CN107567008A - 一种基于crfid标签的epc协议改进方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及EPC射频通信协议的优化方法，具体为一种基于CRFID标签的EPC协议改进方法，包括物理层中下行链路的改进方法和MAC层中盘存阶段的改进方法、访问阶段的改进方法；其中物理层中下行链路的改进方法为在下行链路的信号中添加直流分量，且信号采用POW的载波方法；MAC层中盘存阶段的改进方法为标签中微处理器对电源模块采样，将采样到的电压值直接映射到时隙上，标签根据时隙传输数据给阅读器；MAC层中访问阶段的改进方法为阅读器采用CRC作为句柄发送read给标签，标签收到read后传输合适长度的数据给阅读器，并采用数据加地址的方法减少出错重传的数据量。经过本发明改进后的EPC射频通信协议，具有能量更高的下行链路、高效率的能量管理和简洁的访问命令。

Description

一种基于CRFID标签的EPC协议改进方法

技术领域

本发明涉及EPC射频通信协议的优化方法，具体为一种基于CRFID标签的EPC协议改进方法。

背景技术

有源式和半无源式标签上存在电源和处理器，可以进行一定程度的计算，但是需定期维护更换电源，且硬件成本很高，未能获得大规模的应用。而无源标签通过收集阅读器发射的载波信号进行工作，不需要更换电池，从而在物品统计、运输、跟踪以及其他医疗、防盗领域等应用场景下广泛应用。CRFID标签兼具有源式标签计算能力和无源式标签无源性的双重优点，同时还集成了传感器，具有广阔的应用前景，已成为学术界的研究热点。无源可计算CRFID标签遵循EPC射频通信协议，EPC射频通信协议应用于无源感知平台如WISP，可以为可计算RFID标签提供良好的通信能量，并提高吞吐量，但是能量问题是无源可计算CRFID标签发展的瓶颈，其通信距离远远比不上传统RFID标签，而且能耗的增加导致CRFID标签在醒睡之间进行频繁的切换，通信的有效吞吐量也会随之下降。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提供了一种基于CRFID标签的EPC协议改进方法。

本发明是采用如下的技术方案实现的：一种基于CRFID标签的EPC协议改进方法，包括物理层中下行链路的改进方法和MAC层中盘存阶段的改进方法、访问阶段的改进方法；

其中物理层中下行链路的改进方法：在下行链路的信号中添加直流分量，在功率标准限制的范围内最大化了下行链路的能量传输；同时为了避免信号分辨率的减小，下行链路的信号采用POW的载波方法，使得信号在功率不变的情况下峰值变大，弥补直流分量对分辨率的损耗；

MAC层中盘存阶段的改进方法：标签中微处理器通过10位ADC对标签内电源模块采样，得到电源模块电压值，其采样精度为1/1024，将采样到的电压值直接映射到时隙上，标签根据时隙传输数据给阅读器；

MAC层中访问阶段的改进方法：阅读器对标签进行读数据的时候，将盘存阶段标签传输数据给阅读器时传输的CRC作为句柄并发送read给标签，标签收到read后传输数据给阅读器，且标签传输的数据格式为地址、数据和CRC。阅读器发送的句柄改变为盘存阶段中EPC的循环冗余校验码CRC，减少重新请求RN16这一操作，增加了协议的执行效率。并且标签发送数据的时候采用地址域加数据域的格式，如果有数据在传输的过程中发生错误，可以根据错发生误数据的地址进行重新发送，避免了一旦有错误发生所有数据重传的缺点。

经过本发明改进后的EPC射频通信协议，具有以下优点：

具有能量更高的下行链路：下行链路不仅为标签发送命令，还起到补充电能的作用。为下行链路的信号添加了直流分量，在功率标准限制的范围内最大化了下行链路的能量传输。同时为了避免信号分辨率的减小，引入POW的载波方法，使得信号在功率不变的情况下峰值变大，弥补直流分量对分辨率的损耗。通过USRP与WISP5的实验，将通信距离提高了56%。

高效率的能量管理：本发明提出了一个兼容EPC C1G2的改进协议，在阅读器与标签建立连接初始阶段，利用CRFID的计算能力对标签电压实时状态进行检测，并将电压信息加载到握手消息中，不仅使阅读器对标签的电压状态有实时的掌控，还使标签利用映射关系映射到相应的时隙中，保证能量的利用效率，明显提高吞吐量。本发明提出的协议与标准协议相比，最有意义的优点是避免了能量极为缺乏的标签陷入休眠的死循环。

简洁的访问命令：由于CRFID的数据量比普通RFID的数据量大，会对标签进行频繁的写入或者读取命令。经过改进后的协议并未改变原来的命令格式，而是改变了认证信息，简化了冗余握手过程，实验表明，读取速率加快了2倍，写入的速率提高了1.5倍。本发明的改进可兼容EPC C1G2标准协议，并可应用于大量数据的双向传输。

附图说明

图1为改进后协议的数据传输过程示意图。

具体实施方式

一种基于CRFID标签的EPC协议改进方法，包括物理层中下行链路的改进方法和MAC层中盘存阶段的改进方法、访问阶段的改进方法。

下行链路能量的改进方法：

EPC C1G2标准协议中规定下行链路可以选择DSB-ASK、SSB-ASK、PR-ASK三种调制方式。DSB-ASK调制方式是将普通ASK调制方式中的载波分量率除掉，其传输的能量较多，但是解调所需要消耗的能量却很少，所以考虑到CRFID的能量问题，DSB-ASK是CRFID最适合的调制方式。DSB-ASK的调制原理是高电平用单位长度的载波表示，低电平则不发送信号。本发明采用增加载波分量的方式来进一步提高下行链路传输的能量。CRFID系统极大程度上受到了能量的限制，所以我们应该在无线射频标准中规定的发射功率范围内尽量增加阅读器发射的能量。本发明采用的DSB-ASK的调制方式改为带有载波分量的ASK调制，使发射的信号在低电平的时候也具有直流偏移，提高了下行链路传输的能量。

盘存阶段协议的改进方法：

利用标签微处理器MSP420F2132片上的10位ADC采用电源模块电压，其采样精度为1/1024。如此高的精度足以满足通过电压的不同来区分标签，防止产生碰撞。将采样到的电压值直接映射到时隙上，1024个电压值对应1024个时隙。这样做代表了将时隙数定为常量，相当于Q=10情况下的时隙数。但是与之不同的是本方法在标签数大于Q值的情况下仍然能表现得很好，这是EPC 标准协议所不能做到的。

访问阶段协议的改进方法：

EPC在访问阶段对标签进行读数据的时候，会进行复杂的握手，并且传输的数据利用CRC16D的方法进行校验。因此协议是冗余的，CRC16的校验在数据短的时候传输效率不高，数据长的时候保证不了吞吐量的提升。所以我们采用数据包的形式进行数据的传输，并采用自适应的方法改变传输数据的大小以适应当前环境。

Claims (1)

1.一种基于CRFID标签的EPC协议改进方法，其特征在于包括物理层中下行链路的改进方法和MAC层中盘存阶段的改进方法、访问阶段的改进方法；

其中物理层中下行链路的改进方法：在下行链路的信号中添加直流分量，在功率标准限制的范围内最大化了下行链路的能量传输；同时为了避免信号分辨率的减小，下行链路的信号采用POW的载波方法，使得信号在功率不变的情况下峰值变大，弥补直流分量对分辨率的损耗；

MAC层中盘存阶段的改进方法：标签中微处理器通过10位ADC对标签内电源模块采样，得到电源模块电压值，其采样精度为1/1024，将采样到的电压值直接映射到时隙上，标签根据时隙传输数据给阅读器；

MAC层中访问阶段的改进方法：阅读器对标签进行读数据的时候，将盘存阶段标签传输数据给阅读器时传输的CRC作为句柄并发送read给标签，标签收到read后传输数据给阅读器，且标签传输的数据格式为地址、数据和CRC。