CN102799838A - Rfid电子标签随机跳频方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出RFID电子标签随机跳频方法，基于令电子标签随机选择频道的射频识别系统及其实现方法，所述射频识别系统包括上位机和低频激励器，以及电子标签和控制器。所述低频激励器唤醒进入其激励区的电子标签，并向该电子标签发送跳频表；接收到所述跳频表的电子标签随机选择一通信频道与相应的控制器建立通信链接，从而通过该控制器向上位机发送数据，或者接收来自上位机的数据。由于所述电子标签的通信频道随机选择，避免了信道冲突，而且，传输的数据在单一通信频道上停留时间短，不易捕获和解析，确保了数据的安全性；另外，与现有技术频分多路RFID系统相比，本发明射频识别系统中可同时容纳的电子标签更多，提高了信道利用率和冗余度。
Description
技术领域
本发明涉及射频识别系统及其通信方法，特别是涉及工作于一个通信频道以上的射频识别系统及选择建立通信频道的方法。
背景技术
基于射频识别Radio Frequency Identification技术的射频识别系统简称RFID系统，是利用无线电技术在阅读器和电子标签之间建立无线通信链接，从而实现信息查询、身份确认、条件检索等识别功能。根据实现的方式不同，所述RFID系统可分为两类：有源RFID系统和无源RFID系统。无源RFID系统的电子标签上不带电池，其工作所需要的全部电源都依靠转换接收到的阅读器发送的电磁波而获得，所以其阅读器的发射功率一般较大。与之相反，有源RFID系统的电子标签自身具备电池，可提供全部器件工作的电源，因而相应阅读器的发射功率要求不高，而且有效阅读距离也较前者有所增加。因此，有源RFID系统对于特殊人群管理、车辆的电子牌照、追踪定位、移动支付等应用领域有着光明的前景。
从信道数量角度，现有技术有源RFID系统包括单频道有源RFID 系统和频分多路有源RFID系统。所述单频道有源RFID 系统特点是电子标签与阅读器、中继器的通信采用同一通信频道，系统构造简单，容易实现，开发周期短；同时，它也具有收齐率低，抗干扰能力差，数据冗余度高等致命缺陷，限制了有源RFID的应用。现有技术频分多路有源RFID系统包括作为阅读器的上位机、低频激励器、至少一个处于该低频激励器的激励区的电子标签，以及至少一个作为中继器的控制器。所述频分多路有源RFID系统为每个电子标签各自固定分配一条通信频道，而且各电子标签使用的通信频道互不相同。但是，由于通信频道固定，数据的安全性较弱，在安全性要求较高的领域并不能胜任；而且为了维持通信畅通，必须确保维持所有已分配的通信频道正常，即使电子标签不需要与控制器通信时也需要保持通信频道分配给该电子标签的状态，造成信道冗余度低，信道利用率低。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于避免现有技术的不足之处而提出一种电子标签能够随机选择通信频道的射频识别系统及其实现方法，增强了数据安全性，提高了信道利用率。
本发明解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现：
实施一种令电子标签随机选择通信频道的方法，基于包括上位机和低频激励器的射频识别系统，该射频识别系统还包括至少一个电子标签和至少一个控制器；尤其是所述方法包括如下步骤：
A. 所述低频激励器唤醒进入其激励区的电子标签，并向该电子标签发送跳频表；
B. 步骤A中接收到所述跳频表的电子标签随机选择一通信频道与相应的控制器建立通信链接，从而通过该控制器向上位机发送数据，或者接收来自上位机的数据。
具体而言，所述步骤B还包括以下分步骤，
B1. 所述电子标签按照设定的发送间隔和发送随机度在跳频表中随机选择一个通信频道链接相应控制器；
B2. 所述电子标签向控制器发送数据；
B3. 所述控制器根据步骤B2发来的数据查询是否有来自上位机的、与该电子标签信息相匹配的命令数据；如果有命令数据，就向电子标签转发，随后在收到电子标签发出的命令返回数据后，将命令返回数据发送至上位机；如果没有命令数据，不向电子标签发送任何数据。
关于电子标签向控制器发送的数据，所述分步骤B2还包括以下分步骤，
B21. 所述电子标签向控制器发送的数据包括自身识别码和命令频道；
那么，所述分步骤B3还包括以下分步骤，
B31. 所述控制器接收分步骤B21所述电子标签的自身识别码和命令频道；
B32. 所述控制器依据分步骤B31所述电子标签的自身识别码查询是否有来自上位机的、与该电子标签信息相匹配的命令数据，如果所述控制器查询到该命令数据后，执行以下分步骤B33至B34；否则，所述控制器执行以下分步骤B37；
B33. 所述控制器重新组装所述来自上位机的命令数据，将该命令数据和命令返回数据频道一起通过所述命令频道发送给电子标签；
B34. 所述控制器在等待数据时隙内，在所述命令返回数据频道判断是否接收到电子标签的命令返回数据；如果接收到所述命令返回数据，执行以下分步骤B35；否则，执行步骤B36；
B35. 将命令返回数据重新打包发送至上位机，然后执行步骤B37；
B36. 将数据超时命令发送至上位机，然后执行步骤B37；
B37. 返回分步骤B31。
本发明解决所述技术问题还可以通过采用以下技术方案来实现：
设计、制造一种令电子标签随机选择通信频道的方法射频识别系统，包括上位机，以及至少一个电子标签和至少一个控制器。尤其是，还包括低频激励器，该低频激励器用于唤醒进入其激励区的电子标签，并且向该电子标签发送跳频表。所述电子标签依据跳频表随机选择一通信频道与相应的控制器建立无线链接；所述各控制器都链接所述上位机；所述电子标签借助与该电子标签建立无线链接的控制器向上位机发送数据，并接收来自上位机的数据。
所述各控制器借助局域网络连接上位机，即所述各控制器通过网络总线链接上位机。
同现有技术相比较，本发明“令电子标签随机选择频道的射频识别系统及其实现方法”的技术效果在于：
所述电子标签依据所述跳频表随机选择一个通信频道与相应的控制器链接，进而实现与上位机的通信，由于电子标签的通信频道随机选择，避免了信道冲突，而且，传输的数据在单一通信频道上停留时间短，不易捕获和解析，确保了数据的安全性；另外，所述电子标签只在需要与上位机通信时才随机选择一通信频道与上位机建立链接，因此，每条通信频道不是一直保持链接，与现有技术频分多路RFID系统相比，本发明射频识别系统中可同时容纳的电子标签更多，提高了信道利用率和冗余度。
附图说明
图1是本发明“RFID电子标签随机跳频方法”优选实施例的系统组成示意图；
图2是所述优选实施例的电子标签的状态转换示意图；
图3是所述优选实施例的电子标签随机选择通信频道示意图；
图4是所述优选实施例的控制器的状态转换示意图；
图5是所述优选实施例的电子标签唤醒应答数据包格式示意图；
图6是所述优选实施例的控制器的发送命令格式示意图。
具体实施方式
以下结合附图所示实施例作进一步详述。
本发明提出一种令电子标签随机选择通信频道的方法射频识别系统，包括上位机，以及至少一个电子标签和至少一个控制器。尤其是还包括低频激励器，该低频激励器用于唤醒进入其激励区的电子标签，并且向该电子标签发送跳频表。所述电子标签依据跳频表随机选择一通信频道与相应的控制器建立无线链接。所述各控制器都链接所述上位机。所述电子标签借助与该电子标签建立无线链接的控制器向上位机发送数据，并接收来自上位机的数据。
本发明优选实施例，如图1所示，所述RFID系统包括M个电子标签T1、T2、……、TM，N个控制器R1、R2、R3、R4、……、RN，一台上位机Host和一低频激励器EXCITER。本发明优选实施例RFID系统为双频操作，即低频激励器和控制器工作在不同的频段。本发明优选实施例，所述低频激励器工作于125KHz，控制器中心频率为2.4GHz。
所述低频激励器将进入其125KHz激励区的电子标签唤醒，将跳频表Fs发送给标签，并实现电子标签的实时定位Real Time Location System，简称RTLS。所述低频激励器采用125KHz向电子标签重复发送OOK调制的激励信号，即开关调制On-Off Keying信号或者100％ASK调制信号，标签无需回答。标签被唤醒后，低频激励器将跳频表Fs发送给标签。
本发明优选实施例，所述的控制器由控制模块、射频收发模块、存储模块和通信接口模块组成，射频收发模块、存储模块和通信接口模块均与控制模块相连，通信接口模块完成于上位机的通信。所述控制器采用应用协议数据单元Application Protocol Data Unit，即APDU方式传输命令，电子标签则以相应的格式返回数据或状态。所述控制器通过通信接口与上位机进行信息交换，本发明优选实施例所述各控制器通过网络总线NET BUS链接上位机。所述网络总线NETBUS包括多种形式，可以是局域网、路由器、RS232/RS485/RS422组网等的任一种；那么前述所述控制器的通信接口也可以相应是TCP/IP、RS232、RS485、RS422等的任一种。所述控制器可根据标签的容量设为一个或多个，每个控制器都有一条属于自己的通信频道。所述的电子标签因跳频表而具有跳频功能，所述跳频表Fs由系统中控制器的工作频道决定。跳频表由低频激励器或控制器发送给电子标签。在所述电子标签首次被唤醒过程中，由低频激励器发送跳频表Fs至电子标签；而对已经被唤醒的电子标签，在电子标签与控制器通信之初，所述控制器还可以发送跳频表Fs至电子标签，进一步确保数据通信安全性。也就是说，低频激励器和控制器都具有发送跳频表的功能，不同的是，低频激励器针对所有进入其激活区域的标签，而控制器是在有上位机命令的时候，针对某一个标签发送跳频表。所述电子标签在发送信息时根据电子标签系统产生的一个随机数在跳频表Fs中选择发送频道，只有工作在此频道的控制器会接收到信息。所述随机数是一个8位二进制数（0~255），可以是由通信系统中通用的伪随机序列产生器产生，也可以由特定设备根据热噪声原理产生，另外，某些芯片内部集成有随机数发生器。所述RFID系统采用特定算法将随机数映射为跳频表中频道的序号。如，跳频表中频道数为N，将随机数做模N运算，余数即为频道的序号，该序号对应的频道就是选中的发送频道。
如上所述，基于上述射频识别系统，本发明还提出一种令电子标签随机选择通信频道的方法，包括如下步骤：
A. 所述低频激励器唤醒进入其激励区的电子标签，并向该电子标签发送跳频表Fs；
B. 步骤A中接收到所述跳频表的电子标签随机选择一通信频道与相应的控制器建立通信链接，从而通过该控制器向上位机发送数据，或者接收来自上位机的数据。
由于所述电子标签的通信频道随机选择，避免了信道冲突，而且，传输的数据在单一通信频道上停留时间短，不易捕获和解析，确保了数据的安全性。
所述跳频表Fs的具体格式、以及所述电子标签如何根据跳频表随机选择通信频道可以采用多种方案，以下仅举出一优选实施例具体说明上述技术方案。
本发明优选实施例，如图2所示，所述电子标签有三种状态：被动态、主动态和命令态。
在被动态下，所述电子标签只实时监听低频激励器或控制器的唤醒命令，并不主动发送信息，所述电子标签按设定的监听间隔LTIV在唤醒频道F0上以系统地址为接收地址监听等待来自控制器的唤醒命令。如果在可编程的等待唤醒时隙WTAK内没有收到低频激励器的激励信号也没有收到控制器的唤醒命令，则进入间歇休眠，间歇休眠后自动唤醒重新开始上面的动作；如果收到合法的低频激励器的激励信号或控制器的唤醒命令，则在跳频表Fs上发送WATM次唤醒应答，然后标签进入主动态。
在主动态下，如图3所示，所述电子标签按设定的发送ID间隔SDIV和发送ID 随机度SDRND在跳频表Fs表中随机选取一个频道并以系统地址发送自身ID、状态码STA和命令频道FC，并在可编程的发送接收转换时隙SRCT后在FC上以隐含自身ID为地址等待来自控制器的控制命令。所述跳频表Fs包括n个频道f1，f2，…，fn-1，fn，经过后文所述随机选取过程从跳频表Fs中选取一个频道fm作为通信频道。所述“以隐含自身ID为地址”指将自身ID做某些运算（如取反），得到的数据即为地址。如果在等待命令时隙WCT时间内没有收到控制器的控制命令，则认定为命令超时，并依据SDIV和SDRND计算休眠时间进入间歇休眠，间歇休眠后自动唤醒重新开始上面的动作。如果在等待命令时隙WCT内收到控制器的控制命令，则执行相应的动作并转入命令态。发送ID间隔SDIV是指标签发送ID的速率，发送ID 随机度主要用来防冲突。假如发送ID间隔SDIV=2s，发送ID随机度为10%，即[-200ms,+200ms]，产生一个随机数i，i在[-200ms,+200ms]区间内， 2s±i即为当前的发送ID间隔。随机选取一个频道是指采用特定算法将随机数映射为跳频表中频道的序号。如，跳频表中频道数为N，将随机数做模N运算，余数即为频道的序号，该序号对应的频道就是选中的发送频道。
在命令态下，所述电子标签不发送信息，只限时在FC上监听控制器的控制命令。如果在命令态限时CDLT内接收到控制命令，则进入命令处理，重新置定限时计数器，即置定CDLT保持命令态；在命令态限时CDLT内如果没有接收到控制命令，则转入主动态。
本发明优选实施例，如图5所示，所述电子标签的数据包主要包括标签类型、标签ID、随机选好的通信频道FS、唤醒源ID和标签状态码。RFID系统中每一个低频激励器和控制器都有自身的ID，发送唤醒命令时会将其ID也发送给标签，这里的唤醒源ID是指指示该标签是被哪一个低频激励器或控制器唤醒的。所述标签状态码就是全文所述状态码STA。所述标签类型可以是可配置卡式标签、可配置温度标签、可读写标签、可查找标签等。所述标签状态码所包含的信息是本标签自身的状态，包括电池状态、冲击状态、呼叫状态、报警状态和唤醒状态等。
本发明优选实施例，所述控制器有两种状态：待命态与命令态。
如图4所示，在待命态，控制器在所述随机通信频道FS上接收到来自电子标签的请求命令信息时，将该电子标签的请求命令信息重新打包发给上位机或将该电子标签的请求命令信息写入控制器的数据块。如果没有与之相匹配的上位机命令，即前文所述控制命令，则仍保持待命态；如果有与之相匹配的上位机命令，控制器则重新组装命令在FC上发送控制命令给电子标签，该控制命令中包括隐含的数据频道FD。所述控制器在FD上接收来自标签的命令返回数据。如果在等待数据时隙WDT时间内没有得到电子标签的数据，则认定为数据超时，并给上位机发送超时命令应答然后进入待命态；如果收到电子标签的数据，将数据重新打包发送给上位机，然后进入待命态。
本发明优选实施例所述控制器有三种传输模式：直接传输模式、间接传输模式与条件传输模式。控制器在Fs上接收到来自电子标签请求命令信息时，若在直接传输模式下，将标签的请求命令信息重新打包发给上位机；间接传输模式下，将标签的请求命令信息写入控制器的数据块，所述数据块是指标签状态表，用于记录标签的状态。在条件传输模式下，控制器按照设定的条件进行过滤或压缩，然后将需要上传的信息发送给上位机。
本发明优选实施例所述控制器的发送命令数据格式如图6所示，发送命令数据包包含一个必备的连续四字节的命令头，用CLA、INS、P1和P2表示，同时包括一个可变长度的条件体。其中，CLA为指令类型；INS是指令类型的指令码；P1、P2为完成INS的参数字节。条件体由Lc、data和Le组成，Lc占一个字节，定义了发送数据的字节数。Lc的取值范围从1到255。Data为要发送的数据，字节数由Lc定义。Le占一个字节，指出期望返回的最大字节数。Le的取值范围从0到255；如果Le=0，期望返回数据的字节数的最大长度是256。所述发送命令格式是是指控制器发送给电子标签的数据格式。
基于上述优选实施例，所述步骤B还包括以下分步骤，
B1. 所述电子标签按照设定的发送间隔SDIV和发送随机度SDRND在跳频表Fs中随机选择一个通信频道链接相应控制器；
B2. 所述电子标签向控制器发送数据；
B3. 所述控制器根据步骤B2发来的数据查询是否有来自上位机的、与该电子标签信息相匹配的命令数据；如果有命令数据，就向电子标签转发，随后在收到电子标签发出的命令返回数据后，将命令返回数据发送至上位机；如果没有命令数据，不向电子标签发送任何数据。
进一步地，所述分步骤B2还包括以下分步骤，
B21. 所述电子标签向控制器发送的数据包括自身识别码ID和命令频道FC；
那么，所述分步骤B3还包括以下分步骤，
B31. 所述控制器接收分步骤B21所述电子标签的自身识别码ID和命令频道FC；
B32. 所述控制器依据分步骤B31所述电子标签的自身识别码ID查询是否有来自上位机的、与该电子标签信息相匹配的命令数据，如果所述控制器查询到该命令数据后，执行以下分步骤B33至B34；否则，所述控制器执行以下分步骤B37；
B33. 所述控制器重新组装所述来自上位机的命令数据，将该命令数据和命令返回数据频道FD一起通过所述命令频道发送给电子标签；
B34. 所述控制器在等待数据时隙WDT内，在所述命令返回数据频道FD判断是否接收到电子标签的命令返回数据；如果接收到所述命令返回数据，执行以下分步骤B35；否则，执行步骤B36；
B35. 将命令返回数据重新打包发送至上位机，然后执行步骤B37；
B36. 将数据超时命令发送至上位机，然后执行步骤B37；
B37. 返回分步骤B31。
如上所述，所述电子标签只在需要与上位机通信时才随机选择一通信频道与上位机建立链接，因此，每条通信频道不是一直保持链接，与现有技术频分多路RFID系统相比，本发明射频识别系统中可同时容纳的电子标签更多，提高了信道利用率和冗余度。
Claims (5)
1.一种令电子标签随机选择通信频道的方法，基于包括上位机和低频激励器的射频识别系统，该射频识别系统还包括至少一个电子标签和至少一个控制器；其特征在于包括如下步骤：
A. 所述低频激励器唤醒进入其激励区的电子标签，并向该电子标签发送跳频表；
B. 步骤A中接收到所述跳频表的电子标签随机选择一通信频道与相应的控制器建立通信链接，从而通过该控制器向上位机发送数据，或者接收来自上位机的数据。
2.根据权利要求1所述的令电子标签随机选择通信频道的方法，其特征在于：
所述步骤B还包括以下分步骤，
B1. 所述电子标签按照设定的发送间隔和发送随机度在跳频表中随机选择一个通信频道链接相应控制器；
B2. 所述电子标签向控制器发送数据；
B3. 所述控制器根据步骤B2发来的数据查询是否有来自上位机的、与该电子标签信息相匹配的命令数据；如果有命令数据，就向电子标签转发，随后在收到电子标签发出的命令返回数据后，将命令返回数据发送至上位机；如果没有命令数据，不向电子标签发送任何数据。
3.根据权利要求2所述的令电子标签随机选择通信频道的方法，其特征在于：
所述分步骤B2还包括以下分步骤，
B21. 所述电子标签向控制器发送的数据包括自身识别码和命令频道；
那么，所述分步骤B3还包括以下分步骤，
B31. 所述控制器接收分步骤B21所述电子标签的自身识别码和命令频道；
B32. 所述控制器依据分步骤B31所述电子标签的自身识别码查询是否有来自上位机的、与该电子标签信息相匹配的命令数据，如果所述控制器查询到该命令数据后，执行以下分步骤B33至B34；否则，所述控制器执行以下分步骤B37；
B33. 所述控制器重新组装所述来自上位机的命令数据，将该命令数据和命令返回数据频道一起通过所述命令频道发送给电子标签；
B34. 所述控制器在等待数据时隙内，在所述命令返回数据频道判断是否接收到电子标签的命令返回数据；如果接收到所述命令返回数据，执行以下分步骤B35；否则，执行步骤B36；
B35. 将命令返回数据重新打包发送至上位机，然后执行步骤B37；
B36. 将数据超时命令发送至上位机，然后执行步骤B37；
B37. 返回分步骤B31。
4.一种令电子标签随机选择通信频道的方法射频识别系统，包括上位机，以及至少一个电子标签和至少一个控制器，其特征在于：
还包括低频激励器，该低频激励器用于唤醒进入其激励区的电子标签，并且向该电子标签发送跳频表；
所述电子标签依据跳频表随机选择一通信频道与相应的控制器建立无线链接；所述各控制器都链接所述上位机；所述电子标签借助与该电子标签建立无线链接的控制器向上位机发送数据，并接收来自上位机的数据。
5.根据权利要求4所述的令电子标签随机选择通信频道的方法射频识别系统，其特征在于：
所述各控制器通过网络总线链接上位机。
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