CN110287745A

CN110287745A - 一种用于动态场景的rfid多标签快速识别方法

Info

Publication number: CN110287745A
Application number: CN201910532379.3A
Authority: CN
Inventors: 王宏刚; 彭小华; 潘若禹; 吴飞; 张涵璐; 黄琼丹; 庞胜利
Original assignee: Xian University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Xian University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2019-06-19
Filing date: 2019-06-19
Publication date: 2019-09-27

Abstract

本发明公开了一种用于动态场景的RFID多标签快速识别方法，包括如下步骤：读写器发送查询命令QUERY开始多标签的接入；当收到查询命令QUERY，所述多标签分别随机在[0,2^Q‑1]之间任选一个整数，计数器为0的标签立即发送接入响应帧；读写器根据标签接入响应帧的接收结果估计当前参与接入的标签数目，更新查询命令QUERY中的Q值和n值。本发明所述的多标签识别方法的有益效果在于，本发明可以根据标签发送的接入响应帧的接收结果估计标签数目，更准确、更快速调整Q值，特别在读写器与标签相对移动的动态场景下，可以加速标签数量较大变化带来的Q值学习调整时间，从而使得RFID系统的效率提升更快，识别更快，也就更加可靠。

Description

一种用于动态场景的RFID多标签快速识别方法

【技术领域】

本发明涉及射频识别(RFID)领域，涉及一种用于动态场景下的RFID多标签快速识别方法。

【背景技术】

在典型的超高频无源RFID系统及应用中，一个读写器对应多个标签，可以实现读写器天线场区内多标签的快速识别。当多个标签同时接入读写器时，就会发生标签信号的冲突，这种冲突称为多标签碰撞，为了解决这种碰撞而设计的协议称为防碰撞协议，是超高频无源RFID系统的关键技术。

当前常用的防碰撞协议分为基于ALOHA和基于Binary Tree两类。在应用广泛的ISO/IEC 18000-6 Type C标准中，使用基于ALOHA的防碰撞算法。该防碰撞算法的基本思想是，读写器发送包含参数Q的查询命令QUERY，标签收到该命令后，在[0,2^Q-1]之间任意选择一个整数，选择0的标签立即发送RN16接入读写器，读写器依据接收RN16的结果调整Q值，并在新发送的查询命令QUERY帧中更新。该防碰撞算法中具体依据成功、碰撞、空闲三种不同的结果调整Q值，若读写器接收标签回复的RN16结果是成功，则Q值保持不变，若读写器接收标签回复的RN16结果是空闲，则Q值减少C值，若读写器接收标签回复的RN16结果是碰撞，则Q值增加C值，C是一个位于[0.1,0.5]的浮点数。基于这样的Q调整算法，所得到标签的估计数目为2^Q个。Q的取值在[0,15]之间，当Q的初始值取的小，对于大数量标签，算法调整时间较长；若Q的初始值取的大，对于小数量标签，算法调整时间较长。

对于标签数量相对固定、且标签或读写器相对静态的场景下，调整Q值所需时间不敏感。但对于工业生产现场的流水线、物流传送带、RFID机器人等应用场景，标签是快速移动的，读写器极有可能会遇到前一堆标签数量很少，而后一堆标签数量很大，或者相反的情况。这样读写器要连续处理完全相反的两个数量等级的标签，Q的学习改变需要花较长的时间，对于移动场景，要么降低传送带速度，要么漏读标签。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，针对读写器与标签相对移动的动态场景，基于现有的国际标准ISO/IEC 18000-6 Type C定义的防碰撞算法和命令参数，提出用于动态场景的RFID多标签快速识别方法，可实现移动识别场景下标签数目的快速估计，从而减少协议参数调整时间，以提升动态场景下的识别速度。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种用于动态场景的RFID多标签快速识别方法，包括以下步骤：

步骤S101：读写器发送查询命令QUERY，包含参数Q和标签数目估计窗时隙参数n；参数Q在基于时隙ALOHA的防碰撞算法中用于估计当前的标签数目；参数n用于检测标签冲突的情况；

步骤S102：标签收到查询命令QUERY后，对其参数Q和标签数目估计窗时隙参数n进行解析，并且分别在[0,2^Q-1]范围内选择一个整数；标签分别判断其所选随机数是否为0，若为0，则发送接入响应帧，标签返回一个16位的随机数RN16；

步骤S103：读写器接收来自标签的RN16，当只有一个标签回复时，接收结果为成功；当有多个标签同时回复，接收结果为冲突；当没有标签在当前时刻回复，则接收结果为空闲；

读写器根据接收结果进行判断和选择：

若当前接收结果为成功，则执行步骤S108；若接收结果为冲突或空闲，则执行步骤S104；

步骤S104：读写器根据预设的QUERY中参数n来判断是否启动RE-QUERY过程；若n＝1，则执行步骤S108；若n>1，则执行步骤S105；

步骤S105：读写器发送n-1次RE-QUERY命令，标签收到该命令后，所有计数器值为0的标签，计数器值保持不变，所有计数器值不为0的标签，计数器值减少1；执行完计数器更新运算后，计数器值为0的标签，立即发送接入响应帧，标签会返回一个16位的随机数RN16；

步骤S106：读写器记录发送RE-QUERY命令的次数，并判断发送次数是否超过n-1次；若少于n-1次，则继续发送，若等于n-1次，则结束发送；

步骤S107：读写器根据记录的接收标签响应结果估计当前参与接入的标签数量；

步骤S108：读写器根据发送QUERY和RE-QUERY后标签的响应接收结果，估计参与到当前接入的标签数量，并基于该估计数量更新参数Q和标签数目估计窗时隙参数n，并将更新的参数Q和标签数目估计窗时隙参数n预设入查询命令QUERY中，启动新的查询过程；

重复上述步骤直至完成所有标签的识别。

本发明进一步的改进在于：

步骤S102中，查询命令QUERY所包含参数Q和标签数目估计窗时隙参数n由读写器预先设定。

步骤S102中，选择随机数不为0的标签，不做响应。

步骤S105中，选择随机数不为0的标签，不做响应。

步骤S107的具体方法如下：在每次读写器发送RE-QUERY命令后，均会收到标签的回复，读写器通过n-1次结果中碰撞、空闲以及成功的次数估计标签可能的数量，并以此数量更新参数Q和标签数目估计窗时隙参数n。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明由于在最多n-1次的RE-QUERY过程，可以根据标签发送的接入响应帧的接收结果估计标签数目，更准确、更快速调整Q值，改善了当标签数目较大与Q初始值较小或者相反情况下，RFID系统需要花较多时间调整Q值导致识别速度慢和漏读标签的问题。特别在读写器与标签相对移动的动态场景下，可以加速标签数量较大变化带来的Q值学习调整时间，从而使得RFID系统的效率提升更快，识别更快，也就更加可靠。

【附图说明】

图1是本发明用于动态场景的RFID多标签快速识别方法的流程图；

图2是本发明实施例RFID动态识别场景的示意图；

图3是本发明标签接入过程样本例的示意图。

【具体实施方式】

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。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，都应当属于本发明保护的范围。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

本发明公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明用于动态场景的RFID多标签快速识别方法，包括如下步骤：

A)读写器发送查询命令QUERY开始多标签的接入；查询命令QUERY包含参数Q和标签数目估计窗时隙参数n；

读写器发送查询命令QUERY所包含参数Q和标签数目估计窗时隙参数n由读写器预先设定，并在步骤D)中估计新的参数Q和标签数目估计窗时隙参数n，返回给步骤A)。

B)当收到查询命令QUERY，所述多标签分别随机在[0,2^Q-1]之间任选一个整数，并存入标签计数器，计数器为0的标签立即发送接入响应帧；

标签收到查询命令QUERY后，所有未接入标签计数器初始化，并执行步骤B)中响应；所述步骤C)RE-QUERY的发送必须在所述步骤A)的QUERY发送之后执行。在执行步骤A)和步骤B)后，读写器可跳过步骤C)，执行步骤D)。

C)若n>1，读写器发送重新查询命令RE-QUERY，计数器为0的标签计数器值保持不变，计数器不为0的标签计数器值减1；计数器为0的标签立即发送接入响应帧；读写器可连续发送1至n-1次重新查询命令；

若n>1读写器可在发送完QUERY和接收完标签响应之后，连续多次发送RE-QUERY命令，最大为n-1次；读写器也可在任何一次RE-QUERY之后停止发送，并转向步骤D)；若n＝1,读写器不执行步骤C。

读写器发送重新查询命令RE-QUERY后，记录1至n-1次标签接入响应帧的接收结果。

读写器发送QUEREY或RE-QUERY命令后，并接收标签接入响应帧，其接收结果为成功、碰撞或空闲。

D)读写器估计当前参与接入的标签数目，更新Q值和n值，返回步骤A)。

读写器估计当前参与标签数目是指根据标签接入响应帧接收结果估计当前参与接入的标签数目。

读写器更新Q值和n值是指根据当前参与标签数目的估计值、标签接入响应帧接收结果信息，重新计算参数Q和标签数目估计窗时隙参数n，并在步骤A)的QUERY发送中更新。

估计参与接入标签数目并确定参数Q和标签数目估计窗时隙参数n的技术特征在于，设定标签数目估计窗时隙参数n，根据不大于n-1次RE-QUERY命令发送后标签接入响应帧接收结果快速估计当前参与接入标签的数目，然后确定参数Q值和n值调整的步进幅度C_Q和以该步进值增加或减少Q值和n值。

如图1所示，上述识别方法具体如下：

步骤S101，读写器发送查询命令QUERY，包含参数Q和标签数目估计窗时隙参数n；参数Q在基于时隙ALOHA的防碰撞算法中用于估计当前的标签数目为2^Q个；参数n用于说明，若发送QUERY后的第一个时隙发生碰撞，可以后续再发送n-1个RE-QUERY命令，用于检测标签冲突的情况。

步骤S102，标签收到查询命令QUERY后，对其参数Q和标签数目估计窗时隙参数n进行解析，并且分别在[0,2^Q-1]范围内选择一个整数。标签分别判断自己所选随机数是否为0，若为0，则发送接入响应帧。基于ISO/IEC 18000-6 Type C标准的标签会返回一个16位的随机数RN16。其它选择随机数不为0的标签，不做响应。

步骤S103，读写器接收来自标签的RN16，当只有一个标签回复时，接收结果将可能为成功；当有多个标签同时回复，接收结果可能会冲突；当没有标签在当前时刻回复，则接收结果可能为空闲。

读写器根据接收结果进行判断和选择下一步执行内容。若当前接收结果为成功，则重新估计Q和n，并返回步骤S101继续发送QUERY。若接收结果为冲突或空闲，则转向发送RE-QUERY命令的判断。

步骤S104，读写器根据之前预设的QUERY中参数n来判断是否启动RE-QUERY过程。若n＝1，也就是n>1的判断结果为否，则不用启动RE-QUERY命令发送，转向重新估计Q和n，并返回步骤S101。若n>1，则执行n-1次RE-QUERY命令，并记录每次读写器接收标签响应的结果。

步骤S105，读写器发送RE-QUERY命令，标签收到该命令后，所有计数器值为0的标签，计数器值保持不变，所有计数器值不为0的标签，计数器值自动减少1。执行完计数器更新运算后，计数器值为0的标签，立即发送接入响应帧。基于ISO/IEC 18000-6 Type C标准的标签会返回一个16位的随机数RN16。其它选择随机数不为0的标签，不做响应。

步骤S106，读写器记录发送RE-QUERY命令的次数，并判断发送次数是否超过n-1次。若少于n-1次，则继续发送，若等于n-1次，则结束发送。

步骤S107，读写器根据记录的接收标签响应结果估计当前参与接入的标签数量。在每次读写器发送RE-QUERY命令后，都会收到标签的回复，读写器通过n-1次结果中碰撞、空闲、成功的次数估计标签可能的数量，并以此数量更新Q和n。

步骤S108，读写器根据发送QUERY和RE-QUERY后标签的响应接收结果，估计参与到当前接入的标签数量，并基于该估计数量确定参数Q和标签数目估计窗时隙参数n，并将该新的参数值预设入查询命令QUERY中，启动新的查询过程。

重复上述步骤将逐步完成所有标签的识别。在此过程中，参数Q和标签数目估计窗时隙参数n需要预设初始值，若参数适当将得到最好的识别效率，若识别率低则所述方法可调整Q和n，改善算法性能调整的速度，从而加速识别。

在本发明所述方法的其他实施例中，为了更好地与现有行业技术标准，例如，ISO/IEC 18000-6 Type C的协议兼容，在发送所述QUERY命令中可以只包含Q参数，而仅在读写器运行该方法过程中使用参数n进行RE-QUERY发送的控制和标签数目估计，获得有益效果依然在本发明保护范围之内。

本发明所述识别方法能有效解决标签与读写器相对移动速度大的动态场景的识别。图2是所述实施例RFID动态识别场景示意图。图2为一种用于工业流水线或者物流分拣的传送带上RFID识别场景，从图中可以看出传送带沿着由A向B的方向移动，读写器及天线构成的识别检测点位于传送带上方C点。读写器连续识别传送带上移动通过的物体。图2中所示为2个识别目标相继通过检测点C，识别目标1包含4个标签，相继的识别目标2包含256个标签。

图2所述场景中，传送带上目标标签数量产生了较大的变化，读写器需要及时、快速调整协议参数以保证足够的识别速度，否则将造成漏读。

结合图2所述动态场景的需求，本发明所述方法相比较于现有的ISO/IEC 18000-6Type C标准协议中的Q调整算法，比较分析过程如图3所示。图3是本发明所述多标签识别方法的标签接入过程样本例示意图。

当识别目标1完成后，读写器防碰撞协议参数通常为：

调整指数幂参数为Q＝2,步进幅度为C_Q＝0.1。基于这样的参数去识别目标2中的256个标签，需要不断调整Q去达到算法稳态最优状态。图3分别模拟了ISO/IEC 18000-6Type C协议中建议的Q算法调整过程和本发明提出的通过RE-QUERY过程去估计标签数目，然后更新Q值的过程。

由图3可以看出，对于ISO/IEC 18000-6 Type C协议,读写器发送查询命令QUERY后，由于256个标签在[0,2^2-1]范围选择随机数，因此，当前时刻以大概率碰撞。读写器使用Q＝ROUND(Q+Q_C)去更新，每次碰撞后增加0.1，5次之后Q增加1。以此方式，连续调整和发送30次，才能达到标签数目与2^Q约相等的稳态水平，标签以大概率成功接入。

由图3可以看出，对于本发明提出的方法接入标签时，在第1次碰撞后，紧接着通过2次RE-QUERY命令的响应检测接收结果，均为碰撞，因此估计新的Q值为Q+1＝3，并减少n值为1。接下来每次QUERY的响应碰撞时，都会使得Q增加1，这样通过10次的调整和发送，达到标签数目与2^Q约相等的稳态水平，标签以大概率成功接入。相比较ISO/IEC 18000-6 TypeC协议建议方法，本发明所用调整次数由30次降低至10次，速度提升显著。

因此，对于例如传送带这种动态场景下，当标签数目产生较大变化时，本发明所述方法能较大缩短算法参数调整时间，从而总体上加快标签识别速度。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims

1.一种用于动态场景的RFID多标签快速识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

读写器根据接收结果进行判断和选择：

重复上述步骤直至完成所有标签的识别。

2.根据权利要求1所述的用于动态场景的RFID多标签快速识别方法，其特征在于，步骤S102中，查询命令QUERY所包含参数Q和标签数目估计窗时隙参数n由读写器预先设定。

3.根据权利要求1所述的用于动态场景的RFID多标签快速识别方法，其特征在于，步骤S102中，选择随机数不为0的标签，不做响应。

4.根据权利要求1所述的用于动态场景的RFID多标签快速识别方法，其特征在于，步骤S105中，选择随机数不为0的标签，不做响应。

5.根据权利要求1所述的用于动态场景的RFID多标签快速识别方法，其特征在于，步骤S107的具体方法如下：在每次读写器发送RE-QUERY命令后，均会收到标签的回复，读写器通过n-1次结果中碰撞、空闲以及成功的次数估计标签可能的数量，并以此数量更新参数Q和标签数目估计窗时隙参数n。