CN109446869B - Rfid系统的防碰撞方法、装置、计算机可读存储介质及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种RFID系统的防碰撞方法、装置、计算机可读存储介质及设备，属于射频识别技术领域。该方法包括：步骤S100：估算标签的数目并对标签进行分组；步骤S200：根据当前组的标签个数确定时隙参数；步骤S300：发送带有时隙参数的命令给标签，标签收到该命令之后生成一个随机数作为时隙值；步骤S400：每次开启三个时隙同时接收标签的应答信号，根据应答信号的情况将时隙标记为空闲时隙、成功时隙或碰撞时隙；步骤S500：根据空闲时隙、成功时隙和碰撞时隙的数量，调整时隙参数；若成功时隙为0，返回步骤S200；否则返回步骤S300。本发明通用性高、简单易实现，解决了标签饥饿问题，降低了发生标签碰撞的可能性，提高了系统的识别效率，优化了系统性能。

Description

RFID系统的防碰撞方法、装置、计算机可读存储介质及设备

技术领域

本发明涉及射频识别技术领域，特别是指一种RFID系统的防碰撞方法、装置、计算机可读存储介质及设备。

背景技术

RFID指的是射频识别技术(Radio Frequency IDentification)，它通过空间耦合的方式识别电子标签内的信息，并将获取的信息反馈给阅读器，实现阅读器与电子标签的数据交换。该技术有安全性高、抗污染、识别速度快、数据容量大、读取快捷方便、标签数据可动态更改的优点，目前已广泛应用在物流运输、人员管理、自动化生产等多个领域。

在RFID系统识别过程中，常会出现多个标签同时向阅读器发送信息的情形，此时信息间相互干扰，标签数据无法被可靠读取，这就是“标签碰撞”现象。为了实现多标签的正确识别，RFID系统应建立高效低耗的防碰撞机制来协调多标签与阅读器的通信过程。

现存的RFID防碰撞算法主要分为基于ALOHA算法的不确定性算法和以二进制搜索算法为代表的确定性算法。

帧时隙ALOHA(Framed Slotted ALOHA，FSA)算法，它将标签应答的时间离散成若干个帧时隙，待识别的标签随机选择帧中一个时隙响应阅读器的命令，以数据帧为周期进行数据交换，发生碰撞的标签将在下一个帧中随机地选择一个帧时隙重新发送应答信号。该方法一定程度上减少了标签碰撞发生的概率。

但是，帧时隙ALOHA(Framed Slotted ALOHA，FSA)算法存在以下缺点：当标签数目远大于数据帧中时隙个数时，发生标签碰撞的可能性增加；当标签数目远小于数据帧中时隙个数时，造成时隙浪费。

动态帧时隙ALOHA(Dynamic Frame Slotted ALOHA，DFSA)算法是由帧时隙ALOHA(Framed Slotted ALOHA，FSA)算法改进而得的性能较好的算法。已知当数据帧中时隙数的个数与数据帧的长度大致相同时，系统获得最优性能。因此，DFSA算法动态改变数据帧中的时隙数，使之始终与参与识别的标签数目大致相等，使系统具备最优性能。

但是阅读器能提供的数据帧的长度有限(最大为N_max＝256)，当出现阅读器读取范围内标签个数远大于数据帧最大长度的情况时，动态帧时隙ALOHA算法的识别效率急剧下降。因此，提出了分组动态帧时隙的概念，依次对每组标签进行识别，降低了系统的一次识别量，但是这种算法的吞吐率还是不高，为百分之三十左右，并且所有ALOHA算法都具有随机性，总会有一些标签无法被识别，即存在“标签饥饿”问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种RFID系统的防碰撞方法、装置、计算机可读存储介质及设备，本发明通用性高、简单易实现，解决了标签饥饿问题，降低了发生标签碰撞的可能性，提高了系统的识别效率，优化了系统性能。

本发明提供技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种RFID系统的防碰撞方法，所述方法包括：

步骤S100：估算待识别标签的数目n，根据待识别标签的数目n对待识别标签进行分组，并根据每组待识别标签的数目确定每组待识别标签对应的数据帧长度；

步骤S200：选择一组还未识别的待识别标签作为当前组，根据当前组的待识别标签个数确定时隙参数Q和帧时隙数M的初始值，其中，Q的初始值的取值应满足使数据帧长度2^Q与当前组的待识别标签数目最接近，M的初始值为2^Q；

步骤S300：发送带有时隙参数Q的命令给当前组的待识别标签，以使当前组的待识别标签收到该命令之后，生成一个[0,2^Q-1]范围内的随机数作为待识别标签自身的时隙值储存在待识别标签的时隙存储器中；

步骤S400：对当前组的待识别标签进行识别；其中，每次开启三个时隙同时接收当前组的待识别标签的应答信号，根据应答信号的情况将时隙标记为空闲时隙、成功时隙或碰撞时隙，直至开启的时隙总数大于帧时隙数M；

步骤S500：根据空闲时隙、成功时隙和碰撞时隙的数量，调整时隙参数Q和帧时隙数M的值；其中，若成功时隙的数量为0，则返回步骤S200，直至所有组待识别标签均识别完毕，结束；否则返回步骤S300。

进一步的，所述步骤S100包括：

步骤S110：对所有待识别标签进行一次预识别，统计预识别的空闲时隙数C₀，成功时隙数C₁和碰撞时隙数C_k；

步骤S120：遍历[C₁+2*C_K,2(C₁+2*C_K)]范围内预估待识别标签的数目，并计算每个预估的待识别标签的数目对应的空闲时隙数期望值a₀，成功时隙数期望值a₁和碰撞时隙数期望值a_k；

步骤S130：对每个预估的待识别标签的数目，通过如下公式计算误差ε，最小的误差ε对应的预估的待识别标签的数目即为n；

步骤S140：对待识别标签进行分组；其中，若n＞354，则每256个待识别标签分为一组，剩下的不到256个待识别标签分为一组，若n≤354，则所有待识别标签分为一组；

步骤S150：根据如下对应关系确定每组待识别标签对应的数据帧长度；

进一步的，所述步骤S400包括：

步骤S410：发送一条包含时隙请求参数R的命令，以使时隙值在[3*R，3*R+2]范围内的待识别标签通过返回应答信号的方式响应该命令，其他待识别标签不响应该命令；其中，所述请求参数R的初值为0；

步骤S420：若当前时隙只有一个待识别标签响应该命令，则向响应的待识别标签发送确认命令，并将当前时隙标记为成功时隙；若当前时隙有多个待识别标签响应该命令，则将当前时隙标记为碰撞时隙；若当前时隙有没有待识别标签响应该命令，则将当前时隙标记为空闲时隙；

步骤S430：调整时隙请求参数R为R＝R+1，并判断3R+2是否小于帧时隙数M，若是，则返回步骤S410，否则，执行步骤S500。

进一步的，所述步骤S500包括：

步骤S510：统计空闲时隙、成功时隙和碰撞时隙的数量C'₀、C'₁、C'₂；

步骤S520：若C'₂≥0.7M，则调整时隙参数Q为Q＝Q+1，调整帧时隙数M为2M＝2^Q+1；若C'₂＜0.7M，不调整时隙参数Q和帧时隙数M；若C'₂≈0，则调整时隙参数Q为Q＝Q-1，调整帧时隙数M为0.5M＝2^Q-1；

步骤S530：若C'₂＝0，则返回步骤S200，直至所有组待识别标签均识别完毕，结束；否则返回步骤S300。

第二方面，本发明提供一种RFID系统的防碰撞装置，所述装置包括：

分组模块，用于估算待识别标签的数目n，根据待识别标签的数目n对待识别标签进行分组，并根据每组待识别标签的数目确定每组待识别标签对应的数据帧长度；

当前组初始化模块，用于选择一组还未识别的待识别标签作为当前组，根据当前组的待识别标签个数确定时隙参数Q和帧时隙数M的初始值，其中，Q的初始值的取值应满足使数据帧长度2^Q与当前组的待识别标签数目最接近，M的初始值为2^Q；

命令发送模块，用于发送带有时隙参数Q的命令给当前组的待识别标签，以使当前组的待识别标签收到该命令之后，生成一个[0,2^Q-1]范围内的随机数作为待识别标签自身的时隙值储存在待识别标签的时隙存储器中；

识别模块，用于对当前组的待识别标签进行识别；其中，每次开启三个时隙同时接收当前组的待识别标签的应答信号，根据应答信号的情况将时隙标记为空闲时隙、成功时隙或碰撞时隙，直至开启的时隙总数大于帧时隙数M；

调整模块，用于根据空闲时隙、成功时隙和碰撞时隙的数量，调整时隙参数Q和帧时隙数M的值；其中，若成功时隙的数量为0，则返回当前组初始化模块，直至所有组待识别标签均识别完毕，结束；否则返回命令发送模块。

进一步的，所述分组模块包括：

预识别单元，用于对所有待识别标签进行一次预识别，统计预识别的空闲时隙数C₀，成功时隙数C₁和碰撞时隙数C_k；

估计单元，用于遍历[C₁+2*C_K,2(C₁+2*C_K)]范围内预估待识别标签的数目，并计算每个预估的待识别标签的数目对应的空闲时隙数期望值a₀，成功时隙数期望值a₁和碰撞时隙数期望值a_k；

误差单元，用于对每个预估的待识别标签的数目，通过如下公式计算误差ε，最小的误差ε对应的预估的待识别标签的数目即为n；

分组单元，用于对待识别标签进行分组；其中，若n＞354，则每256个待识别标签分为一组，剩下的不到256个待识别标签分为一组，若n≤354，则所有待识别标签分为一组；

数据帧长度确定单元，用于根据如下对应关系确定每组待识别标签对应的数据帧长度；

进一步的，所述识别模块包括：

命令发送单元，用于发送一条包含时隙请求参数R的命令，以使时隙值在[3*R，3*R+2]范围内的待识别标签通过返回应答信号的方式响应该命令，其他待识别标签不响应该命令；其中，所述请求参数R的初值为0；

时隙标记单元，用于若当前时隙只有一个待识别标签响应该命令，则向响应的待识别标签发送确认命令，并将当前时隙标记为成功时隙；若当前时隙有多个待识别标签响应该命令，则将当前时隙标记为碰撞时隙；若当前时隙有没有待识别标签响应该命令，则将当前时隙标记为空闲时隙；

更新单元，用于调整时隙请求参数R为R＝R+1，并判断3R+2是否小于帧时隙数M，若是，则返回命令发送单元，否则，执行调整模块。

进一步的，所述调整模块包括：

统计单元，用于统计空闲时隙、成功时隙和碰撞时隙的数量C'₀、C'₁、C'₂；

调整单元，用于若C'₂≥0.7M，则调整时隙参数Q为Q＝Q+1，调整帧时隙数M为2M＝2^{Q +1}；若C'₂＜0.7M，不调整时隙参数Q和帧时隙数M；若C'₂≈0，则调整时隙参数Q为Q＝Q-1，调整帧时隙数M为0.5M＝2^Q-1；

判断单元，用于若C'₂＝0，则返回当前组初始化模块，直至所有组待识别标签均识别完毕，结束；否则返回命令发送模块。

第三方面，本发明提供一种用于RFID系统的防碰撞的计算机可读存储介质，包括处理器及用于存储处理器可执行指令的存储器，所述指令被所述处理器执行时实现包括前述第一方面的RFID系统的防碰撞方法的步骤。

第四方面，本发明提供一种用于RFID系统的防碰撞的设备，其特征在于，包括至少一个处理器以及存储计算机可执行指令的存储器，所述处理器执行所述指令时实现前述第一方面的RFID系统的防碰撞方法的步骤。

本发明具有以下有益效果：

本发明实施例的RFID系统的防碰撞方法延续了动态帧时隙ALOHA算法通用性高、简单易实现的优点，同时解决了动态帧时隙算法中存在的有一些标签始终无法被识别，即“标签饥饿”问题。本发明首先依据待识别标签数目的估计值决定是否分组，限制了每次参与应答的标签数量，减少了系统的一次通信量，降低了发生标签碰撞的可能性；然后根据每组的标签数目选定该组的初始时隙参数Q，使系统在标签识别的开始就拥有最优性能，减少了Q值的改变次数，显著降低了系统的能耗；另外在标签识别过程中，每次同时开启三个时隙接收应答信号，记录每个时隙的识别状况，相比于每次只开启一个时隙的算法，很大程度上减少了标签识别过程的总耗时，提高了系统的识别效率；最后根据每轮统计所得的碰撞时隙数来改变下一轮数据帧的长度，相比与现有方法中只要发生冲突就改变Q值，更具有针对性，优化了系统性能。

附图说明

图1为本发明的RFID系统的防碰撞方法的一个实施例的示意图；

图2为帧时隙ALOHA算法、动态帧时隙ALOHA算法与本发明的方法的时隙消耗对比图；

图3为帧时隙ALOHA算法、动态帧时隙ALOHA算法与本发明的方法的吞吐率对比图；

图4为本发明的RFID系统的防碰撞装置的一个实施例的示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

实施例1：

本发明实施例提供一种RFID系统的防碰撞方法，一该RFID系统主要包括待识别标签、阅读器以及后台管理系统。待识别标签带有随机数生成器T与随机数储存器S，安装在物料或者员工卡上；阅读器被安装在工位台上，通过zigbee无线技术将自身读取到的数据传送给控制器，并接收控制器传来的计算机所下发的命令；管理系统包括控制器与计算机，控制器与阅读器通过zigbee无线网络进行通讯，与计算机之间通过RS232连接。

如图1所示，本发明实施例的方法包括：

步骤S100：估算待识别标签的数目n，根据待识别标签的数目n对待识别标签进行分组，并根据每组待识别标签的数目确定每组待识别标签对应的数据帧长度。

本发明实施例在正式进入标签识别过程前，先预估待识别标签的数目n，并决定是否对待识别标签进行分组，如果待识别标签过多，则进行分组，通过分组限制了每次参与应答的标签数量，减少了系统的一次通信量，降低了发生标签碰撞的可能性。

步骤S200：分组完成后，阅读器选择一组还未识别的待识别标签作为当前组，根据当前组的待识别标签个数确定时隙参数Q和帧时隙数M的初始值，其中，Q的初始值的取值应满足使数据帧长度2^Q与当前组的待识别标签数目最接近，M的初始值为2^Q。

已知当数据帧的长度2^Q与待识别标签数目大致相同时，系统获得最优性能，本发明实施例确定的Q的初始值使系统在正式进入识别过程后的第一轮识别中就获得了最优性能，减少了Q值的改变次数从而减少了系统能耗，同时也提高了系统的识别效率。

然后正式进入标签识别过程，对每组待识别标签进行如下步骤：

步骤S300：阅读器发送带有时隙参数Q的命令Query(Q)给当前组的待识别标签，以使当前组的待识别标签收到该命令Query(Q)之后，生成一个[0,2^Q-1]范围内的随机数作为待识别标签自身的时隙值储存在待识别标签的时隙存储器S中。

步骤S400：阅读器对当前组的待识别标签进行识别；其中，每次开启三个时隙同时接收当前组的待识别标签的应答信号，根据应答信号的情况将时隙标记为空闲时隙、成功时隙或碰撞时隙，直至开启的时隙总数大于帧时隙数M(即所有时隙都被检测完)。

本发明实施例在标签识别过程中，每次同时开启三个时隙接收应答信号，记录每个时隙的识别状况，相比于每次只开启一个时隙的算法，很大程度上减少了标签识别过程的总耗时，提高了系统的识别效率。

步骤S500：阅读器根据空闲时隙、成功时隙和碰撞时隙的数量，调整时隙参数Q和帧时隙数M的值；其中，若成功时隙的数量为0，则返回步骤S200，直至所有组待识别标签均识别完毕，结束；否则返回步骤S300。

标签识别过程中，记录每个时隙的识别情况，在每轮识别结束后根据统计所得的碰撞时隙数设定一个调整规则，改变下一轮中数据帧的长度，直至某轮识别中没有标签被识别，则认为当前组的标签全部被识别完。本发明实施例的阅读器根据每轮统计所得的空闲时隙、成功时隙和碰撞时隙的数量来改变下一轮数据帧的长度，相比与现有方法中只要发生冲突就改变Q值，更具有针对性，优化了系统性能。

综上所述，本发明实施例具有如下有益效果：

本发明实施例的RFID系统的防碰撞方法延续了动态帧时隙ALOHA算法通用性高、简单易实现的优点，同时解决了动态帧时隙算法中存在的有一些标签始终无法被识别，即“标签饥饿”问题。本发明首先依据待识别标签数目的估计值决定是否分组，限制了每次参与应答的标签数量，减少了系统的一次通信量，降低了发生标签碰撞的可能性；然后根据每组的标签数目选定该组的初始时隙参数Q，使系统在标签识别的开始就拥有最优性能，减少了Q值的改变次数，显著降低了系统的能耗；另外在标签识别过程中，每次同时开启三个时隙接收应答信号，记录每个时隙的识别状况，相比于每次只开启一个时隙的算法，很大程度上减少了标签识别过程的总耗时，提高了系统的识别效率；最后根据每轮统计所得的碰撞时隙数来改变下一轮数据帧的长度，相比与现有方法中只要发生冲突就改变Q值，更具有针对性，优化了系统性能。

作为本发明实施例的一种改进，步骤S100优选包括：

步骤S110：阅读器对所有待识别标签进行一次预识别，统计预识别的空闲时隙数C₀，成功时隙数C₁和碰撞时隙数C_k。

步骤S120：遍历[C₁+2*C_K,2(C₁+2*C_K)]范围内预估待识别标签的数目，并计算每个预估的待识别标签的数目对应的空闲时隙数期望值a₀，成功时隙数期望值a₁和碰撞时隙数期望值a_k。

步骤S130：对每个预估的待识别标签的数目，通过如下公式计算误差ε，最小的误差ε对应的预估的待识别标签的数目即为n。

步骤S140：求得标签数目n的估计值后，考虑是否对待识别标签进行分组，限制每次参与应答的标签数目，使之能够与当前数据帧长度相匹配。其中，若n＞354，则每256个待识别标签分为一组，剩下的不到256个待识别标签分为一组，若n≤354，则所有待识别标签分为一组。

已知阅读器能提供的最佳帧长为2⁸＝256，且帧长为256时，阅读器最多可以识别354个标签，故当n＜354时，标签无需分组；当354＜n＜610时，将标签分为两组:一组包含256个标签，另一组为剩余标签；当610＜n＜866时，将标签分为三组：其中两组的标签数为256，另一组为剩余标签；以此类推。

步骤S150：根据如下对应关系确定每组待识别标签对应的数据帧长度；

作为本发明实施例的另一种改进，步骤优选S400包括：

步骤S410：阅读器发送一条包含时隙请求参数R的命令，开启第R次的三个时隙同时接收标签的应答信号；以使时隙值在[3*R，3*R+2]范围内的待识别标签通过返回应答信号的方式响应该命令，返回应答信号的返回一个16位的随机数N₁₆；其他待识别标签不响应该命令；其中，所述请求参数R的初值为0。

步骤S420：若当前时隙只有一个待识别标签响应该命令，则阅读器成功与该标签建立通信，向该标签发送确认命令，并将当前时隙标记为成功时隙，该标签将自身的EPC数据发送给阅读器；若当前时隙有多个待识别标签响应该命令，阅读器收到多个标签发送的随机数发生信息碰撞，则将当前时隙标记为碰撞时隙；若当前时隙有没有待识别标签响应该命令，则将当前时隙标记为空闲时隙。

步骤S430：调整时隙请求参数R为R＝R+1，并判断3R+2是否小于帧时隙数M(2^Q)，若是，则返回步骤S410，否则，执行步骤S500。

更优选的，本发明实施例的步骤S500包括：

步骤S510：阅读器统计本轮识别过程中空闲时隙、成功时隙和碰撞时隙的数量，分别记为C'₀、C'₁、C'₂。

步骤S520：然后根据统计结果动态调整当前组下一轮识别过程的帧时隙数。前帧时隙数为M＝2^Q；若C'₂≥0.7M，则将下一轮识别过程的时隙参数Q调整为Q＝Q+1，调整帧时隙数M为2M＝2^Q+1；若C'₂＜0.7M，则不调整下一轮识别过程的时隙参数Q和帧时隙数M；若C'₂≈0，则将下一轮识别过程的时隙参数Q调整为Q＝Q-1，然后调整帧时隙数M为0.5M＝2^Q-1。

步骤S530：若某轮识别过程中没有一个标签被识别，C'₂＝0，则认为当前组标签被全部识别完，进入下一组标签的识别过程，返回步骤S200，重新选定初始时隙参数Q的值，直至所有组待识别标签均识别完毕，结束整个识别过程；否则返回步骤S300，继续识别当前组标签。

下面以具体的试验示例对本发明的效果进行说明：

图2是帧时隙ALOHA算法、动态帧时隙ALOHA算法与本发明的方法的时隙消耗对比图；可见，本发明的方法明显优于帧时隙ALOHA算法和动态帧时隙ALOHA算法，尤其是在标签数量增加时，更加明显。

图3是帧时隙ALOHA算法、动态帧时隙ALOHA算法与本发明的方法的吞吐率对比图；可见，本发明的方法明显优于帧时隙ALOHA算法和动态帧时隙ALOHA算法，尤其是在标签数量增加时，更加明显。

实施例2：

本发明实施例提供了一种RFID系统的防碰撞装置，如图4所示，装置包括：

分组模块10，用于估算待识别标签的数目n，根据待识别标签的数目n对待识别标签进行分组，并根据每组待识别标签的数目确定每组待识别标签对应的数据帧长度。

当前组初始化模块20，用于选择一组还未识别的待识别标签作为当前组，根据当前组的待识别标签个数确定时隙参数Q和帧时隙数M的初始值，其中，Q的初始值的取值应满足使数据帧长度2^Q与当前组的待识别标签数目最接近，M的初始值为2^Q。

命令发送模块30，用于发送带有时隙参数Q的命令给当前组的待识别标签，以使当前组的待识别标签收到该命令之后，生成一个[0,2^Q-1]范围内的随机数作为待识别标签自身的时隙值储存在待识别标签的时隙存储器中。

识别模块40，用于对当前组的待识别标签进行识别；其中，每次开启三个时隙同时接收当前组的待识别标签的应答信号，根据应答信号的情况将时隙标记为空闲时隙、成功时隙或碰撞时隙，直至开启的时隙总数大于帧时隙数M。

调整模块50，用于根据空闲时隙、成功时隙和碰撞时隙的数量，调整时隙参数Q和帧时隙数M的值；其中，若成功时隙的数量为0，则返回当前组初始化模块，直至所有组待识别标签均识别完毕，结束；否则返回命令发送模块。

本发明实施例的RFID系统的防碰撞装置延续了动态帧时隙ALOHA算法通用性高、简单易实现的优点，同时解决了动态帧时隙算法中存在的有一些标签始终无法被识别，即“标签饥饿”问题。本发明首先依据待识别标签数目的估计值决定是否分组，限制了每次参与应答的标签数量，减少了系统的一次通信量，降低了发生标签碰撞的可能性；然后根据每组的标签数目选定该组的初始时隙参数Q，使系统在标签识别的开始就拥有最优性能，减少了Q值的改变次数，显著降低了系统的能耗；另外在标签识别过程中，每次同时开启三个时隙接收应答信号，记录每个时隙的识别状况，相比于每次只开启一个时隙的算法，很大程度上减少了标签识别过程的总耗时，提高了系统的识别效率；最后根据每轮统计所得的碰撞时隙数来改变下一轮数据帧的长度，相比与现有方法中只要发生冲突就改变Q值，更具有针对性，优化了系统性能。

作为本发明实施例的一种改进，分组模块优选包括：

预识别单元，用于对所有待识别标签进行一次预识别，统计预识别的空闲时隙数C₀，成功时隙数C₁和碰撞时隙数C_k。

估计单元，用于遍历[C₁+2*C_K,2(C₁+2*C_K)]范围内预估待识别标签的数目，并计算每个预估的待识别标签的数目对应的空闲时隙数期望值a₀，成功时隙数期望值a₁和碰撞时隙数期望值a_k。

误差单元，用于对每个预估的待识别标签的数目，通过如下公式计算误差ε，最小的误差ε对应的预估的待识别标签的数目即为n。

分组单元，用于对待识别标签进行分组；其中，若n＞354，则每256个待识别标签分为一组，剩下的不到256个待识别标签分为一组，若n≤354，则所有待识别标签分为一组。

数据帧长度确定单元，用于根据如下对应关系确定每组待识别标签对应的数据帧长度。

作为本发明实施例的另一种改进，识别模块优选包括：

命令发送单元，用于发送一条包含时隙请求参数R的命令，以使时隙值在[3*R，3*R+2]范围内的待识别标签通过返回应答信号的方式响应该命令，其他待识别标签不响应该命令；其中，请求参数R的初值为0。

时隙标记单元，用于若当前时隙只有一个待识别标签响应该命令，则向响应的待识别标签发送确认命令，并将当前时隙标记为成功时隙；若当前时隙有多个待识别标签响应该命令，则将当前时隙标记为碰撞时隙；若当前时隙有没有待识别标签响应该命令，则将当前时隙标记为空闲时隙。

更新单元，用于调整时隙请求参数R为R＝R+1，并判断3R+2是否小于帧时隙数M，若是，则返回命令发送单元，否则，执行调整模块。

更优选的，本发明实施例的调整模块包括：

统计单元，用于统计空闲时隙、成功时隙和碰撞时隙的数量C'₀、C'₁、C'₂。

调整单元，用于若C'₂≥0.7M，则调整时隙参数Q为Q＝Q+1，调整帧时隙数M为2M＝2^{Q +1}；若C'₂＜0.7M，不调整时隙参数Q和帧时隙数M；若C'₂≈0，则调整时隙参数Q为Q＝Q-1，调整帧时隙数M为0.5M＝2^Q-1。

判断单元，用于若C'₂＝0，则返回当前组初始化模块，直至所有组待识别标签均识别完毕，结束；否则返回命令发送模块。

本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，前述描述的装置和单元的具体工作过程，均可以参考上述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

实施例3：

本说明书提供的上述实施例所述的方法或装置可以通过计算机程序实现业务逻辑并记录在存储介质上，所述的存储介质可以计算机读取并执行，实现本说明书实施例1所描述方案的效果。因此，本发明还提供用于RFID系统的防碰撞的计算机可读存储介质，包括处理器及用于存储处理器可执行指令的存储器，指令被处理器执行时实现包括实施例1的RFID系统的防碰撞方法的步骤。

本发明实施例采用的方法延续了动态帧时隙ALOHA算法通用性高、简单易实现的优点，同时解决了动态帧时隙算法中存在的有一些标签始终无法被识别，即“标签饥饿”问题。本发明首先依据待识别标签数目的估计值决定是否分组，限制了每次参与应答的标签数量，减少了系统的一次通信量，降低了发生标签碰撞的可能性；然后根据每组的标签数目选定该组的初始时隙参数Q，使系统在标签识别的开始就拥有最优性能，减少了Q值的改变次数，显著降低了系统的能耗；另外在标签识别过程中，每次同时开启三个时隙接收应答信号，记录每个时隙的识别状况，相比于每次只开启一个时隙的算法，很大程度上减少了标签识别过程的总耗时，提高了系统的识别效率；最后根据每轮统计所得的碰撞时隙数来改变下一轮数据帧的长度，相比与现有方法中只要发生冲突就改变Q值，更具有针对性，优化了系统性能。

所述存储介质可以包括用于存储信息的物理装置，通常是将信息数字化后再以利用电、磁或者光学等方式的媒体加以存储。所述存储介质有可以包括：利用电能方式存储信息的装置如，各式存储器，如RAM、ROM等；利用磁能方式存储信息的装置如，硬盘、软盘、磁带、磁芯存储器、磁泡存储器、U盘；利用光学方式存储信息的装置如，CD或DVD。当然，还有其他方式的可读存储介质，例如量子存储器、石墨烯存储器等等。

上述所述的装置根据方法实施例的描述还可以包括其他的实施方式。具体的实现方式可以参照相关方法实施例的描述，在此不作一一赘述。

实施例4：

本发明还提供一种用于RFID系统的防碰撞的设备，所述的设备可以为单独的计算机，也可以包括使用了本说明书的一个或多个所述方法或一个或多个实施例装置的实际操作装置等。所述用于RFID系统的防碰撞的设备可以包括至少一个处理器以及存储计算机可执行指令的存储器，处理器执行所述指令时实现上述任意一个或者多个实施例1中所述RFID系统的防碰撞方法的步骤。

本发明实施例采用的方法延续了动态帧时隙ALOHA算法通用性高、简单易实现的优点，同时解决了动态帧时隙算法中存在的有一些标签始终无法被识别，即“标签饥饿”问题。本发明首先依据待识别标签数目的估计值决定是否分组，限制了每次参与应答的标签数量，减少了系统的一次通信量，降低了发生标签碰撞的可能性；然后根据每组的标签数目选定该组的初始时隙参数Q，使系统在标签识别的开始就拥有最优性能，减少了Q值的改变次数，显著降低了系统的能耗；另外在标签识别过程中，每次同时开启三个时隙接收应答信号，记录每个时隙的识别状况，相比于每次只开启一个时隙的算法，很大程度上减少了标签识别过程的总耗时，提高了系统的识别效率；最后根据每轮统计所得的碰撞时隙数来改变下一轮数据帧的长度，相比与现有方法中只要发生冲突就改变Q值，更具有针对性，优化了系统性能。

上述所述的设备根据方法或者装置实施例的描述还可以包括其他的实施方式，具体的实现方式可以参照相关方法实施例的描述，在此不作一一赘述。

需要说明的是，本说明书上述所述的装置或者系统根据相关方法实施例的描述还可以包括其他的实施方式，具体的实现方式可以参照方法实施例的描述，在此不作一一赘述。本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于硬件+程序类、存储介质+程序实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、车载人机交互设备、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本说明书一个或多个时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现，也可以将实现同一功能的模块由多个子模块或子单元的组合实现等。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内部包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员应明白，本说明书一个或多个实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本说明书一个或多个实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本说明书一个或多个实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本说明书一个或多个实施例可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本本说明书一个或多个实施例，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述并不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种RFID系统的防碰撞方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤S100：估算待识别标签的数目n，根据待识别标签的数目n对待识别标签进行分组，并根据每组待识别标签的数目确定每组待识别标签对应的数据帧长度；

步骤S200：选择一组还未识别的待识别标签作为当前组，根据当前组的待识别标签个数确定时隙参数Q和帧时隙数M的初始值，其中，Q的初始值的取值应满足使数据帧长度2^Q与当前组的待识别标签数目最接近，M的初始值为2^Q；

步骤S300：发送带有时隙参数Q的命令给当前组的待识别标签，以使当前组的待识别标签收到该命令之后，生成一个[0，2^Q-1]范围内的随机数作为待识别标签自身的时隙值储存在待识别标签的时隙存储器中；

步骤S400：对当前组的待识别标签进行识别；其中，每次开启三个时隙同时接收当前组的待识别标签的应答信号，根据应答信号的情况将时隙标记为空闲时隙、成功时隙或碰撞时隙，直至开启的时隙总数大于帧时隙数M；

步骤S500：根据空闲时隙、成功时隙和碰撞时隙的数量，调整时隙参数Q和帧时隙数M的值；其中，若成功时隙的数量为0，则返回步骤S200，直至所有组待识别标签均识别完毕，结束；否则返回步骤S300；

其中，所述步骤S500包括：

步骤S510：统计空闲时隙、成功时隙和碰撞时隙的数量C′₀、C′₁、C′₂；

步骤S520：若C′₂≥0.7M，则调整时隙参数Q为Q＝Q+1，调整帧时隙数M为2M＝2^Q+1；若C′₂＜0.7M，不调整时隙参数Q和帧时隙数M；若C′₂≈0，则调整时隙参数Q为Q＝Q-1，调整帧时隙数M为0.5M＝2^Q-1；

步骤S530：若C′₂＝0，则返回步骤S200，直至所有组待识别标签均识别完毕，结束；否则返回步骤S300。

2.根据权利要求1所述的RFID系统的防碰撞方法，其特征在于，所述步骤S100包括：

步骤S110：对所有待识别标签进行一次预识别，统计预识别的空闲时隙数C₀，成功时隙数C₁和碰撞时隙数C_k；

步骤S120：遍历[C₁+2*C_K,2(C₁+2*C_K)]范围内预估待识别标签的数目，并计算每个预估的待识别标签的数目对应的空闲时隙数期望值a₀，成功时隙数期望值a₁和碰撞时隙数期望值a_k；

步骤S130：对每个预估的待识别标签的数目，通过如下公式计算误差ε，最小的误差ε对应的预估的待识别标签的数目即为n；

步骤S140：对待识别标签进行分组；其中，若n＞354，则每256个待识别标签分为一组，剩下的不到256个待识别标签分为一组，若n≤354，则所有待识别标签分为一组；

步骤S150：根据如下对应关系确定每组待识别标签对应的数据帧长度；

3.根据权利要求1所述的RFID系统的防碰撞方法，其特征在于，所述步骤S400包括：

步骤S410：发送一条包含时隙请求参数R的命令，以使时隙值在[3*R，3*R+2]范围内的待识别标签通过返回应答信号的方式响应该命令，其他待识别标签不响应该命令；其中，所述请求参数R的初值为0；

步骤S420：若当前时隙只有一个待识别标签响应该命令，则向响应的待识别标签发送确认命令，并将当前时隙标记为成功时隙；若当前时隙有多个待识别标签响应该命令，则将当前时隙标记为碰撞时隙；若当前时隙有没有待识别标签响应该命令，则将当前时隙标记为空闲时隙；

步骤S430：调整时隙请求参数R为R＝R+1，并判断3R+2是否小于帧时隙数M，若是，则返回步骤S410，否则，执行步骤S500。

4.一种RFID系统的防碰撞装置，其特征在于，所述装置包括：

分组模块，用于估算待识别标签的数目n，根据待识别标签的数目n对待识别标签进行分组，并根据每组待识别标签的数目确定每组待识别标签对应的数据帧长度；

当前组初始化模块，用于选择一组还未识别的待识别标签作为当前组，根据当前组的待识别标签个数确定时隙参数Q和帧时隙数M的初始值，其中，Q的初始值的取值应满足使数据帧长度2^Q与当前组的待识别标签数目最接近，M的初始值为2^Q；

命令发送模块，用于发送带有时隙参数Q的命令给当前组的待识别标签，以使当前组的待识别标签收到该命令之后，生成一个[0，2^Q-1]范围内的随机数作为待识别标签自身的时隙值储存在待识别标签的时隙存储器中；

识别模块，用于对当前组的待识别标签进行识别；其中，每次开启三个时隙同时接收当前组的待识别标签的应答信号，根据应答信号的情况将时隙标记为空闲时隙、成功时隙或碰撞时隙，直至开启的时隙总数大于帧时隙数M；

调整模块，用于根据空闲时隙、成功时隙和碰撞时隙的数量，调整时隙参数Q和帧时隙数M的值；其中，若成功时隙的数量为0，则返回当前组初始化模块，直至所有组待识别标签均识别完毕，结束；否则返回命令发送模块；

其中，所述调整模块包括：

统计单元，用于统计空闲时隙、成功时隙和碰撞时隙的数量C′₀、C′₁、C′₂；

调整单元，用于若C′₂≥0.7M，则调整时隙参数Q为Q＝Q+1，调整帧时隙数M为2M＝2^Q+1；若C′₂＜0.7M，不调整时隙参数Q和帧时隙数M；若C′₂≈0，则调整时隙参数Q为Q＝Q-1，调整帧时隙数M为0.5M＝2^Q-1；

判断单元，用于若C′₂＝0，则返回当前组初始化模块，直至所有组待识别标签均识别完毕，结束；否则返回命令发送模块。

5.根据权利要求4所述的RFID系统的防碰撞装置，其特征在于，所述分组模块包括：

预识别单元，用于对所有待识别标签进行一次预识别，统计预识别的空闲时隙数C₀，成功时隙数C₁和碰撞时隙数C_k；

估计单元，用于遍历[C₁+2*C_K,2(C₁+2*C_K)]范围内预估待识别标签的数目，并计算每个预估的待识别标签的数目对应的空闲时隙数期望值a₀，成功时隙数期望值a₁和碰撞时隙数期望值a_k；

误差单元，用于对每个预估的待识别标签的数目，通过如下公式计算误差ε，最小的误差ε对应的预估的待识别标签的数目即为n；

分组单元，用于对待识别标签进行分组；其中，若n＞354，则每256个待识别标签分为一组，剩下的不到256个待识别标签分为一组，若n≤354，则所有待识别标签分为一组；

数据帧长度确定单元，用于根据如下对应关系确定每组待识别标签对应的数据帧长度；

6.根据权利要求4所述的RFID系统的防碰撞装置，其特征在于，所述识别模块包括：

命令发送单元，用于发送一条包含时隙请求参数R的命令，以使时隙值在[3*R，3*R+2]范围内的待识别标签通过返回应答信号的方式响应该命令，其他待识别标签不响应该命令；其中，所述请求参数R的初值为0；

时隙标记单元，用于若当前时隙只有一个待识别标签响应该命令，则向响应的待识别标签发送确认命令，并将当前时隙标记为成功时隙；若当前时隙有多个待识别标签响应该命令，则将当前时隙标记为碰撞时隙；若当前时隙有没有待识别标签响应该命令，则将当前时隙标记为空闲时隙；

更新单元，用于调整时隙请求参数R为R＝R+1，并判断3R+2是否小于帧时隙数M，若是，则返回命令发送单元，否则，执行调整模块。

7.一种用于RFID系统的防碰撞的计算机可读存储介质，其特征在于，包括处理器及用于存储处理器可执行指令的存储器，所述指令被所述处理器执行时实现包括权利要求1-3任一所述RFID系统的防碰撞方法的步骤。

8.一种用于RFID系统的防碰撞的设备，其特征在于，包括至少一个处理器以及存储计算机可执行指令的存储器，所述处理器执行所述指令时实现权利要求1-3中任意一项所述RFID系统的防碰撞方法的步骤。

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