CN109740394B - 一种射频识别防碰撞方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种改进的射频识别防碰撞方法,针对现有的超高频射频识别空中接口协议国家标准中的读写器识别多个标签时的多标签返回信号碰撞问题,结合实际读写器的实现方式,对空中接口协议标准中推荐的防碰撞方法进行了改进,优化了多标签碰撞的判断逻辑,充分利用了标签返回信号的捕获效应,调整了读写器识别多个标签时的命令序列,能够降低标签返回信号的碰撞概率,提高读写器对多标签的整体识别效率。本发明目的在于改进现有的防碰撞方法,提高读写器对多标签识别的效率和准确率。

Description

一种射频识别防碰撞方法
技术领域
本发明涉及超高频射频识别技术,特别是一种射频识别防碰撞方法。
背景技术
在射频识别技术中,读写器和标签之间通过无线通信来实现数据的交换,读写器想标签发送命令,标签根据读写器命令执行相应操作后,向读写器返回结果数据。读写器和标签之间的无线通信协议称为空中接口协议。
随着超高频空口接口协议国家标准的发布,射频识别技术的应用领域越来越多。射频识别技术有其多目标快速识别的优势,但是也存在着识别效率不高的问题。这是由于在实际应用中,读写器识别多个标签返回信号的防碰撞方法并没有考虑读写器对标签返回信号的捕获效应,因为在实际应用中,标签返回的强信号会淹没其它标签返回的弱信号,形成捕获效应。此外,由于读写器并不能有效的区分标签返回信号的碰撞与没有标签信号返回的空闲这两种状态,导致读写器识别多个标签返回信号的防碰撞方法不能快速收敛,读写器识别多个标签的整体效率与理论值相差较远。
在只有一个标签处于读写器工作范围的情况下,标签内信息被正常读取。但是,当多个标签同时处于一个读写器的工作范围内时,则多个标签之间的应答信号就会互相干扰导致标签内的信息无法被读写器读取,形成碰撞。
发明内容
本发明的目的在于提供一种射频识别防碰撞方法,用于解决上述读写器识别多个标签返回信号的防碰撞问题。
本发明一种射频识别防碰撞方法,其中,所述方法采用了如下识别过程:(1)读写器首先发送盘点命令Query,所有标签收到盘点命令Query后,将内部时隙计数器的值置为0,同时回复一个16位的句柄RN16,此句柄由11位随机数加CRC5组成;(2)读写器接收标签回复信息,根据标签回复的前导信息,进行计算得到一个前导相关值,将前导相关值与一前导阈值比较,如果超过阈值则认为有标签响应,同时判断CRC5是否正确,如果CRC5错误则认为发生碰撞,如果CRC5正确则认为标签响应正确;如果小于前导阈值但是大于碰撞阈值,则认为发生碰撞;如果小于碰撞阈值则认为没有标签响应;(3)如果标签响应正确,则读写器发送确认命令ACK,标签回复带有CRC16校验码的编码数据EPC,如果读写器没有收到标签回复,则认为当前发生碰撞,跳转到步骤(4);如果读写器收到CRC16正确的回复,则正确识别到一个标签,读写器再次发送分裂位置为0的分裂命令Divide(0),当前被识别的标签跳转状态不再参与此轮盘点,其余标签收到Divide(0)命令后调整内部时隙计数器的值,如果调整后的时隙值为0,则回复RN16,否则不回复,跳转到步骤(2);(4)如果发生碰撞,且连续碰撞次数小于连续碰撞阈值,则读写器发送Divide(0)命令,否则读写器发送分散命令Disperse;如果时隙值为0的标签收到Divide(0)命令,重新选择一个时隙值,时隙值非0的标签,时隙值加1,如果改变后的时隙值为0,则标签重新回复一个RN16,不为0的标签不回复,跳转到步骤(2);如果标签收到分散命令Disperse,则生成1位随机数,时隙值乘以2再加上该随机数,调整后时隙值为0的标签,重新回复一个RN16给读写器,不为0的标签不回复,跳转到步骤(2);(5)如果没有标签响应,且连续空闲次数小于连续空闲阈值,则读写器发送分裂位置为1的分裂命令Divide(1),否则读写器发送收缩命令Shrink;如果时隙值为1的标签收到Divide(1)命令,则重新选择一位时隙值,时隙值不为1的标签其时隙值保持不变,调整后时隙值为0的标签,重新回复一个RN16给读写器,不为0的标签不回复,跳转到步骤(2);如果标签收到收缩命令Shrink,时隙值除以2后舍弃小数取整,调整后时隙值为0的标签回复RN16,不为0的标签不回复,跳转到步骤(2),直到盘点结束。
本发明公开了一种改进的射频识别防碰撞方法,针对现有的超高频射频识别空中接口协议国家标准中的读写器识别多个标签时的多标签返回信号碰撞问题,结合实际读写器的实现方式,对空中接口协议标准中推荐的防碰撞方法进行了改进,优化了多标签碰撞的判断逻辑,充分利用了标签返回信号的捕获效应,调整了读写器识别多个标签时的命令序列,能够降低标签返回信号的碰撞概率,提高读写器对多标签的整体识别效率。
附图说明
图1所示为本发明一种改进的射频识别防碰撞方法正常情况下的交互图;
图2所示为本发明一种改进的射频识别防碰撞方法的碰撞情况下的交互图;
图3所示为本发明一种改进的射频识别防碰撞方法的空闲情况下的交互图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚,下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
图1所示为本发明一种改进的射频识别防碰撞方法正常情况下的交互图;图2所示为本发明一种改进的射频识别防碰撞方法的碰撞情况下的交互图;图3所示为本发明一种改进的射频识别防碰撞方法的空闲情况下的交互图,如图1至图3所示,本发明所涉及的射频识别防碰撞系统,包括一个读写器和多个标签,两种设备之间通过超高频空中接口协议进行交互。
在我国自主空口标准中规定,当读写器发送盘点命令Query后,所有处在电磁场区域内并且收到此命令的标签,将内部时隙计数器的值置为0,同时回复一个带有CRC5校验码的16位的随机数RN16给读写器,由于多个标签信号相互干扰,导致读写器在接收时会出现如下情况:(1)收不到RN16;(2)收到RN16但校验错误;(3)收到RN16并且校验正确。对于(1)这种情况,读写器通过标签返回信号的前导码相关值与设定的阈值比较来辅助判别是否发生碰撞,此时又可分为发生碰撞和空闲两种状态;对于(2)这种情况,可以直接判别为发生碰撞;对于(3)这种情况,读写器认为通信正常,则读写器继续发送带有RN16的确认命令ACK给标签,标签收到命令后比较收到的RN16和前一次发送给读写器的RN16是否一致,如果一致则将自己的编码信息EPC加上CRC16校验码发送给读写器,读写器接收到EPC和CRC16后,如果校验正确,则此标签被正确识别到,如果校验不正确,则此标签不能被正确识别。无论是哪种情况,读写器都会重复发送防碰撞命令,同时标签会不断调整内部时隙计数器的值,只有时隙计数器值为0的标签会响应读写器的防碰撞命令并发送RN16,读写器通过识别正确的RN16来将所有标签的EPC数据一一识别出来。
本发明一种射频识别防碰撞方法包括:
(1)读写器首先发送盘点命令Query,所有标签收到盘点命令Query后,将内部时隙计数器的值置为0,同时回复一个16位的句柄RN16,此句柄由11位随机数加CRC5组成;
(2)读写器接收标签回复信息,根据标签回复的前导信息,进行计算得到一个前导相关值,将前导相关值与一前导阈值比较,如果超过阈值则认为有标签响应,同时判断CRC5是否正确,如果CRC5错误则认为发生碰撞,如果CRC5正确则认为标签响应正确;如果小于前导阈值但是大于碰撞阈值,则认为发生碰撞;如果小于碰撞阈值则认为没有标签响应;
(3)如果标签响应正确,则读写器发送确认命令ACK,标签回复带有CRC16校验码的编码数据EPC,如果读写器没有收到标签回复,则认为当前发生碰撞,跳转到步骤(4);如果读写器收到CRC16正确的回复,则正确识别到一个标签,读写器再次发送分裂位置为0的分裂命令Divide(0),当前被识别的标签跳转状态不再参与此轮盘点,其余标签收到Divide(0)命令后调整内部时隙计数器的值,如果调整后的时隙值为0,则回复RN16,否则不回复,跳转到步骤(2);
(4)如果发生碰撞,且连续碰撞次数小于连续碰撞阈值,则读写器发送Divide(0)命令,否则读写器发送分散命令Disperse;如果时隙值为0的标签收到Divide(0)命令,重新选择一个时隙值,时隙值非0的标签,时隙值加1,如果改变后的时隙值为0,则标签重新回复一个RN16,不为0的标签不回复,跳转到步骤(2);如果标签收到分散命令Disperse,则生成1位随机数,时隙值乘以2再加上该随机数,调整后时隙值为0的标签,重新回复一个RN16给读写器,不为0的标签不回复,跳转到步骤(2);
(5)如果没有标签响应,且连续空闲次数小于连续空闲阈值,则读写器发送分裂位置为1的分裂命令Divide(1),否则读写器发送收缩命令Shrink;如果时隙值为1的标签收到Divide(1)命令,则重新选择一位时隙值,时隙值不为1的标签其时隙值保持不变,调整后时隙值为0的标签,重新回复一个RN16给读写器,不为0的标签不回复,跳转到步骤(2);如果标签收到收缩命令Shrink,时隙值除以2后舍弃小数取整,调整后时隙值为0的标签回复RN16,不为0的标签不回复,跳转到步骤(2),直到盘点结束。
下面将根据碰撞、空闲、正常三种状态来阐述本发明射频识别防碰撞方法的流程。
如图1所示,读写器与标签之间正常通信流程为:
(1)读写器首先发送盘点命令Query;
(2)标签接收到盘点命令后,将内部时隙计数器的值置为0,同时回复一个16位的句柄RN16,此句柄由11位的随机数和CRC5组成;
(3)读写器接收标签回复,如果收到CRC5校验正确的RN16,则读写器继续发送带有RN16的确认命令ACK;
(4)标签接收到确认命令后,比对收到的RN16和前一次发送的RN16,相同则回复编码信息EPC+CRC16校验码;
(5)读写器接收标签回复,如果收到CRC16校验正确的EPC,则读写器正确识别到一个标签。读写器继续发送分裂位置为0的分裂命令Divide(0),当前被识别的标签跳转状态不再参与此轮盘点;如果收到CRC16校验错误,则发送应答错误命令,延时一段时间发送重复查询命令,重复步骤(3);如果读写器没有收到标签回复,则认为当前发生碰撞,跳转到碰撞处理流程。
如图2所示,读写器与标签之间碰撞通信流程为:
(1)读写器首先发送盘点命令Query;
(2)标签接收到盘点命令后,将时隙计数器的值置为0,同时回复一个16位的句柄RN16,此句柄由11位的随机数和CRC5组成;
(3)读写器接收标签回复,如果收到标签回复但CRC5校验错误,则认为发生碰撞;如果没有收到标签回复但是前导相关值大于前导碰撞阈值,则认为发生碰撞;如果连续碰撞次数小于连续碰撞阈值,则读写器发送分裂位置为0的分裂命令Divide(0),否则读写器发送分散命令Disperse;
(4)标签收到Divide(0)命令后,如果其时隙计数器的值为0则重新选择一位时隙值(0或1),时隙值非0的标签时隙值加1;标签收到Disperse后,生成1位随机数,时隙值乘以2再加上该随机数;如果改变后的时隙值为0,则标签重新回复一个RN16给读写器,重复步骤(2),直到读写器识别到正确的RN16,则进入正常通信流程;
如图3所示,读写器与标签之间空闲通信流程为:
(1)读写器首先发送盘点命令Query;
(2)标签接收到盘点命令后,将时隙计数器的值置为0,同时回复一个16位的句柄RN16,此句柄由11位的随机数和CRC5组成;
(3)读写器接收标签回复,如果读写器的前导相关值小于前导碰撞阈值,则认为空闲,没有标签回复;如果满足盘点结束条件,则结束此轮盘点,防碰撞流程结束。如果上一条命令是Query,则读写器发送分裂位置为0的分裂命令Divide(0);如果连续空闲次数小于连续空闲阈值,则读写器发送分裂位置为1的分裂命令Divide(1),否则读写器发送收缩命令Shrink;
(4)标签收到Divide(1)命令后,如果其时隙值为1则重新选择一位时隙值(0或1),时隙值不为1的标签其时隙值保持不变;标签收到Shrink后,时隙值除以2后舍弃小数取整;如果改变后的标签时隙值为0,则此标签重新回复一个RN16,重复步骤(2),直到读写器识别到正确的RN16,则进入正常通信流程。
为达到上述目的,本发明采用如下技术方案:
(1)通过在读写器解调标签返回信号的方法中增加前导相关阈值判断,有效甄别多个标签返回信号的碰撞与没有标签信号返回的空闲这两种状态。
(2)考虑标签返回信号的捕获效应,充分兼顾读写器对单个标签快速识别和读写器对多个标签准确识别,根据标签返回的信号,调整读写器的命令序列,提高一轮读写器识别盘点标签的吞吐量。
本发明的有益效果在于:针对目前读写器实现技术的特点和空口接口协议国家标准,充分利用标签返回信号的捕获效应,使整个防碰撞方法的效率得到较大提升。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种射频识别防碰撞方法,其特征在于,所述方法采用了如下识别过程:
(1)读写器首先发送盘点命令Query,所有标签收到盘点命令Query后,将内部时隙计数器的值置为0,同时回复一个16位的句柄RN16,此句柄由11位随机数加CRC5组成;
(2)读写器接收标签回复信息,根据标签回复的前导信息,进行计算得到一个前导相关值,将前导相关值与一前导阈值比较,如果超过阈值则认为有标签响应,同时判断CRC5是否正确,如果CRC5错误则认为发生碰撞,如果CRC5正确则认为标签响应正确;如果小于前导阈值但是大于碰撞阈值,则认为发生碰撞;如果小于碰撞阈值则认为没有标签响应;
(3)如果标签响应正确,则读写器发送确认命令ACK,标签回复带有CRC16校验码的编码数据EPC,如果读写器没有收到标签回复,则认为当前发生碰撞,跳转到步骤(4);如果读写器收到CRC16正确的回复,则正确识别到一个标签,读写器再次发送分裂位置为0的分裂命令Divide(0),当前被识别的标签跳转状态不再参与此轮盘点,其余标签收到Divide(0)命令后调整内部时隙计数器的值,如果调整后的时隙值为0,则回复RN16,否则不回复,跳转到步骤(2);
(4)如果发生碰撞,且连续碰撞次数小于连续碰撞阈值,则读写器发送Divide(0)命令,否则读写器发送分散命令Disperse;如果时隙值为0的标签收到Divide(0)命令,重新选择一个时隙值,时隙值非0的标签,时隙值加1,如果改变后的时隙值为0,则标签重新回复一个RN16,不为0的标签不回复,跳转到步骤(2);如果标签收到分散命令Disperse,则生成1位随机数,时隙值乘以2再加上该随机数,调整后时隙值为0的标签,重新回复一个RN16给读写器,不为0的标签不回复,跳转到步骤(2);
(5)如果没有标签响应,且连续空闲次数小于连续空闲阈值,则读写器发送分裂位置为1的分裂命令Divide(1),否则读写器发送收缩命令Shrink;如果时隙值为1的标签收到Divide(1)命令,则重新选择一位时隙值,时隙值不为1的标签其时隙值保持不变,调整后时隙值为0的标签,重新回复一个RN16给读写器,不为0的标签不回复,跳转到步骤(2);如果标签收到收缩命令Shrink,时隙值除以2后舍弃小数取整,调整后时隙值为0的标签回复RN16,不为0的标签不回复,跳转到步骤(2),直到盘点结束。
2.如权利要求1所述的射频识别防碰撞方法,其特征在于,还包括:对于读写器与标签之间正常通信,
A1读写器首先发送盘点命令Query;
A2标签接收到盘点命令后,将内部时隙计数器的值置为0,同时回复一个16位的句柄RN16,此句柄由11位的随机数和CRC5组成;
A3读写器接收标签回复,如果收到CRC5校验正确的RN16,则读写器继续发送带有RN16的确认命令ACK;
A4标签接收到确认命令后,比对收到的RN16和前一次发送的RN16,相同则回编码数据EPC+CRC16校验码;
A5读写器接收标签回复,如果收到CRC16校验正确的EPC,则读写器正确识别到一个标签,读写器继续发送分裂位置为0的分裂命令Divide(0),当前被识别的标签跳转状态不再参与此轮盘点;如果收到CRC16校验错误,则发送应答错误命令,延时一段时间发送重复查询命令,重复步骤A3;如果读写器没有收到标签回复,则认为当前发生碰撞,跳转到碰撞处理流程。
3.如权利要求1所述的射频识别防碰撞方法,其特征在于,读写器与标签之间碰撞通信流程为:
B1读写器首先发送盘点命令Query;
B2标签接收到盘点命令后,将时隙计数器的值置为0,同时回复一个16位的句柄RN16,此句柄由11位的随机数和CRC5组成;
B3读写器接收标签回复,如果收到标签回复但CRC5校验错误,则认为发生碰撞;如果没有收到标签回复但是前导相关值大于前导碰撞阈值,则认为发生碰撞;如果连续碰撞次数小于连续碰撞阈值,则读写器发送分裂位置为0的分裂命令Divide(0),否则读写器发送分散命令Disperse;
B4标签收到Divide(0)命令后,如果其时隙计数器的值为0则重新选择一位时隙值,时隙值非0的标签时隙值加1;标签收到Disperse后,生成1位随机数,时隙值乘以2再加上该随机数;如果改变后的时隙值为0,则标签重新回复一个RN16给读写器,重复步骤B2,直到读写器识别到正确的RN16,则进入正常通信流程。
4.如权利要求1所述的射频识别防碰撞方法,其特征在于,读写器与标签之间空闲通信流程为:
C1读写器首先发送盘点命令Query;
C2标签接收到盘点命令后,将时隙计数器的值置为0,同时回复一个16位的句柄RN16,此句柄由11位的随机数和CRC5组成;
C3读写器接收标签回复,如果读写器的前导相关值小于前导碰撞阈值,则认为空闲,没有标签回复;如果满足盘点结束条件,则结束此轮盘点,防碰撞流程结束,如果上一条命令是Query,则读写器发送分裂位置为0的分裂命令Divide(0);如果连续空闲次数小于连续空闲阈值,则读写器发送分裂位置为1的分裂命令Divide(1),否则读写器发送收缩命令Shrink;
C4标签收到Divide(1)命令后,如果其时隙值为1则重新选择一位时隙值,时隙值不为1的标签其时隙值保持不变;标签收到Shrink后,时隙值除以2后舍弃小数取整;如果改变后的标签时隙值为0,则此标签重新回复一个RN16,重复步骤C2,直到读写器识别到正确的RN16,则进入正常通信流程。
5.如权利要求1所述的射频识别防碰撞方法,其特征在于,如果收到CRC16错误的回复,则读写器发送应答错误命令NAK,延时一段时间后再次发送重复查询命令QueryRep,标签收到QueryRep命令后,所有标签时隙值减1,时隙值为0的标签回复RN16,不为0的标签不回复,跳转到步骤(2)。
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