CN107506674B - 基于时隙预测的aloha防碰撞方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于时隙预测的ALOHA防碰撞方法。本发明提供的防碰撞方法通过对下一个时隙进行预测，并根据预测的结果来对标签的SC值进行调整，从而加速识别进程，因此本发明提供的方法能够有效提高RFID系统的识别效率。

Description

基于时隙预测的ALOHA防碰撞方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域中的多标签读取技术，更具体地，涉及一种基于EPCC1G2标准的超高频自动识别系统中的多标签防碰撞方法。
背景技术
RFID是Radio Frequency Identification的缩写，即射频识别技术。RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。多目标识别是RFID技术的主要优点之一，同时也会导致多标签上行信号时发生数据冲突，给RFID系统的数据完整性带来一定的威胁。此时，需要可靠的防碰撞机制来有效减轻该冲突现象，尽可能保证数据的完整性。目前RFID系统主要采用时分多路法(TDMA)解决碰撞问题，经典的两类基本方法是：基于二进制搜索的确定性算法和基于ALOHA的概率性算法。ALOHA算法是一种无规则的TDMA算法，采用随机多址的方式，不受标签ID位数的制约，适合标签数量大，分布密集的大规模物联网应用。
EPC Global提出的EPC C1G2标准采用一种基于Q值的随机ALOHA算法，其具体的方案如下：
1、首先阅读器通过发送一个Query(查询)指令来开启一个清点周期(Inventoryround)并将符合要求的标签参与到这个周期中来。
2、Query作为Inventory操作的初始化命令，其包含一个时隙计数器参数值Q，Q可取0到15的整数，初始值设为4。参与到该周期的标签在[0，2Q-1]间随机产生一个整数，并将其载入自身的时隙计数器(SC，Slot Counter。)如果产生的随机数为0，则标签转入应答态，立即回复信息。如果不为0，则转入仲裁态，等待QueryAdjust或者QueryRep指令。
3、如果只有一个标签回复信息(RN16，)阅读器通过ACK命令向标签确认此RN16以建立通信，操作完成后发送QueryAdjust或者QueryRep指令，继续识别后续标签。
4、如果步骤2中有多个标签响应阅读器，即发生数据碰撞，导致阅读器无法正确识别单个标签发送的RN16，此时，阅读器可发送QueryAdjust或者QueryRep指令。QueryAdjust会重复之前的Query指令的作用，增加或者减少Q值(Q++/Q--；)QueryRep同样重复之前的Query指令的作用，但不改变参数Q值。
5、处于仲裁或者应答态的标签接收到QueryAdjust指令后首先调整Q值。然后在[0，2Q-1]范围内重新产生一个随机整数，并载入各自的时隙计数器。随机数值为0的标签转入应答态，并立即回送RN16信息，不为0的则转入仲裁态，等待QueryAdjust或者QueryRep指令。
根据上述的EPCC1G2标准，若识别过程中Q值偏大，在阅读器QueryAdjust指令之前，会出现较多的空闲时隙；若Q值偏小，则会出现较多的碰撞时隙，此时按照协议规定，阅读器会对每一个时隙进行判定，系统的识别速度受到限制。
发明内容
本发明为解决以上现有技术提供的方法存在的系统识别速度受到限制的技术缺陷，提供了一种基于时隙预测的ALOHA防碰撞方法。
为实现以上发明目的，采用的技术方案是：
一种基于时隙预测的ALOHA防碰撞方法，包括有以下步骤：
(1)阅读器向识别范围内的标签发送Query(Q)指令，开始一个清点周期，同时，将初始Q赋值给参照变量Qprior，其中Q为时隙计数器参数值，参照变量Qprior用于判断识别过程中Q值是否发生变动，每个标签在[0,2Q-1]间随机产生一个整数SC并载入自身的时隙计数器中；
(2)整数SC为0的标签立刻响应，并反向反射一个16位的随机数RN16给阅读器；而整数SC为1的标签回传其随机数RN16的首位数据给阅读器；
(3)阅读器检测是否有碰撞发生：
a.若当前时隙没有标签响应，即为空闲时隙，令Qfp＝Qfp-C，Qfp为Q的浮点形式，C的取值区间为0.1<C<0.5；
b.若只有一个标签响应，即为有效时隙，令Qfp保持不变，阅读器向响应的标签发送ACK(RN16)指令，响应的标签收到正确的ACK指令，立即转换到应答状态，并将EPC码回送给阅读器，成功识别标签；
c.若存在两个或两个以上的标签响应，即为碰撞时隙，此时令Qfp＝Qfp+C；
(4)当前时隙识别结束后，阅读器通过round()函数操作，将Qfp四舍五入取整得到整数Q，若整数Q与整数Qprior相比其值发生了变化，阅读器发送QueryAdjust指令利用Q对Qprior进行更新，并重置标签的SC值，然后进入步骤(2)；否则阅读器将对SC＝1的标签所回送的随机数RN16的首位数据进行处理，并以此预测下一时隙标签分布情况：
d.若(2)中整数SC为1的标签的数量为1，则阅读器发送QueryRep(SC-1)指令，继续识别阅读器范围内的剩余标签，进入步骤(2)；
e.若(2)中整数SC为1的标签的数量为0，预测下一个时隙为空闲时隙，此时令Qfp＝Qfp-C；
f.若(2)中整数SC为1的标签的数量为2个或2个以上，预测下一个时隙为碰撞时隙，此时令Qfp＝Qfp+C；
(5)完成对下一个时隙的预测后，阅读器对Qfp四舍五入取整得到整数Q，若整数Q与整数Qprior相比其值发生了变化，阅读器向标签发送QueryAdjust指令利用Q对Qprior进行更新，并重置标签的SC值，然后进入步骤(2)；否则阅读器向标签发送QueryRep(SC-2)指令，继续识别阅读器工作范围内的剩余标签，进入步骤(2)。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的防碰撞方法通过对下一个时隙进行预测，并根据预测的结果来对标签的SC值进行调整，从而加速识别进程，因此本发明提供的方法能够有效提高RFID系统的识别效率。
附图说明
图1为标签的状态示意图；
图2为防碰撞方法的链路时序图；
图3为本发明提供的方法的具体流程图；
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。
实施例1
如图1所示，RFID系统中包括有三种状态的标签，分别是就绪态的标签、仲裁态的标签和应答态的标签，其中就绪态的标签表示那些上电之后，当前没有参与到一个清点周期的标签，标签在此状态下接收到QueryAdjust或者QueryRep指令均不做响应。仲裁态的标签处于一个“保持状态”，表示那些参与到当前清点周期，但是整数SC值非零的标签。应答态的标签表示整数SC值为0的标签，进入到应答状态，并且回复RN16信息。
图2为本发明提供的防碰撞方法的链路时序图。四个时隙钟，分别有两个空闲时隙，一个成功时隙和一个碰撞时隙，成功时隙中只有一个标签的整数SC值为0，其成功应答，碰撞时隙中有两个标签的整数SC值为0，其识别方面发生了碰撞。
图3为本发明提供的方法的具体流程图。如图3所示，本发明提供的方法具体包括有以下步骤：
(1)阅读器向识别范围内的标签发送Query(Q)指令，开始一个清点周期，同时，将初始Q赋值给参照变量Qprior,其中Q为时隙计数器参数值，参照变量Qprior用于判断识别过程中Q值是否发生变动，每个标签接收到Query(Q)指令后对Query(Q)指令进行解析，获得Q值，并在[0,2Q-1]间随机产生一个整数SC并载入自身的时隙计数器中；其中所述Q的取值范围为0～15的整数，其初始值为4；
(2)整数SC为0的标签立刻响应，并反向反射一个16位的随机数RN16给阅读器；而整数SC为1的标签回传其随机数RN16的首位数据给阅读器；
(3)阅读器检测是否有碰撞发生：
a.若当前时隙没有标签响应，即为空闲时隙，令Qfp＝Qfp-C，Qfp为Q的浮点形式，C的取值区间为0.1<C<0.5；
b.若只有一个标签响应，即为有效时隙，令Qfp保持不变，阅读器向响应的标签发送ACK(RN16)指令，响应的标签收到ACK(RN16)指令后对ACK(RN16)指令进行解析，获得随机数RN16，请将获得的随机数RN16与自身发出的随机数RN16进行比对，若两者一致即确认ACK(RN16)指令为有效指令，立即转换到应答状态，并将EPC码回送给阅读器，成功识别标签；
c.若存在两个或两个以上的标签响应，即为碰撞时隙，此时令Qfp＝Qfp+C；
(4)当前时隙识别结束后，阅读器通过round()函数操作，将Qfp四舍五入取整得到整数Q，若整数Q与整数Qprior相比其值发生了变化，阅读器发送QueryAdjust指令利用Q对Qprior进行更新，并重置标签的SC值，然后进入步骤(2)；否则阅读器将对SC＝1的标签所回送的随机数RN16的首位数据进行处理，并以此预测下一时隙标签分布情况：
d.若(2)中整数SC为1的标签的数量为1，则阅读器发送QueryRep(SC-1)指令，继续识别阅读器范围内的剩余标签，进入步骤(2)；
e.若(2)中整数SC为1的标签的数量为0，预测下一个时隙为空闲时隙，此时令Qfp＝Qfp-C；
f.若(2)中整数SC为1的标签的数量为2个或2个以上，预测下一个时隙为碰撞时隙，此时令Qfp＝Qfp+C；
(5)完成对下一个时隙的预测后，阅读器对Qfp四舍五入取整得到整数Q，若整数Q与整数Qprior相比其值发生了变化，阅读器向标签发送QueryAdjust指令利用Q对Qprior进行更新，并重置标签的SC值，然后进入步骤(2)；否则阅读器向标签发送QueryRep(SC-2)指令，继续识别阅读器工作范围内的剩余标签，进入步骤(2)。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于时隙预测的ALOHA防碰撞方法，其特征在于：包括有以下步骤：
(1)阅读器向识别范围内的标签发送Query(Q)指令，开始一个清点周期，同时，将初始Q赋值给参照变量Qprior，其中Q为时隙计数器参数值，参照变量Qprior用于判断识别过程中Q值是否发生变动，每个标签在[0,2Q-1]间随机产生一个整数SC并载入自身的时隙计数器中；
(2)整数SC为0的标签立刻响应，并反向反射一个16位的随机数RN16给阅读器；而整数SC为1的标签回传其随机数RN16的首位数据给阅读器；
(3)阅读器检测是否有碰撞发生：
a.若当前时隙没有标签响应，即为空闲时隙，令Qfp＝Qfp-C，Qfp为Q的浮点形式，C的取值区间为0.1<C<0.5；
b.若只有一个标签响应，即为有效时隙，令Qfp保持不变，阅读器向响应的标签发送ACK(RN16)指令，响应的标签收到正确的ACK指令，立即转换到应答状态，并将EPC码回送给阅读器，成功识别标签；
c.若存在两个或两个以上的标签响应，即为碰撞时隙，此时令Qfp＝Qfp+C；
(4)当前时隙识别结束后，阅读器通过round()函数操作，将Qfp四舍五入取整得到整数Q，若整数Q与整数Qprior相比其值发生了变化，阅读器发送QueryAdjust指令利用Q对Qprior进行更新，并重置标签的SC值，然后进入步骤(2)；否则阅读器将对SC＝1的标签所回送的随机数RN16的首位数据进行处理，并以此预测下一时隙标签分布情况：
d.若(2)中整数SC为1的标签的数量为1，则阅读器发送QueryRep(SC-1)指令，继续识别阅读器范围内的剩余标签，进入步骤(2)；
e.若(2)中整数SC为1的标签的数量为0，预测下一个时隙为空闲时隙，此时令Qfp＝Qfp-C；
f.若(2)中整数SC为1的标签的数量为2个或2个以上，预测下一个时隙为碰撞时隙，此时令Qfp＝Qfp+C；
(5)完成对下一个时隙的预测后，阅读器对Qfp四舍五入取整得到整数Q，若整数Q与整数Qprior相比其值发生了变化，阅读器向标签发送QueryAdjust指令利用Q对Qprior进行更新，并重置标签的SC值，然后进入步骤(2)；否则阅读器向标签发送QueryRep(SC-2)指令，继续识别阅读器工作范围内的剩余标签，进入步骤(2)。
2.根据权利要求1所述的基于时隙预测的ALOHA防碰撞方法，其特征在于：所述Q的取值范围为0～15的整数，其初始值为4。
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