CN109241802B - 一种用于移动rfid系统的多标签识别方法 - Google Patents

一种用于移动rfid系统的多标签识别方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于移动RFID系统的多标签识别方法，该方法包含：(S1)阅读器初始时将空字符串压入堆栈，启动标签识别；(S2)阅读器从堆栈中弹出一前缀，若堆栈为空，则将空字符串压入堆栈；(S3)阅读器发送查询命令，并等待响应；(S4)标签接收查询命令并提取前缀，比较编号与前缀；(S5)若相匹配，则响应阅读器；(S6)阅读器接收响应，提取响应字符串，进行碰撞判别；(S7)若碰撞，则生成两个新前缀压入堆栈；(S8)若无碰撞，阅读器识别标签，并通知该标签不再响应后续命令；(S9)阅读器重复上述标签识别过程，直到外部命令终止识别过程。本发明方法能够在目标对象或标签动态经过阅读器识别区域时，完成目标对象或标签识别。

Description

一种用于移动RFID系统的多标签识别方法
技术领域
本发明属于射频识别技术领域，具体涉及一种用于移动RFID系统的多标签识别方法。
背景技术
射频识别(RFID，Radio Frequency Identification)是一种通信技术，俗称电子标签，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。
射频识别一般包含：标签(Tag)、阅读器(Reader)和天线(Antenna)。标签由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；阅读器读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；天线在标签和读取器间传递射频信号。
无线电的信号是通过调成无线电频率的电磁场，把数据从附着在物品上的标签上传送出去，以自动辨识与追踪该物品。标签包含了电子存储的信息，数米之内都可以识别。
由于射频识别在目标对象标识、定位、跟踪、监控等方面的优势，其在物联网中的地位越来越重要。随着物联网的深入应用，移动RFID系统的应用也越来越多。
传统RFID多标签识别方法只适用于静态RFID应用系统，也就是识别过程中没有标签进入或离开识别区域。但是，当多个附着于标识对象上的RFID标签同时响应阅读器的请求时，就会发生标签碰撞，导致阅读器无法识别任何标签。由此可见，传统的RFID多标签识别方法不能满足移动RFID系统中动态标签识别要求，因此需要防碰撞方法解决RFID多标签识别过程中的碰撞问题，完成标签的正确识别。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于移动RFID系统的多标签识别方法，该方法解决了现有识别方法不能满足移动RFID系统中动态标签识别要求的问题，能够在识别区域内目标对象或标签数量发生变化的情况下，完成多目标对象或多标签识别。该方法简洁、高效、易于实现，适用于多种RFID动态多标签识别系统。
为了达到上述目的，本发明提供了一种用于移动RFID系统的多标签识别方法，该方法包含：
(S1)在阅读器初始时，将空字符串压入堆栈中，该堆栈为前缀缓冲池，启动RFID标签识别过程；
(S2)所述阅读器从所述堆栈中弹出一个前缀prefix，如果堆栈为空，则该阅读器将空字符串压入堆栈；
(S3)阅读器发送query(prefix)查询命令以查询处于其识别区域内的RFID标签或附着RFID标签的目标对象，并等待RFID标签的响应；
(S4)待识别的RFID标签接收所述阅读器发送的查询命令，从该查询命令中提取前缀参数prefix，并将其标签编号与提取的前缀进行比较；
(S5)若编号与前缀相匹配，则所述待识别的RFID标签发送其编号中与前缀相匹配后余下的部分，以响应阅读器；若编号与前缀不相匹配，则所述待识别的RFID标签对阅读器的查询不做任何响应，并等待后续查询命令；
(S6)当编号与前缀相匹配时，所述阅读器接收待识别的RFID标签的响应，提取响应字符串ReceivedID，并进行碰撞判别处理；
(S7)若响应字符串ReceivedID中发生碰撞，则记首位碰撞位序号为k，并生成两个新前缀prefix+ReceivedID[1,...k-1]+0和prefix+ReceivedID[1,...k-1]+1，并将它们压入所述的堆栈中；若响应字符串ReceivedID中没有发生碰撞，则所述阅读器识别到一个标签，且标签编号为tagID＝prefix+ReceivedID；
(S8)所述阅读器发送ACK(tagID)命令，通知识别到的标签，使其处于休眠状态，不再响应后续查询命令；
(S9)阅读器不断重复上述识别过程(S2)-(S8)，直到外部命令终止该识别过程。
其中，所述阅读器的识别过程为动态识别，识别过程从所述识别区域一侧至另一侧重复扫描，对应于重复扫描动态碰撞树，并自动态碰撞树的根节点开始扫描搜索至叶节点，叶节点与识别区域内的待识别标签一一对应；在所述识别过程中，若有新标签进入识别区域内，则根据新标签编号情况，将其插入到动态碰撞树中。
优选地，在所述识别过程中，若标签被识别，则将该标签对应的叶节点及双亲节点删除。
优选地，所述动态碰撞树中，每一个双亲节点连接两个叶节点。
优选地，所述双亲节点连接的两个叶节点，其沿扫描方向从小至大排序。
优选地，所述动态碰撞树中，在有新标签进入识别区域内时，判断所述新标签的编号与识别区域内的标签的编号大小，找到与其编号相邻的编号，并在该相邻的编号处插入新的双亲节点，并将该相邻的编号的叶节点及其双亲节点移至下一层，并将新标签作为一新叶节点插入在新的双亲节点下。
优选地，所述动态碰撞树中，在有标签被识别后，该标签对应的叶节点和双亲节点将被删除，与其处于同一层的叶节点将被连接至上一层的双亲节点下。
本发明的用于移动RFID系统的多标签识别方法，解决了现有识别方法不能满足移动RFID系统中动态标签识别要求的问题，具有以下优点：
(1)本发明的方法用于识别动态进入阅读器识别区域内的RFID标签或附着RFID标签的物品，只要进入系统识别区域的标签数量不超过系统最大负载，本发明的方法都能完成目标对象和标签的完全识别，即识别率达到100％；
(2)本发明的方法提供了用于描述动态RFID标签识别过程的树型结构，以及树中叶节点(标签)增加和减少的方法，分析RFID标签识别方法的基本性能特征；
(3)本发明的方法能够完成标签的完全识别，特别是当标签数量增加时，本方法的识别率远远高于其余动态RFID识别方法的识别率；
(4)本发明的方法消除了其它识别方法中在RFID多标签识别过程中存在的空周期或空时隙，降低了RFID系统的能耗；
(5)本发明的方法属于非记忆RFID标签识别方法，识别速度快，实施简单，能够满足无源RFID系统、移动RFID系统等多种RFID标签识别系统。
附图说明
图1为本发明的用于移动RFID系统的多标签识别方法的流程示意图。
图2为本发明的移动RFID系统标签识别模型图。
图3为本发明的动态识别过程中新标签插入及被识别标签删除的示意图(灰色代表碰撞节点或中间节点，白色表示叶节点或可读节点)。
图4为本发明的识别方法与典型ALOHA方法的标签识别率的比较图。
图5为本发明的识别方法与典型ALOHA方法的标签识别速度的比较图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案结合附图进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种用于移动RFID系统的多标签识别方法，如图1所示，为本发明的用于移动RFID系统的多标签识别方法的流程示意图，该方法包含：
(S1)在阅读器初始时，将空字符串压入堆栈中，该堆栈为前缀缓冲池，启动RFID标签识别过程；
(S2)阅读器从堆栈中弹出一个前缀prefix，如果堆栈为空，则该阅读器将空字符串压入堆栈；
(S3)阅读器发送query(prefix)查询命令以查询处于其识别区域内的RFID标签或附着RFID标签的目标对象，并等待RFID标签的响应；
(S4)待识别的RFID标签接收阅读器发送的查询命令，从该查询命令中提取前缀参数prefix，并将其标签编号与提取的前缀进行比较；
(S5)若编号与前缀相匹配，则待识别的RFID标签发送其编号中与前缀相匹配后余下的部分，以响应阅读器；若编号与前缀不相匹配，则待识别的RFID标签对阅读器的查询不做任何响应，并等待后续查询命令；
(S6)当编号与前缀相匹配时，阅读器接收待识别的RFID标签的响应，提取响应字符串ReceivedID，并进行碰撞判别处理；
(S7)若响应字符串ReceivedID中发生碰撞，则记首位碰撞位序号为k，并生成两个新前缀prefix+ReceivedID[1,...k-1]+0和prefix+ReceivedID[1,...k-1]+1，并将它们压入堆栈中；若响应字符串ReceivedID中没有发生碰撞，则阅读器识别到一个标签，且标签编号为tagID＝prefix+ReceivedID；
(S8)阅读器发送ACK(tagID)命令，通知识别到的标签，使其处于休眠状态，不再响应后续查询命令；ACK(Acknowledgement)，即确认字符；
(S9)阅读器不断重复上述识别过程(S2)-(S8)，直到外部命令终止该识别过程。
其中，如图2所示，为本发明的移动RFID系统标签识别模型图，阅读器的识别过程为动态识别，识别过程从识别区域一侧至另一侧重复扫描，对应于重复扫描动态碰撞树，并自动态碰撞树的根节点开始扫描搜索至叶节点，叶节点与识别区域内的待识别标签一一对应；在识别过程中，若有新标签进入识别区域内，则根据新标签编号情况，将其插入到动态碰撞树中。
根据本发明一实施例，在识别过程中，若标签被识别，则将该标签对应的叶节点及双亲节点删除。
根据本发明一实施例，动态碰撞树中，每一个双亲节点连接两个叶节点。
根据本发明一实施例，双亲节点连接的两个叶节点，其沿扫描方向从小至大排序。
根据本发明一实施例，如图3所示，为本发明的动态识别过程中新标签插入及被识别标签删除的示意图，动态碰撞树中，在有新标签进入识别区域内时，判断新标签的编号与识别区域内的标签的编号大小，找到与其编号相邻的编号，并在该相邻的编号处插入新的双亲节点，并将该相邻的编号的叶节点及其双亲节点移至下一层，并将新标签作为一新叶节点插入在新的双亲节点下。
根据本发明一实施例，如图3所示，为本发明的动态识别过程中新标签插入及被识别标签删除的示意图，动态碰撞树中，在有标签被识别后，该标签对应的叶节点和双亲节点将被删除，与其处于同一层的叶节点将被连接至上一层的双亲节点下。具体地，如图3所示，图中(a)，如果识别过程中有新的标签进入识别范围，则根据新到标签编号情况，将其插入到动态碰撞树中；图中(b)，如新标签0110进入阅读器的识别范围，由于其编号0110正好大于标签0101(叶节点6)，将其插入叶节点6的右边，即图中(b)的节点8(新的双亲节点)和节点9(新的叶节点，即标签0110)。因为动态碰撞树中叶节点与RFID标签一一对应，阅读器每扫描到一个叶节点时即可识别一个标签，如图3中(b)中节点5的标签0100，该叶节点中标签被识别后，则删除该叶节点及其双亲节点，如图3中(c)中节点4(双亲节点)和节点5(叶节点)被删除，节点6替代节点4的位置。RFID标签不断的进入、识别、离开阅读器识别区域，动态碰撞树也随着标签的进入、识别、离开动态的变化，本发明的方法在此过程中完成动态RFID标签的识别。
本发明的方法消除了基于ALOHA的识别方法或其它树型识别方法中存在的空时隙或空周期，其识别效率和识别速度高于其它基于ALOHA和树型多标签识别方法，识别效率在50％以上。
如图4所示，为本发明的识别方法与典型ALOHA方法的标签识别率的比较图，如图5所示，为本发明的识别方法与典型ALOHA方法的标签识别速度的比较图。标签进入速度比率是指标签进入阅读器识别区域的速度与本发明方法阅读器的最大识别速度(或系统负载)之间的比率。RFID标签识别率是指正确识别到的标签数量与进入识别区域的标签数量的比率。RFID标签识别速度是单位时间内(每秒)阅读器识别到的标签数量。
从图4可以看出，当标签进入速度比率从0.1增加到1.0时，本发明的方法的识别率始终为100％，而对比方法ALOHA的识别率随着标签进入速度的提高明显降低。由此可见，对比方法ALOHA的标签识别速度低于本发明方法的识别速度，而且随着标签进入速度的增加，识别区域的待识别标签数量超过对比方法ALOHA的识别速度，更多的标签未被识别之前就被移出识别区域。
从图5可以看出，随着进入识别区域的标签数量增加，本发明的方法的识别速度不断提升，并达到最大识别速度。随着进入识别区域标签的增加，对比方法ALOHA的识别速度有所增加，但当标签进入速率增加到超过0.6后，其识别速度明显低于本发明方法的识别速度。
综上所述，本发明的用于移动RFID系统的多标签识别方法能够在识别区域内目标对象或标签数量发生变化的情况下，完成多目标对象或多标签识别。该方法简洁、高效、易于实现，适用于多种RFID多标签识别系统。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (3)

1.一种用于移动RFID系统的多标签识别方法，其特征在于，该方法包含：
(S1)在阅读器初始时，将空字符串压入堆栈中，该堆栈为前缀缓冲池，启动RFID标签识别过程；
(S2)所述阅读器从所述堆栈中弹出一个前缀prefix，如果堆栈为空，则该阅读器将空字符串压入堆栈；
(S3)阅读器发送query(prefix)查询命令以查询处于其识别区域内的RFID标签或附着RFID标签的目标对象，并等待RFID标签的响应；
(S4)待识别的RFID标签接收所述阅读器发送的查询命令，从该查询命令中提取前缀参数prefix，并将其标签编号与提取的前缀进行比较；
(S5)若编号与前缀相匹配，则所述待识别的RFID标签发送其编号中与前缀相匹配后余下的部分，以响应阅读器；若编号与前缀不相匹配，则所述待识别的RFID标签对阅读器的查询不做任何响应，并等待后续查询命令；
(S6)当编号与前缀相匹配时，所述阅读器接收待识别的RFID标签的响应，提取响应字符串ReceivedID，并进行碰撞判别处理；
(S7)若响应字符串ReceivedID中发生碰撞，则记首位碰撞位序号为k，并生成两个新前缀prefix+ReceivedID[1,...k-1]+0和prefix+ReceivedID[1,...k-1]+1，并将它们压入所述的堆栈中；若响应字符串ReceivedID中没有发生碰撞，则所述阅读器识别到一个标签，且标签编号为tagID＝prefix+ReceivedID；
(S8)所述阅读器发送ACK(tagID)命令，通知识别到的标签，使其处于休眠状态，不再响应后续查询命令；
(S9)阅读器不断重复上述识别过程(S2)-(S8)，直到外部命令终止该识别过程；
其中，所述阅读器的识别过程为动态识别，识别过程从所述识别区域一侧至另一侧重复扫描，对应于重复扫描动态碰撞树，并自动态碰撞树的根节点开始扫描搜索至叶节点，叶节点与识别区域内的待识别标签一一对应；在所述识别过程中，若有新标签进入识别区域内，则根据新标签编号情况，将其插入到动态碰撞树中；
所述动态碰撞树中，每一个双亲节点连接两个叶节点；所述双亲节点连接的两个叶节点，其沿扫描方向从小至大排序；所述动态碰撞树中，在有新标签进入识别区域内时，判断所述新标签的编号与识别区域内的标签的编号大小，找到与其编号相邻的编号，并在该相邻的编号处插入新的双亲节点，并将该相邻的编号的叶节点及其双亲节点移至下一层，并将新标签作为一新叶节点插入在新的双亲节点下。
2.根据权利要求1所述的用于移动RFID系统的多标签识别方法，其特征在于，在所述识别过程中，若标签被识别，则将该标签对应的叶节点及双亲节点删除。
3.根据权利要求1所述的用于移动RFID系统的多标签识别方法，其特征在于，所述动态碰撞树中，在有标签被识别后，该标签对应的叶节点和双亲节点将被删除，与其处于同一层的叶节点将被连接至上一层的双亲节点下。
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