CN104268494A - 一种基于二叉树的rfid防碰撞算法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于二叉树的RFID防碰撞算法，在二叉树算法的基础上，增加锁位寻呼指令，阅读器根据译码结果判断发生碰撞的比特位置，发送锁位寻呼指令锁定发生碰撞的比特位置，在锁定的碰撞位上进行防碰撞运算。本发明算法充分考虑了阅读器寻呼次数、传输时延、标签能耗以及吞吐量4个重要性能指标，BLBO防碰撞算法较其他二叉树算法性能有明显提高，更适用于RFID防碰撞协议。

Description

一种基于二叉树的RFID防碰撞算法

技术领域

本发明涉及射频识别技术领域，具体涉及一种在二叉树算法的基础上提出的锁位后退防碰撞（BLBO）算法。

背景技术

射频识别技术的一个主要优点就是多目标识别。在系统工作的时候，阅读器周围可能会有多个标签同时存在，当多个标签同时向阅读器传送数据的时候就产生了冲突问题。目前存在的 RFID 防碰撞算法主要有 2 种：一种是基于 ALOHA 的不确定性算法，另一种是基于二叉树(BT, binary tree)的确定性算法。基于 ALOHA 的不确定性算法有个致命的缺点是标签容易出现“饿死”情况（即标签存在不能被识别的可能），基于二叉树的确定性算法虽然解决了这种“饿死”情况，但也存在着识别周期长、标签能耗大的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对目前二叉树算法中存在着识别周期长、标签能耗大的问题，本发明提出了锁位的概念，通过锁位寻呼指令锁定碰撞发生比特位置，在锁定的碰撞位上进行防碰撞运算，采用后退策略识别碰撞节点下一个分支内的所有标签。

本发明所采用的技术方案为：

一种基于二叉树的RFID防碰撞算法，在二叉树算法的基础上，增加锁位寻呼指令，阅读器根据译码结果判断发生碰撞的比特位置，发送锁位寻呼指令锁定发生碰撞的比特位置，在锁定的碰撞位上进行防碰撞运算。

所述寻呼过程采用后退策略，每次识别一个标签之后返回到上一个发生碰撞的节点，去产生新的寻呼识别标签。这样就大大减少了碰撞发生的次数。

所述锁位寻呼指令为REQUEST（UID，0），其中UID 代表阅读器在第一次寻呼之后，根据译码结果所得到的下一次寻呼的序列号，UID 的取值约定为：阅读器在判断出数据发生碰撞的准确比特位置之后，将碰撞发生的几个位置提取出来，并将几个碰撞比特置“1”，未发生碰撞的比特置“0”，组成新的锁定寻呼指令的序列号；阅读器在发送这个寻呼指令之后，电子标签的响应为：标签在接到这个锁位命令之后，将自己 ID 中的数据位与接收到的阅读器发出的序列号进行比较，与阅读器发出的 UID 比特中值为“1”所对应的比特进行锁定，在接下来的防碰撞处理中，参与数据发送和比较的仅仅是这几个被锁定的比特。

所述算法的主要步骤如下：

1) 阅读器发送 REQUEST（1111…1111）命令，所有 ID 码值小于或者等于（1111…1111）的电子标签对此命令做出应答，然后所有应答标签将自己的ID 码发送出去；

2) 阅读器检测收到的信号，如果没有信号，表示阅读器周围没有电子标签，则转到步骤 1)，否则转到步骤 3)；

3) 阅读器对所有电子标签做出的应答信号进行译码，根据译码结果判断是否有碰撞发生，如果没有碰撞发生，阅读器发送 SELECT 和 READ-DATE 指令，对标签进行读写操作之后，阅读器发出 UNSELECT 命令，使该标签进入无声状态；如果译码结果判断出有碰撞，则转到步骤 4)；

4) 阅读器根据步骤 3)中的译码结果判断碰撞发生在哪几个比特上，阅读器将这几个碰撞的比特置“1”，未发生碰撞的比特置“0”，接着阅读器发送 REQUEST（UID，0）指令，标签在接到此命令之后将 UID 与自己的 ID 进行比较，将发生碰撞的比特锁定，锁定比特中最高比特为“0”的标签对此命令做出应答，将自己锁定比特中剩下的几比特发送给阅读器；

阅读器判断是否有碰撞发生，如果没有碰撞发生，阅读器发送 SELECT 和 READ-DATE 指令，对标签进行读写操作之后，阅读器发出 UNSELECT 命令，使该标签进入无声状态；

如果有碰撞发生，阅读器对接收到的信号再进行译码，判断出发生碰撞的准确比特，将碰撞发生的最高比特置“0”，高于该比特的值不变，低于该比特的值舍去，在发生碰撞的这些标签中再次执行REQUEST（UID）命令；

每次顺利读取某个标签之后，采取后退策略，返回到上一次发生碰撞的节点，识别此节点的另外一个分支，这样不断重复操作，直到把锁定的比特中最高比特为“0”这个分支内产生碰撞的所有标签识别完以后，转到步骤 5)；

5) 阅读器发送 REQUEST（1）这个指令，锁定比特中最高比特为“1”的标签对此命令做出应答，将自己锁定比特中剩下的几比特发送给阅读器；

阅读器判断是否有碰撞发生，如果没有碰撞发生，阅读器发送 SELECT 和 READ-DATE 指令，对标签进行读写操作之后，阅读器发出 UNSELECT命令，使该标签进入无声状态；

如果有碰撞发生，阅读器对接收到的信号再进行译码，判断出发生碰撞的准确比特，将碰撞发生的最高比特置“0”，高于该比特的值不变，低于该比特的值舍去，在发生碰撞的这些标签中再次进行 REQUEST（UID）命令；

每次顺利读取某个标签之后，返回到上一次发生碰撞的节点，识别此节点的另外一个分支，这样不断重复操作，直到把锁定比特中最高比特为“1”的这个分支内产生碰撞的所有标签识别完以后，转到步骤 6)；

6) 待所有电子标签都被识别出来，识别过程结束。

本发明有益效果：本发明的算法充分考虑了阅读器寻呼次数、传输时延、标签能耗以及吞吐量 4 个重要性能指标，BLBO 防碰撞算法较其他二叉树算法性能有明显提高，更适用于 RFID 防碰撞协议。

附图说明

图1为二叉搜索树算法识别过程示意图；

图2为动态二叉搜索树算法识别过程示意图；

图3为二叉树算法构成的树结构示意图；

图4为本发明锁位后退防碰撞算法的工作流程。

具体实施方式

下面根据说明书附图，结合具体实施例，对本发明进一步说明：

一种基于二叉树的RFID防碰撞算法，在二叉树算法的基础上，增加了锁位寻呼指令，阅读器根据译码结果判断发生碰撞的比特位置，发送锁位寻呼指令锁定发生碰撞的比特位置，在锁定的碰撞位上进行防碰撞运算。

阅读器在发送寻呼指令之后，阅读器工作区域范围内的所有电子标签对此寻呼做出应答，如果阅读器译码得到有 h 个位发生冲突，显然只有这 h 个比特对于阅读器来说是未知的，其他的比特对于标签是已知的。

假设阅读器周围有 3 个标签 A、B、C，它们的ID 分别为：10110101、11110101、10100101。阅读器发送总寻呼 REQUEST（111111111111）指令之后，译码结果为：1X1X0101。二叉搜索树算法识别过程如图 1 所示，动态二叉搜索树算法识别过程如图2 所示。

由图 1 所示的 BS 算法中，阅读器和电子标签每次发出的寻呼是整个序列号，含有的冗余信息太大，DBS 算法在 BS 算法的基础上减除了一半的冗余信息，但也没有达到最优化。

本发明的算法就是在此基础上继续减除寻呼中信息冗余位，以减少传输时延和能耗。例如阅读器得到译码结果为 1X1X01010101，显然只有这2 个 X 比特对于阅读器来说是未知的，其他的比特都是已知的，锁位防碰撞算法就是将防碰撞处理限制在这 2 个 X 比特上，不传输其他的比特，这样就在动态二叉搜索树算法的基础上进一步减少了数据冗余位。

所述寻呼过程采用后退策略，每次识别一个标签之后返回到上一个发生碰撞的节点，去产生新的寻呼识别标签。这样就大大减少了碰撞发生的次数。

如图 3 所示，假若阅读器识别电子标签 4 后，二叉搜索树和动态二叉搜索树算法都要返回到根节点去发送寻呼识别其他的电子标签，本算法采取的是后退策略，即识别标签 4 之后，返回到上一次发生碰撞的节点 3 去产生新的寻呼识别标签 5，这样就大大减少了碰撞发生的次数。 

本算法所涉及的一组指令，这组指令由电子标签处理。此外，每个电子标签拥有一个唯一的序列号。具体指令如下：

REQUEST（UID）——请求（序列号）；

SELECT（UID）——选择（序列号）；

READ-DATA——读出数据；

UNSELECT——去销选择。

所述锁位寻呼指令为REQUEST（UID，0），其中UID 代表阅读器在第一次寻呼之后，根据译码结果所得到的下一次寻呼的序列号，UID 的取值约定为：阅读器在判断出数据发生碰撞的准确比特位置之后，将碰撞发生的几个位置提取出来，并将几个碰撞比特置“1”，未发生碰撞的比特置“0”，组成新的锁定寻呼指令的序列号；阅读器在发送这个寻呼指令之后，电子标签的响应为：标签在接到这个锁位命令之后，将自己 ID 中的数据位与接收到的阅读器发出的序列号进行比较，与阅读器发出的 UID 比特中值为“1”所对应的比特进行锁定，在接下来的防碰撞处理中，参与数据发送和比较的仅仅是这几个被锁定的比特。

只有电子标签锁定的所有比特中最高比特的值为 0 的回送自己的 ID 给阅读器，并且返回锁定的比特中除最高位的其他几比特，最高比特与 X 值相同的不响应。

如图4所示，为本发明锁位后退防碰撞算法的工作流程，该流程分为 3 个小流程：阅读器发送 REQUEST（1111…1111）命令时标签无碰撞发生时的流程、有碰撞发生时“0”分支处理流程和有碰撞发生时“1”分支处理流程（锁定的比特中最高比特为“0”的所有标签处在“0”分支，锁定的比特中最高比特为“1”的所有标签处在“1”分支），主要步骤如下：

1) 阅读器发送 REQUEST（1111…1111）命令，所有 ID 码值小于或者等于（1111…1111）的电子标签对此命令做出应答，然后所有应答标签将自己的ID 码发送出去；

2) 阅读器检测收到的信号，如果没有信号，表示阅读器周围没有电子标签，则转到步骤 1)，否则转到步骤 3)；

3) 阅读器对所有电子标签做出的应答信号进行译码，根据译码结果判断是否有碰撞发生，如果没有碰撞发生，阅读器发送 SELECT 和 READ-DATE 指令，对标签进行读写操作之后，阅读器发出 UNSELECT 命令，使该标签进入无声状态；如果译码结果判断出有碰撞，则转到步骤 4)；

4) 阅读器根据步骤 3)中的译码结果判断碰撞发生在哪几个比特上，阅读器将这几个碰撞的比特置“1”，未发生碰撞的比特置“0”，接着阅读器发送 REQUEST（UID，0）指令，标签在接到此命令之后将 UID 与自己的 ID 进行比较，将发生碰撞的比特锁定，锁定比特中最高比特为“0”的标签对此命令做出应答，将自己锁定比特中剩下的几比特发送给阅读器；

阅读器判断是否有碰撞发生，如果没有碰撞发生，阅读器发送 SELECT 和 READ-DATE 指令，对标签进行读写操作之后，阅读器发出 UNSELECT 命令，使该标签进入无声状态；

如果有碰撞发生，阅读器对接收到的信号再进行译码，判断出发生碰撞的准确比特，将碰撞发生的最高比特置“0”，高于该比特的值不变，低于该比特的值舍去，在发生碰撞的这些标签中再次执行REQUEST（UID）命令；

每次顺利读取某个标签之后，采取后退策略，返回到上一次发生碰撞的节点，识别此节点的另外一个分支，这样不断重复操作，直到把锁定的比特中最高比特为“0”这个分支内产生碰撞的所有标签识别完以后，转到步骤 5)；

5) 阅读器发送 REQUEST（1）这个指令，锁定比特中最高比特为“1”的标签对此命令做出应答，将自己锁定比特中剩下的几比特发送给阅读器；

阅读器判断是否有碰撞发生，如果没有碰撞发生，阅读器发送 SELECT 和 READ-DATE 指令，对标签进行读写操作之后，阅读器发出 UNSELECT命令，使该标签进入无声状态；

如果有碰撞发生，阅读器对接收到的信号再进行译码，判断出发生碰撞的准确比特，将碰撞发生的最高比特置“0”，高于该比特的值不变，低于该比特的值舍去，在发生碰撞的这些标签中再次进行 REQUEST（UID）命令；

每次顺利读取某个标签之后，返回到上一次发生碰撞的节点，识别此节点的另外一个分支，这样不断重复操作，直到把锁定比特中最高比特为“1”的这个分支内产生碰撞的所有标签识别完以后，转到步骤 6)；

6) 待所有电子标签都被识别出来，识别过程结束。

Claims (4)

1.一种基于二叉树的RFID防碰撞算法，其特征在于：在二叉树算法的基础上增加锁位寻呼指令，阅读器根据译码结果判断发生碰撞的比特位置，发送锁位寻呼指令，锁定发生碰撞的比特位置，在锁定的碰撞位上进行防碰撞运算。

2.根据权利要求1所述一种基于二叉树的RFID防碰撞算法，其特征在于：所述寻呼过程采用后退策略，每次识别一个标签之后返回到上一个发生碰撞的节点，去产生新的寻呼识别标签，这样就大大减少了碰撞发生的次数。

3. 根据权利要求1或2所述一种基于二叉树的RFID防碰撞算法，其特征在于：所述锁位寻呼指令为REQUEST（UID，0），其中UID 代表阅读器在第一次寻呼之后，根据译码结果所得到的下一次寻呼的序列号，UID 的取值约定为：阅读器在判断出数据发生碰撞的准确比特位置之后，将碰撞发生的几个位置提取出来，并将几个碰撞比特置“1”，未发生碰撞的比特置“0”，组成新的锁定寻呼指令的序列号；阅读器在发送这个寻呼指令之后，电子标签的响应为：标签在接到这个锁位命令之后，将自己 ID 中的数据位与接收到的阅读器发出的序列号进行比较，与阅读器发出的 UID 比特中值为“1”所对应的比特进行锁定，在接下来的防碰撞处理中，参与数据发送和比较的仅仅是这几个被锁定的比特。

4.根据权利要求3所述一种基于二叉树的RFID防碰撞算法，其特征在于，所述算法的主要步骤如下：

1) 阅读器发送 REQUEST（1111…1111）命令，所有 ID 码值小于或者等于（1111…1111）的电子标签对此命令做出应答，然后所有应答标签将自己的ID 码发送出去；

2) 阅读器检测收到的信号，如果没有信号，表示阅读器周围没有电子标签，则转到步骤 1)，否则转到步骤 3)；

3) 阅读器对所有电子标签做出的应答信号进行译码，根据译码结果判断是否有碰撞发生，如果没有碰撞发生，阅读器发送 SELECT 和 READ-DATE 指令，对标签进行读写操作之后，阅读器发出 UNSELECT 命令，使该标签进入无声状态；如果译码结果判断出有碰撞，则转到步骤 4)；

4) 阅读器根据步骤 3)中的译码结果判断碰撞发生在哪几个比特上，阅读器将这几个碰撞的比特置“1”，未发生碰撞的比特置“0”，接着阅读器发送 REQUEST（UID，0）指令，标签在接到此命令之后将 UID 与自己的 ID 进行比较，将发生碰撞的比特锁定，锁定比特中最高比特为“0”的标签对此命令做出应答，将自己锁定比特中剩下的几比特发送给阅读器；

阅读器判断是否有碰撞发生，如果没有碰撞发生，阅读器发送 SELECT 和 READ-DATE 指令，对标签进行读写操作之后，阅读器发出 UNSELECT 命令，使该标签进入无声状态；

如果有碰撞发生，阅读器对接收到的信号再进行译码，判断出发生碰撞的准确比特，将碰撞发生的最高比特置“0”，高于该比特的值不变，低于该比特的值舍去，在发生碰撞的这些标签中再次执行REQUEST（UID）命令；

每次顺利读取某个标签之后，采取后退策略，返回到上一次发生碰撞的节点，识别此节点的另外一个分支，这样不断重复操作，直到把锁定的比特中最高比特为“0”这个分支内产生碰撞的所有标签识别完以后，转到步骤 5)；

5) 阅读器发送 REQUEST（1）这个指令，锁定比特中最高比特为“1”的标签对此命令做出应答，将自己锁定比特中剩下的几比特发送给阅读器；

阅读器判断是否有碰撞发生，如果没有碰撞发生，阅读器发送 SELECT 和 READ-DATE 指令，对标签进行读写操作之后，阅读器发出 UNSELECT命令，使该标签进入无声状态；

如果有碰撞发生，阅读器对接收到的信号再进行译码，判断出发生碰撞的准确比特，将碰撞发生的最高比特置“0”，高于该比特的值不变，低于该比特的值舍去，在发生碰撞的这些标签中再次进行 REQUEST（UID）命令；

每次顺利读取某个标签之后，返回到上一次发生碰撞的节点，识别此节点的另外一个分支，这样不断重复操作，直到把锁定比特中最高比特为“1”的这个分支内产生碰撞的所有标签识别完以后，转到步骤 6)；

6) 待所有电子标签都被识别出来，识别过程结束。