收到清点结束指令，若收到，则结束标签清点。

3.如权利要求1所述的多标签防碰撞方法，其特征在于，所述计算读写器配置不同清点参数值时对应的读写器的清点效率的步骤具体为：

根据RFID系统中读写器需要清点的标签数量以及读写器的碰撞读取率，计算读写器配置不同清点参数值时对应的读写器的清点效率。

4.如权利要求3所述的多标签防碰撞方法，其特征在于，读写器的一次标签清点包括多轮清点周期，在每一轮清点周期内，读写器进行标签清点的方法具体为：

根据RFID系统中读写器本轮清点周期内需要清点的标签数量以及读写器的碰撞读取率，计算读写器本轮周期内配置不同清点参数值时对应的读写器的清点效率；

挑选出在本轮清点周期预设清点效率范围内的读写器的清点效率；

将任一所述在本轮清点周期预设清点效率范围内的读写器的清点效率对应的清点参数值配置为读写器本轮清点周期的清点参数值；

读写器根据配置的本轮清点周期的清点参数值进行标签清点，直至本轮清点完成。

5.如权利要求4所述的多标签防碰撞方法，其特征在于，在配置读写器的清点参数值时，将所述在本轮清点周期预设清点效率范围内的读写器的最大清点效率对应的清点参数值配置为读写器本轮清点周期的清点参数值。

6.如权利要求4-5任一所述的多标签防碰撞方法，其特征在于，每一轮清点周期包括多个清点间隙，所述RFID系统中读写器需要清点的标签数量包括三部分，具体为：每个清点间隙内只有一个标签返回RN16时对应的标签总数；每个清点间隙内有多个标签返回RN16时对应的标签总数；以及每个清点间隙内没有标签返回RN16时对应的标签总数。

7.如权利要求6所述的多标签防碰撞方法，其特征在于，所述每个清点间隙内只有一个标签返回RN16时对应的标签总数为：所述每个清点间隙内没有标签返回RN16时，对应的标签总数为：所述每个清点间隙内有多个标签返回RN16时，对应的标签总数为： $\mathrm{Fi}2=2^{\mathrm{Qi}}-{\left(\frac{2^{\mathrm{Qi}}-1}{2^{\mathrm{Qi}}}\right)}^{\mathrm{Ni}}*2^{\mathrm{Qi}}-{\left(\frac{2^{\mathrm{Qi}}-1}{2^{\mathrm{Qi}}}\right)}^{\mathrm{Ni}-1}*\mathrm{Ni};$

其中，FiO表示的是第i轮清点周期的每个清点间隙内只有一个标签返回RN16时对应的标签数量；Fi1表示的是第i轮清点周期的每个清点间隙内没有标签返回RN16时对应的标签数量；Fi2表示的是第i轮清点周期的每个清点间隙内有多个标签返回RN16时对应的标签数量；Ni表示的是第i轮清点周期内读写器需要清点的标签数量，Qi第i轮清点周期内为读写器配置的清点参数值，2Qi表示的是RFID系统中读写器第i轮清点周期内的清点间隙个数。

8.如权利要求7所述的多标签防碰撞方法，其特征在于，读写器清点到的标签数量Mi＝Fi0+Fi2*A；所述读写器的清点效率

其中，Fi为RFID系统中读写器第i轮清点周期的清点效率，Mi为RFID系统中读写器第i轮清点周期内清点到的标签数量，A表示的是读写器的碰撞读取率。

9.如权利要求8所述的多标签防碰撞方法，其特征在于，所述读写器的清点效率具体为：

$\mathrm{Fi}=({\left(\frac{2^{\mathrm{Qi}}-1}{2^{\mathrm{Qi}}}\right)}^{\mathrm{Ni}-1}*\mathrm{Ni}+(2^{\mathrm{Qi}}-{\left(\frac{2^{\mathrm{Qi}}-1}{2^{\mathrm{Qi}}}\right)}^{\mathrm{Ni}}*2^{\mathrm{Qi}}-{\left(\frac{2^{\mathrm{Qi}}-1}{2^{\mathrm{Qi}}}\right)}^{\mathrm{Ni}-1}*\mathrm{Ni})*A)/2^{\mathrm{Qi}};$

其中，A表示的是读写器的碰撞读取率。

10.一种RFID系统，包括读写器和标签，其特征在于：所述读写器包括计算模块，选择模块，配置模块以及清点模块，所述计算模块用于计算读写器配置不同清点参数值时对应的读写器的清点效率；所述选择模块用于挑选出在预设清点效率范围内的读写器的清点效率；所述配置模块用于将任一所述在预设清点效率范围内的读写器的清点效率对应的清点参数值配置为读写器的清点参数值；所述清点模块用于根据配置的清点参数值进行标签清点。

11.如权利要求10所述的RFID系统，其特征在于，所述计算模块包括信息获取单元，以及计算单元；

所述信息获取单元用于获取所述RFID系统中读写器的碰撞读取率以及读写器需要清点的标签数量；

所述计算单元用于根据所述标签数量和所述碰撞读取率来计算所述读写器配置不同清点参数值时对应的读写器的清点效率。

12.一种读写器，其特征在于，所述读写器包括计算模块，选择模块，配置模块以及清点模块，所述计算模块用于计算读写器配置不同清点参数值时对应的读写器的清点效率；所述选择模块用于挑选出在预设清点效率范围内的读写器的清点效率；所述配置模块用于将任一所述在预设清点效率范围内的读写器的清点效率对应的清点参数值配置为读写器的清点参数值；所述清点模块用于根据配置的清点参数值进行标签清点。

13.一种读写器，其特征在于，所述读卡器包括协议方法控制模块，数字基带模块，以及模拟电路模块，所述协议方法控制模块用于计算读写器配置不同清点参数值时对应的读写器的清点效率，并挑选出在预设清点效率范围内的读写器的清点效率，以及将任一所述在预设清点效率范围内的清点效率对应的清点参数值配置为读写器的清点参数值；所述数字基带模块和模拟电路模块用于根据配置的清点参数值进行标签清点。

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