CN102630091A - 一种基于超高频rfid***的防冲突方法 - Google Patents

一种基于超高频rfid***的防冲突方法 Download PDF

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张新波
王延平
盛辉
安文六
张涛
柯罗岗
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Abstract

本发明涉及一种基于超高频RFID***的防冲突方法。现有的方法针对超高频RFID***的防冲突问题在估计标签数目和标签数目过大时的标签无法识别问题没有一种高效的解决方法。本发明针对估计标签数目和标签数目过大各自提出了高效的解决方案。本发明保证标签识别效率的期望值稳定在34．6％～36．8％之间，针对标签分布不均匀的问题提出来一种可以改变帧长的方法，可以根据标签的多少改变帧长，针对常用的帧调整的防冲突方法中出现的帧长不能超过256的问题，提出了采用分组响应的方法。本发明有效地解决了密集标签的问题。

Description

一种基于超高频RFID***的防冲突方法
技术领域
本发明属于射频识别技术领域，涉及一种基于超高频RFID***的防冲突方法。背景技术
RFID(Radio Frequency Identification)是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预。作为条形码的无线版本，RFID技术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等特点，其应用将给零售、物流等产业带来革命性变化。由于RFID的应用已经越来越普遍，并逐渐成为企业提高物流供应链管理水平、降低成本、企业管理信息化、参与国际经济大循环、增强竞争能力不可缺少的技术工具和手段，新加坡、韩国等国都明确将RHD技术列为国家重点发展技术。
从RFID芯片设计方面上看，低频和高频频段的RFID技术已很成熟，该频段的RFID芯片用于各个领域。但由于超高频频段的RFID芯片设计中像天线、功耗、调制解调、防冲突等关键技术尚未取得突破性进展H3，到目前为止还没有完全自主产权的超高频RFID产品。
目前，超高频RFID的应用领域不断扩大，RFID技术的研究也出现加速的趋势。RFID芯片中防冲突方法等关键技术问题都是目前研究的热点。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种基于超高频RFID***的防冲突方法。
本发明解决技术问题所采取的技术方案为：
一种基于超高频RFID***的防冲突方法包括以下步骤：
步骤(1).开始新的识别周期。
步骤(2).阅读器向标签发送选择命令，估计并保存标签的数目。
步骤(3).判断标签数目是否超过帧时隙所允许的最大帧宽度，如果标签数目未超过帧时隙所允许的最大帧宽度，进行正常的识别过程；如果标签数目超过了帧时隙所允许的最大帧宽度，***将未读标签数分成若干组，并且在同一时间只允许一组标签返回序列号，再进行正常的识别过程。
步骤(4).该周期标签识别结束，开始下个周期的识别。
步骤(5).重复过程步骤(1)至步骤(4)直到所有标签都被读取。
进一步，步骤(2)中估计标签的数目的具体方法为：
为了对RFID***中的标签的数目进行估计，使用多址接入通信***中三元反馈模型。假定一个阅读器请求命令帧中的时隙的数目为F，标签的数目为N，那么在一个时隙中的n个标签是符合二项式分布的，如下所示：
Figure 888119DEST_PATH_IMAGE001
            (1)
由此可以得到每个时隙中都有n个标签的总的时隙数目期望值m为
Figure 867576DEST_PATH_IMAGE002
               (2)
根据式(2)，可以得到参数
Figure 958898DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 291790DEST_PATH_IMAGE004
以及
Figure 240209DEST_PATH_IMAGE006
                   (3)
Figure 569560DEST_PATH_IMAGE007
                  (4)
Figure 581509DEST_PATH_IMAGE008
                   (5)
其中
Figure 250388DEST_PATH_IMAGE009
表示成功时隙的数目，即在这些时隙中，只有一个标签传输数据给阅读器，并获得成功传输；
Figure 306069DEST_PATH_IMAGE010
表示空白时隙的数目，即在这些时隙中，没有任何标签进行数据传输；表示冲突时隙的数目，即在这些时隙中，有多于一个的标签进行数据传输，从而导致标签之间的冲突。
阅读器每次发送请求命令之后，就可以得到参数
Figure 171311DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure 507746DEST_PATH_IMAGE013
以及
Figure 937590DEST_PATH_IMAGE014
的数值，而前一帧的帧F为已知数据。所以，根据式(3)、(4)、(5)，就可以得到***中未被阅读器识别的标签的数目的期望值
Figure 241532DEST_PATH_IMAGE015
为
Figure 834100DEST_PATH_IMAGE016
               (6)
进一步，步骤(3)将标签分组的方法为：
***最大吞吐率在满足帧长与未识别标签数相等条件得到，因此采用分组数和帧长选择策略：设置最大帧长为256个时隙，这需要8bit长度数据来表示。当N>256时，将标签分组且组内满足F=256。
分组数采用倍增或减半的更改方式，由下式决定：
                       (7)
式（7）的含义为：随着标签数量的增大，当分组数为k时的***效率下降与分组数为2k时的***效率相等时，则在下一个读周期将分组数倍增，其中k为分组数，k为正整数。由此可以得到分组数有k到2k时的标签数量为： 
                    
Figure 417025DEST_PATH_IMAGE019
           (8)
本发明的有益效果：
（1）针对超高频RFID***应用过程中出现的标签冲突问题，提出了一种性能优越的改进的动态帧时隙ALOHA方法，该方法保证标签识别效率的期望值稳定在34．6％～36．8％之间。
（2）该方法针对标签分布不均匀的问题提出来一种可以改变帧长的方法，可以根据标签的多少改变帧长。
（3）该方法针对常用的帧调整的防冲突方法中出现的帧长不能超过256的问题，提出了采用分组响应的方法。有效的解决了密集标签的问题。
附图说明
图1为基于超高频RFID***的防冲突方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步描述。
如图1所示，一种基于超高频RFID***的防冲突方法包括以下步骤：
步骤(1).开始新的识别周期；
步骤(2).阅读器向标签发送选择命令，估计并保存标签的数目。在RFID***中，由于每次标签进入阅读器作用域都是随机的，意味着阅读器根本无法知实际有多少标签存在，因此一种基于超高频RFID***的防冲突方法就必须先预测标签的数目，然后才能确定帧长。
步骤(3).当标签增多时，增大帧长可在一定程度上改善***性能。但实际应用中帧长并不能无限增加，当标签数远大于256时，动态帧时隙ALOHA方法也存在所需时隙数指数增长的问题。为了在标签数很大时仍能有效识别标签，只有通过限制每次响应的标签数来实现。一种基于超高频RFID***的防冲突方法正是采用这种思想，通过分组限制每帧中的响应标签数。读写器在每个识别周期首先估计待识别标签数，如果标签数太大就将标签分组，每次问询只有一组标签响应。当待识别标签数低于一个阈值时，读写器不再对标签分组。该方法所需时隙数随标签数的增加线形增长，达到了较好的***性能。
判断标签数目是否超过帧时隙所允许的最大帧宽度，如果标签数目未超过帧时隙所允许的最大帧宽度，进行正常的识别过程；如果标签数目超过了帧时隙所允许的最大帧宽度，***将未读标签数分成若干组，并且在同一时间只允许一组标签返回序列号，再进行正常的识别过程；
步骤(4).该周期标签识别结束，开始下个周期的识别。
步骤(5).重复过程步骤(1)至步骤(4)直到所有标签都被读取。
进一步，步骤(2)中估计标签的数目的具体方法为：
为了对RFID***中的标签的数目进行估计，使用多址接入通信***中三元反馈模型。假定一个阅读器请求命令帧中的时隙的数目为F，标签的数目为N，那么在一个时隙中的n个标签是符合二项式分布的，如下所示：
Figure 558156DEST_PATH_IMAGE001
   (1)
由此可以得到每个时隙中都有n个标签的总的时隙数目期望值m为
Figure 367718DEST_PATH_IMAGE002
     (2)
根据式(2)，可以得到参数
Figure 139365DEST_PATH_IMAGE020
、
Figure 152320DEST_PATH_IMAGE021
以及
Figure 200359DEST_PATH_IMAGE023
        (3)
       (4)
Figure 954743DEST_PATH_IMAGE008
        (5)
其中表示成功时隙的数目，即在这些时隙中，只有一个标签传输数据给阅读器，并获得成功传输；
Figure 910247DEST_PATH_IMAGE010
表示空白时隙的数目，即在这些时隙中，没有任何标签进行数据传输；
Figure 836746DEST_PATH_IMAGE011
表示冲突时隙的数目，即在这些时隙中，有多于一个的标签进行数据传输，从而导致标签之间的冲突。
阅读器每次发送请求命令之后，就可以得到参数
Figure 824293DEST_PATH_IMAGE025
、
Figure 48601DEST_PATH_IMAGE026
以及
Figure 421683DEST_PATH_IMAGE022
的数值，而前一帧的帧F为已知数据。所以，根据式(3)、(4)、(5)，就可以得到***中未被阅读器识别的标签的数目的期望值
Figure 768350DEST_PATH_IMAGE015
为
Figure 993926DEST_PATH_IMAGE027
        (6)
进一步，步骤(3)将标签分组的方法为：
***最大吞吐率在满足帧长与未识别标签数相等条件得到，因此采用分组数和帧长选择策略：设置最大帧长为256个时隙，这需要8bit长度数据来表示。当N>256时，将标签分组且组内满足F=256。
分组数采用倍增或减半的更改方式，由下式决定：
Figure 21925DEST_PATH_IMAGE017
               (7)
式（7）的含义为：随着标签数量的增大，当分组数为k时的***效率下降与分组数为2k时的***效率相等时，则在下一个读周期将分组数倍增，其中k为分组数，k为正整数。由此可以得到分组数有k到2k时的标签数量
Figure 265825DEST_PATH_IMAGE018
为： 
Figure 784660DEST_PATH_IMAGE019
                       (8)
由式(8)计算得到，列出标签数量在1141以内的帧长和分组数；
Figure 746800DEST_PATH_IMAGE028
。

Claims (3)

1. 一种基于超高频RFID***的防冲突方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤(1).开始新的识别周期；
步骤(2).阅读器向标签发送选择命令，估计并保存标签的数目；
步骤(3).判断标签数目是否超过帧时隙所允许的最大帧宽度，如果标签数目未超过帧时隙所允许的最大帧宽度，进行正常的识别过程；如果标签数目超过了帧时隙所允许的最大帧宽度，***将未读标签数分成若干组，并且在同一时间只允许一组标签返回序列号，再进行正常的识别过程；
步骤(4).该周期标签识别结束，开始下个周期的识别；
步骤(5).重复过程步骤(1)至步骤(4)直到所有标签都被读取。
2.根据权利要求1所述的防冲突方法，其特征在于：步骤(2)中估计标签的数目的具体方法为：
为了对RFID***中的标签的数目进行估计，使用多址接入通信***中三元反馈模型；假定一个阅读器请求命令帧中的时隙的数目为F，标签的数目为N，那么在一个时隙中的n个标签是符合二项式分布的，如下所示：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
         (1)
由此可以得到每个时隙中都有n个标签的总的时隙数目期望值m为
Figure DEST_PATH_IMAGE004
           (2)
根据式(2)，可以得到参数、以及
Figure DEST_PATH_IMAGE010
Figure DEST_PATH_IMAGE012
                 (3)
Figure DEST_PATH_IMAGE014
                (4)
Figure DEST_PATH_IMAGE016
                 (5)
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE018
表示成功时隙的数目，即在这些时隙中，只有一个标签传输数据给阅读器，并获得成功传输；
Figure DEST_PATH_IMAGE020
表示空白时隙的数目，即在这些时隙中，没有任何标签进行数据传输；
Figure DEST_PATH_IMAGE022
表示冲突时隙的数目，即在这些时隙中，有多于一个的标签进行数据传输，从而导致标签之间的冲突；
阅读器每次发送请求命令之后，就可以得到参数、
Figure DEST_PATH_IMAGE008A
以及
Figure DEST_PATH_IMAGE010A
的数值，而前一帧的帧F为已知数据；所以，根据式(3)、(4)、(5)，就可以得到***中未被阅读器识别的标签的数目的期望值
Figure DEST_PATH_IMAGE024
为
Figure DEST_PATH_IMAGE026
             (6)。
3.根据权利要求1所述的基于超高频RFID***的防冲突方法，其特征在于：步骤(3)将标签分组的方法为：
***最大吞吐率在满足帧长与未识别标签数相等条件得到，因此采用分组数和帧长选择策略：设置最大帧长为256个时隙，这需要8bit长度数据来表示；当N>256时，将标签分组且组内满足F=256；
分组数采用倍增或减半的更改方式，由下式决定：
                (7)
式(7)的含义为：随着标签数量的增大，当分组数为k时的***效率下降与分组数为2k时的***效率相等时，则在下一个读周期将分组数倍增，其中k为分组数，k为正整数；由此可以得到分组数有k到2k时的标签数量
Figure DEST_PATH_IMAGE030
为： 
                     (8)。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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