CN105224970A - 一种rfid防碰撞方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种RFID防碰撞方法，包括：阅读器发送询问命令向周围的标签广播Q值；每个标签在区间[0，2^Q-1]中随机选择一个整数加载到时隙计数器，作为发送数据的时隙数；每个标签在对应的时隙发送数据。若当前时隙有多个标签响应，将造成信号冲突，阅读器无法识别标签。阅读器发现冲突后，将执行调整Q值的处理，若Q值发生改变，阅读器利用调整之后的Q值发送询问命令以向周围的标签广播调整之后的Q值。

Description

一种RFID防碰撞方法

技术领域

本发明涉及RFID(RadioFrequencyIdentification，射频识别)通信领域，更具体地说，本发明涉及一种RFID系统中基于ALOHA的码标签防碰撞方法。

背景技术

RFID系统的工作原理是当标签进入阅读器通信范围内后，接收阅读器发出的射频信号，无源标签凭借感应电流获得能量，并将芯片内存储的标签信息反馈给阅读器，有源标签可以主动向阅读器发送射频信号；阅读器读取标签信息后，进行相应的处理，或将信息发送给应用系统。

在RFID系统识别过程中，由于读写器和标签通过无线空间信道进行通信，当多个读写器或多个标签同时向信道发送信号时，信号将会在无线信道中相互干扰，产生碰撞问题，从而造成了标签数据读取的不可靠和不正确。为了实现多个标签的正确识别，RFID系统中需要建立有效的防碰撞机制用来协调多标签和读写器之间的通信过程。当前研究的标签防碰撞算法主要分为以下几种：空分多路法、时分多路法、频分多路和码分多路法。考虑到RFID系统通信形式、功耗、系统的复杂性及成本等因素，选择时分多路法(TDMA)来实现RFID系统的防碰撞机制是最普遍的方法。目前时分多路法防碰撞机制可以分为两大类：基于二进制搜索的防碰撞算法和基于ALOHA的防碰撞算法。其中ISO18000-6TypeA协议(参见：InformationTechnology-Radiofrequencyidentificationforitemmanagement-Part6:Para-metersforairinterfacecommunicationsat860MHzto960MHz[S].ISO/IECFDIS18000-6,2004)和EPCC1G2标准(参见：EPC^TMRadio-FrequencyIdentityProtocolsClass-1Generation-2UHFRFIDProtocolforCommunicationsat860MHz-960MHzVersion1.2.0[S].EPCglobal,2008)都是采用基于ALOHA的防碰撞算法。

EPCC1G2标准规定了一种基于Q值的防碰撞算法(Q-algorithm)，这种算法的特点是帧长是2^Q，通过调整Q值调整帧长。但该协议中对参数C的选取是随机的,当帧长小于信道中标签数量时，容易发生碰撞；当帧长大于信道中标签数量时，信道利用率较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种RFID系统中基于帧时隙的无源标签冲突避免的RFID防碰撞方法，其中通过优化帧长，提高标签正确识别的效率，优化RFID系统性能。

为了实现上述技术目的，根据本发明，提供了一种RFID防碰撞方法，包括：阅读器发送询问命令向周围的标签广播Q值；每个标签在区间[0，2^Q-1]中随机选择一个整数加载到时隙计数器，作为发送数据的时隙数；每个标签在对应的时隙发送数据。

优选地，所述RFID防碰撞方法还包括：若当前时隙没有标签响应，阅读器发送询问响应命令使所有标签的时隙计数器递减，用于跳过当前时隙继续识别下一时隙的标签。

优选地，所述RFID防碰撞方法还包括：若当前时隙只有一个标签响应，响应的标签返回一个随机数；阅读器收到随机数后，向标签发送带有数据的确认命令，此时只有返回随机数的标签才能够正确识别确认命令，正确识别的标签将自身的EPC和CRC-16数据发送给阅读器，进行数据交换和识别；而且成功识别标签后，阅读器发送询问响应命令，使其它标签的时隙计数器递减。

优选地，所述RFID防碰撞方法还包括：若当前时隙有多个标签响应，响应的标签均返回一个随机数；在阅读器收到多个标签发送的随机数时发现冲突，执行调整Q值的处理；并且在执行了调整Q值的处理之后，阅读器利用调整之后的Q值发送询问命令以向周围的标签广播调整之后的Q值。

优选地，调整Q值的处理包括：

设置阅读器预测标签的个数其中B是连续B长度的时隙个数，B＝帧长/8，帧长＝2^Q，τ是标签在该时隙发送数据的概率C(B)是在B时隙中发生冲突的次数；

设置其中是第i次的预测值，n_i是依据公式得到的标签预测个数，其中参数α＝0.8；

若阅读器发送询问调节命令以执行Q值递增操作；

若阅读器发送询问调节命令以执行Q值递减操作。

优选地，所述随机数是16位的随机数。

附图说明

结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：

图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的RFID防碰撞方法的流程图。

需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。

具体实施方式

为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。

图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的RFID防碰撞方法的流程图。

本发明是一种基于帧时隙ALOHA的改进方法。如图1所示，阅读器发送询问命令(Query命令)向周围的标签广播Q值；每个标签在区间[0，2^Q-1]中随机选择一个整数加载到时隙计数器(SlotCounter，SC)，作为发送数据的时隙数；每个标签在对应的时隙发送数据，即当时隙计数器计数至0(即，SC＝0)的标签响应当前时隙，其余标签等待在自身对应的时隙时响应。

优选地，可以执行下述处理：

(1)若当前时隙没有标签响应，阅读器发送询问响应命令(QueryRep命令)使所有标签的时隙计数器递减(即，SC--)，用于跳过当前时隙继续识别下一时隙的标签。

(2)若当前时隙只有一个标签响应，响应的标签返回一个16位的随机数RN16；阅读器收到随机数RN16后，向标签发送带有RN16数据的确认(ACK)命令，此时只有与此随机数RN16相同的标签(即，返回随机数RN16的标签)才能够正确识别确认命令，正确识别的标签将自身的EPC和CRC-16数据发送给阅读器，进行数据交换和识别。成功识别标签后，阅读器发送询问响应命令(QueryRep命令)，使其它标签的时隙计数器递减(即，SC--)。

(3)若当前时隙有多个标签响应，响应的标签均返回一个16位的随机数RN16，多个标签发送的RN16产生碰撞，该时隙通信失败。为了优化通信效率，阅读器根据碰撞情况调整Q值。换言之，若当前时隙有多个标签响应，将造成信号冲突，阅读器无法识别标签。阅读器发现冲突后，将执行调整Q值的处理，若Q值发生改变(调整)，阅读器利用调整之后的Q值发送询问命令以向周围的标签广播调整之后的Q值。

具体地，在阅读器收到多个标签发送的随机数，执行调整Q值的处理如下：

①设置阅读器预测标签的个数 $n=\frac{C\left(B\right)}{B\mathrm{\τ}}---\left(1\right)$

其中B是连续B长度的时隙个数，B＝帧长/8，帧长＝2^Q，τ是标签在该时隙发送数据的概率C(B)是在B时隙中发生冲突的次数。

②为使预测更准确，在此设其中是第i次的预测值，n_i是依据公式(1)得到的标签预测个数，取α＝0.8；

③若阅读器发送询问调节命令(QueryAdjust命令)执行Q值递增操作(Q++)；

④若阅读器发送询问调节命令(QueryAdjust命令)执行Q值递减操作(Q--)。

在调整Q值之后，阅读器利用调整之后的Q值发送询问命令以向周围的标签广播调整之后的Q值。

由此，本发明的技术方案采用在固定长度的时隙内，根据信道中冲突的次数对信道中的标签数目进行预测，当预测标签数目较多时，通过QueryAdjust命令执行Q++，通知标签在[0，2^Q-1]范围内重新选择时隙发送，减少信道冲突的概率；当预测标签数目较少时，通过QueryAdjust命令执行Q--，通知标签在[0，2^Q-1]范围内重新选择时隙发送，减少标签等待发送的时间，提高信道利用率。

而且，本发明的技术方案克服了现有协议中只要发生冲突就调整Q值，而是通过预测信道中的标签数目，仅当标签数目较多或较少时才调整Q值，使帧长和预测的标签数目一致，优化通信系统性能。

此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种RFID防碰撞方法，其特征在于包括：阅读器发送询问命令向周围的标签广播Q值；每个标签在区间[0，2^Q-1]中随机选择一个整数加载到时隙计数器，作为发送数据的时隙数；每个标签在对应的时隙发送数据。

2.根据权利要求1所述的RFID防碰撞方法，其特征在于还包括：若当前时隙没有标签响应，阅读器发送询问响应命令使所有标签的时隙计数器递减，用于跳过当前时隙继续识别下一时隙的标签。

3.根据权利要求1或2所述的RFID防碰撞方法，其特征在于还包括：若当前时隙只有一个标签响应，响应的标签返回一个随机数；阅读器收到随机数后，向标签发送带有数据的确认命令，此时只有返回随机数的标签才能够正确识别确认命令，正确识别的标签将自身的EPC和CRC-16数据发送给阅读器，进行数据交换和识别；而且成功识别标签后，阅读器发送询问响应命令，使其它标签的时隙计数器递减。

4.根据权利要求1或2所述的RFID防碰撞方法，其特征在于还包括：若当前时隙有多个标签响应，响应的标签均返回一个随机数；在阅读器收到多个标签发送的随机数时阅读器发现冲突，从而执行调整Q值的处理；并且在执行了调整Q值的处理之后，若Q值发生改变，阅读器利用调整之后的Q值发送询问命令以向周围的标签广播调整之后的Q值。

5.根据权利要求4所述的RFID防碰撞方法，其特征在于，调整Q值的处理包括：

设置阅读器预测标签的个数其中B是连续B长度的时隙个数，B＝帧长/8，帧长＝2^Q，τ是标签在该时隙发送数据的概率C(B)是在B时隙中发生冲突的次数；

设置其中是第i次的预测值，n_i是依据公式得到的标签预测个数，其中参数α＝0.8；

若阅读器发送询问调节命令以执行Q值递增操作；

若阅读器发送询问调节命令以执行Q值递减操作。

6.根据权利要求3或4所述的RFID防碰撞方法，其特征在于，所述随机数是16位的随机数。