CN103177274A - 基于时隙的多个射频识别读写器的防碰撞方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于时隙的多个射频识别读写器的防碰撞方法，用于多个读写器，每一读写器包括射频发射模块、射频接收模块、RFID标签读写模块以及时隙校准模块，包括步骤：步骤（1）：初始化读写器，步骤（2）：读写器搜索空间中的时隙识别信号，当发现空闲的时隙时，将读写器的工作插入到本时隙，步骤（3）：读写器在其占用的工作时隙内开始工作，在其占用的时隙结束时发送时隙识别信号，步骤（4）：在一预设的周期结束时，读写器通过时隙校准模块校准时隙并跳转到步骤（2），步骤（5）：返回到步骤（3）。

Description

基于时隙的多个射频识别读写器的防碰撞方法

技术领域

本发明涉及一种基于时隙的多个射频识别读写器防碰撞方法，更具体地，在射频识别通信技术领域，涉及一种射频识别系统中的多个读写器之间在读写标签时的防碰撞方法。

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,其利用无线射频方式在阅读器和射频卡之间进行非接触双向数据传输，以达到目标识别和数据交换的目的，例如，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。与传统的条型码、磁卡及IC卡相比，射频卡具有非接触、阅读速度快、无磨损、不受环境影响、寿命长、便于使用的特点。目前在国内外，射频识别技术已被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域。

最基本的RFID系统由三部分组成：1、标签(Tag，即射频卡)：由耦合元件及芯片组成，标签含有内置天线，用于和射频天线间进行通信。2、阅读器：读取(在读写器中还可以写入)标签信息的设备。3、天线：在标签和读取器间传递射频信号。有些系统还通过阅读器的RS232或RS485接口与外部计算机(上位机主系统)连接，进行数据交换。系统的基本工作流程是：阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当射频卡进入发射天线工作区域时产生感应电流，射频卡获得能量被激活；射频卡将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去；系统接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号，经天线调节器传送到阅读器，阅读器对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主系统进行相关处理；主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作。 

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。对于射频识别系统来说，目前只有主要解决单个读写器与多个标签之间通信的碰撞问题。并且限于成本和功耗的因素，标签只能够提供极为有限的功能用于实现防碰撞机制。目前多标签的防碰撞方法主要分为时隙ALOHA 方法和二叉树方法两大类。

其中时隙ALOHA方法采用时分复用（TDMA），如果能够有效地估计位于读写器阅读场区的未识别的电子标签的数量，根据电子标签的数量调整一轮（帧）查询电子标签的次数（时隙的个数），则可以有效地提高读写器的识别效率。大多数的防碰撞算法通过在一次查询周期中（帧），检测电子标签发生碰撞的次数。通过成功识别电子标签的次数和电子标签没有返回的次数来估计未识别电子标签的数量，决定下一帧的长度，从而实现调整、改善读写器识别效率。

其中二叉树方法的基本思想是将标签分裂成子集0和子集1两个子集。先查询子集0，若没有碰撞，则正确识别标签，若有碰撞则再分裂，把子集0分为子集00和子集01两个子集，依次类推，直到识别出子集0中的所有标签。然后再按此步骤查询子集1。二叉树方法总是首先致力于解决0分支的碰撞，让其分裂，直到0分支的标签全部识别完成再开始识别其他的标签。在0分支进行分裂时，非0分支的标签始终不分裂，一直处于等待状态。事实上，在0分支的标签进行分裂的同时，其他标签也可以根据0分支标签的碰撞程度进行适当的散列操作，这样，当0分支的标签识别完成后，其他分支的标签已经得到充分的散列，从而能够减少再次进行分裂的次数，提高系统的吞吐率。

现有的算法与应用主要解决的是单读写器与多卡之间的碰撞问题，但是在实际应用中，例如物流，畜牧业可能会碰到多读写器之间的碰撞，在这种情况下，将影响读写器之间的正常工作。本发明要解决的问题就是多读写器之间的碰撞问题。

发明内容

针对现有RFID在多读写器防碰撞算法方面的不完善，本发明的目的为解决现有技术中存在的上述问题，提供一种解决多读写器之间的碰撞问题的方法。更具体地，结合时隙的概念，本文将提出一种基于时隙的多读写器防碰撞法。

本发明所采用的技术方案是一种基于时隙的多读写器防碰撞方法，用于多个读写器，每一读写器包括射频发射模块、射频接收模块、RFID标签读写模块以及时隙校准模块，其中每一读写器可接收由其他任何一台读写器发送的时隙识别信号，其特征在于，包括步骤：

步骤1：初始化读写器，

步骤2：读写器搜索空间中的时隙识别信号，当发现空闲的时隙时，将读写器的工作插入到本时隙，

步骤3：读写器在其占用的工作时隙内开始工作，在其占用的时隙结束时发送时隙识别信号，

步骤4：在一预设的周期结束时，读写器通过时隙校准模块校准时隙并跳转到步骤2，

步骤5：返回到步骤3。

优选地，所述时隙识别信号为经由读写器的射频发射模块所发出的结束命令。

优选地，每一个读写器具有一预设的工作频率，其中每一个读写器的工作时间小于该工作频率的倒数，该工作频率的倒数为读写器的工作周期，在该工作周期内可插入的时隙个数为读写器的工作频率与工作时间的乘积的倒数，且其大于在预设的读写器的发射与接收信号范围内的读写器的数量，以及其中每个时隙的时间为一相等的预设的时长，以使每个时隙的时间与时隙个数的乘积小于该工作周期。

优选地，读写器开机时搜索时隙识别信号的时间预设为工作频率的倒数的两倍，当扫描到时隙为空时将该读写器加入到这个时隙。

优选地，每一个读写器在其占用的时隙结束时，经由射频发射模块在预设的信号接收范围内以广播的方式发送一帧结束命令，多个读写器中的其他任一个通过射频接收模块接收并解析命令，从而判断时隙是否被占用。

优选地，所述周期为工作频率的倒数的整数倍。本发明的有益效果是：

现有的算法只能解决单读写器于多卡之间的碰撞问题，将导致应用面窄，在读写器之间的布局有一定要求，并可能形成盲区，本发明将解决了多读写器之间的碰撞问题，让应用面更宽。提高了工作效率及产品抗干扰性。

根据技术方案的描述，每个读写器之间的工作都不会重叠，每个读写器之间都是按照自己的时隙工作的，都是分时工作的，这样解决了多读写器之间的碰撞问题。

具体实施方式

本发明所采用的技术方案是一种基于时隙的多读写器防碰撞方法，该方法可用于工作信号覆盖范围内的多个读写器，每一读写器包括射频发射模块、射频接收模块、RFID标签读写模块以及时隙校准模块，其中每一读写器可接收由其他任何一台读写器发送的时隙识别信号，在根据本发明的方法的一实施例中，包括以下步骤：

步骤1：初始化读写器，

步骤2：读写器搜索空间中的时隙识别信号，当发现空闲的时隙时，将读写器的工作插入到本时隙，

步骤3：读写器在其占用的工作时隙内开始工作，在其占用的时隙结束时发送时隙识别信号，

步骤4：在一预设的周期结束时，读写器通过时隙校准模块校准时隙并跳转到步骤2，

步骤5：返回到步骤3。

其中，所述时隙识别信号可以为经由读写器的射频发射模块所发出的结束命令。

在步骤2至4中，假设读写器工作频率为f，每个读写器工作的时间为T1（T1<1/f），那么时隙的个数为1/（f*T1）。

根据本发明的方法，对读写器的数量，每个时隙的时间，时隙个数，工作频率之间有一定的约束关系，例如，时隙个数>读写器的个数，每个时隙的时间与时隙个数的乘积<1/f，其中每个时隙的时间为一相等的预设的时长。

每一个读写器开机时扫描时间可预设为2/f，当扫描到时隙为空时将其加入到这个时隙。每一个读写器在工作结束时，即自己所占用的时隙结束时，都会经由射频发射模块在预设的读写器信号的发射与接收范围内以广播的方式发送一帧结束命令，多个读写器中的其他任一个通过射频接收模块解析命令，可以判断此时隙是否被占用。

所述预设的周期可以为工作频率的倒数的整数倍，例如，1倍、5倍、10倍或100倍。

在根据本发明的方法的另一实施例中，当工作频率f为每秒1次，例如每秒内进行一次读写操作，且每个读写器工作的时间T1为10ms时，在读写器的信号发射与接收范围内，应用根据本发明防碰撞方法的可插入的时隙为100个，读写器的个数须小于100个，或不大于100个，即时隙个数>=读写器的个数。由于每一台读写器仅在其占用的时隙内工作，互不产生碰撞。

根据本发明的方法适用于解决任何用于射频识别的多个读写器之间的碰撞问题，尤其适用于uhf频段的读写器，例如，在大型物流运输工具的识别、门禁系统等需识别距离较长的场合，读写器与射频识别标签之间的距离可达10-20米，这时候，适用于915M或以上的uhf频段。

以上所述仅为本发明的优先实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于时隙的多个射频识别读写器的防碰撞方法，用于多个射频识别读写器，每一读写器包括射频发射模块、射频接收模块、RFID标签读写模块以及时隙校准模块，其中每一读写器可接收由其他任何一台读写器发送的时隙识别信号，其特征在于，包括步骤：

步骤（1）：初始化读写器，

步骤（2）：读写器搜索空间中的时隙识别信号，当发现空闲的时隙时，将读写器的工作插入到本时隙，

步骤（3）：读写器在其占用的工作时隙内开始工作，在其占用的时隙结束时发送时隙识别信号，

步骤（4）：在一预设的周期结束时，读写器通过时隙校准模块校准时隙并跳转到步骤（2），

步骤（5）：返回到步骤（3）。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述时隙识别信号为经由读写器的射频发射模块所发出的结束命令。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每一个读写器具有一预设的工作频率，其中每一个读写器的工作时间小于该工作频率的倒数，该工作频率的倒数为读写器的工作周期，在该工作周期内可插入的时隙个数为读写器的工作频率与工作时间的乘积的倒数，且其大于在预设的读写器的发射与接收信号范围内的读写器的数量，以及其中每个时隙的时间为一相等的预设的时长，以使每个时隙的时间与时隙个数的乘积小于该工作周期。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，读写器开机时搜索时隙识别信号的时间预设为工作频率的倒数的两倍，当扫描到时隙为空时将该读写器加入到这个时隙。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每一个读写器在其占用的时隙结束时，经由射频发射模块在预设的信号接收范围内以广播的方式发送一帧结束命令，多个读写器中的其他任一个通过射频接收模块接收并解析命令，从而判断时隙是否被占用。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述周期为工作频率的倒数的整数倍。