CN104142979A - 一种实现rfid标签存储管理的索引方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现RFID标签存储管理的索引方法，RFID标签包括UID和存储用户数据的用户数据区，将用户数据区划分为N个数据块，用户数据区内还设有N个bit位的位示图块；在位示图块中标识用户数据区中对应位置数据块的空闲或使用状态。另外作为一种更加优化的改进方案，可以采用对用户数据在位示图块对应位置首尾置位法。由于索引数据使用位标识用户数据块的分配状态，对索引数据的检索通过计算机的位运算完成，因此，本发明可以避免不必要的读写器读/写操作，提高了读写器对RFID电子标签的操作效率。

Description

一种实现RFID标签存储管理的索引方法

技术领域

本发明涉及RFID电子标签数据存储应用领域，特别是涉及一种标签数据的随机存取方法。

背景技术

随着微电子技术的发展和物联网技术的兴起，作为物品重要感知手段的RFID技术日益受到人们的关注。目前，RFID电子标签正越来越多地被附着在各类物品上，利用标签ID为物品提供唯一性标识，并通过数据库系统实现标签与物品的信息关联。现有的主要应用模式有两种类型：

第一类RFID应用以卡通系统为代表。在这类应用中，使用电子标签的出厂UID通过数据库绑定的方式为用户提供身份识别的唯一性标识。并且，使用了部分标签存储空间，结合协议的安全认证机制，保存有用户电子钱包的当前余额。此类应用利用了RFID标签可反复读写特性，将额外的数据保存在电子标签中，但仅限于对小部分特定的标签存储区域的读/写操作。

第二类RFID应用包括物流、门禁、图书管理等。类似的系统利用电子标签的出厂ID为被标识物品提供唯一性标识，通过应用系统的数据绑定实现物品与电子标签之间的映射关系，所有的应用数据都保存在数据库中。这是目前普遍使用的RFID应用模式，它涉及RFID系统的各个工作频段。

然而，RFID电子标签拥有额外的存储空间，具备可读可写的特性，可根据需要随时增加或删除标签数据，用来存储更丰富的物品信息。早在2006年，剑桥大学自动识别实验室在其发布的《生命周期ID与生命周期数据管理》技术白皮书中，将物品的信息分为四种类型，并提出了使用RFID电子标签存储产品生命周期数据的思想。2010年，意法半导体推出了LRiS64K大容量电子标签，为产品生命周期数据的本地化存储提供了有力的支持。利用RFID标签本地存储物品的生命周期数据，即实时地向标签中增加或删除物品信息，需要与读写器的通讯，也离不开上位机的控制。增加数据的操作流程是：

当标签被激活后，首先获取RFID标签的基本信息，如标签的唯一标识UID和存储器的组织结构，包括用户数据块的数量B_N和用户数据块的大小B_b；

1、通过待写入数据的长度D_b，计算数据需要占用的数据块数量：其中，表示向上取整；

2、读写器操作的起始地址B_n＝1；

3、从B_n连续读取j个数据块，并判断其内容是否为空。若为空，则转6；若不为空，则转5；

4、B_n＝B_n+1；若B_n＜B_N-n，则转4，否则返回标签存储空间已满的提示。

5、从第B_n个数据块开始，向标签写入新数据；

6、完成一次写入操作。

删除数据与增加数据操作类似。在上述过程中，为了保护标签中已有的数据，给新增数据分配存储空间成为RFID标签数据存储的首要问题。读写器需要按照一定的顺序依次尝试读取用户数据区的内容，以获得合适的新数据空间地址。而且，当涉及数据删除操作时，标签内存空间的情况会更复杂，有可能会产生大量内存碎片，而造成存储空间的浪费。最坏的情况是，读写器遍历了整个标签空间，仍然没能找到合适的存储区域，严重影响读写器的操作效率。造成上述现象的根本原因是，由于缺乏对标签存储器的存储管理，而无法适应随机存储环境下的快速寻址需求。另外，还受到串口通讯的影响和RFID载波频率的限制，致使读写器向标签增加/删除数据的效率非常低。

发明内容：

本发明的目的是为了解决上述背景技术存在的不足，提出一种实现RFID标签存储管理的索引方法，通过在RFID标签存储器内部建立一种比特级索引方法实现对标签用户数据空间的存储管理，提高读写器对电子标签数据随机访问的读写效率。

为了解决上述技术问题本发明的技术方案为：

一种实现RFID标签存储管理的索引方法，RFID标签包括UID和存储用户数据的用户数据区，其特征在于：将用户数据区划分为N个数据块，用户数据区内还设有N个bit位的位示图块；在位示图块中标识用户数据区中对应位置数据块的空闲或使用状态，将位示图块第n个索引位置位表示第n个数据块正在使用中，将位示图块第n个索引位复位表示第n个数据块正在空闲中，n＝1,2,3,4……N。

较佳地，向用户数据区内增加数据时，计算待增加数据所需占用数据块数量a，遍历位示图块，先查找a个连续的复位索引位，将a个连续的复位索引位置位，并将待增加数据写入用户数据区中与a个连续的复位索引位对应的数据块；若查找不到a个连续的复位索引位，则查找大于a个连续的复位索引位，将待增加数据写入用户数据区，并将对应的复位索引位置位；若查找不到大于或等于a的连续的复位索引位，则向用户返回存储空间已满的信息。

较佳地，从用户数据区内删除数据时，计算待删除数据所占用数据块数量b，遍历位示图块，在位示图块中查找b个连续的置位索引位，将b个连续的置位索引位所对应数据块中的数据与待删除数据比较，若相同，则将b个连续的置位索引位复位，若不同，则继续在位示图块中查找下一b个连续的置位索引位；若查找不到b个连续的置位索引位，则向用户返回未查找到待删除数据的信息。

较佳地，用户数据区内有数个数据块组，每个数据块组由一个用户数据占用的数个数据块组成，将数据块组中的第一个数据块和最后一个数据块所对应位示图块中的索引位置位，数据块组中的其他数据块所对应位示图块中的索引位复位。

较佳地，向用户数据区内增加数据时：1)从位示图块中的第1个索引位开始遍历位示图块，依次读取位示图块中第x个置位索引位和第x-1个置位索引位，x为奇数，且x>0；2)计算第x个置位索引位和第x-1个置位索引位之间的复位索引位数量c；3)当c等于待增加数据存储所需数据块数量时，进入步骤5)，当c不等于待增加数据存储所需数据块数量时回到步骤1)进行下一次查找，若遍历完整个位示图块，每次计算的c均不等于待增加数据存储所需数据块数量，则进入步骤4)；4)当c大于待增加数据存储所需数据块数量时，进入步骤5)，当c小于待增加数据存储所需数据块数量时，回到步骤1)进行下一次查找，若遍历完整个位示图块，每次计算的c均小于待增加数据存储所需数据块数量，则进入步骤6)；5)将待增加数据写入复位索引位所对应的数据块，并将待增加数据加入的数据块组占用的第一个数据块和最后一个数据块所对应的索引位置位；6)向用户返回标签已满的信息。

较佳地，从用户数据区内删除数据时：1)从位示图块中的第1个索引位开始遍历位示图块，依次读取位示图块中第y个置位索引位和第y+1个置位索引位，y为奇数；2)计算从第y个置位索引位到第y+1个置位索引位的索引位数量d；3)当d等于待删除数据所占用数据块数量时，将从第y个置位索引位到第y+1个置位索引位的索引位所对应数据块的内容与待处理数据进行比较，若相同则将第y个置位索引位和第y+1个置位索引位复位；当d不等于待处理数据所占用数据块个数时，回到步骤1)，若遍历完整个位示图块，每次计算的d均不等于待删除数据存储所需数据块数量，则向用户返回未查找到待删除数据的信息。

较佳地，数据块或数据块组在位示图块中所对应的索引位按从高到低的次序排列。

较佳地，索引位置位是将索引位置1，索引位复位是将索引位置0；置位索引位为标记为1的索引位，复位索引位为标记为0的索引位。

本发明的有益效果在于：标签用户数据区的分配情况使用位示图块的索引位标识，数据块对应的索引位值复位，表示该数据块可用；数据块对应的索引位置位，表示该数据块已被占用。增加/删除数据前，先读取位示图块中的索引数据并保存至系统内存。在增加数据时，通过内存中的索引数据判断用户数据块的空闲(使用)状态，减少了读写器对标签的遍历操作；在删除数据时，通过内存中的索引数据检索与待删除信息长度匹配的特定数据块，提高了读写器对标签操作的目的性。作为一种改进，采用对用户数据在位示图块对应位置首尾置位法。在向标签中增加数据前，通过位示图的索引位优先寻找正好满足待写入数据需要的连续的自由数据块，以减少内存碎片的产生。删除数据时，通过索引位只查找奇数位置位与相邻偶数位置位的个数为的各组数据块，分别读出其内容与待删除数据进行比较，若相同，则将该组数据块起始块和结束块对应索引位复位，表示这组数据块已被应用释放，而不必擦写数据块中保存的内容。

由于索引数据使用位标识用户数据块的分配状态，对索引数据的检索通过计算机的位运算完成，因此，本发明可以避免不必要的读写器读/写操作，提高了读写器对RFID电子标签的操作效率。

附图说明

图1本发明实施例二RFID电子标签存储空间的组织结构示意图，

图2是发明实施例二实现RFID电子标签存储管理的索引方法示意图，

图3是发明实施例二向用户数据区增加数据的流程图，

图4是发明实施例二从用户数据区删除数据的流程图，

图5是本发明实施例二在串口波特率9600bps条件下，向用户数据区增加数据的比对实验所得图线，

图6是本发明实施例二在串口波特率9600bps条件下，从用户数据区删除数据的比对实验所得图线，

图7是本发明实施例二在串口波特率57600bps条件下，向用户数据区增加数据的比对实验所得图线，

图8是本发明实施例二在串口波特率57600bps条件下，从用户数据区删除数据的比对实验所得图线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

实施例一，一种实现RFID标签存储管理的索引方法，将RFID电子标签与被标识物品同步，二者具有相同的生命周期，RFID标签包括存储用户数据的用户数据区和UID，将用户数据区划分为N个数据块，用户数据区内还设有N个bit位的位示图块；由于数据块是读写器对标签操作的最小单位，因此，需要以数据块为单位组织标签数据。

本实施例中索引位置位是将索引位置1，索引位置位是将索引位置0；置位索引位为标记为1的索引位，复位索引位为标记为0的索引位。

绑定的RFID标签生命周期包括：

1、初始化阶段：初始化位示图块，首先，对位示图块所有索引位复位标识所有用户数据块可用，然后对已被分配使用的数据块在位示图块中对应的索引位置位，RFID应用不能改写位示图块数据。

也即，位示图块中第n个索引位置位，表示第n个数据块正在使用中；位示图块第n个索引位复位，表示第n个数据块正在空闲中，其中n＝1,2,3,4……N。本步骤用位示图块标识用户数据区中对应位置数据块的空闲或使用状态。数据块在位示图块中所对应的索引位按从高到低的次序排列。

2、使用阶段，标签进入工作状态后，首先获取RFID标签的基本信息，包括标签的唯一标识UID和用户数据块的大小，读取位示图块的索引数据，并暂存至系统内存，然后进行向RFID标签中增加或删除数据的步骤：

1)向用户数据区内增加数据时，计算待增加数据所需占用数据块数量a，遍历位示图块，先查找a个连续的复位索引位，将a个连续的复位索引位置位，并将待增加数据写入用户数据区中与a个连续的复位索引位对应的数据块；若查找不到a个连续的复位索引位，则查找大于a个连续的复位索引位，将待增加数据写入用户数据区，并将对应的复位索引位置位；若查找不到大于或等于a的连续的复位索引位，则向用户返回存储空间已满的信息。

2)从用户数据区内删除数据时，计算待删除数据所占用数据块数量b，遍历位示图块，在位示图块中查找b个连续的置位索引位，将b个连续的置位索引位所对应数据块中的数据与待删除数据比较，若相同，则将b个连续的置位索引位复位，若不同，则继续在位示图块中查找下一b个连续的置位索引位；若查找不到b个连续的置位索引位，则向用户返回为查找到待删除数据的信息。

待处理数据(即待增加数据或待删除数据)的长度为D_b，数据块大小为B_b，则上述待增加数据所需占用数据块个数a以及待删除数据所占用数据块个数b的计算方法为：待处理数据占用数据块数量

3)标签离开工作区域前，将系统内存中的索引数据写回标签位示图块。

3、回收阶段——重新初始化位示图块，即可删除标签中所有信息，为RFID标签的再次使用作准备。

本实施例中，标签用户数据区的分配情况使用位示图块的索引位标识，数据块对应的索引位复位，表示该数据块可用；数据块对应的索引位置位，表示该数据块已被占用。增加/删除数据前，先读取位示图块中的索引数据并保存至系统内存。在增加数据时，通过内存中的索引数据判断用户数据块的空闲或使用状态，减少了读写器对标签的遍历操作；在删除数据时，通过内存中的索引数据检索与待删除信息长度匹配的特定数据块，提高了读写器对标签操作的目的性。由于索引数据使用位标识用户数据块的分配状态，对索引数据的检索通过计算机的位运算完成，因此，本发明可以避免不必要的读写器读/写操作，提高了读写器对RFID电子标签的操作效率。

实施例二，在实施例一的方法中如果用户数据长度不固定，则可能无法区分相邻的两组数据，为维护数据完整性，本实施例在实施例一的基础上采用对用户数据在位示图块对应位置首尾置位法，具体的：用户数据区内有数个数据块组，每个数据块组由一个用户数据占用的数个数据块组成，将数据块组中的第一个数据块和最后一个数据块所对应位示图块中的索引位置位，数据块组中的其他数据块所对应位示图块中的索引位复位。与实施例一相同，本实施例中索引位置位是将索引位置1，索引位置位是将索引位置0；置位索引位为标记为1的索引位，复位索引位为标记为0的索引位。

下面以容量为2kbits的高频RFID标签为实施例做如下说明：

1、如图1所示，其用户数据区被划分为64个数据块，每个数据块的大小32索引位。整张标签有64个数据块，即需要64个索引位的位示图块，即2个数据块来标识。出于保护位示图数据安全的考虑，本实施例将标签的第63和第64数据块定义为位示图块。通过实验测试寻址操作对读写器的工作效率影响不大(读第1个数据块和读第64个数据块所需要时间相同)，为方便后续处理按从高到低的次序组织数据块组在位示图块中所对应的索引位。

如图2所示，本实施例的标签内存储有两个用户数据，数据1和数据2，数据1的长度是96位，用与实施例一步骤2中相同的方法计算得出需要占用从编号1到3的3个数据块，编号1到3的数据块成为一个数据块组，采用首位置位法，将对应的位示图块的第1索引位和第3索引位置位，标识位示图块已经分配，从系统的角度保护位示图中索引数据。数据2共104位，占用了编号6到9的4个数据块，因此，位示图中的第6索引位与第9索引位被置1。另外，位示图的第63索引位与第64索引位被置1，标识位示图块已经分配，从系统的角度保护位示图中索引数据。首尾置位法利用置位1的奇偶性标记数据的起始与终止地址，以区别在存储器中相邻的数据。

2、向所述用户数据区内增加数据时：

如图3所示，设已知位示图索引、待写入数据所需数据块数量为u，向用户数据区内增加数据时：

1)从位示图块中的第1个索引位开始遍历位示图块，依次读取位示图块中第x个置位索引位和第x-1个置位索引位，x为奇数，且x>0；

2)计算第x个置位索引位和第x-1个置位索引位之间的复位索引位数量c；

3)当c等于待增加数据存储所需数据块数量u时，进入步骤5)，当c不等于待增加数据存储所需数据块数量u时回到步骤1)进行下一次查找，若遍历完整个位示图块，每次计算的c均不等于待增加数据存储所需数据块数量u，则进入步骤4)；

4)当c大于待增加数据存储所需数据块数量u时，进入步骤5)，当c小于待增加数据存储所需数据块数量u时，回到步骤1)进行下一次查找，若遍历完整个位示图块，每次计算的c均小于待增加数据存储所需数据块数量u，则进入步骤6)；

5)将待增加数据写入复位索引位所对应的数据块，并将待增加数据加入的数据块组占用的第一个数据块和最后一个数据块所对应的索引位置位；

6)向用户返回标签已满的信息。

图3中bm[]存储位示图数据的数组，bit类型；dataIn为待写入的数据；u为待写入数据将占用的块数，式中B_b为每个数据块的位长度，对于给定的电子标签B_b是常量；B_N标签用户数据块的总数，对于给定的电子标签，B_N是常量；x为增加数据的循环变量，位示图数据中出现置位值的次数；b_x第x个置位值在位示图中的编号，应有b_x≤B_N；B_bx为第x个置位值对应的用户数据块；在向标签中增加数据前，通过位示图的索引位优先寻找正好满足待写入数据需要的连续的自由数据块，以减少内存碎片的产生。

3、如图4所示，设已知位示图索引、待删除数据所占用数据块数量为m，从所述用户数据区内删除数据时：

1)从位示图块中的第1个索引位遍历所述位示图块，依次读取所述位示图块中第y个置位索引位和第y+1个置位索引位，y为奇数；

2)计算从第y个置位索引位到第y+1个置位索引位的索引位数量d；

3)当d等于待删除数据所占用数据块数量时，将从第y个置位索引位到第y+1个置位索引位的索引位所对应数据块的内容与待处理数据进行比较，若相同则删除对应数据块的内容，并将所述第y个置位索引位和第y+1个置位索引位复位；

当d不等于待处理数据所占用数据块个数时，回到步骤1)，若遍历完整个所述位示图块，每次计算的d均不等于待增加数据存储所需数据块数量则向用户返回为查找到待删除数据的信息。

图4中，y为删除操作的循环变量，位示图数据中出现置位值的次数；b_y为第y个置位值在位示图中的编号，应有b_y≤BN；待删除数据所占用数据块数量B_by为第y个置位值对应的用户数据块，其他常量与上述向用户数据区增加数据中相同常量的含义一样。首尾置位法利用置位1的奇偶性标记数据的起始与终止地址，以区别在存储器中相邻的数据，减少内存碎片的产生。

本实施例所述方法已用上位机软件实验进行测试验证，并与非索引的常规方法进行分析与比较。验证实验以固定串口通讯速率向标签中增加和删除长度为64位的定长数据，统计读写器对用户数据区不同数据块地址的操作时间，并用图表呈现结果，生成图线见图5至图8，图中不使用索引的直接方法用折线图表示，索引方法使用柱状图表示，坐标轴横轴为目标区块的编号，纵轴表示操作耗费的时间，单位为毫秒。从图中可以看出，直接方法消耗的时间与操作的目标数据块地址相关，且受串口波特率影响。索引方法的增加操作时间均为寻找到目标页面后的一次数据写入时间，几乎与页面的地址无关。删除操作使用内存数据库保存首次读到的数据，因此与数据块的删除顺序相关。

由此可以看出，本实施例在RFID电子标签中建立位示图索引，以实现对标签存储空间的存储管理，并通过实验证明了本发明提供的RFID电子标签存储管理索引方法能够明显提供读写器对电子标签的数据操作效率。

对RFID电子标签用户数据区进行有效的存储管理，可以根据应用需要分配或回收内存空间，提高标签内存的利用率，减少内存碎片的产生，并完成标签数据的快速寻址任务。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种实现RFID标签存储管理的索引方法，RFID标签包括UID和存储用户数据的用户数据区，其特征在于：将所述用户数据区划分为N个数据块，所述用户数据区内还设有N个bit位的位示图块；在所述位示图块中标识用户数据区中对应位置数据块的空闲或使用状态，将所述位示图块第n个索引位置位表示第n个数据块正在使用中，将所述位示图块第n个索引位复位表示第n个数据块正在空闲中，所述n＝1,2,3,4……N。

2.根据权利要求1所述的一种实现RFID标签存储管理的索引方法，其特征在于：向所述用户数据区内增加数据时，计算待增加数据所需占用数据块数量a，遍历所述位示图块，先查找a个连续的复位索引位，将所述a个连续的复位索引位置位，并将所述待增加数据写入所述用户数据区中与所述a个连续的复位索引位对应的数据块；若查找不到a个连续的复位索引位，则查找大于a个连续的复位索引位，将所述待增加数据写入所述用户数据区，并将对应的复位索引位置位；若查找不到大于或等于a的连续的复位索引位，则向用户返回存储空间已满的信息。

3.根据权利要求1所述的一种实现RFID标签存储管理的索引方法，其特征在于：从所述用户数据区内删除数据时，计算待删除数据所占用数据块数量b，遍历所述位示图块，在所述位示图块中查找b个连续的置位索引位，将所述b个连续的置位索引位所对应数据块中的数据与所述待删除数据比较，若相同，则将所述b个连续的置位索引位复位，若不同，则继续在所述位示图块中查找下一b个连续的置位索引位；若查找不到b个连续的置位索引位，则向用户返回未查找到待删除数据的信息。

4.根据权利要求1所述的一种实现RFID标签存储管理的索引方法，其特征在于：所述用户数据区内有数个数据块组，每个所述数据块组由一个用户数据占用的数个数据块组成，将所述数据块组中的第一个数据块和最后一个数据块所对应位示图块中的索引位置位，所述数据块组中的其他数据块所对应位示图块中的索引位复位。

5.根据权利要求4所述的一种实现RFID标签存储管理的索引方法，其特征在于，向所述用户数据区内增加数据时：

1)从位示图块中的第1个索引位开始遍历所述位示图块，依次读取所述位示图块中第x个置位索引位和第x-1个置位索引位，x为奇数，且x>0；

2)计算第x个置位索引位和第x-1个置位索引位之间的复位索引位数量c；

3)当c等于待增加数据存储所需数据块数量时，进入步骤5)，当c不等于待增加数据存储所需数据块数量时回到步骤1)进行下一次查找，若遍历完整个所述位示图块，每次计算的c均不等于待增加数据存储所需数据块数量，则进入步骤4)；

4)当c大于待增加数据存储所需数据块数量时，进入步骤5)，当c小于待增加数据存储所需数据块数量时，回到步骤1)进行下一次查找，若遍历完整个所述位示图块，每次计算的c均小于待增加数据存储所需数据块数量，则进入步骤6)；

5)将待增加数据写入所述复位索引位所对应的数据块，并将待增加数据加入的数据块组占用的第一个数据块和最后一个数据块所对应的索引位置位；

6)向用户返回标签已满的信息。

6.根据权利要求4所述的一种实现RFID标签存储管理的索引方法，其特征在于，从所述用户数据区内删除数据时：

1)从位示图块中的第1个索引位开始遍历所述位示图块，依次读取所述位示图块中第y个置位索引位和第y+1个置位索引位，y为奇数；

2)计算从第y个置位索引位到第y+1个置位索引位的索引位数量d；

3)当d等于待删除数据所占用数据块数量时，将从第y个置位索引位到第y+1个置位索引位的索引位所对应数据块的内容与待处理数据进行比较，若相同则将所述第y个置位索引位和第y+1个置位索引位复位；

当d不等于待处理数据所占用数据块个数时，回到步骤1)，若遍历完整个所述位示图块，每次计算的d均不等于待删除数据存储所需数据块数量，则向用户返回未查找到待删除数据的信息。

7.根据权利要求1或4所述的一种实现RFID标签存储管理的索引方法，其特征在于：数据块或数据块组在所述位示图块中所对应的索引位按从高到低的次序排列。

8.根据权利要求1至6任一项所述的一种实现RFID标签存储管理的索引方法，其特征在于：所述索引位置位是将所述索引位置1，所述索引位复位是将所述索引位置0；所述置位索引位为标记为1的索引位，所述复位索引位为标记为0的索引位。