CN103605945A - 基于dsss的有源rfid防碰撞方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于DSSS的有源RFID防碰撞方法，所述RFID阅读器包含多路有并行扩频和解扩频处理能力的通路，PN0扩频序列码为唤醒扩频序列码，定义为第0路通道，其它的扩频序列码为防碰撞序列码，依次定义为第1、2、…、n路通道，具体的基于直接序列展频技术，使用不同扩频序列码收发数据，利用扩频码的特性实现；RFID阅读器包含多路有并行扩频和解扩处理能力的通路，标签使用同一种带扩频功能的射频芯片与阅读器通信。本发明的方法综合了码分技术、时分技术的优点，提高了海量标签的盘存效率和速度。

Description

基于DSSS的有源RFID防碰撞方法
技术领域
本发明属于无线射频通信技术领域，具体涉及一种基于DSSS（直接序列展频技术，DirectSequence Spread Spectrum）的有源RFID防碰撞方法。
背景技术
射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术是一种通过射频信号的空间耦合(交变磁场或电磁场)实现非接触式自动识别的技术。射频识别系统的核心部件有阅读器(接收来自于电子标签的信息，并且可以通过与计算机连接，实现整个应用系统的上层管理)和电子标签(向阅读器远程无线传输自身存储的信息，以识别电子标签代表的物品、人和器具的身份)。
射频识别系统工作时，可能会有一个以上的电子标签同时处于阅读器的作用范围内,这样如果有两个或者两个以上的电子标签同时发送数据时候会出现通信冲突、数据相互干扰(碰撞)；同样有时也有可能多个电子标签处在多个阅读器的工作范围之内，它们之间的数据通信也会引起数据干扰。为了防止这些冲突的产生，射频识别系统中需要设置一定的相关算法，解决这种数据冲突问题，这些算法被称为防碰撞算法。
在RFID系统中碰撞有以下特征：阅读器和电子标签之间数据包总的传输时间由数据包的大小和波特率决定，传播延时可忽略不计；RFID系统包括大量的电子标签并且是动态的(随时有可能超出阅读器范围)，通过竞争激励的办法占用通道进行通信；电子标签没有被阅读器激活的情况下不能和阅读器进行通信，对于RFID系统这种主从关系是唯一的，一旦电子标签被识别,就可以和阅读器之间以点对点的模式进行通信。
有源RFID系统里处理这些电子标签的时候需要在几秒之内准确无误的读取上百张甚至千张以上的电子标签，但是现有技术中的RFID阅读器防碰撞算法都是使用时分技术来防止碰撞的，在海量标签的情况下，单纯使用时分技术必定大大延长识别标签的时间，同时漏盘、误盘标签的情况更加明显。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明提出了一种公开了一种基于DSSS的有源RFID防碰撞方法。
本发明的具体技术方案为：一种基于DSSS的有源RFID防碰撞方法，其特征在于，所述RFID阅读器包含多路有并行扩频和解扩频处理能力的通路,PN0扩频序列码为唤醒扩频序列码，定义为第0路通道，其它的扩频序列码为防碰撞序列码，依次定义为第1、2、…、n路通道；
具体的，在RFID阅读器端对数据的处理流程如下：
S11.RFID阅读器接收到上位机或者其它设备的唤醒标签信号后，利用唤醒码PN0生成唤醒指令，指令信息为阅读器的随机n路PN码；
S12.RFID阅读器通过功放和增益天线广播唤醒指令；
S13.监听等待状态，该状态持续若干个周期；若此时收到标签的回复信息则跳转到步骤S14；否则，则继续监听等待；
S14.RFID阅读器通过PN1至PNn的n路并行处理标签的回复信息，若存在碰撞则跳转到步骤S16；否则，跳转到步骤S15；
S15.RFID阅读器的通路在正确解析标签发送的ID信息后，向标签以同样的扩频码发送ACK回执；
S16.RFID阅读器检查标签防碰撞周期是否结束，若没有结束则跳转到步骤S13，否则结束标签防碰撞过程；
在RFID标签端对数据的处理流程如下：
S21.标签处于睡眠状态；
S22.标签从睡眠状态切换到侦听状态，若在侦听状态接收到阅读器的唤醒指令则跳转到步骤S23，否则跳转到步骤S21，进入睡眠状态。
S23.标签利用PN0码解析阅读器的唤醒指令，获得阅读器的n路防碰撞PN码信息；
S24.标签利用自身的ID信息和随机数生成器，选择阅读器n路防碰撞PN码中的一个PNi生成回复指令，通过增益天线发送给阅读器；
S25.标签等待阅读器的ACK回复信息，若在规定的时间内收到回复，则进入工作状态，等待与阅读器的进一步通信；否则，使用动态时隙ALOHA算法，延迟相应的时隙数，并跳转到步骤S24。
本发明的有益效果：本发明的防碰撞方法基于直接序列展频技术，使用不同扩频序列码收发数据，利用扩频码的特性实现；RFID阅读器包含多路有并行扩频和解扩处理能力的通路，标签使用同一种带扩频功能的射频芯片与阅读器通信。本发明的方法综合了码分技术、时分技术的优点，提高了海量标签的盘存效率和速度。
附图说明
图1为本发明实施例的射频识别系统结构示意图。
图2为本发明实施例的O-QPSK调制结构示意图。
图3为本发明实施例的O-QPSK解调结构示意图。
图4为本发明实施例的防碰撞方法在RFID阅读器端对数据的处理流程示意图。
图5为本发明实施例的防碰撞方法在RFID标签端对数据的处理流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例做进一步的说明。
首先对系统原理作一说明：
如图1所示，本发明的射频识别系统使用不同扩频序列码收发数据,利用扩频码的特性提出一种基于DSSS的有源RFID防碰撞方法。具体的，RFID阅读器包含多路有并行扩频和解扩处理能力的通路（见图1中的虚线框），PN0扩频序列码为唤醒扩频序列码，定义为第0路通道，其它的扩频序列码为防碰撞序列码，依次定义为第1、2、…、n路通道。
这里n的大小主要取决于用户对成本及效率的权衡，n值越大，系统的成本越高，同时防碰撞的效率也更高，在本实施例中n值取8。
对O-QPSK调制原理具体如图2所示，输入的信号先做串并转换，分成I、Q两路信号；然后对Q支路的信号延时半个码元周期；然后将I、Q两路信号分别经过低通滤波器，滤除高频分量；再与本地的载波信号相乘，其中I路信号与移相90°的载波信号相乘，Q路信号直接与载波信号相乘；最后将调制好的I、Q两路信号相加再经过带通滤波器后就得到了O-QPSK调制信号。这样每个码元周期内I、Q两路信号中只可能有一路发生变化，就避免了信号的相位180°跳变，减小了相邻信号产生的码间干扰。
O-QPSK调制原理具体如图3所示，解调过程是调制的逆过程。经过调制的O-QPSK信号在信道中传播后，在将要得到I路信号的解调过程中，用移相90°的载波信号与输入信号相乘，然后将信号经过低通滤波器，滤除高频分量，经过定时抽样判决得到I路信号；在将要得到Q路信号的解调过程中，载波信号直接与输入信号相乘，然后将信号经过低通滤波器，滤除高频分量，经过延时半个码元周期的抽样判决后得到Q路信号；最后将I、Q路信号经过并串转换输出，完成了解调的过程；直接扩频其原理是发送时用伪随机序列码，也就是图中PN码与信息序列进行模2加运算，这样就得到了扩频序列，扩频序列长度为128码片。解扩时要用与发射端所用的相同码型、码元同步的PN码和信息码元进行相关处理。
RFID阅读器使用PN0扩频序列码（唤醒码）广播唤醒指令，指令中包含自己有N路并行防碰撞处理能力的信息。收到标签的回复后，RFID阅读器使用N路的防碰撞码并行接收来自标签的信息，每个通路在收到标签发送ID信息后，立即向标签以同样的扩频码发送ACK回执，否则，不做任何响应，具体的射频识别系统的阅读器系统结构如图1所示。
标签使用同有扩频功能的射频芯片（对于本领域技术人员来说是显而易见的，不再详细描述），标签在周期睡眠和侦听期间，以固定的唤醒码接收阅读器的唤醒指令，并在唤醒命令的信息里得知阅读器有n路并行防碰撞处理能力，于是标签产生一个1～n的随机数，并用这个随机数对应的防碰撞码与阅读器通讯，将自己的ID信息发送给阅读器。标签收到正确的ACK回执信息后，不再发送信息，等待指令与阅读器进行一对一的通讯；如果标签没有收到正确的ACK回执信息，使用动态时隙ALOHA算法，延迟相应的时隙数，使用上一次相同的防碰撞码与阅读器继续通讯。
具体的，在RFID阅读器端对数据的处理流程如图4所示，具体步骤如下：
1、RFID阅读器接收到上位机或者其它设备的唤醒标签信号后，利用唤醒码PN0生成唤醒指令，指令信息为阅读器的随机n路PN码，跳转到步骤2。
2、阅读器通过功放和增益天线广播唤醒指令，跳转到步骤3。
3、监听等待状态，该状态持续若干个的周期。若此时收到标签的回复信息则跳转到步骤4；否则，则继续监听等待。
4、阅读器通过PN1，…,PNn等多路并行处理标签的回复信息，若存在碰撞则跳转到步骤6；否则，跳转到步骤5。
5、阅读器的通路在正确解析标签发送的ID信息后，立即向标签以同样的扩频码发送ACK回执，跳转到步骤6。
6、阅读器检查标签防碰撞周期是否结束，若没有结束则跳转到步骤3，否则结束标签防碰撞过程。
具体的，在RFID标签端对数据的处理流程如图5所示，具体步骤如下：
1、标签为了节能一般情况处于睡眠状态，周期性的进入其它工作状态。
2、标签从睡眠状态切换到侦听状态，若在侦听周期接收到阅读器的唤醒指令则跳转到步骤3，否则跳转到步骤1，进入睡眠周期。
3、标签利用PN0码解析阅读器的唤醒指令，获得阅读器的n路防碰撞PN码信息。
4、标签利用自身的ID信息和随机数生成器，选择阅读器n路防碰撞PN码中的一个PNi生成回复指令，通过增益天线发送给阅读器。
5、标签等待阅读器的ACK回复信息，若在规定的时间内收到回复，则进入工作状态，等待与阅读器的进一步通信；否则，使用动态时隙ALOHA算法，延迟相应的时隙数，并跳转到步骤4。
这里动态时隙ALOHA算法为本领域的现有技术，对其技术细节不再详细展开描述。为了便于操作，这里延迟相应的时隙数具体延迟一个周期。
本发明的方法本发明的方法综合了码分技术、时分技术的优点，提高了海量标签的盘存效率和速度；可以使用FPGA或者其它硬件实现。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于DSSS的有源RFID防碰撞方法，其特征在于，所述RFID阅读器包含多路有并行扩频和解扩频处理能力的通路，PN0扩频序列码为唤醒扩频序列码，定义为第0路通道，其它的扩频序列码为防碰撞序列码，依次定义为第1、2、…、n路通道；
具体的，在RFID阅读器端对数据的处理流程如下：
S11.RFID阅读器接收到上位机或者其它设备的唤醒标签信号后，利用唤醒码PN0生成唤醒指令，指令信息为阅读器的随机n路PN码；
S12.RFID阅读器通过功放和增益天线广播唤醒指令；
S13.监听等待状态，该状态持续若干个周期；若此时收到标签的回复信息则跳转到步骤S14；否则，则继续监听等待；
S14.RFID阅读器通过PN1至PNn的n路并行处理标签的回复信息，若存在碰撞则跳转到步骤S16；否则，跳转到步骤S15；
S15.RFID阅读器的通路在正确解析标签发送的ID信息后，向标签以同样的扩频码发送ACK回执；
S16.RFID阅读器检查标签防碰撞周期是否结束，若没有结束则跳转到步骤S13，否则结束标签防碰撞过程；
在RFID标签端对数据的处理流程如下：
S21.标签处于睡眠状态；
S22.标签从睡眠状态切换到侦听状态，若在侦听状态接收到阅读器的唤醒指令则跳转到步骤S23，否则跳转到步骤S21，进入睡眠状态。
S23.标签利用PN0码解析阅读器的唤醒指令，获得阅读器的n路防碰撞PN码信息；
S24.标签利用自身的ID信息和随机数生成器，选择阅读器n路防碰撞PN码中的一个PNi生成回复指令，通过增益天线发送给阅读器；
S25.标签等待阅读器的ACK回复信息，若在规定的时间内收到回复，则进入工作状态，等待与阅读器的进一步通信；否则，使用动态时隙ALOHA算法，延迟相应的时隙数，并跳转到步骤S24。
2.根据权利要求1所述的基于DSSS的有源RFID防碰撞方法，其特征在于，所述的n值具体取8。
3.根据权利要求1所述的基于DSSS的有源RFID防碰撞方法，其特征在于，步骤S25所述的延迟相应的时隙数具体为延迟一个周期。
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