CN103123728A - 基于射频识别的标签交易方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于射频识别的标签交易方法及系统，在上述方法中，中央控制器将来自于标签的上行链路帧数据发送至中央控制器中的资源池；在资源池处理上行链路帧数据，组织下行链路帧数据之后，中央控制器选择发送下行链路帧数据的天线；中央控制器控制选择的天线发送下行链路帧数据。根据本发明提供的技术方案，可以有效解决标签和阅读器之间存在的临道干扰问题，提高了一次交易成功率，减小了交易时间。

Description

基于射频识别的标签交易方法

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种基于射频识别的标签交易方法及系统。

背景技术

电子不停车收费(Electronic Tbll Collection，简称为ETC)系统由安装在车辆上的车载设备(标签，OBU)与安装在收费车道的路侧读写设备(阅读器或称之为天线，RSU)构成。它们之间通过射频识别技术进行通信，完成数据交换，实现车辆不停车缴费。射频识别技术通过射频信号自动识别目标并获取相关数据，射频信号利用空口传输。

ETC系统中，阅读器和标签的工作原理如图1所示。阅读器向通信区域的一个或多个标签发送经过调制的射频载波信号。阅读器通过编码、调制射频载波信号，经过无线信道传送给标签。标签接收到来自于阅读器的信息后完成解码、有效性判断等处理，通过无线信道向阅读器发送经过调制的射频载波信号。编码方式采用FM0或者MANCHESTER，调制方式为幅移键控(ASK)或者频移键控(FSK)，阅读器的载波频率5.83GHz或者5.84GHz，标签的载波频率5.79GHz或者5.80GHz。阅读器向标签发送信息的链路称为下行链路，标签向阅读器发送信息的链路称为上行链路。

目前ETC系统大多采用多车道多阅读器方式，如图2所示，能够完成阅读器和标签之间的信息通信以及交易处理等操作，但存在临道干扰问题，即交易中存在多阅读器和一个标签或者多标签和一个阅读器之间的干扰问题。

现有的ETC系统存在的临道干扰问题表现为以下几个方面：一、不同车道的多阅读器独立工作，会导致多个阅读器和一个标签交易，或者多个标签和一个阅读器交易，一次交易成功率低。二、交易中阅读器可能会接收到不同标签的上行帧，标签也可能接收到不同阅读器的下行帧，交易时间较长。

相关技术中，专利申请号为CN200820152908.4的中国专利申请“一种具有透明传输和集成应用双接口模式的电子收费路侧设备”，存在以下不足：一、该专利的主控模块局限于只兼容透明传输和集成应用双接口模式的交易流程，标签和阅读器之间存在上行链路和下行链路临道干扰问题，一次交易成功率低、交易时间长。二、该专利要求携带标签的车辆在一个车道完成交易，即不允许车辆在交易过程中变道，否则交易会出现失败。

发明内容

针对相关技术中标签和阅读器之间存在的下行链路临道干扰等问题，本发明提供了一种基于射频识别的标签交易方法及系统，以解决上述问题至少之一。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于射频识别的标签交易方法。

根据本发明的基于射频识别的标签交易方法包括：中央控制器将来自于标签的上行链路帧数据发送至中央控制器中的资源池；在资源池处理上行链路帧数据，组织下行链路帧数据之后，中央控制器选择发送下行链路帧数据的天线；中央控制器控制选择的天线发送下行链路帧数据。

根据本发明的另一方面，提供了一种基于射频识别的标签交易系统。

根据本发明的基于射频识别的标签交易系统包括：标签和中央控制器；上述标签，用于发送上行链路帧数据，接收来自于中央控制器的下行链路帧数据；上述中央控制器包括：收发控制单元，用于将来自于标签的上行链路帧数据发送至资源池，选择发送下行链路帧数据的天线，控制选择的天线发送下行链路帧数据。应用处理单元，包括：资源池，用于处理上行链路帧数据，组织下行链路帧数据。

通过本发明，在中央控制器的资源池处理所述上行链路帧数据，组织下行链路帧数据之后，所述中央控制器选择发送所述下行链路帧数据的天线；控制上述选择的天线发送所述下行链路帧数据，解决了相关技术中标签和阅读器之间存在的下行链路临道干扰等问题，进而可以有效减小标签和阅读器之间存在的下行链路临道干扰，提高一次交易成功率，减小了交易时间。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据相关技术的阅读器和标签的工作原理示意图；

图2是根据相关技术的多车道多阅读器的交易原理示意图；

图3是根据本发明实施例的基于射频识别的标签交易系统的结构框图；

图4是根据本发明优选实施例的基于射频识别的标签交易系统的结构框图；

图5是根据本发明实例的集成控制方式的交易原理示意图。

图6是根据本发明实施例的基于射频识别的标签交易方法的流程图；

图7是根据本发明优选实施例的基于射频识别的标签交易方法的流程图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

图3是根据本发明实施例的基于射频识别的标签交易系统的结构框图。如图3所示，该标签交易系统包括：标签10和中央控制器20；

其中，标签10，用于发送上行链路帧数据，接收来自于中央控制器的下行链路帧数据；

中央控制器20可以进一步包括：收发控制单元200，用于将来自于标签的上行链路帧数据发送至资源池，选择发送下行链路帧数据的天线，控制选择的天线发送下行链路帧数据。应用处理单元202，包括：资源池，用于处理上行链路帧数据，组织下行链路帧数据。

相关技术中，标签和阅读器之间存在上行链路和下行链路临道干扰问题，一次交易成功率低、交易时间长，且携带标签的车辆只能在一个车道完成交易，车辆不能变道。在如图3所示的系统中，中央控制器20的资源池处理上行链路帧数据，组织下行链路帧数据之后，中央控制器选择发送下行链路帧数据的天线，控制上述选择的天线发送下行链路帧数据给标签10，进而可以有效减小标签和阅读器之间存在的下行链路临道干扰，提高了一次交易成功率，减小了交易时间。同时，也可以解决标签交易过程中不允许变道的问题，以及不同标签对阅读器的上行链路干扰问题。

优选地，如图4所示，上述收发控制单元200可以进一步包括以下之一的模块：第一选择模块2000，用于检测各个天线接收上行链路帧数据的信号强度，选择信号强度最大的天线发送下行链路帧数据；第二选择模块2002，用于根据各个天线的位置和各个天线接收上行链路帧数据的信号强度，计算得出标签的位置信息，根据标签的位置信息选择天线发送下行链路帧数据。

优选地，如图4所示，标签交易系统还可以包括：选择的天线30，用于采用分时发送方式发送下行链路帧数据。

在优选实施过程中，选择的天线30采用分时发送方式发送下行链路帧数据可以包括但不限于以下之一的处理：

处理一：上述选择的天线30检测其相邻天线是否处于发送状态，如果不处于发送状态，则在第一预定时间之后继续检测相邻天线是否处于发送状态，如果不处于发送状态则发送下行链路帧数据；如果相邻天线一直处于发送状态，则在第二预定时间之后发送下行链路帧数据；

处理二：中央控制器根据相邻天线发送下行链路帧数据的时间，控制上述选择的天线发送下行链路帧数据的时间。

优选地，如图4所示，上述收发控制单元200还可以进一步包括：发送模块2004，用于将上行链路帧数据发送至与标签对应的资源池，其中，每个标签对应同一个资源池。

优选地，如图4所示，上述收发控制单元200还可以进一步包括：分配记录模块2006，用于在上行链路帧数据为来自于标签的第一帧数据时，为标签分配资源池，并记录资源池被占用的状态信息；查找模块2008，用于在上行链路帧数据为来自于标签的非第一帧数据时，根据标签的标识信息在中央控制器的各个资源池中进行查找，获取资源池。

收发控制单元200只将带有OBUI的上行链路信息发送给一个对应的资源池，从而解决了上行链路干扰问题，提高了工作效率。

优选地，如图4所示，上述收发控制单元200还可以进一步包括：清空模块2010，用于在资源池完成本次交易后，清空资源池对应的标签的标识信息，并记录资源池为空闲状态的信息。

以下结合图5所示的实例进一步描述上述优选实施方式。

图5是根据本发明实例的集成控制方式的交易原理示意图。如图5所示，该ETC系统包括：中央控制器、天线(图5中示出了编号为1，2，3，4的天线)以及标签(图中示出了编号为1，2，3，4，5，6，7，8的标签)。其中，中央控制器由收发控制单元(相当于上述收发控制单元200)、应用处理单元(相当于上述应用处理单元202)、PSAM处理单元和与车道计算机接口单元组成。

在优选实施过程中，应用处理单元含有多个资源池，各资源池并行处理标签的上行链路帧信息。天线接收标签的数据，上报到中央控制器的收发控制单元，收发控制单元给该标签分配一个应用资源池，该资源池处理该上行数据帧，将处理后的下行帧发送到收发控制单元。收发控制单元选择一个天线将数据发送到该标签。PSAM处理单元供应用单元计算访问凭证、信息鉴别码等使用。与车道计算机接口单元完成与车道计算机的通信。中央控制器控制天线给标签发送命令，标签收到命令后返回给天线应答数据，天线将数据传送到中央控制器。天线按照DSRC协议完成下行链路信息的编码、调制和发送；以及上行链路帧的接收，解码并将解码后的数据传送到中央控制器。中央控制器负责应用处理，包括清点标签命令(BeaconService Table，简称为BST)在内的所有下行链路命令均通过它控制，中央控制器给每个阅读器分配一个资源池，即各个天线可以并行工作，并且可以避免相互干扰。

图6是根据本发明实施例的基于射频识别的标签交易方法的流程图。如图6所示，基于射频识别的标签交易方法主要包括以下处理：

步骤S602：中央控制器将来自于标签的上行链路帧数据发送至中央控制器中的资源池；

步骤S604：在资源池处理上行链路帧数据，组织下行链路帧数据之后，中央控制器选择发送下行链路帧数据的天线；

步骤S606：中央控制器控制选择的天线发送下行链路帧数据。

采用如图6所示的方法，中央控制器的资源池处理上行链路帧数据，组织下行链路帧数据之后，中央控制器选择发送下行链路帧数据的天线，控制上述选择的天线发送下行链路帧数据，进而可以有效减小标签和阅读器之间存在的下行链路临道干扰，提高了一次交易成功率，减小了交易时间。同时，也可以解决标签交易过程中不允许变道的问题。

优选地，步骤S604中，上述中央控制器选择发送下行链路帧数据的天线包括但不限于以下之一的处理：

处理一：中央控制器检测各个天线接收上行链路帧数据的信号强度，选择信号强度最大的天线发送下行链路帧数据；

处理二：中央控制器根据各个天线的位置和各个天线接收上行链路帧数据的信号强度，计算得出标签的位置信息，根据标签的位置信息选择天线发送下行链路帧数据。

优选地，上述选择的天线可以采用以下方式发送下行链路帧数据：分时发送方式。

在优选实施过程中，选择的天线采用分时发送方式发送下行链路帧数据可以包括但不限于以下之一的处理：

处理一：天线检测相邻天线是否处于发送状态，如果不处于发送状态，则在第一预定时间之后继续检测相邻天线是否处于发送状态，如果不处于发送状态则发送下行链路帧数据；如果相邻天线一直处于发送状态，则在第二预定时间之后发送下行链路帧数据；

处理二：中央控制器根据相邻天线发送下行链路帧数据的时间，控制天线发送下行链路帧数据的时间。

优选地，中央控制器将上行链路帧数据发送至中央控制器中的资源池包括以下处理：中央控制器将上行链路帧数据发送至与标签对应的资源池，其中，每个标签对应同一个资源池。

优选地，如果上述上行链路帧数据为来自于标签的第一帧数据，在中央控制器将上行链路帧数据发送至与标签对应的资源池之前，还可以包括以下处理：中央控制器为标签分配资源池，并记录资源池被占用的状态信息；如果上述上行链路帧数据为来自于标签的非第一帧数据(例如，第二帧数据，第三帧数据等)，还可以包括以下处理：中央控制器根据标签的标识信息在中央控制器的各个资源池中进行查找，获取资源池。

该方式解决了上行链路的临道干扰问题。中央控制器接收到来自于某标签的上行链路帧数据后，只选择使用该标签对应的一个资源池，避免了不同标签对阅读器的干扰，提高了系统的工作效率和一次交易成功率。

优选地，在资源池完成本次交易后，中央控制器需要清空资源池对应的标签的标识信息，并记录资源池为空闲状态的信息。以便于下次交易时，将该资源池分配给需要交易的标签。

以下结合图7进一步描述上述优选实施方式。

图7是根据本发明优选实施例的基于射频识别的标签交易方法的流程图。如图7所示，该基于射频识别的标签交易方法主要包括以下处理(步骤S702-步骤S710)：

步骤S702：中央控制器控制天线向通信区域发送BST。在中央控制器的控制下，各天线周期发送BST，某个天线收到标签的建链信息(标签对BST的响应)后，表明该天线的通信区域内存在标签，收发控制单元控制该天线停止发送BST，该天线与标签建链成功后，收发控制单元控制恢复该天线周期发送BST的功能。该步骤由中央控制器的收发控制单元完成。

步骤S704：通信区域内的标签收到天线的数据后，向天线发送上行链路帧数据。

步骤S706：天线接收到标签的上行链路帧数据后，上报给中央控制器的收发控制单元。收发控制单元将上行链路帧数据发送到应用处理单元的相应资源池(如果没有给该标签分配资源池，则分配一个资源池)。

在优选实施方式中，中央控制器的应用处理单元维护多个资源池，以并行地和各车道的OBU进行交易。中央控制器控制与每个OBU的交易流程，天线和一个OBU建链后，收发控制单元接收到第一帧OBU上行链路帧数据后，根据该OBU的ID信息给该OBU分配一个资源池，并记录该资源池已经被占用。交易过程中均使用同一个资源池和该OBU进行交易。

收发控制单元接收到该OBU的其他上行链路帧数据时，根据该OBU的ID信息查找各资源池，选择该OBU的ID对应的资源池，发送上行链路帧数据到该资源池。

步骤S708：应用处理单元的对应资源池处理标签的数据，组织下行链路数据帧并选择一个天线发送。

在优选实施过程中，中央控制器下发下行链路帧数据给某标签时，中央控制器应选择一个合适的天线发送该下行链路帧数据。理论上，应该选择最有利于标签接收下行帧的天线。该天线的通信范围覆盖必须覆盖到该标签。

例如，单向4车道，每个车道放置一个天线，当标签位于某车道时，应该选择该车道的天线发送，当标签位于两个车道的交线位置时，选择其中一个车道对应天线发送。

下面介绍两种选择下发天线的方式。

方式一：检测天线接收标签上行链路帧的信号强度，该强度反映标签的位置信息，即正对标签的天线接收强度大，侧离标签的天线的接收强度小，距离标签近的天线接收强度大，反之接收强度小。中央控制器选择接收强度最大的天线发送下行链路帧数据。该方式复杂度低，但是抗干扰能力低。

如图5所示，标签2发送上行链路帧到各天线，正对着标签的天线2接收到的信号强度大，其他天线接收到的信号强度小，天线将该信号强度和上行链路帧信息一起发送到中央控制器的收发控制单元，收发控制单元选择信号强度最大的天线2发送下行链路帧数据。

方式二：每个车道放置多个接收天线，利用多个接收天线接收到的标签信号功率，实现标签的定位。中央控制器根据标签的位置选择最佳的天线发射。

在一个车道内放置多个位置已知的接收天线和一个发射天线，接收天线接收到标签的上行链路帧后，均上报到中央控制器的收发控制单元，收发控制单元根据各接收天线的位置和各天线接收到的信号强度，可以计算出OBU的相对位置信息(其基本原理同方式一，采用了多个接收天线提高了定位的精度)。根据OBU的相对位置信息和发射天线的位置，即可选择某个发射天线发送下行链路帧。

通过上述方法，中央控制器会根据每个OBU的上行链路帧数据，选择一个发射天线发送相应的下行链路帧，可以解决标签交易过程中的变道问题。

例如，如图5所示，交易过程中标签1由车道1变道到车道2，在变道过程中，会向天线发送上行链路帧信息，中央控制器根据标签的位置，依次选择天线1和天线2发送下行链路帧。

在优选实施过程中，中央控制器会选择一个天线下发某条下行链路帧数据。为了防止出现通信盲区，相邻的天线的覆盖范围存在重叠。如图5所示，天线1、天线2和天线同时和OBU1、OBU2、OBU3进行交易时，存在下行链路干扰问题。解决该问题可以采用各发射天线分时发送的方式，由于每条下行链路帧数据的长度小于128字节，下行速率256Kbps，下行时间小于4ms，因此可以满足并行的要求。具体可以采用如下方式：

方式一：检测相邻天线是否处于发送状态，可以通过GPIO的方式实现。例如，天线2需要发送一条下行链路信息帧时，检测旁边的天线是否正在发射(没有发射认为信道空闲)，如果信道空闲，则随机延时一段时间(0-0.5ms左右)，再检测信道是否空闲，如果空闲则立即发送；当信道忙碌则一直进行信道检测，如果T(时间可以设置)时间内仍未能发送下行帧，则强制发送，即使出现OBU接收失败，也会有命令重传，不过增加了交易时间。

方式二：由中央控制器控制不同的天线分时发送。收发控制单元控制各个发射天线发送下行链路帧，因此中央控制器可以控制各发射天线分时发送。

例如，收发控制单元控制天线2发送一帧下行链路信息时，检测上次控制天线1和天线3发送下行链路帧的时刻，如果小于一定的阀值则延时一段时间后，再控制天线2发送一帧下行链路信息。

方式二中，增加了中央控制器的复杂度，且时间精度要求较高，收发控制单元到各天线的数据传输时间、各天线的处理时间可能会存在差异，因而会影响具体实施效果。

通过上述分时发送方式，可以协调各天线的发射时间，避免下行链路帧之间的干扰。如果OBU存在不能够实时接收下行链路帧数据问题，即OBU在处理一条下行帧期间，不能接收其他的下行帧。针对该问题，如果某天线下发一帧之后，立即下发另一条下行帧，会导致OBU丢失下行帧问题。同理，如果天线1下发一帧数据后，天线2立即下发另一帧数据，也会导致OBU丢失下行帧问题。

例如，武汉路桥ETC协议第二部分数据链路层协议，天线下发完一帧数据后，最长480us内应该开始接收OBU的响应信息。所以，每个天线的两个相邻的下行帧最短时间间隔为480us，天线检测到信道空闲后也要经过480us之后再发送。重复步骤S704至步骤S708，直到交易结束，执行步骤S710。

步骤S710：中央控制器释放该资源池。

在优选实施过程中，应用处理单元的资源池在完成一次交易(包括交易失败结束)后，通知收发控制单元，释放该资源池，即清空该资源池对应的OBU的ID信息，记录该资源池为空闲状态。释放后该资源池可以被其他的OBU使用。

在优选实施方式中，还可以采用以下方式减小交易时间：

方式一：提高中央控制器和天线之间的数据传输速度。

方式二：减少中央控制器和天线之间的命令传输数目，可以通过命令的链接减少命令的个数。

方式三：使用接收天线和发送天线，发射天线进行下行链路帧的编码，接收天线负责上行链路帧的解码。这样可以利用天线的并行运算，减少中央控制器的处理时间。这样要求OBU应答的ACTION命令尽量使用链接的形式，而且帧格式中具有区分ACTION子命令(subtype)的标志位。

综上所述，借助本发明提供的上述实施例，与现有技术相比，引入了中央控制器，中央控制器可以控制不同的阅读器并行工作，从而可以有效提高工作效率、避免临道干扰、提高交易成功率、以及减小交易时间。由于各阅读器在中央控制器的控制下相协调工作，一方面保证了针对某标签的下行帧只有一个阅读器发射，并且各个发射天线采用分时发送的方式，避免了不同阅读器对标签的临道干扰问题；另一方面，接收到来自于某标签的上行链路帧数据后，只选择使用该标签对应的一个资源池，避免了不同标签对阅读器的干扰，提高了系统的工作效率和一次交易成功率。此外，也解决标签交易过程中不允许变道的问题。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于射频识别的标签交易方法，其特征在于，包括：

中央控制器将来自于标签的上行链路帧数据发送至所述中央控制器中的资源池；

在所述资源池处理所述上行链路帧数据，组织下行链路帧数据之后，所述中央控制器选择发送所述下行链路帧数据的天线；

所述中央控制器控制所述选择的天线发送所述下行链路帧数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中央控制器选择发送所述下行链路帧数据的天线包括以下之一：

所述中央控制器检测各个天线接收所述上行链路帧数据的信号强度，选择所述信号强度最大的天线发送所述下行链路帧数据；

所述中央控制器根据各个天线的位置和各个天线接收所述上行链路帧数据的信号强度，计算得出所述标签的位置信息，根据所述标签的位置信息选择天线发送所述下行链路帧数据。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述选择的天线采用以下方式发送所述下行链路帧数据：分时发送方式。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述选择的天线采用分时发送方式发送所述下行链路帧数据包括以下之一：

所述选择的天线检测其相邻天线是否处于发送状态，如果不处于发送状态，则在第一预定时间之后继续检测所述相邻天线是否处于发送状态，如果不处于发送状态则发送所述下行链路帧数据；如果所述相邻天线一直处于发送状态，则在第二预定时间之后发送所述下行链路帧数据；

所述中央控制器根据所述相邻天线发送所述下行链路帧数据的时间，控制所述选择的天线发送所述下行链路帧数据的时间。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中央控制器将所述上行链路帧数据发送至所述中央控制器中的资源池包括：

所述中央控制器将所述上行链路帧数据发送至与所述标签对应的资源池，其中，每个所述标签对应同一个资源池。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，

所述上行链路帧数据为来自于所述标签的第一帧数据时，在所述中央控制器将所述上行链路帧数据发送至与所述标签对应的资源池之前，还包括：所述中央控制器为所述标签分配所述资源池，并记录所述资源池被占用的状态信息；

所述上行链路帧数据为来自于所述标签的非第一帧数据时，在所述中央控制器将所述上行链路帧数据发送至与所述标签对应的资源池之前，还包括：所述中央控制器根据所述标签的标识信息在所述中央控制器的各个资源池中进行查找，获取所述资源池。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述资源池完成本次交易后，所述中央控制器清空所述资源池对应的所述标签的标识信息，并记录所述资源池为空闲状态的信息。

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