CN106022185A - 一种基于连续检测机制适用于EPC Gen2协议的防冲突算法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于连续检测机制适用于EPC Gen2协议的防冲突算法，属于无线通信领域，其关键在于：根据响应标签的数目，阅读器判断信道发生冲突、空闲还是成功读取标签，并针对这三种情况采取不同的处理措施：当信道第一次发生冲突或空闲时，协议的参数Q保持不变，继续下一个通信周期，如果连续发生冲突或空闲，采用不同的更新步长分别对Q进行更新；否则，Q保持不变。算法对指令发送条件进行设定，在阅读器发送指令前，首先判断Q值是否发生改变，如果Q值改变，阅读器发送QueryAdjust指令；反之，则发送QueryRep指令。该算法性能不受标签数目的影响，可显著提高标签识别速率。

Description

一种基于连续检测机制适用于EPC Gen2协议的防冲突算法
技术领域
本发明属于无线通信领域，具体涉及一种采用连续检测机制减少信息冲突的算法，适用于超高频EPC Gen2协议。
背景技术
EPCglobal Class 1 Generation 2超高频射频识别协议(简称为Gen2协议)是EPCglobal已发布的最新RFID空中接口协议，包括物理层协议、媒体访问控制(Medium Access Control,MAC)协议以及UHF RFID无源标签的技术参数。Gen2协议工作频率在860MHz到960MHz之间。与其他RFID协议标准相比，Gen2协议拥有诸多优势，包括更快的标签读取速度、更好的安全性能、具有读/写可编程性、能向未来的EPC标准平滑过渡等，这使得它在众多规格和协议中脱颖而出，被纳入国际标准ISO 18000-6。
为解决标签冲突问题，Gen2协议为RFID系统定义了防冲突机制。该机制基于帧时隙ALOHA算法，其帧长和参数Q有关，为2Q，并随着Q的调整而变化。因而，将此防冲突机制称为自适应Q算法。自适应Q算法根据标签响应情况不断调整Q值，当帧长2Q＝N时，阅读器成功读取标签的概率最大，而确定最优帧长的关键是确定最优Q值。可见，Q值的选取和更新速度对防冲突算法的性能至关重要。
参见图1所示，现有的自适应Q算法的具体实现过程是这样的：
步骤1：阅读器发送指令(Query，QueryRep或QueryAdjust)给标签。如果是在一个盘存周期的开始，阅读器发送Query指令，否则发送QueryRep或QueryAdjust。
步骤2：标签从阅读器收到的指令可能是Query，QueryRep或QueryAdjust。 如果收到的是Query或QueryAdjust，则Q值经过了调整，所有未识别标签在(0，2Q-1)范围内随机选择一个时隙，并将其存入时隙计数器。如果收到的指令是QueryRep，所有未识别标签的时隙计数器减1。
接下来，计数器为0的标签产生一个16位的随机数RN16，并将RN16发送给阅读器。根据响应标签的数目，会出现三种可能：
(i)成功识别标签：只有一个标签响应，阅读器成功接收RN16，此时阅读器会发送ACK指令，跳至步骤3。
(ii)发生冲突：有一个以上的标签同时响应，传输数据相互干扰，阅读器无法识别RN16。此时阅读器将Qfp增大C。增大后的Qfp如果大于15，则令Qfp＝15。接下来阅读器将对Qfp取整后的值赋予参数Q，然后发送QueryRep或QueryAdjust指令继续对标签进行识别，跳转至步骤1。
(iii)信道空闲：没有标签响应，这时阅读器将Qfp减小C。减小后的Qfp如果小于0，则令Qfp＝0。接下来阅读器将对Qfp取整后的值赋予参数Q，然后发送Query、QueryRep或QueryAdjust指令继续对标签进行识别，跳转至步骤1。
步骤3：在只有一个标签响应的情况下，阅读器成功接收RN16，并发送ACK指令给所有标签，只有响应标签可以识别ACK，并继续步骤4，其他标签进入等待状态。
步骤4：响应标签识别ACK后，发送信息EPC给阅读器。至此，阅读器成功识别该标签。接下来，阅读器发送QueryRep或QueryAdjust指令继续识别其他标签。
可以看出，参数Q决定了标签产生随机数的范围，也就是防冲突算法的帧长。因此，Q值更新快慢直接影响到协议的识别效率。如果参数Q的更新步长选择不当，容易引起时隙的冲突和空闲，导致识别延迟。当响应标签的数量大 于1时，信道发生冲突，Qfp值递增C；当没有标签响应时，信道空闲，Qfp值递减C。然而，现有Q算法不论是冲突情况还是空闲情况，参数Q的调整步长相同。当出现连续冲突时隙或空闲时隙时，虽然经过增减调整，Q值可能保持不变，算法效率较低。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种高效的适用于EPC Gen2标签的防冲突算法，以提高阅读器与标签的通信效率。
为达到以上目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：
步骤1：如果在一个盘存周期的的开始，阅读器发送Query指令以启动该盘存周期；否则，阅读器检测Q值较之前是否发生改变，如果Q值改变，阅读器发送QueryAdjust指令，指示所有未识别标签将新的随机数值载入其槽计数器内；如果Q值未改变，阅读器发送QueryRep指令，指示所有未识别标签将其槽计数器内数值减1；
步骤2：时隙数为0的标签产生16位的随机数RN16，并将RN16发送给阅读器；根据响应标签的个数，该问询过程有三种可能：成功识别，信道冲突和信道空闲；
(i)成功识别标签：只有一个标签响应，阅读器成功接收RN16，此时阅读器会发送ACK指令，跳至步骤3；
(ii)信道冲突：阅读器发送QueryRep，标签的SN减1；SN＝0的标签响应，根据响应标签的数目，有三种可能：
(1)成功读取标签：情况和(i)相同；
(2)无标签响应：Qfp and Q保持不变；
(3)多于一个标签响应：阅读器将Qfp增大Cc，增大后的Qfp如果大于15， 则令Qfp＝15；接下来阅读器将对Qfp取整后的值赋予参数Q，然后跳转至步骤1；
(iii)信道空闲：阅读器发送QueryRep，标签的SN减1；SN＝0的标签响应，根据响应标签的数目，有三种可能：
(1)成功读取标签：情况和(i)相同；
(2)无标签响应：阅读器将Qfp减小Ci，减小后的Qfp如果小于0，则令Qfp＝0；接下来，阅读器将对Qfp取整后的值赋予参数Q，跳转至步骤1；
(3)多于一个标签响应：Qfp and Q保持不变；
步骤3：在只有一个标签响应的情况下，阅读器成功接收RN16，并发送ACK指令给所有标签，只有响应标签可以识别ACK，并继续执行步骤4，其他标签进入等待状态；
步骤4：响应标签识别ACK后，发送它的信息EPC给阅读器；然后阅读器跳转至步骤1继续识别其他标签。
进一步的，该算法进一步包括：结合Gen2协议中的参数，计算出冲突时隙和空闲时隙的持续时间，结合两者发生的概率，给出优化的更新步长Cc和Ci；当信道冲突时，Qfp增大Cc；当信道空闲时，Qfp减小Ci，其中，Cc/Ci＝2.7566。
进一步的，该算法进一步包括：算法对指令发送条件进行设定，在阅读器发送指令前，首先判断Q值是否发生改变，如果Q值改变，阅读器发送QueryAdjust指令；反之，则发送QueryRep指令。
本发明的优点和积极效果：
1、本发明所述的算法中，综合考虑了信道发生冲突和空闲的概率以及两个状态的持续时间，推导出分别针对这两种情况的参数Q的更新步长；
2、本发明所述的算法中，连续两次检测后再确定是否改变Q，更适用于标签随机选择时隙的EPC Gen2防冲突机制；
3、本发明所述的算法中，对Gen2协议的指令发送条件进行了设定，阅读器发送指令前首先判断Q值是否改变，只有在改变时才发送较长的QueryAdjust指令，减少了信息传输时间，同时避免了标签在Q未改变时重新选择时隙，降低了能量损耗；
4、本发明所述的算法中，标签数目不影响算法性能，增加标签数目不会降低标签识别速率，因而可以在同一个物体上配置多个标签以提高识别可靠性。
附图说明
图1为现有技术中的自适应Q算法流程图；
图2为本发明确定的基于连续检测机制的实现方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。
RFID系统识别时间的长短除了与冲突和空闲时隙发生的概率有关外，还与两者的持续时间有很大关系。为此，本发明结合Gen2协议中的参数，计算出了冲突时隙和空闲时隙的持续时间，结合两者发生的概率，给出了优化的更新步长Cc和Ci。当信道冲突时，Qfp增大Cc；当信道空闲时，Qfp减小Ci。本发明中优化的更新步长Cc和Ci为针对空闲时隙和冲突时隙引进的两个新的参数，并且系统的识别效率与Cc和Ci的比值有关，其中，Cc/Ci＝2.7566。本发明中，参数Qfp减作为C的浮点数，C为Qfp的变化步长，Q为时隙参数。
另外，由于0.1<C<0.5，每次调整参数Q后，Q的值可能加1，可能减1，也可能保存不变。对于指令Query，QueryAdjust和QueryRep，当标签成功识别或发生冲突后，阅读器发送QueryAdjust或QueryRep指令；当没有标签响应时，阅读器发送的是Query，QueryRep或QueryAdjust。然而，Gen2协议没有规定 在特定情况下发送哪个指令。根据QueryAdjust的作用，在Q没有发生改变的情况下，如果阅读器发送QueryAdjust，使未识别标签重新选择时隙，并不利于提高系统效率。另外，由于指令QueryAdjust比QueryRep长5bits，所需要的传输时间更长。因此，本发明提出的算法对指令发送条件进行设定，在阅读器发送指令前，首先判断Q值是否发生改变，如果Q值改变，阅读器发送QueryAdjust指令；反之，则发送QueryRep指令。
参见图2所示，本发明算法的实现过程至少包括以下步骤：
步骤1，阅读器→标签：如果在一个盘存周期的的开始，阅读器发送Query指令以启动该盘存周期；否则，阅读器检测Q值较之前是否发生改变，如果Q值改变，阅读器发送QueryAdjust指令，指示所有未识别标签将新的随机数值载入其槽计数器内；如果Q值未改变，阅读器发送QueryRep指令，指示所有未识别标签将其槽计数器内数值减1；
步骤2，标签→阅读器：时隙数为0的标签产生16位的随机数RN16，并将RN16发送给阅读器；根据响应标签的个数，该问询过程有三种可能：成功识别，信道冲突和信道空闲；
(i)成功识别标签：只有一个标签响应，阅读器成功接收RN16，此时阅读器会发送ACK指令，跳至步骤3；
(ii)信道冲突：阅读器发送QueryRep，标签的SN减1；SN＝0的标签响应，根据响应标签的数目，有三种可能：
(1)成功读取标签：情况和(i)相同；
(2)无标签响应：Qfp and Q保持不变；
(3)多于一个标签响应：阅读器将Qfp增大Cc，增大后的Qfp如果大于15，则令Qfp＝15；接下来阅读器将对Qfp取整后的值赋予参数Q，然后跳转至 步骤1；
(iii)信道空闲：阅读器发送QueryRep，标签的SN减1；SN＝0的标签响应，根据响应标签的数目，有三种可能：
(1)成功读取标签：情况和(i)相同；
(2)无标签响应：阅读器将Qfp减小Ci，减小后的Qfp如果小于0，则令Qfp＝0；接下来，阅读器将对Qfp取整后的值赋予参数Q，跳转至步骤1；
(3)多于一个标签响应：Qfp and Q保持不变；
步骤3，阅读器→标签：在只有一个标签响应的情况下，阅读器成功接收RN16，并发送ACK指令给所有标签，只有响应标签可以识别ACK，并继续执行步骤4，其他标签进入等待状态；
步骤4：标签→阅读器：响应标签识别ACK后，发送它的信息EPC给阅读器；然后阅读器跳转至步骤1继续识别其他标签。

Claims (3)

1.一种基于连续检测机制适用于EPC Gen2协议的防冲突算法，其特征在于该算法包括以下步骤：
步骤1：阅读器→标签
如果在一个盘存周期的的开始，阅读器发送Query指令以启动该盘存周期；否则，阅读器检测Q值较之前是否发生改变，如果Q值改变，阅读器发送QueryAdjust指令，指示所有未识别标签将新的随机数值载入其槽计数器内；如果Q值未改变，阅读器发送QueryRep指令，指示所有未识别标签将其槽计数器内数值减1；
步骤2：标签→阅读器
时隙数为0的标签产生16位的随机数RN16，并将RN16发送给阅读器；根据响应标签的个数，该问询过程有三种可能：成功识别，信道冲突和信道空闲；
(i)成功识别标签：只有一个标签响应，阅读器成功接收RN16，此时阅读器会发送ACK指令，跳至步骤3；
(ii)信道冲突：阅读器发送QueryRep，标签的SN减1；SN＝0的标签响应，根据响应标签的数目，有三种可能：
(1)成功读取标签：情况和(i)相同；
(2)无标签响应：Qfp and Q保持不变；
(3)多于一个标签响应：阅读器将Qfp增大Cc，增大后的Qfp如果大于15，则令Qfp＝15；接下来阅读器将对Qfp取整后的值赋予参数Q，然后跳转至步骤1；
(iii)信道空闲：阅读器发送QueryRep，标签的SN减1；SN＝0的标签响应，根据响应标签的数目，有三种可能：
(1)成功读取标签：情况和(i)相同；
(2)无标签响应：阅读器将Qfp减小Ci，减小后的Qfp如果小于0，则令Qfp＝0；接下来，阅读器将对Qfp取整后的值赋予参数Q，跳转至步骤1；
(3)多于一个标签响应：Qfp and Q保持不变；
步骤3：阅读器→标签
在只有一个标签响应的情况下，阅读器成功接收RN16，并发送ACK指令给所有标签，只有响应标签可以识别ACK，并继续执行步骤4，其他标签进入等待状态；
步骤4：标签→阅读器
响应标签识别ACK后，发送它的信息EPC给阅读器；然后阅读器跳转至步骤1继续识别其他标签。
2.根据权利要求1所述的算法，其特征在于该算法进一步包括：结合Gen2协议中的参数，计算出冲突时隙和空闲时隙的持续时间，结合两者发生的概率，给出优化的更新步长Cc和Ci；当信道冲突时，Qfp增大Cc；当信道空闲时，Qfp减小Ci，其中，Cc/Ci＝2.7566。
3.根据权利要求1所述的算法，其特征在于该算法进一步包括：算法对指令发送条件进行设定，在阅读器发送指令前，首先判断Q值是否发生改变，如果Q值改变，阅读器发送QueryAdjust指令；反之，则发送QueryRep指令。
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