CN103927505B - 基于自适应二进制分裂的多分辨率分块rfid标签防碰撞方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于自适应二进制分裂的多分辨率分块RFID标签防碰撞方法，该方法在识别过程中根据阅读器IDs和帧号是否匹配对标签进行分块识别，避免了滞留标签与迁入标签之间的碰撞。新算法采用比特时隙机制消除了大量空闲周期，同时采用时隙退避技术对滞留标签进行识别，即四个标签在同一周期内应答，缩短了滞留标签的识别时延。最后，新算法采用改进的自适应二进制分裂算法对迁入标签进行识别，减少了大量可避免的确定的碰撞周期。新算法大幅度地提高识别速率，缩短了识别时延，节省了系统资源，并且识别率高达100％，具有一定创新性和广泛应用性。

Description

基于自适应二进制分裂的多分辨率分块RFID标签防碰撞方法

技术领域

本发明涉及无线射频识别系统领域，更具体地，涉及一种基于自适应二进制分裂的多分辨率分块RFID标签防碰撞方法。

背景技术

RFID是一种利用无线获取数据的自动识别系统，包括阅读器和标签两大部分。阅读器向通信范围内的标签发送查询指令，若多个标签同时响应，则造成应答信号相互干扰，阅读器识别失败，这种情况就是标签碰撞。为保证阅读器能够正确、快速地识别工作域内的标签，RFID系统必须采用有效的防碰撞算法来减少标签之间的碰撞。

标签防碰撞算法主要分为两大类：基于ALOHA的方法和基于树的方法，前者属于随机型算法，而后者属于确定型算法。然而，由于基于树的算法能够保证100％的标签识别率，这类算法成为防碰撞领域内的研究热点。经典的基于树的算法有自适应二进制分裂算法，单分辨率分块自适应二进制分裂算法等。

自适应二进制分裂算法采用二进制分裂的方法处理碰撞标签，并保存每个标签的识别顺序。它能够防止滞留标签相互之间发生碰撞，但是无法避免迁入标签与滞留标签之间的碰撞。因此，自适应二进制分裂法的系统吞吐率并不是很高。

单分辨率分块自适应二进制分裂法为自适应二进制分裂法一种改进方法，它引入了分块方法，将滞留标签与迁入标签分开进行始别。该方法能够避免滞留标签与直流标签，以及滞留标签与迁入标签之间的相互碰撞，但是没有充分利用离去标签所空出的周期，浪费了系统资源，因此其识别效率也并非很高。另外，该算法根据问询阅读器的IDs是否匹配来分辨标签，容易导致标签漏读。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之处，本发明公开了一种基于自适应二进制分裂的多分辨率分块RFID标签防碰撞方法。该方法在识别过程中根据阅读器IDs和帧号是否匹配对标签进行分块识别，避免了滞留标签与迁入标签之间的碰撞。本发明采用比特时隙机制消除了大量空闲周期，同时采用时隙退避技术对滞留标签进行识别，即四个标签可在同一周期内应答，缩短了滞留标签的识别时延。最后，本发明采用改进的自适应二进制分裂算法对迁入标签进行识别，减少了大量可避免的确定的碰撞周期新算法大幅度地提高识别速率，缩短了识别时延，节省了系统资源，并且识别率高达100％。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种基于自适应二进制分裂的多分辨率分块RFID标签防碰撞方法，包括以下步骤：

1)阅读器按照单分辨率分块自适应二进制分裂法SRB进行初始化，并向标签发送开始指令；其通信范围内的标签根据该指令确定自身类型，然后按照SRB的方法进行初始化；

2)标签采用比特时隙机制进行应答，阅读器则根据应答情况统计有效应答周期数目，并调整上一帧存储的IDs序列，终止时隙计数器TSC和扩展终止时隙TSCEXT，然后将接收到的序列反馈给标签；标签则根据反馈序列重新调整分配时隙计数器ASC值，记录滞留标签中最大的ASC值，赋给TSC；

3)滞留标签采用时隙退避方法进行应答，向阅读器发送其IDs；阅读器根据应答情况识别这些标签；

4)迁入标签按照改进的自适应二进制分裂法进行应答，当某个周期只有一个标签应答时，阅读器识别该标签，保存其IDs；

5)阅读器判断进程时隙计数器PSC是否大于TSC，若PSC>TSC，则标签已被识别全部，阅读器发送终止指令，否则，继续识别。

步骤1)的单分辨率分块自适应二进制分裂法是一种分块算法，是根据标签上一次被识别时所保存的阅读器IDs是否与当前阅读器IDs相匹配，将标签区分为滞留标签和迁入标签，然后对两类标签分阶段进行识别。

步骤1)所述的开始指令包含阅读器IDs，TSC，TSCEXT以及当前帧号。

进一步的，所述的标签类型的确定方法是：标签根据自身最近一次被识别的帧号以及对应的阅读器IDs是否分别与当前的帧号和阅读器IDs相同进行归类，若相同，则为滞留标签，否则为迁入标签。

步骤2)所述的比特时隙机制是一种将每个标签中的一个比特当作一个时隙的方法，其原理是标签根据ASC值重新生成一段L比特的伪序列，其中第t比特为1，其它的全为0，L是标签IDs长度，t为ASC除以L的余数，然后将该序列发送给阅读器。每一周期仅限ASC值为PSC×L～(PSC+1)×L-1的标签应答。

进一步的，所述的标签ASC值的调整方法如下：在每一次伪序列应答后，标签用时钟时隙计数器CSC统计阅读器的反馈序列中有效位数，有效位是指非0位，并且第i个有效位对应的标签，即ASC值等于PSC×L+i–1的标签，将ASC值设定为CSC-1。期间，若PSC×L+i–1等于TSC，则TSC更新为CSC-1。

步骤3)所述的时隙退避方法是：两组标签在同一个周期内向阅读器发送其IDs，其中第二组标签需要等待一个退避时隙T₀后才开始发送IDs。

进一步的，所述的阅读器识别滞留标签的方法如下：若阅读器在某一周期开始时就检测到信号发生碰撞，却碰撞时间持续了T+T₀，其中T为传送完整标签IDs所需时间，阅读器则识别四个标签，即ASC等于PSC，PSC+1，PSC+2和PSC+3的标签；若信号碰撞持续了T时间并且接下来的T₀时间内信号可读，阅读器则识别三个标签，即ASC等于PSC，PSC+1和PSC+2的标签；若信号碰撞持续了T时间并且接下来的T₀时间内无应答信号。阅读器则识别两个标签，即ASC等于PSC和PSC+1的标签；若应答信号在该周期开始时就为可读，阅读器则识别一个标签，即ASC等于PSC的标签。

步骤4)所述的改进的自适应二进制分裂法是自适应二进制分裂法的一种变种算法，与自适应二进制分裂法不同之处在于：将某碰撞标签集进行分裂成两个子集，若所产生的第一个子集为空，算法则跳过另一标签集的应答，并直接对这一集合进行分裂。

所述的自适应二进制分裂方法是一种经典的标签防碰撞方法，其原理是通过不断地将碰撞标签集分裂成两个子集来保证一个周期内至多有一个标签应答，并保存了每个标签的识别顺序。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明根据问询阅读器IDs和帧号是否匹配来对标签进行分类，保证了算法100％的标签识别率。

(2)本发明采用比特时隙机制对标签进行扫描，剔除了大量空闲周期。

(3)本发明采用时隙退避机制对滞留标签进行识别，进一步缩短了滞留标签的识别时延。

(4)本发明对自适应二进制分裂算法进行了改进，然后采用改进的方法完成对迁入标签的识别，减少了大量确定的可避免的碰撞周期，进一步缩短了总识别时延。

综上，本发明充分利用了现有防碰撞法的优点，并结合比特时隙机制和时隙退避方法的优点，大大提高了识别速率，并且识别时延短，标签识别率高，非常适用于具有一定的标签滞留率的RFID应用中。

附图说明

图1为本发明的步骤流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的实施方式并不限于此。

本发明要求阅读器(标签)维持三个计数器，即终止时隙计数器TSC(分配时隙计数器ASC)，进程时隙计数器PSC和时钟时隙计数器CSC。如图1所示，通过控制三个计数器，本发明实现了阅读器与标签之间有序地通信，具体实施步骤如下：

(1)阅读器初始化：阅读器根据上一帧迁入标签的数目估计这一帧迁入标签数目，得出扩展终止时隙TSCEXT，将PSC清零，然后向标签发送含有TSC、TSCEXT、阅读器IDs(rRID)以及当前帧号(CurF)的开始指令。

(2)标签初始化：标签判断自己保存的阅读器IDs(tRID)和帧号(NextF)是否分别与开始指令中的rRID和CurF相匹配：若两个都匹配，则说明它为滞留标签，其ASC保持不变；否则为迁入标签，选择TSC+1～TSCEXT中一个随机数赋给ASC。然后，标签将NextF和tRID分别更新为CurF+1和rRID，将PSC清零。

(3)若PSC×L>TSCEXT，则阅读器和标签将PSC和CSC都清零跳转到步骤(7)，否则跳转到步骤(4)。

(4)标签按照比特时隙机制进行应答，即ASC值为PSC×L～(PSC+1)×L-1的标签根据其ASC值重新生成一段L(标签IDs长度)比特的伪序列，其中第(ASC％L)比特为1，其它的全为0，然后将该序列发送给阅读器。

(5)阅读器根据接收序列统计有效应答周期数目，由时钟时隙计数器(CSC)统计，并且根据序列中第i个有效位调整存储器中IDs序列，即A[CSC-1]＝A[PSC×L+i-1]，然后将接收序列中有效位置1后反馈给标签并将PSC加1。

(6)标签统计反馈序列中有效位数，即非0位数，调整标签ASC值，即ASC＝PSC×L+i–1的标签其ASC为CSC-1，然后将PSC加1。期间，若PSC×L+i–1等于TSC，阅读器则将TSC更新为CSC-1，而标签则保存这个值(TSC＝CSC-1)；若PSC×L+i–1等于TSCEXT，阅读器则将TSCEXT更新为CSC-1。跳转到步骤(3)。

(7)若阅读器将TSCEXT赋给TSC，然后跳转到步骤(11)，否则，跳转到步骤(8)。

(8)滞留标签(ASC≤TSC)中，ASC等于PSC和PSC+1的标签立即向阅读器发送其IDs，而ASC等于PSC+2和PSC+3的标签则需延迟T₀后应答，然后所有未识别的标签等待阅读器的反馈。

(9)阅读器根据信道识别这些标签并得出相应的反馈：若信道“忙”状态持续了(T₀+T)时间，阅读器则将PSC加4，并反馈fd＝‘011’；若信道“忙”状态持续了T时间，剩下的T₀时间内信号可读，阅读器则将PSC加3，并反馈fd＝‘010’；若信道“忙”状态持续了T时间，剩下的T₀时间内信道空闲，阅读器则将PSC加2，并反馈fd＝‘001’；若信号可读，阅读器则将PSC加1，并反馈fd＝‘000’。然后，阅读器将CSC加1，等待标签的应答。

(10)收到阅读器的反馈后，ASC等于PSC、PSC+1、PSC+2和PSC+3标签进入“静默”态，而未识别的标签根据反馈信息对PSC和CSC执行如阅读器的操作。跳转到步骤(7)。

(11)阅读器判断PSC是否超过TSC，若PSC≤TSC，则跳转到步骤(12)，否则，阅读器发送终止指令结束这次识别过程。

(12)ASC值等于PSC的标签应答。阅读器根据应答信号的碰撞情况执行如下操作：若信号发生碰撞，即反馈fd＝‘011’，阅读器则将TSC加1；若信号可读，即反馈fd＝‘000’，阅读器将PSC加1；若为空闲，即反馈fd＝‘100’，阅读器判断state是否为‘011’，如果不是，则将TSC减1，否则，TSC不变。然后，阅读器将fd保存在state中并将其反馈给标签。

(13)标签在收到反馈后，执行如下操作：若fd＝‘011’，则ASC等于PSC的标签将将其ASC加上以随机二进制数，而其它未识别的标签将ASC加1；若fd＝‘000’，ASC等于PSC的标签进入“静默”态，其它未识别的标签将PSC加1；若fd＝‘100’，未识别的标签判断state是否为‘011’，如果不是，则所有未识别的标签将其ASC减1，否则，ASC等于PSC的标签将其ASC减去一个随机二进制数。然后，未识别的标签将反馈fd存入state中，转到步骤(11)。

上述实施例旨在让读者理解本发明的原理。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明的精神和原则内，对本技术所作的修改，等同变换等，都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于自适应二进制分裂的多分辨率分块RFID标签防碰撞方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)阅读器按照单分辨率分块自适应二进制分裂法SRB进行初始化，并向标签发送开始指令；其通信范围内的标签根据该指令确定自身类型，然后按照SRB的方法进行初始化；

其中标签类型的确定方法是：标签根据自身最近一次被识别的帧号以及对应的阅读器IDs是否分别与当前的帧号和阅读器IDs相同进行归类，若相同，则为滞留标签，否则为迁入标签

2)标签采用比特时隙机制进行应答，阅读器则根据应答情况统计有效应答周期数目，并调整上一帧存储的IDs序列，终止时隙计数器TSC和扩展终止时隙TSCEXT，然后将接收到的序列反馈给标签；标签则根据反馈序列重新调整分配时隙计数器ASC值，记录滞留标签中最大的ASC值，赋给TSC；

3)滞留标签采用时隙退避方法进行应答，向阅读器发送其IDs；阅读器根据应答情况识别这些标签；

4)迁入标签按照改进的自适应二进制分裂法进行应答，当某个周期只有一个标签应答时，阅读器识别该标签，保存其IDs；

5)阅读器判断进程时隙计数器PSC是否大于TSC，若PSC>TSC，则标签已被识别全部，阅读器发送终止指令，否则，继续识别。

2.根据权利要求1所述的基于自适应二进制分裂的多分辨率分块RFID标签防碰撞方法，其特征在于，步骤1)单分辨率分块自适应二进制分裂法是一种分块方法，是根据标签上一次识别过程中所保存的阅读器IDs是否与当前阅读器IDs相匹配，将标签区分为滞留标签和迁入标签，然后对两类标签分阶段进行识别。

3.根据权利要求1所述的基于自适应二进制分裂的多分辨率分块RFID标签防碰撞方法，其特征在于，步骤1)阅读器发送的开始指令包含阅读器IDs，终止时隙计数器TSC，扩展终止时隙TSCEXT以及当前帧号。

4.根据权利要求1所述的基于自适应二进制分裂的多分辨率分块RFID标签防碰撞方法，其特征在于，步骤2)中比特时隙机制是一种将每个标签中的 一个比特当作一个时隙的方法，是标签根据ASC值重新生成一段L比特的伪序列，其中第t比特为1，其它的全为0，L为标签IDs长度，t为ASC除以L的余数，然后将该序列发送给阅读器，每一周期仅限ASC值为PSC×L～(PSC+1)×L-1的标签应答。

5.根据权利要求1所述的基于自适应二进制分裂的多分辨率分块RFID标签防碰撞方法，其特征在于，步骤2)分配时隙计数器ASC值的调整方法如下：在每一次伪序列应答后，标签用时钟时隙计数器CSC统计阅读器的反馈序列中的有效位数，有效位是指非0位，并且第i个有效位所对应的标签，即ASC值等于PSC×L+i–1的标签，将ASC值设定为CSC-1,期间，若PSC×L+i–1等于TSC，则TSC更新为CSC-1。

6.根据权利要求1所述的基于自适应二进制分裂的多分辨率分块RFID标签防碰撞方法，其特征在于，步骤3)的时隙退避方法是：两组标签在同一个周期内向阅读器发送其IDs，其中第二组标签需要等待一个退避时隙T₀后才开始发送其IDs。

7.根据权利要求1所述的基于自适应二进制分裂的多分辨率分块RFID标签防碰撞方法，其特征在于，步骤3)中滞留标签的识别方法如下：若阅读器在某一周期开始时就检测到信号发生碰撞，且碰撞时间持续了T+T₀，其中T为传送完整标签IDs所需时间，阅读器则识别四个标签，即ASC等于PSC，PSC+1，PSC+2和PSC+3的标签；若信号碰撞持续了T时间并且接下来的T₀时间内信号可读，阅读器则识别三个标签，即ASC等于PSC，PSC+1和PSC+2的标签；若信号碰撞持续了T时间并且接下来的T₀时间内无应答信号；阅读器则识别两个标签，即ASC等于PSC和PSC+1的标签；若应答信号在该周期开始时就为可读，阅读器则识别一个标签，即ASC等于PSC的标签。

8.根据权利要求1所述的基于自适应二进制分裂的多分辨率分块RFID标签防碰撞方法，其特征在于，步骤4)中改进的自适应二进制分裂法是自适应二进制分裂法的一种变种方法，是将某碰撞标签集分裂成两个子集，若所产生的第一个子集为空，则跳过另一标签集的应答，并直接对这一集合进行分裂。