CN111523337B - 基于标签序列号滑动窗口迭代分组的防冲突方法 - Google Patents

基于标签序列号滑动窗口迭代分组的防冲突方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于标签序列号滑动窗口迭代分组的防冲突方法,该方法基于二进制树形搜索方法和曼切斯特编码原理,对读写器覆盖区域的标签ID所构成的集合按照冲突的BIT进行分组,通过分组再分组的递归方式实现标签ID的准确识别。读写器读取到多个标签的信息之后,根据曼彻斯特编码原理检查冲突的BIT位,当冲突的标签ID信息BIT位确定之后,再根据冲突的BIT位来划分标签的子集,从而逐步缩小分组的大小,直到读出所有标签ID;本方法识别精度高、速度快,此外,在标签多且标签ID过长的情况下的延时短,耗时短、识别效率高。

Description

基于标签序列号滑动窗口迭代分组的防冲突方法
技术领域
本发明涉及RFID通信领域,尤其涉及一种基于标签序列号滑动窗口迭代分组的防冲突方法。
背景技术
目前,RFID系统的标签防冲突方法大多采用基于时分多址技术,主要有基于ALOHA的随机性方法和基于树的确定性方法。纯ALOHA方法中,若读写器检测出信号存在相互干扰,就会以向标签发命令命其停止向读写器传输信号;标签在接收到命令信号之后,就会停止发送信息,并会随机待命一段时间,才会重新向读写器发送信息。各个电子标签待命时间片段长度是随机的,这样可以减少碰撞的可能性。当读写器成功识别某一个标签后,就会立即对该标签下达命令使之进入到休眠的状态。而其他标签则会一直对读写器所发出命令进行响应,并重复发送信息给读写器,当标签被识别后,就会一一进入到休眠状态,直到读写器识别出所有在其工作区内的标签后,方法过程才结束。二进制树形搜索法的基本思想是将冲突中的标签分为左右两个子集0和1,先查询子集0,若没有冲突则正确识别标签,若仍有冲突再分裂。然后把子集0分成00和01两个子集,依次类推,直到识别出子集0中的有所标签。子集1中的标签也按照此方法识别。这种方法是利用标签的ID号的唯一性,根据标签ID的比特位划分子集来遍历整个标签ID组成的二叉树来实现的。基于ALOHA的方法与基于树的方法各有千秋,前者实现简单,然而会出现“标签饥饿”的问题,也就是可能存在标签长时间不能被成功识别的现象。与此相反,基于树的方法不会出现这种问题,识别精度高,但是方法计算复杂度高,需要较长的时间延时,尤其是在标签ID过长的情况下。
因此,亟需一种耗时短、效率高的RFID系统的标签防冲突方法。
发明内容
有鉴于此,本发明提供一种耗时短、效率高的基于标签序列号滑动窗口迭代分组的防冲突方法。
本发明提供一种基于标签序列号滑动窗口迭代分组的防冲突方法,其特征在于:所述方法具体包括以下步骤:
S1:读写器向其射频范围内的若干RFID标签发送索取RFID标签ID的命令,RFID标签收到所述命令后向RFID读写器发送自身ID,读写器读取RFID标签ID;
S2:读写器根据曼切斯特编码原理,获得所述若干RFID标签ID的冲突码序列;
S3:读写器解析所述冲突码序列前N位,解析获得原码,其中,所述N为预设值;
S4:读写器根据所述原码类型进行分组,获得分组集合A,
A=∑dn (1)
其中,A表示所述若干RFID标签的分组集合,dn表示分组集合A的各个子集合,n表示变量且n小于等于L转换码,其中,L转换码表示转换码的比特位位数;
S5:读写器判断子集合dn内是否存在标签冲突,若是,则RFID读写器向子集合dn下发掩码Ⅱ,相匹配的RFID标签接收掩码将自身ID发送至读写器,进入步骤S2;若否,进入步骤S6;
S6:读写器识别子集合dn内标签ID,RFID读写器判断是否n大于转换码的长度L转换码,若否,则令n=n+1,进入步骤S5,若是,则进入步骤S7;
S7:RFID读写器判断是否所有RFID标签均被识别,若是,则结束;若否则进入步骤S1。
进一步,所述步骤S3具体包括如下步骤:
S31:读写器从突码序列的高位取窗口LW的长度,发送LW的掩码Ⅰ至标签端;所述高位为,从左往右,排位靠左的为高位。
S32:标签收到读写器发送的掩码Ⅰ后,根据所述掩码Ⅰ中1的位置,找到自身ID中对应位置的原码,同时,码按全译码器原理获得原码的转换码,将自身ID和转换码发送至读写器;
S33:读写器根据曼切斯特编码原理,解码得到ID和转换码的冲突信息;
S34:读写器根据转换码的冲突码,将冲突码译码得到原码。
进一步,所述窗口LW的长度,2≤LW≤LX≤L原码,其中,其中,LW表示窗口的比特位位数,LX表示冲突信息的比特位位数,L原码表示标签ID的比特位位数。
进一步,所述掩码包括掩码DM和冲突掩码,所述掩码DM的比特位位数与标签ID的位数相同,前LW个冲突位X置1,其他BIT位全部置0,冲突掩码为1。
进一步,所述掩码Ⅱ包括掩码DM、匹配掩码和信息码HX,所述掩码DM的比特位位数与标签ID的位数相同,前LW个冲突位X置1,其他BIT位全部置0,匹配码为0,信息码HX的比特位位数与标签ID的位数相同,信息码HX码头为子集合dn中的码字,其余BIT位信息码置0。
进一步,所述L转换码转换码的长度采用如下方法确定,
Figure BDA0002460242250000031
其中,L转换码表示转换码的比特位位数,L原码表示标签ID的比特位位数。
本发明的有益技术效果:本方法基于二进制树形搜索方法,根据曼切斯特编码原理,准确识别标签冲突的比特位,通过预设滑动窗口大小对冲突的比特位序列依次识别,从而逐步缩小分组的大小,直到读出所有标签ID;本方法识别精度高、速度快,此外在标签很多且标签ID过长的情况下的延时短,耗时短、识别效率高。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述:
图1为本发明的流程图。
图2为本发明的标签ID子集划分树形图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明做出进一步的说明:
在本发明中所述长度为比特位的位数。标签冲突问题是普遍存在的,因为所有标签与读写器的通信都采用同一个频率的信道,读写器也不知道其磁场感应范围内的标签数量,而当多个标签同时响应读写器的查询时,冲突就产生了,浪费时间,增加能耗,系统的识别效率降低。RFID系统中,每个标签都拥有唯一的识别号,标签通常是被附在被识别物体上。读写器通过发送射频信号来读取标签内存储的被识别物品的数据。读写器为了能将所有的标签一一识别,应该让标签根据一定的规则有序地给读写器发送自己的信息,这个规则其实就是标签防冲突方法。因为识别效率是RFID系统性能的一个重要指标。
本发明提供一种基于标签序列号滑动窗口迭代分组的防冲突方法,其特征在于:所述方法具体包括以下步骤:
S1:读写器向其射频范围内的若干RFID标签发送索取RFID标签ID的命令,RFID标签收到所述命令后向RFID读写器发送自身ID,读写器读取RFID标签ID;
S2:读写器根据曼切斯特编码原理,获得所述若干RFID标签ID的冲突码序列;读写器通常采用曼彻斯特编码原理来判断冲突位,在曼彻斯特编码中,每一位的中间有一跳变,位中间的跳变既作时钟信号,又作数据信号;从低到高跳变表示"0",从高到低跳变表示"1",中间不发生跳变的为错误编码,下面将举个例子说明一下曼彻斯特编码检测冲突位的原理。假设有两标签,标签1和标签2的ID号分别为:10110001和11010110。依据曼彻斯特编码可识别出冲突位,两标签同时向读写器发送数据标签,读写器根据曼彻斯特编码的特性,解码得到:1XX10XXX。即1XX10XXX为冲突码。
S3:读写器解析所述冲突码序列前N位,解析获得原码,其中,所述N为预设值;所述N等于窗口LW的长度。前N位表示从左往右数前N位。
S31:读写器从ID冲突信息的高位取窗口LW的长度,发送LW的掩码Ⅰ至标签端;
S32:标签收到读写器发送的掩码Ⅰ后,根据所述掩码Ⅰ中1的位置,找到自身ID中对应位置的原码,同时,按全译码器原理获得原码的转换码,将自身ID和转换码发送至读写器;全译码器如3-8译码器、4-16译码器。
S33:读写器根据曼切斯特编码原理,解码得到ID和转换码的冲突信息;
S34:读写器根据转换码的冲突码,将冲突码译码得到原码。
S4:读写器根据所述原码类型进行分组,获得分组集合A,
A=∑dn (1)
其中,A表示所述若干RFID标签的分组集合,dn表示分组集合A的各个子集合,n表示变量且n小于等于L转换码表示转换码的长度;如图2所示,
S5:读写器判断子集合dn内是否存在标签冲突,若是,则RFID读写器向子集合dn下发掩码Ⅱ,相匹配的RFID标签接收掩码将自身ID发送至读写器,进入步骤S2;若否,进入步骤S6;
S6:读写器识别子集合dn内标签ID,RFID读写器判断是否n大于转换码的长度L转换码,若否,则令n=n+1,进入步骤S5,若是,则进入步骤S7;
S7:RFID读写器判断是否所有RFID标签均被识别,若是,则结束;若否则进入步骤S1。本方法基于二进制树形搜索方法,根据曼切斯特编码原理,准确识别标签冲突的比特位,通过预设滑动窗口大小对冲突的比特位序列依次识别,从而逐步缩小分组的大小,直到读出所有标签ID;本方法识别精度高、速度快,此外在标签很多且标签ID过长的情况下的延时短,耗时短、识别效率高。
在本实施例中,所述窗口LW的长度,2≤LW≤LX≤L原码,其中,其中,LW表示窗口的比特位位数,LX表示冲突信息的比特位位数,L原码表示标签ID的比特位位数。窗口LW的长度可根据实际标签ID位数来设置,可设置为2,3,4…,理论可设置为无穷大,但是考虑到实际应用应限制在5以内,这样转换码的长度被限制在32比特,避免过多的信息传送导致标签的访问延迟等问题。
在本实施例中,所述掩码包括掩码DM和冲突掩码,所述掩码DM的比特位位数与标签ID的位数相同,前LW个冲突位X置1,其他BIT位全部置0,冲突掩码为1。
在本实施例中,所述掩码Ⅱ包括掩码DM、匹配掩码和信息码HX,所述掩码DM的比特位位数与标签ID的位数相同,前LW个冲突位X置1,其他BIT位全部置0,匹配码为0,信息码HX的比特位位数与标签ID的位数相同,信息码HX码头为子集合dn中的码字,其余BIT位信息码置0。
所述L转换码转换码的长度采用如下方法确定,
Figure BDA0002460242250000061
其中,L转换码表示转换码的比特位位数,L原码表示标签ID的比特位位数。
本发明在二进制树形搜索方法的基础上,引入了一种基于标签序列号扩展分组的防碰撞协议,该防碰撞协议同样是基于曼彻斯特编码原理,对读写器覆盖区域的标签ID所构成的集合按照冲突的BIT(这里叫窗口大小)进行分组,通过分组再分组的递归方式实现标签ID的准确识别。
读写器读取到多个标签的信息之后,根据曼彻斯特编码原理检查冲突的BIT位,当冲突的标签ID信息BIT位确定之后,再根据冲突的BIT位来划分标签的子集。该方法中,当读写器检测到标签序列号冲突后,将冲突的BIT位按照一定的窗口将标签划分若干子集,窗口大小Wsize≥2,然后根据窗口的大小及位置下发冲突的BIT位信息给标签,标签收到后按照位扩展3-8译码器的原理将标签原始ID号连同转换码一起发送给读写器。读写器收到转换码后解析转换码,同时将窗口向右移动,再次将解析后的冲突BIT位连同下个窗口冲突的BIT位一起发送给标签,依次迭代直到所有的冲突BIT位都被解析,至此读写器所覆盖区域的标签ID号识别完成。
下面通过一个实例来说明:
假设某区域有12个标签,标签ID如下所示:标签1-000000,标签2-101010,标签3-010101,标签4-000001,标签5-110011,标签6-100011,标签7-111001,标签8-111111,标签9-000111,标签10-101011,标签11-101011,标签12-010011。
在本实施中,将读写器发送命令+标签响应+读写器处理所述标签响应设置为一步。详细步骤如下:
第一步
读写器设置于所述区域后,立即发送索取标签ID命令,所述ID命令的长度为标签ID的比特位数且各个位置1,在本实施例中索取标签ID命令为6位且各个位置1:111111,标签收到命令后发送自身的ID至读写器,根据曼切斯特编码原理,解码得到ID冲突信息:XXXXXX。
第二步
读写器从ID冲突信息的高位取窗口LW的长度,发送LW的掩码DM和冲突掩码至标签端。其中,所述窗口LW的长度(所述长度为比特位的位数)需满足以下式子:2≤LW≤LX≤L原码,其中,LW表示窗口的比特位位数,LX表示冲突信息的比特位位数,L原码表示标签ID的比特位位数;在本实施例中,LW为2;掩码DM的比特位位数与标签ID的位数相同,前LW个冲突位X置1,其他BIT位全部置0,在本实施例中,掩码DM位110000;冲突掩码用1表示。在本实施例中,读写器向标签发送掩码DM和冲突掩码:110000 1。
标签收到读写器发送的掩码和冲突掩码后,根据所述掩码中1的位置,找到自身ID中对应位置的原码,同时,按3-8译码器原理获得原码的转换码,将自身ID和转换码发送至读写器;在本实施例中,各个标签向读写器发送的信息如下:标签1--000000 0001,标签2--101010 0100,标签3--010101 0010,标签4--000001 0001,标签5--110011 1000,标签6--100011 0100,标签7--111001 1000,标签8--111111 1000,标签9--000111 0001,标签10-1010110100,标签11-101011 0100,标签12-010011 0010。
读写器根据曼切斯特编码原理,解码得到ID和转换码的冲突信息:XXXXXX,XXXX。读写器根据转换码的冲突码,将冲突码译码得到原码,根据原码的类型来划分子集,在本实施例中,原码为:00、01、10、11,即划分为4个子集,d0、d1、d2、d3
A=∑dn其中,n≤L转换码
第三步
读写器将子集d0中的码字取出,在本实施例中d0中的码字为00。读写器向标签下发掩码DM+匹配掩码+信息码HX,其中,掩码DM如S2中的掩码设置;匹配码为0;信息码HX的长度与掩码DM的1的个数相等,信息码HX的后面补0补足标签ID的长度,在本实施例中信息码,信息码包括信息码头和信息码,信息码头为d0中的码字为00,其余BIT位信息码置0,即位000000,综上所述,读写器向标签下发掩码DM+匹配掩码+信息码HX,110000 0 000000。此外,读写器将子集d1、d2、d3压入堆栈中。
标签根据读写器下发的命令,根据所述掩码中1的位置,找到自身ID中对应位置的码字,同时,判断对应位置的码字与信息码对应位置的信息是否匹配,若不匹配则不发送,若匹配则将自身ID发送至读写器;在本实施例中,则有标签1—000000,标签4—000001,标签9—000111将自身ID发送至读写器。
判断是否再次冲突,若没有冲突,则直接进入第六步;若再有冲突,进入第四步。在本实施例中,读写器解码标签的响应,解码得到ID冲突信息:000XXX。存在冲突,进入第四步。
第四步
读写器判断生成新的冲突码序列,将冲突码的头部转换为相应的掩码,将掩码+冲突掩码+信息码HX发送至冲突的标签;在本实施例中,读写器判断生成新的冲突码序列,将冲突码的头部转换为相应的掩码000110+冲突掩码+信息码HX00发送给冲突的标签,在本实施例中,即发送000110 1 00至标签1、标签4和标签9。
标签收到读写器发送的掩码+冲突掩码+信息码头后,根据所述掩码中1的位置,找到自身ID中对应位置的原码,同时,码按3-8译码器原理获得原码的转换码,将自身ID和转换码发送至读写器;在本实施例中,各个标签向读写器发送的信息如下:标签1—0000000001,标签4—000001 0001,标签9—0001111000。
读写器解码标签的响应,解码得到ID冲突信息:000XXX X00X。读写器根据转换码的冲突码,将冲突码译码得到原码,根据原码的类型来划分子集,在本实施例中,原码为:00、11,即划分为2个子集,d00、d01
d0=∑d0n其中,n≤L转换码
第五步
读写器将子集d00中的码字取出,在本实施例中d00中的码字为00,读写器向标签下发掩码DM+匹配掩码+信息码HX,在本实施例中为:111100 0 000000。此外,读写器将子集d01压入堆栈中。
标签根据读写器下发的命令,根据所述掩码中1的位置,找到自身ID中对应位置的码字,同时,判断对应位置的码字与信息码对应位置的信息是否匹配,若不匹配则不发送,若匹配则将自身ID发送至读写器;在本实施例中,则有标签1—000000,标签4—000001将自身ID发送至读写器。
读写器判断是否再次冲突,若没有冲突,则直接进入第六步;若再有冲突,进入第四步。在本实施例中,读写器解码标签的响应,解码得到ID冲突信息:00000X。根据解码规则和标签数量,则可得到标签的原码信息,可直接判断出子集d00中的标签ID信息。可知,标签ID为000000和000001,即识别
第六步
根据扩展码解析出标签的ID信息,并于当前的标签进行信息交换。然后标签识别的过程被重复执行,读写器递归查询,直至获得每一个标签的ID信息。
实施例二:在本实施例中设定分组的窗口Wsize大小为2。
一、读写器下发全111..11序列号(ID)索取指令至标签端,标签
收到读写器下发的全1指令后立即上送自身的ID给读写器,这时候由于标签ID各不相同,各个标签上送的ID信号会在读写器端出现冲突,冲突的比特位是标签ID中的比特位0/1叠加造成的。如下表一所示,冲突的比特位用X表示,子集S0包含了所有发生冲突的标签ID。所有冲突的比特位构成了冲突码,此时的冲突码为X0。根据冲突码的前个冲突的比特位,再次划分子集S00\S01\S10\S11,其中S00子集是冲突码中前两比特位对应标签ID的相应比特位为00的所有标签集合。S01\S10\S11子集以此类推,分别是标签ID的对应位是01\10\11的标签ID集合。
二、读写器下发查询冲突码X0,X1指令给集合S0的所有标签,要求集合S0的所有标签上送X0,X1冲突位信息,标签收到指令后,按下方法组合指令并上送。
标签判断X0,X1在标签ID中的位置,得到X0,X1的原码,根据表四原码和转换码的转换关系,将原码转换为转换码。原码转换为对应转换码的思路类似3-8译码器,4-16译码器。转换码中1的不同位置代表原码信息。
标签ID冲突原码与转换码的公式为:
L转换码=2L原码 (L原码≥2) (1)
D转换码=(1<<N原码)|D0 (2)
标签将转换码发送至读写器,转换码必然会在读写器端再次产生冲突,读写器根据发生冲突的位置即可判断出原码的信息。
举例如下:
(1)假设转换码产生的冲突码为00XX,X的位置必然和转换码中1的位置相同,这样可以查表四破译出转换码由0001和0010组成,再翻译为原码00、01两个码字。
(2)假设转换码产生的冲突码为XXXX,这样可以查表四破译出转换码由0001和0010、0100、1000组成,再翻译为原码00、01、11、10四个码字。
三、读写器根据已知的ID比特位和冲突码查询子集S00中标签,再次获得子集S00中的标签上送ID信息所产生的冲突码X1如表三所示。读写器根据表二所描述的冲突码查询方法,再次破译获得X1中的前两个比特位信息。读写器根据已知的ID比特位和冲突码X0,X1中前两位比特位组成的已知码组将S00再次分组得到S0000/S0001/S0010/S0011
四、读写器根据三中的描述查询S0000中的冲突码信息,并再次分组得到
S000001/S000010l两个子集,查询两个子得到标签4和标签5ID信息。再次查询S0010/S0010/S0011子集,得到标签1、2、3ID信息。
五、读写器递归查询S01\S10\S11子集读出所有标签。至此,所有标签ID查询完成,读写器可以根据已知的标签ID信息与标签进行数据交互。
表一:标签ID第一次分组
Figure BDA0002460242250000111
表二:标签ID第二次分组
Figure BDA0002460242250000121
表三:标签ID第三次分组
Figure BDA0002460242250000122
表四:冲突码中的比特位原码和转换码表
Figure BDA0002460242250000123
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种基于标签序列号滑动窗口迭代分组的防冲突方法,其特征在于:所述方法具体包括以下步骤:
S1:读写器向其射频范围内的若干RFID标签发送索取RFID标签ID的命令,RFID标签收到所述命令后向RFID读写器发送自身ID,读写器读取RFID标签ID;
S2:读写器根据曼切斯特编码原理,获得所述若干RFID标签ID的冲突码序列;
S3:读写器解析所述冲突码序列前N位,解析获得原码,其中,所述N为预设值;
S4:读写器根据所述原码类型进行分组,获得分组集合A,
A=∑dn (1)
其中,A表示所述若干RFID标签的分组集合,dn表示分组集合A的各个子集合,n表示变量且n小于等于L转换码,其中,L转换码表示转换码的比特位位数;
S5:读写器判断子集合dn内是否存在标签冲突,若是,则RFID读写器向子集合dn下发掩码Ⅱ,相匹配的RFID标签接收掩码将自身ID发送至读写器,进入步骤S2;若否,进入步骤S6;
S6:读写器识别子集合dn内标签ID,RFID读写器判断是否n大于转换码的长度L转换码,若否,则令n=n+1,进入步骤S5,若是,则进入步骤S7;
S7:RFID读写器判断是否所有RFID标签均被识别,若是,则结束;若否则进入步骤S1;
所述步骤S3具体包括如下步骤:
S31:读写器从突码序列的高位取窗口LW的长度,发送LW的掩码Ⅰ至标签端;
S32:标签收到读写器发送的掩码Ⅰ后,根据所述掩码Ⅰ中1的位置,找到自身ID中对应位置的原码,同时,码按全译码器原理获得原码的转换码,将自身ID和转换码发送至读写器;
S33:读写器根据曼切斯特编码原理,解码得到ID和转换码的冲突信息;
S34:读写器根据转换码的冲突码,将冲突码译码得到原码。
2.根据权利要求1所述基于标签序列号滑动窗口迭代分组的防冲突方法,其特征在于:所述窗口LW的长度,2≤LW≤LX≤L原码,其中,其中,LW表示窗口的比特位位数,LX表示冲突信息的比特位位数,L原码表示标签ID的比特位位数。
3.根据权利要求1所述基于标签序列号滑动窗口迭代分组的防冲突方法,其特征在于:所述掩码包括掩码DM和冲突掩码,所述掩码DM的比特位位数与标签ID的位数相同,前LW个冲突位X置1,其他BIT位全部置0,冲突掩码为1。
4.根据权利要求1所述基于标签序列号滑动窗口迭代分组的防冲突方法,其特征在于:所述掩码Ⅱ包括掩码DM、匹配掩码和信息码HX,所述掩码DM的比特位位数与标签ID的位数相同,前LW个冲突位X置1,其他BIT位全部置0,匹配码为0,信息码HX的比特位位数与标签ID的位数相同,信息码HX码头为子集合dn中的码字,其余BIT位信息码置0。
5.根据权利要求1所述基于标签序列号滑动窗口迭代分组的防冲突方法,其特征在于:所述L转换码转换码的长度采用如下方法确定,
Figure FDA0004189695750000021
其中,L转换码表示转换码的比特位位数,L原码表示标签ID的比特位位数。
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