CN103123681A - 一种基于射频识别***的通信方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于射频识别***的通信方法、装置及***，用以实现射频识别***中电子标签和阅读器之间的双向通信，并节约有源电子标签的电池能量消耗，保证电子标签和阅读器之间通信的稳定性。该方法为：接收阅读器在当前清点周期内发送的数据帧，解析所述数据帧并从预定字段提取帧序号，基于提取的帧序号计算所述当前清点周期进入信道空闲状态需等待的时长，并在确定所述阅读器为信道空闲状态时，从所述当前清点周期包含的时隙中选择一个时隙，基于选择的时隙向所述阅读器发送消息。本发明同时公开了一种基于射频识别***的通信装置，以及一种基于射频识别的通信***。
Description
技术领域
本发明涉及射频识别领域，尤其涉及一种基于射频识别***的通信方法、装置及***。
背景技术
目前，以射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术为核心的应用***在智能交通领域得到广泛应用。RFID技术是利用射频信号基于空间耦合传输特性，非接触式地实现对物体的自动识别。RFID***一般包括阅读器和电子标签两部分，其中阅读器为读取电子标签信息的设备。阅读器以清点周期为单位进行数据收发，即一个清点周期内包含了发送数据和接收数据两个阶段，根据应用场景不同，在一个清点周期内包含的发送数据帧的个数以及时隙的个数也不相同。
以高速公路的路径识别***为例，RFID***由路侧基站(专用的阅读器)、车道读卡器和电子标签三部分组成。在高速公路入口，通过车道读卡器对电子标签进行初始化信息设置；在高速公路上，电子标签与路侧基站进行信息交互，并保存必要的路径信息；在高速公路出口，电子标签通过车道读卡器将已经存储的路径信息进行上报以进行数据处理。然而，路侧基站与电子标签之间的通信是单向的，即仅由路侧基站向电子标签下发路径信息，随着市场需求的不断变化和RFID技术的发展，实现路侧基站和电子标签之间的双向通信成为必然的趋势。
在基于时分的通信***中，若实现路侧基站和电子标签之间的双向通信，需要进行信道空闲检测，即确定路侧基站在当前清点周期内的空闲时间段，以在空闲时间段选择时隙将电子标签的信息发送给路侧基站。传统的方法基于接收的信号强度指示(Received Signal Strength Indication，RSSI)进行信道空闲检测，即电子标签实时监测接收的载波信号的强度(即RSSI)，在确定RSSI低于设定阈值时，确定信道处于空闲状态。该方法并不适用于有源电子标签，首先，对RSSI进行检测需要电子标签的射频电路始终处于射频接收状态，对电子标签电池的能量消耗较大；其次，对RSSI进行检测容易受到外界环境的干扰，影响检测结果的准确性，同时会降低RFID***通信的稳定性。
发明内容
本发明提供一种基于射频识别***的通信方法、装置及***，用以实现射频识别***中电子标签和阅读器之间的双向通信，并节约有源电子标签的电池能量消耗，保证电子标签和阅读器之间通信的稳定性。
本发明实施例提供的具体技术方案如下：
一种基于射频识别***的通信方法，包括：
接收阅读器在当前清点周期内发送的数据帧；
解析所述数据帧并从预定字段提取帧序号，基于提取的帧序号计算所述当前清点周期进入信道空闲状态需等待的时长，并在确定所述阅读器为信道空闲状态时，从所述当前清点周期包含的时隙中选择一个时隙；
基于选择的时隙向所述阅读器发送消息。
接收阅读器在当前清点周期内发送的数据帧之前，包括：预设阅读器发送的数据帧的格式，在数据帧中的预定字段内预置所述数据帧的帧序号。
基于提取的帧序号计算所述当前清点周期进入信道空闲状态需等待的时长，包括：根据当前清点周期中发送占用的总时间，发送单个数据帧占用的时间，以及从所述数据帧的预定字段提取的帧序号，计算进入信道空闲状态需等待的时间。
在确定所述阅读器为信道空闲状态时，从所述当前清点周期包含的时隙中选择一个时隙，包括：确定当前清点周期中处于信道空闲状态的时隙数目，并根据所述时隙数目生成随机数，选择所述随机数对应的时隙。
根据所述时隙数目生成随机数时，包括：根据所述时隙数目确定随机数占用的比特数，并初始化所述随机数；判断捕获次数是否达到随机数占用的比特数，若没有达到随机数占用的比特数，将随机数左移一个比特位，启动定时器并基于低频时钟对高频时钟进行捕获，将捕获的数据的最低比特位的值作为所述随机数的最低比特位的值，并将捕获次数加1后再次判断捕获次数是否达到随机数占用的此特数；若达到随机数占用的此特数，选择所述随机数对应的时隙。
一种基于射频识别***的通信装置，包括：
射频芯片，用于接收阅读器在当前清点周期内发送的数据帧，并基于中央处理器选择的时隙向阅读器发送消息；
中央处理器，用于解析射频芯片接收的数据帧，并从预定字段提取帧序号，基于提取的帧序号计算所述当前清点周期进入信道空闲状态需等待的时长，并在确定所述阅读器为信道空闲状态时，从所述当前清点周期包含的时隙中选择一个时隙。
在射频芯片接收阅读器在当前清点周期内发送的数据帧之前，预设阅读器发送的数据帧的格式，在数据帧中的预定字段内预置所述数据帧的帧序号。
中央处理器基于提取的帧序号计算所述当前清点周期进入信道空闲状态需等待的时长，具体为：根据当前清点周期中发送占用的总时间，发送单个数据帧占用的时间，以及从所述数据帧的预定字段提取的帧序号，计算进入信道空闲状态需等待的时间。
中央处理器在确定所述阅读器为信道空闲状态时，从所述当前清点周期包含的时隙中选择一个时隙，具体为：确定当前清点周期中处于信道空闲状态的时隙数目，并根据所述时隙数目生成随机数，选择所述随机数对应的时隙。
中央处理器根据所述时隙数目生成随机数，具体为：根据所述时隙数目确定随机数占用的此特数，并初始化所述随机数；判断捕获次数是否达到随机数占用的比特数，若没有达到随机数占用的此特数，将随机数左移一个此特位，启动定时器并基于低频时钟对高频时钟进行捕获，将捕获的数据的最低此特位的值作为所述随机数的最低此特位的值，并将捕获次数加1后再次判断捕获次数是否达到随机数占用的此特数；若达到随机数占用的比特数，选择所述随机数对应的时隙。
一种基于射频识别的通信***，包括：
阅读器，用于向电子标签发送数据帧，并接收电子标签发送的消息；
电子标签，用于接收阅读器在当前清点周期内发送的数据帧，解析所述数据帧并从预定字段提取帧序号，基于提取的帧序号计算所述当前清点周期进入信道空闲状态需等待的时长，在确定所述阅读器为信道空闲状态时，从所述当前清点周期包含的时隙中选择一个时隙，并基于选择的时隙向所述阅读器发送消息。
基于上述技术方案，本发明实施例中，电子标签在接收阅读器在当前清点周期内发送的数据帧后，解析该数据帧并从预定字段提取帧序号，再基于提取的帧序号计算当前清点周期进入信道空闲状态需等待的时长，并在等待该时长后，确定阅读器为信道空闲状态时，选择时隙向阅读器发送消息，从而实现了电子标签和阅读器之间的双向通信，并且，不会增加有源电子标签对电池能量的消耗，保证了电子标签和阅读器之间通信的稳定性，也无需改变射频通信***原有的硬件结构，实现简单。
附图说明
图1为本发明实施例中射频识别***架构图；
图2为本发明实施例中电子标签的结构示意图；
图3为本发明实施例中基于射频识别***的通信方法流程图；
图4为本发明实施例中阅读器清点周期组成示意图；
图5为本发明实施例中阅读器发生的数据帧的格式示意图。
具体实施方式
为了实现射频识别(RFID)***中电子标签和阅读器之间的双向通信，并节约有源电子标签的电池能量消耗，保证电子标签和阅读器之间通信的稳定性，本发明实施例提供了一种基于射频识别***的通信方法、装置及***。该方法为：电子标签接收阅读器在当前清点周期内发送的数据帧，解析该数据帧并从预定字段提取帧序号，基于提取的帧序号计算当前清点周期进入信道空闲状态需等待的时长，并在确定阅读器为信道空闲状态时，从当前清点周期包含的时隙中选择一个时隙，基于选择的时隙向阅读器发送消息。
下面结合附图对本发明优选的实施例进行详细说明。
如附图1所示，本发明实施例中，射频识别***主要有阅读器101和电子标签102组成，其中，
阅读器101，用于向电子标签102发送数据帧，并接收电子标签102发送的消息；
电子标签102，用于接收阅读器在当前清点周期内发送的数据帧，解析该数据帧并从预定字段提取帧序号，基于提取的帧序号计算当前清点周期进入信道空闲状态需等待的时长，在确定阅读器为信道空闲状态时，从当前清点周期包含的时隙中选择一个时隙，基于选择的时隙向阅读器发送消息。
如附图2所示，电子标签102主要包括中央处理器201、射频芯片202、电池及其***电路203以及天线204。本发明实施例中，射频芯片202通过天线204接收阅读器在当前清点周期内发送的数据帧传送给中央处理器201，并基于中央处理器201选择的时隙通过天线204向阅读器发送消息；中央处理器201解析数据帧并从预定字段提取帧序号，基于提取的帧序号计算当前清点周期进入信道空闲状态需等待的时长，在确定阅读器为信道空闲状态时，从当前清点周期包含的时隙中选择一个时隙，射频芯片202基于选择的时隙通过天线204向阅读器发送消息。其中，电池及其***电路203用于向中央处理器201供电。
基于上述***架构，如附图3所示，本发明实施例中，基于射频识别***进行通信的详细方法流程如下：
步骤301：接收阅读器在当前清点周期内发送的数据帧。
如附图4所示，根据应用场景的不同，阅读器的一个清点周期内包含的数据帧的个数以及时隙的个数也不相同，本发明实施例中，设定一个清点周期包含N个数据帧和Ns个时隙。本发明实施例中，电子标签接收阅读器在当前清点周期内发送的数据帧之前，需要配置电子标签为定时唤醒模式，即针对电子标签配置定时唤醒模式所需的参数，例如，休眠时长以及唤醒时长。
较佳地，在电子标签中，由射频芯片接收阅读器在当前清点周期内发送的数据帧之前，由中央处理器配置射频芯片为定时唤醒模式，并由中央处理器向射频芯片发送控制命令，使射频芯片处于定时唤醒状态，以在该定时唤醒状态下接收阅读器在当前清点周期内发送的数据帧。
其中，在电子标签每次进入定时唤醒状态后，记录在该定时唤醒状态下首次接收阅读器发送的数据帧的时间。
步骤302：解析数据帧并从预定字段提取帧序号，基于提取的帧序号计算当前清点周期进入信道空闲状态需等待的时长，并在确定阅读器为信道空闲状态时，从当前清点周期包含的时隙中选择一个时隙。
本发明实施例中，定义阅读器发送的数据帧的格式如附图5所示，在原始信息字段即帧头信息和阅读器信息之后，增加新的字段，以在该增加的字段保存当前数据帧的帧序号。较佳地，增加的字段为2字节。
其中，解析数据帧并从预定字段提取帧序号之后，计算当前清点周期进入信道空闲状态需等待的时长，具体为：根据当前清点周期发送占用的总时间，发送单个数据帧占用的时间，以及从数据帧的预定字段提取的帧序号，计算信道空闲需等待的时间。
定义当前清点周期发送占用的总时间为Tq，发送单个数据帧占用的时间为Tf，首次接收阅读器发送的数据帧的时间为Tr，从数据帧的预定字段提取的帧序号为Nf，则计算进入信道空闲状态的起始时间Ti的公式如下：Ti＝Tr+Tq-Nf×Tf，则进一步可计算得到进入信道空闲状态需等待的时间ΔTi为：ΔTi＝Ti-Tr＝Tq-Nf×Tf。
本发明实施例中，在电子标签中，由中央处理器根据当前清点周期发送占用的总时间为Tq，发送单个数据帧占用的时间为Tf，以及从数据帧的预定字段提取的帧序号为Nf，计算得到进入信道空闲状态需等待的时间ΔTi，并根据该ΔTi设置中央处理器内部的定时器，此时射频芯片处于休眠状态，实时监测中央处理器内部的定时器，并在定时器达到设置的时间后，确定进入当前清点周期的空闲状态。
其中，在确定阅读器为信道空闲状态时，进行时隙选择，本发明实施例中，确定当前清点周期中处于信道空闲状态的时隙数目，并根据该时隙数目生成随机数，选择该随机数对应的时隙。
若一个清点周期中包含的时隙数目为Ns，其中，每个时隙占用的时间为Ts，则电子标签向阅读器发送消息的起始时间Tu为：Tu＝Ti+random(0～Ns)×Ts。
较佳地，根据一个清点周期中包含的时隙数目，生成一个随机数时，可以基于中央处理器内部的低频时钟对高频时钟进行捕获生成随机数。具体为，根据一个清点周期中包含的时隙数目确定随机数占用的比特数，并初始化该随机数；然后判断捕获次数是否达到随机数占用的此特数，若没有达到随机数占用的此特数，将随机数左移一个此特位，启动定时器并基于低频时钟对高频时钟进行捕获，将捕获的数据的最低此特位的值作为随机数的最低比特位的值，并将捕获次数加1后再次判断捕获次数是否达到随机数占用的比特数；若达到随机数占用的比特数，选择与该随机数对应的时隙向阅读器发送消息。
例如，一个清点周期中包含的时隙数目Ns为7，则随机数占用的此特数为3，并将随机数初始化为零；判断捕获次数为零次，则将随机数左移一个比特位，启动定时器并基于低频时钟对高频时钟进行捕获，若捕获的数据的最低此特位为1，则将随机数的最低此特位置为1，并将捕获次数加1(捕获次数为1)；再次判断捕获次数为1，则将随机数左移一个此特位，启动定时器并基于低频时钟对高频时钟进行捕获，若捕获的数据的最低此特位为0，则将随机数的最低此特位置为0，并将捕获次数加1(捕获次数为2)；判断捕获次数为2，则将随机数左移一个此特位，启动定时器并基于低频时钟对高频时钟进行捕获，若捕获的数据的最低此特位为1，则将随机数的最低比特位置为1，并将捕获次数加1(捕获次数为3)；则判断捕获次数为3，达到了随机数占用的此特数，则生成随机数，且随机数用二进制表示为101，即为5，则从第5个时隙开始向阅读器发送信息。
步骤303：基于选择的时隙向阅读器发送消息。
实际应用中，可以在生成随机数Random后，根据该随机数计算等待时间ΔTs，并根据该等待时间配置中央处理器内部的定时器为ΔTs，在等待ΔTs时长后向阅读器发达消息。
基于上述技术方案，本发明实施例中，通过在阅读器的数据帧中增加字段，并在增加的字段中放置数据帧的帧序号，电子标签在接收阅读器在当前清点周期内发送的数据帧后，解析该数据帧并从预定字段提取帧序号，再基于提取的帧序号计算当前清点周期进入信道空闲状态需等待的时长，并在等待该时长后，确定阅读器为信道空闲状态时，选择时隙向阅读器发送消息，从而实现了电子标签和阅读器之间的双向通信，并且，不会增加有源电子标签对电池能量的消耗，保证了电子标签和阅读器之间通信的稳定性。另外，本发明实施例所提供的技术方案并不需要改变射频通信***原有的硬件结构，实现简单。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种基于射频识别***的通信方法，其特征在于，包括：
接收阅读器在当前清点周期内发送的数据帧；
解析所述数据帧并从预定字段提取帧序号，基于提取的帧序号计算所述当前清点周期进入信道空闲状态需等待的时长，并在确定所述阅读器为信道空闲状态时，从所述当前清点周期包含的时隙中选择一个时隙；
基于选择的时隙向所述阅读器发送消息。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，接收阅读器在当前清点周期内发送的数据帧之前，包括：
预设阅读器发送的数据帧的格式，在数据帧中的预定字段内预置所述数据帧的帧序号。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，基于提取的帧序号计算所述当前清点周期进入信道空闲状态需等待的时长，包括：
根据当前清点周期中发送占用的总时间，发送单个数据帧占用的时间，以及从所述数据帧的预定字段提取的帧序号，计算进入信道空闲状态需等待的时间。
4.如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，在确定所述阅读器为信道空闲状态时，从所述当前清点周期包含的时隙中选择一个时隙，包括：
确定当前清点周期中处于信道空闲状态的时隙数目，并根据所述时隙数目生成随机数，选择所述随机数对应的时隙。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述时隙数目生成随机数时，包括：
根据所述时隙数目确定随机数占用的比特数，并初始化所述随机数；
判断捕获次数是否达到随机数占用的此特数，若没有达到随机数占用的比特数，将随机数左移一个比特位，启动定时器并基于低频时钟对高频时钟进行捕获，将捕获的数据的最低此特位的值作为所述随机数的最低此特位的值，并将捕获次数加1后再次判断捕获次数是否达到随机数占用的比特数；
若达到随机数占用的此特数，选择所述随机数对应的时隙。
6.一种基于射频识别***的通信装置，其特征在于，包括：
射频芯片，用于接收阅读器在当前清点周期内发送的数据帧，并基于中央处理器选择的时隙向阅读器发送消息；
中央处理器，用于解析射频芯片接收的数据帧，并从预定字段提取帧序号，基于提取的帧序号计算所述当前清点周期进入信道空闲状态需等待的时长，并在确定所述阅读器为信道空闲状态时，从所述当前清点周期包含的时隙中选择一个时隙。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，在射频芯片接收阅读器在当前清点周期内发送的数据帧之前，预设阅读器发送的数据帧的格式，在数据帧中的预定字段内预置所述数据帧的帧序号。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，中央处理器基于提取的帧序号计算所述当前清点周期进入信道空闲状态需等待的时长，具体为：
根据当前清点周期中发送占用的总时间，发送单个数据帧占用的时间，以及从所述数据帧的预定字段提取的帧序号，计算进入信道空闲状态需等待的时间。
9.如权利要求6、7或8所述的装置，其特征在于，中央处理器在确定所述阅读器为信道空闲状态时，从所述当前清点周期包含的时隙中选择一个时隙，具体为：
确定当前清点周期中处于信道空闲状态的时隙数目，并根据所述时隙数目生成随机数，选择所述随机数对应的时隙。
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| CN2011103708051A CN103123681A (zh) | 2011-11-21 | 2011-11-21 | 一种基于射频识别***的通信方法 |
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| CN (1) | CN103123681A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130043982A1 (en) * | 2010-02-01 | 2013-02-21 | France Telecom | Method of identifying and authenticating a radio tag by a reader |
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2011
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Cited By (2)
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| US20130043982A1 (en) * | 2010-02-01 | 2013-02-21 | France Telecom | Method of identifying and authenticating a radio tag by a reader |
| US9332430B2 (en) * | 2010-02-01 | 2016-05-03 | France Telecom | Method of identifying and authenticating a radio tag by a reader |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130529 |