CN112906417B - 多标签防碰撞读取方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多标签防碰撞读取方法及系统，属于标签识别技术领域，读取激活后处于应答状态的标签所在的帧时隙；当读取的帧时隙的数量达到最小样本数量时，计算当前标签读取效率以及未读总标签数量，建立最优帧长度对应查找表；查找使标签读取效率最高的帧长度，作为最优帧长度；根据最优帧长度，调整当前的帧长度并为所有标签重新分配时隙。本发明在进行射频识别标签读取时可动态调整帧长度，避免了射频识别当中的标签碰撞问题，同时提高了标签读取算法的效率。

Description

多标签防碰撞读取方法及系统
技术领域
本发明涉及标签识别技术领域，具体涉及一种超高频射频识别多标签防碰撞读取方法及系统。
背景技术
射频识别技术是一种利用无线射频信号进行的非接触式的双向通信，可实现目标物体的标识及管理，具有识别速度快、批量识别等优点，广泛应用于物联网关、工业以及交通等诸多领域。在RFID批量读取标签的应用中，如读取范围内有多个标签同时响应，则会产生读取碰撞问题，影响标签读取算法的效率。
为了避免多标签读取的碰撞，目前常用的防碰撞算法有Aloha算法和基于树的算法。Aloha算法的实现复杂度低，识别速度快，但只有在标签数量和帧长度相同时标签读取效率才会达到最高，且最高读取效率仅在36.8％附近。基于树的算法标签读取效率相对较高，但是基于树的算法实现复杂度高，收敛速度慢，且识别时间较长。
EPC Gen2标准中采用了基于Q值的动态帧时隙Aloha算法，通过动态调整Q值来改变帧长度以减少无效的空闲和碰撞时隙，来提高系统效率，但Q值在动态环境中可能会出现反复变化，导致标签读取效率下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够通过帧时隙的自动、实时调整，实现读取任意标签量时帧长度的自适应，且可以防止帧长度在动态调整时出现反复变化，将标签读取效率始终维持在一个较高水平的射频识别多标签防碰撞读取方法及系统，以解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
第一方面，本发明提供一种多标签防碰撞读取方法，包括：
读取激活后处于应答状态的标签所在的帧时隙；
当读取的帧时隙的数量达到最小样本数量时，计算当前标签读取效率以及未读总标签数量，建立最优帧长度对应查找表；
查找使标签读取效率最高的帧长度，作为最优帧长度；
根据最优帧长度，调整当前的帧长度并为所有标签重新分配时隙。
优选的，激活标签时，未读标签接收读写器发送的激活指令，激活后的待读标签转换为就绪状态；标签内部的槽计数器根据激活指令随机产生槽计数值，槽计数值大于0的标签进入仲裁状态，而槽计数值等于0的标签进入应答状态；应答状态下的标签所在的时隙会被读写器读取，读写器每读取一帧时隙，仲裁状态下的标签槽计数器即进行减值操作，直至所有帧被读取完毕。
优选的，计算当前标签读取效率包括：当读写器读取的时隙数量大于或等于最小样本数量后，通过已读时隙中空闲时隙与碰撞时隙数目占已读时隙数目的比例，判断当前标签读取效率。
优选的，计算未读总标签数量包括：若空闲时隙占已读时隙数目的比例和碰撞时隙数目占已读时隙数目的比例均满足阈值范围，则统计所有已读时隙结果，根据成功时隙与空闲时隙的数目，利用泊松分布实时计算未读总标签数量。
优选的，建立最优帧长度对应查找表包括：将未读总标签数量、帧长度和标签读取效率建立联系，判断标签量与帧长度处于何种比例状态下能够使得标签读取效率最高，建立最优帧长度对应查找表。
优选的，根据最优帧长度，调整当前的帧长度并为所有标签重新分配时隙包括：
将实时计算得到的未读标签数量代入最优帧长度对应查找表中，使用查表法获取使标签读取效率最高的帧长度，判断当前帧长度是否为最优帧长度，若否，则调整当前帧长度的Q值，并为所有标签重新分配时隙。
优选的，就绪状态下的标签根据激活指令为标签槽计数器分配槽计数值，槽计数值的范围为[0,2Q-1]，槽计数值对应了帧长度为2Q的时隙，分配了槽计数值后标签转换为仲裁状态；槽计数值为0的标签所在时隙被读写器读取，时隙内标签随之转换为应答状态；若时隙内仅有一个标签，则可继续转换为确认状态，否则需返回就绪状态等待读写器重新为其分配槽计数值。
第二方面，本发明提供一种多标签防碰撞读取系统，包括：
读取模块，用于读取激活后处于应答状态的标签所在的帧时隙；
计算模块，用于当读取的帧时隙的数量达到最小样本数量时，计算当前标签读取效率以及未读总标签数量；
构建模块，用于根据当前标签读取效率以及未读总标签数量，建立最优帧长度对应查找表；
查找模块，用于根据最优帧长度对应查找表，查找使标签读取效率最高的帧长度，作为最优帧长度；
调整模块，用于根据最优帧长度，调整当前的帧长度并为所有标签重新分配时隙。
第三方面，本发明提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质包括用于执行如上所述的多标签防碰撞读取方法的指令。
第四方面，本发明提供一种电子设备，包括如上所述的非暂态计算机可读存储介质；以及能够执行所述非暂态计算机可读存储介质的所述指令的一个或多个处理器。
本发明有益效果：射频识别标签读取时可动态调整帧长度，使读取效率始终维持在较高的水准，避免了射频识别当中的标签碰撞问题，提高了标签读取算法的效率。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所述的帧长度自动调整总体流程示意图。
图2为本发明实施例所述的射频识别动态帧时隙标签读取流程图。
图3为本发明实施例所述的不同帧长度下读取标签的系统效率仿真图。
图4为本发明实施例所述的标签状态转换流程示意图。
具体实施方式
下面详细叙述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。
还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或它们的组。
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发明的至少一个实施例或示例中。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。
为便于理解本发明，下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步解释说明，且具体实施例并不构成对本发明实施例的限定。
本领域技术人员应该理解，附图只是实施例的示意图，附图中的部件并不一定是实施本发明所必须的。
实施例1
本发明实施例1提供一种多标签防碰撞读取系统，该系统包括：
读取模块，用于读取激活后处于应答状态的标签所在的帧时隙；
计算模块，用于当读取的帧时隙的数量达到最小样本数量时，计算当前标签读取效率以及未读总标签数量；
构建模块，用于根据当前标签读取效率以及未读总标签数量，建立最优帧长度对应查找表；
查找模块，用于根据最优帧长度对应查找表，查找使标签读取效率最高的帧长度，作为最优帧长度；
调整模块，用于根据最优帧长度，调整当前的帧长度并为所有标签重新分配时隙。
利用上述的多标签防碰撞读取系统，实现了多标签防碰撞读取方法，该方法包括：
利用读取模块读取激活后处于应答状态的标签所在的帧时隙；
当读取的帧时隙的数量达到最小样本数量时，利用计算模块计算当前标签读取效率以及未读总标签数量；
然后，利用构建模块根据当前标签读取效率以及未读总标签数量，建立最优帧长度对应查找表；
查找模块查找使标签读取效率最高的帧长度，作为最优帧长度；
利用调整模块根据最优帧长度，调整当前的帧长度并为所有标签重新分配时隙。
在本实施例1所述的方法中，在进行激活标签时，未读标签接收读写器发送的激活指令，激活后的待读标签转换为就绪状态；标签内部的槽计数器根据激活指令随机产生槽计数值，槽计数值对应了帧长度为2Q的时隙，槽计数值大于0的标签进入仲裁状态，而槽计数值等于0的标签进入应答状态；应答状态下的标签所在的时隙会被读写器读取，读写器每读取一帧时隙，仲裁状态下的标签槽计数器即进行减值操作，直至所有帧被读取完毕。
具体的，射频识别开始，读写器发送信号指令激活所有未读标签，被激活后的标签处于就绪状态，并在此状态下等待读写器的下一条指令。处于就绪状态下的标签根据激活指令随机载入槽计数器值，槽计数值存储于标签槽计数器内，其范围为
Figure BDA0003005773180000061
激活指令默认初始Q值为4，槽计数器值相同的标签视为处在同一时隙当中，分配到槽计数值的标签可转换为仲裁状态或应答状态，槽计数值为0的标签进入应答状态，并被读写器读取，其余处于仲裁状态下的标签的槽计数值做减值操作，直至标签槽计数值等于0时进入应答状态被读写器读取停止减值操作。若一时隙内有且仅有一个标签，则时隙内的应答状态下的标签可被读写器成功读取，并转换为确认状态，否则返回就绪状态。
在计算模块中，当读写器读取的时隙数量大于或等于最小样本数量后，通过已读时隙中空闲时隙与碰撞时隙数目占已读时隙数目的比例，判断当前标签读取效率。若空闲时隙占已读时隙数目的比例和碰撞时隙数目占已读时隙数目的比例均满足阈值范围，则统计所有已读时隙结果，根据成功时隙与空闲时隙的数目，利用泊松分布实时计算未读总标签数量。
具体的，待已读时隙数目等于或大于最小标签样本数量时，便开始分析当前标签读取效率并对总标签量进行估计，当标签读取效率过低时，读写器会调整Q值并重新为标签分配时隙数目。
参与标签量估计样本的读取时隙中空闲与碰撞的数目均被实时记录，空闲与碰撞的时隙数目占总样本数目的比例分别记为I与C，利用I与C可分析当前标签读取效率，若标签读取效率过低则可进一步根据I和C调整Q值。
当I与C在阈值范围内，则可认定当前空闲或碰撞时隙数目过多且标签读取效率偏低，当效率偏低时，则根据I和C调整Q值并为所有标签重新分配时隙，若I在[0.8,1]之间，则说明当前帧长度数值过大，则需减小Q值并重新分配时隙数目，若C在[0.8,1]之间，则说明当前帧长度数值过小，则需增大Q值并重新分配时隙数目。
若I和C可维持在一定的范围内，则可得出结论：本轮标签射频识别无大部分时隙空闲或碰撞的问题存在，在此前提下，可以使用泊松分布估计总标签量，从而得到合理的Q值。
若本轮射频识别结果可以使得I和C的值全部小于0.8，则统计所有已读时隙结果，计算其中的空闲和成功时隙数目在已读时隙数目中所占的比例，若成功时隙数目所占比例未达到0.36，则将空闲和成功时隙所占比例全部代入泊松分布公式中进行一次总标签数量的估计，若成功时隙数目所占比例达到0.36，则仅使用空闲时隙在全部已读时隙中所占的比例代入泊松分布公式中进行总标签数量的估计。
利用构建模块建立最优帧长度对应查找表时，将未读总标签数量、帧长度和标签读取效率建立联系，判断标签量与帧长度处于何种比例状态下能够使得标签读取效率最高，建立最优帧长度对应查找表。
利用查找模块，将实时计算得到的未读标签数量代入最优帧长度对应查找表中，使用查表法获取使标签读取效率最高的帧长度；最后利用调整模块判断当前帧长度是否为最优帧长度，若否，则调整当前帧长度的Q值，并为所有标签重新分配时隙。
具体的，在构建查找表时，分析标签量与帧长度之间是否存在某种关系可以使得标签读取效率最高，固定一种帧长度，在此帧长度下观察标签读取效率随着标签量的变化；对标签读取效率的变化进行仿真，并比较多种不同的帧长度对标签读取效率的影响，判断在不同帧长度下随着标签数量的增长，标签读取效率会以什么趋势进行变化。根据不同帧长度下标签读取效率的对比数据总结得出每个帧长度所对应的标签读取效率最高的标签数量区间，将标签量大小、帧长度和标签读取效率建立联系，得出标签量对应最优帧长度查找表。
在本实施例1中，射频识别标签读取时可动态调整帧长度，使系统效率始终维持在较高的水准。既能解决射频识别当中的标签碰撞问题，还可以提升标签读取算法的效率，使得RFID面临的两个关键问题得以同时解决。
实施例2
本发明实施例2提供超高频射频识别多标签读取的防碰撞方法，用于解决射频识别读取范围内有多个标签同时响应的碰撞问题，可以实现提升标签读取算法的效率，使标签读取过程中的帧长度始终保持在使读取效率最大化的附近，以较高的效率完成标签的读取。
如图1所示，本实施例2中所述的多标签防碰撞读取方法包括如下步骤：
步骤一：射频识别开始，读写器发送指令激活所有待读标签，并使激活后的待读标签转换为就绪状态，在标签进入就绪状态后，标签内部的槽计数器根据激活指令随机产生帧长度为2Q的槽计数值，槽计数值大于0的标签进入仲裁状态，而槽计数值等于0的标签进入应答状态，应答状态下的标签所在的时隙会即刻被读写器读取，其余槽计数值大于0标签则继续维持仲裁状态，读写器每读取一帧，仲裁状态下的标签槽计数器即进行减值操作，直至所有帧被读取完毕。
步骤二：当读写器按照步骤一的操作读取大于或等于最小样本数量后，便开始分析当前标签读取效率并估计总标签数量，通过已读时隙中空闲与碰撞时隙数目占已读时隙数目的比例，判断标签读取效率并调整Q值，将空闲时隙数目占已读时隙数目比例记为I，碰撞时隙数目占已读时隙数目比例记为C，若I与C在阈值范围内，则说明当前标签读取效率过低，则需要立刻调整Q值并为未读标签重新分配时隙。
步骤三：若在步骤二的时隙读取过程中，I与C满足阈值范围，则统计所有已读时隙结果，根据成功时隙与空闲时隙的数目，利用泊松分布进行实时未读标签数量的估计。
步骤四：将总标签数量、帧长度和标签读取效率建立联系，判断标签量与帧长度处于何种比例状态下能够使得标签读取效率最高，建立标签量对应最优帧长度查找表。
步骤五：将估计得到的未读标签数量代入最优帧长度查找表中，使用查表法获得可使标签读取效率最高的帧长度，根据当前Q值对应帧长度可否使得标签读取效率最高判断是否需要调整Q值，若需要，则调整Q值并为所有标签重新分配时隙。
在步骤一中，射频识别开始，读写器发送信号指令激活所有未读标签，被激活后的标签处于就绪状态，并在此状态下等待读写器的下一条指令。
处于就绪状态下的标签根据激活指令随机载入槽计数器值，槽计数值存储于标签槽计数器内，其范围为[0，2Q-1]，激活指令默认初始Q值为4，槽计数器值相同的标签视为处在同一时隙当中，分配到槽计数值的标签可转换为仲裁状态或应答状态，槽计数值为0的标签进入应答状态，并被读写器读取，其余处于仲裁状态下的标签的槽计数值做减值操作，直至标签槽计数值等于0时进入应答状态被读写器读取停止减值操作；
若一时隙内有且仅有一个标签，则时隙内的应答状态下的标签可被读写器成功读取，并转换为确认状态，否则返回就绪状态；
在步骤二中：待已读时隙数目等于或大于最小标签样本数量时，便开始分析当前标签读取效率并对总标签量进行估计，当标签读取效率过低时，读写器会调整Q值并重新为标签分配时隙数目；
参与标签量估计样本的读取时隙中空闲与碰撞的数目均被实时记录，空闲与碰撞的时隙数目占总样本数目的比例分别记为I与C，利用I与C可分析当前标签读取效率，若标签读取效率过低则可进一步根据I和C调整Q值；
当I与C在阈值范围内，则可认定当前空闲或碰撞时隙数目过多且标签读取效率偏低，当效率偏低时，则根据I和C调整Q值并为所有标签重新分配时隙，若I在[0.8,1]之间，则说明当前帧长度数值过大，则需减小Q值并重新分配时隙数目，若C在[0.8,1]之间，则说明当前帧长度数值过小，则需增大Q值并重新分配时隙数目。
在步骤三中，若I和C可维持在一定的范围内，则可得出结论：本轮标签射频识别无大部分时隙空闲或碰撞的问题存在，在此前提下，可以使用泊松分布估计总标签量，从而得到合理的Q值；
若本轮射频识别结果可以使得I和C的值全部小于0.8，则统计所有已读时隙结果，计算其中的空闲和成功时隙数目在已读时隙数目中所占的比例，若成功时隙数目所占比例未达到0.36，则将空闲和成功时隙所占比例全部代入泊松分布公式中进行一次总标签数量的估计，若成功时隙数目所占比例达到0.36，则仅使用空闲时隙在全部已读时隙中所占的比例代入泊松分布公式中进行总标签数量的估计。
在步骤四中，分析标签量与帧长度之间是否存在某种关系可以使得标签读取效率最高，固定一种帧长度，在此帧长度下观察标签读取效率随着标签量的变化；
对标签读取效率的变化进行仿真，并比较多种不同的帧长度对标签读取效率的影响，判断在不同帧长度下随着标签数量的增长，标签读取效率会以什么趋势进行变化；
根据不同帧长度下标签读取效率的对比数据总结得出每个帧长度所对应的标签读取效率最高的标签数量区间，将标签量大小、帧长度和标签读取效率建立联系，得出标签量对应最优帧长度查找表；
在步骤五中，将估计得到的总标签数量代入最优帧长度查找表中，对总标签数量使用查表法，得出可使标签读取效率最高的帧长度(最优帧长度)，并得出最优帧长度对应Q值；
若得出最优帧长度对应Q值后与现有Q值进行比较，判断当前Q值与最优帧长度对应Q值是否相等，若二者相等，则当前Q值可使得标签读取效率最高，不需要进行调整，否则将以最优帧长度对应Q值进行下一轮的射频识别。
实施例3
在本实施例3中，针对目前射频识别读取标签存在的射频识别读取范围内有多个标签同时响应会产生碰撞、普通的RFID射频识别防碰撞算法标签读取效率偏低等缺陷，在EPC Gen2标准基础上提出的一种高效率且稳定的防碰撞标签读取算法，有设计简单，可靠性高，实用性强等优点。
本实施例3中，能够完成对射频识别中总标签量的估计和动态帧时隙Aloha算法的帧长度自适应功能，实现射频识别防碰撞算法，并将标签读取效率维持在一个较高的水准。
射频识别读取标签时，标签共有四种状态：就绪状态、仲裁状态、应答状态和确认状态，标签状态转换流程如图4所示。
估测总标签量完善总标签数量存储寄存器TAGS_NUM时共有四种状态，按照先后顺序为：起始状态、时隙读取状态、估计标签量状态和完成状态。本实施例3所述的防碰撞算法中，帧长度动态调整流程图如图1所示。
如图2所示，本实施例3提供的多标签防碰撞读取方法，包括如下步骤：
步骤一：在射频识别开始之后，由读写器控制进行读取标签，首先由读写器向所有未读标签发送开始指令，激活所有未读标签使其转换为就绪状态，并给标签内部的槽计数器分配一个槽计数值，槽计数值的范围在区间
Figure BDA0003005773180000121
内，开始指令默认初始Q值为4；
标签载入槽计数器值后，将槽计数器值相同的标签视为处在同一时隙当中，槽计数值为0的标签进入应答状态，槽计数值大于0的标签进入仲裁状态；
标签接收读写器发送的指令，处于应答状态下的标签会即刻被读写器读取，被读取的所有标签向读写器反向散射标签内部信息，当其所在时隙有且仅有一个标签时，读写器可成功接收标签发送的信息，成功向读写器发送过信息的标签转换为确认状态，当向读写器反向散射信息的标签数量为0或大于1时，读写器接收不到反向散射的信息或接收信息产生碰撞，读写器不可成功接收信息，认定无反向散射信息的时隙为空闲时隙，反向散射信息碰撞的时隙为碰撞时隙，碰撞时隙内的标签返回就绪状态等待下一轮读取；
处于仲裁状态下的标签不会被读写器读取，但标签内槽计数器会进行减值操作，直至标签槽计数器值为0标签转换为应答状态，便可被读写器读取。
步骤二：参与标签总量估计的最小标签样本数量根据Q值取值不同分两种情况进行处理：当Q大于等于4时，读取时隙数目达到10个以后，便开始对标签量进行估计；当Q小于等于4时，读取时隙数目达到2Q/2取整后，便开始对标签量进行估计；
参与标签量估计样本的读取时隙中空闲与碰撞的数目均被实时记录，在达到最小样本后开始对总标签数量进行估计，之后的每一时隙标签读取都视作参与标签量估计样本量的扩展，其空闲与碰撞数目也均被记录。其中将空闲时隙的数目记为I，碰撞时隙的数目记为C，通过I与C可得到标签读取效率，并对总标签量进行估计；
为了使标签读取效率维持在较高的水平上，并提高计算处理效率，采样两种措施相结合的方式，第一是直接根据读取效率的反馈直接进行Q值的调整，这种情况仅限使用与读取效率极低的情况。第二是根据标签量估计结果，合理分配一个能使标签读取效率维持在更高水平上的Q值，其中第一种措施是保证第二种措施能估计出一个更精确结果的前提条件；
首先若I与C在一定阈值范围内，则认定当前标签读取效率偏低，需要调整帧长度并重新分配时隙，调整Q值以提高标签读取效率，具体分为以下两种情况；
若I的值在区间[0.8,1]之内，则说明空闲时隙数目过多，当前帧长度相对于未读标签数量偏大，导致标签读取效率偏低，需要减小帧长度来提高标签读取效率，令Q＝Q-1以减小帧长度，Q的最小值为0；
若C的值在区间[0.8,1]之内，则说明碰撞时隙数目过多，当前帧长度相对于未读标签数量偏小，导致标签读取效率偏低，需要增大帧长度提高标签读取效率，令Q＝Q+1以增大帧长度，Q的最大值为15；
帧长度调整完毕后，需要重新分配标签的槽计数器值。
步骤三：若在时隙读取过程中，计算得到的I与C始终维持在区间(0,0.8)内，则证明本次随机分配标签进入时隙符合概率分布，没有出现标签集中于某一时隙的小概率事件，故根据标签量估计结果，合理分配一个能使标签读取效率维持在更高水平上的Q值，进行未读总标签数量的估计；
统计已读时隙的读取结果，得出其中的空闲、成功时隙数目，求得空闲和成功时隙数目在总样本数目中所占的比例，联合泊松分布估计参与本轮射频识别的总标签数量；
若成功时隙在总样本中所占的比例未达到0.36，则将空闲和成功时隙数目所占总样本数目的比例分别代入泊松分布公式中，其中空闲时隙概率视作P(x＝0)，成功时隙概率视作P(x＝1)：
Figure BDA0003005773180000141
由统计得到的P(x＝0)和P(x＝1)可得到两个泊松分布的λ值，为降低随机误差，以二者的均值作为最终的λ值；
利用泊松分布求得参与碰撞的标签个数为2时的概率为P(x＝2)，以及参与碰撞的标签个数为3、4、5时的概率P(x＝3)、P(x＝4)和P(x＝5)。由于在标签读取过程中，参与碰撞的标签个数为大于5时的概率非常小，因此将P(x>5)时的概率忽略。因此总的标签数N总为：
Figure BDA0003005773180000142
若成功时隙在总样本中所占的比例达到0.36，则仅将空闲时隙所占总样本数的比例代入泊松分布公式中，求得对应的λ值，用公式(1)计算总的标签数；需要注意的是，估计出的总标签数量需要减去本轮成功读取的标签数量，经计算后得出的才是未读标签数量。
步骤四：如图3所示，通过对防碰撞算法进行仿真分析可得出结论：帧长度大小的分配会影响到标签的读取效率，它们之间存在一定的关系。为得到使标签读取效率最高的最佳帧长度范围，对帧长度与标签读取效率进行模型仿真分析；
使用递增变化的标签量进行仿真验证，标签量的增量是其总数的0.05倍取整，每组标签量使用的帧长度范围也有不同，帧长度的范围为[0,2Q]，Q的范围为[1,16]。随着标签数量的增长，判断帧长度对标签读取效率的影响，分析在不同帧长度下标签读取效率的变化；
每轮射频识别成功读取时隙数目记为SUUESS_NUM，仿真过程中标签读取效率PSN可表示为：PSN＝SUUESS_UNM/2Q (2)
通过仿真为标签随机分配时隙，分配完成后，检测时隙内的标签数目，检测到时隙内只有一个标签时，即检测到成功读取的时隙，成功时隙的数目SUCCESS_NUM进行加值操作；
当所有时隙全部检测完毕后，将SUUESS_NUM的最终值代入公式(2)中即可得出系统效率。为减小因系统的随机性所造成的误差，对同一标签数量使用同一帧长度重复读取1000次，得出的系统效率进行取均值操作；
得到不同标签量在不同帧长度下的读取效率后，分别确定读取标签量保持最高效率的范围，部分帧长度下读取标签的系统效率仿真图如图4所示；
为了给出一个更精确的范围，缩小标签量的取值至不同帧长度标签读取效率曲线的交叉附近，根据仿真图像对比数据，总结得出每个帧长度能够保持读取标签最高效率的标签量区间，再次进行仿真；
在此区间内将标签量大小、帧长度和标签读取效率建立联系，并将每组标签量的增量精确为1，得出标签量对应最优帧长度查找表；
最优帧长度查找表如表1所示：
表1
Figure BDA0003005773180000161
步骤五：通过查表法得到最优帧长度后，可使用最优帧长度进行后续未读标签读取，来实现射频识别标签读取效率的大幅度提升；
将当前帧长度对应Q值与最优帧长度对应Q最优值进行比较，判断当前Q值对应帧长度可否使得下一轮标签读取效率继续维持在一个较高水平，若Q等于Q最优，则当前Q值对应帧长度可继续使得下一轮标签读取效率维持在一个较高水平，若Q不等于Q最优，则令Q等于Q最优，并重新为所有未读标签分配时隙进行新一轮的标签读取。
本实施例3所述的多标签读取方法，能够完成对射频识别中总标签量的估计和动态帧时隙Aloha算法的帧长度自适应功能，实现射频识别防碰撞算法，并将标签读取效率维持在一个较高的水准。
实施例4
本发明实施例4提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质包括用于执行多标签防碰撞读取方法的指令，该方法包括：
读取激活后处于应答状态的标签所在的帧时隙；
当读取的帧时隙的数量达到最小样本数量时，计算当前标签读取效率以及未读总标签数量，建立最优帧长度对应查找表；
查找使标签读取效率最高的帧长度，作为最优帧长度；
根据最优帧长度，调整当前的帧长度并为所有标签重新分配时隙。
实施例5
本发明实施例5提供一种电子设备，该电子设备包括一种非暂态计算机可读存储介质；以及能够执行所述非暂态计算机可读存储介质的所述指令的一个或多个处理器。所述非暂态计算机可读存储介质包括用于执行多标签防碰撞读取方法的指令，该方法包括：
读取激活后处于应答状态的标签所在的帧时隙；
当读取的帧时隙的数量达到最小样本数量时，计算当前标签读取效率以及未读总标签数量，建立最优帧长度对应查找表；
查找使标签读取效率最高的帧长度，作为最优帧长度；
根据最优帧长度，调整当前的帧长度并为所有标签重新分配时隙。
综上所述，本发明实施例所述的超高频射频识别多标签防碰撞读取的方法及系统，用于解决射频识别信号覆盖范围内有多个标签同时响应的碰撞问题。实现步骤分为五步，步骤一：射频识别开始，读写器激活所有未读标签使其进入就绪状态，标签根据激活指令随机载入帧长度为2Q的槽计数器值，待标签进入应答状态后，读写器开始对标签进行读取；步骤二：逐帧读取处于应答状态下的标签，当已读帧时隙数目等于或大于最小样本数量后时便开始分析当前标签读取效率，将已读时隙中空闲与碰撞时隙数目所占比例记为I与C，若I与C在阈值范围内，则需调整Q值并继续读取标签；步骤三：若I与C始终满足阈值范围，则根据泊松分布实时进行总标签数量的估计；步骤四：根据未读标签数量的大小，判断可使标签读取效率维持在较高水平下的最优帧长度范围，在此过程中引入标签量与最优帧长度对应查找表；步骤五：将估计得到的未读标签数量代入最优帧长度查找表中，使用查表法获得可使标签读取效率最高的帧长度范围以及由此所对应的最优Q值，来对Q值进行调整。上述方法及系统可实时根据未读标签数量，对帧长度大小进行调整，从而实现防碰撞算法的最优帧长度自适应，使标签读取的效率始终维持在一个较高的水平上。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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，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。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域技术人员在不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多标签防碰撞读取方法，其特征在于，包括：
读取激活后处于应答状态的标签所在的帧时隙；
当读取的帧时隙的数量达到最小样本数量时，计算当前标签读取效率以及未读总标签数量，建立最优帧长度对应查找表；建立最优帧长度对应查找表包括：将未读总标签数量、帧长度和标签读取效率建立联系，判断标签量与帧长度处于何种比例状态下能够使得标签读取效率最高，建立最优帧长度对应查找表；
查找使标签读取效率最高的帧长度，作为最优帧长度；
根据最优帧长度，调整当前的帧长度并为所有标签重新分配时隙。
2.根据权利要求1所述的多标签防碰撞读取方法，其特征在于，激活标签时，未读标签接收读写器发送的激活指令，激活后的待读标签转换为就绪状态；标签内部的槽计数器根据激活指令随机产生槽计数值，槽计数值大于0的标签进入仲裁状态，而槽计数值等于0的标签进入应答状态；应答状态下的标签所在的时隙会被读写器读取，读写器每读取一帧时隙，仲裁状态下的标签槽计数器即进行减值操作，直至所有帧被读取完毕。
3.根据权利要求2所述的多标签防碰撞读取方法，其特征在于，计算当前标签读取效率包括：当读写器读取的时隙数量大于或等于最小样本数量后，通过已读时隙中空闲时隙与碰撞时隙数目占已读时隙数目的比例，判断当前标签读取效率。
4.根据权利要求3所述的多标签防碰撞读取方法，其特征在于，计算未读总标签数量包括：若空闲时隙占已读时隙数目的比例和碰撞时隙数目占已读时隙数目的比例均满足阈值范围，则统计所有已读时隙结果，根据成功时隙与空闲时隙的数目，利用泊松分布实时计算未读总标签数量。
5.根据权利要求1所述的多标签防碰撞读取方法，其特征在于，根据最优帧长度，调整当前的帧长度并为所有标签重新分配时隙包括：
将实时计算得到的未读标签数量代入最优帧长度对应查找表中，使用查表法获取使标签读取效率最高的帧长度，判断当前帧长度是否为最优帧长度，若否，则调整当前帧长度的Q值，并为所有标签重新分配时隙。
6.根据权利要求2所述的多标签防碰撞读取方法，其特征在于，就绪状态下的标签根据激活指令为标签槽计数器分配槽计数值，槽计数值的范围为
Figure FDA0003653850790000021
槽计数值对应了帧长度为2Q的时隙，分配了槽计数值后标签转换为仲裁状态；槽计数值为0的标签所在时隙被读写器读取，时隙内标签随之转换为应答状态；若时隙内仅有一个标签，则可继续转换为确认状态，否则需返回就绪状态等待读写器重新为其分配槽计数值。
7.一种多标签防碰撞读取系统，其特征在于，包括：
读取模块，用于读取激活后处于应答状态的标签所在的帧时隙；
计算模块，用于当读取的帧时隙的数量达到最小样本数量时，计算当前标签读取效率以及未读总标签数量；
构建模块，用于根据当前标签读取效率以及未读总标签数量，建立最优帧长度对应查找表；建立最优帧长度对应查找表包括：将未读总标签数量、帧长度和标签读取效率建立联系，判断标签量与帧长度处于何种比例状态下能够使得标签读取效率最高，建立最优帧长度对应查找表；
查找模块，用于根据最优帧长度对应查找表，查找使标签读取效率最高的帧长度，作为最优帧长度；
调整模块，用于根据最优帧长度，调整当前的帧长度并为所有标签重新分配时隙。
8.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质包括用于执行如权利要求1-6任一项所述的多标签防碰撞读取方法的指令。
9.一种电子设备，其特征在于：包括如权利要求8所述的非暂态计算机可读存储介质；以及能够执行所述非暂态计算机可读存储介质的所述指令的一个或多个处理器。
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