CN115545131A - 频分复用式rfid***通信识别方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种频分复用式RFID***通信识别方法，包括以下步骤：步骤a、读写器发送载波信号激活标签；步骤b、发送命令给标签；步骤c、标签解析接收的命令，若接收到FDMSelect命令则执行d，接收到FDMQuery命令则执行e，接收到FDMACK命令则执行f；步骤d～f、分别对三种命令进行处理；步骤g、读写器检测标签返回数据，进行碰撞检测；步骤h、上位机检测到读写器反馈的接收信号中存在标签碰撞，则跳转至b，否则跳转至i；步骤i、读写器完成与所有标签通信，读写器下电，所有模块停止工作。本发明提出的频分复用式RFID***具有高识别效率和高数据吞吐率的优点，而且能够有效降低多个标签同时响应读写器命令时发生碰撞的概率，从而进一步降低标签漏识别率。

Description

频分复用式RFID***通信识别方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，尤其涉及频分复用式RFID***结构和频分复用通信协议，以及频分复用式RFID***通信识别方法。
背景技术
随着科技的发展，由于射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术的广泛的应用前景和技术特点，它被看作是新时代中最具发展潜力的信息技术之一。RFID***具有低功耗、识别距离远、识别效率高等优点，因此它在物流、门禁、物品管理等领域获得了广泛应用。
RFID***一般由基站、终端和后台处理***(上位机)组成，其中基站一般是指读写器，终端一般是指标签。RFID***是一种非接触式的自动识别***，它可以通过射频无线信号自动识别目标对象，并获取相关数据。上位机可以控制读写器发送各类命令，电子标签接收到读写器的盘存命令后可向读写器返回自身相关数据，然后读写器可以将接收的标签数据传送给上位机进行存储和管理。
传统的RFID(UHF RFID)***一般采用时分复用技术，即读写器同一时间只能接收一个标签的信息，否则标签之间会发生碰撞，这大大降低了RFID***的识别效率和吞吐率。因此，减少标签同时响应读写器命令时发送碰撞的概率将有望提高***的识别效率和吞吐率。
由于现有的UHF RFID***具有上述缺点，因此它不适用于未来大规模物联网中需要海量终端的同时接入应用场景。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有高识别效率和高吞吐率的优点，能够有效降低多个标签同时响应读写器命令时发生碰撞的概率频分复用式RFID***通信识别方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：频分复用式RFID***通信识别方法，包括以下步骤：
步骤a、读写器上电，然后发送载波信号激活覆盖范围内的标签；
步骤b、上位机发送命令给读写器，然后读写器将该命令传输给标签；命令包括FDMSelect命令、FDMQuery命令和FDMACK命令；
步骤c、标签解析接收的命令，判断命令的CRC-16校验是否通过，若通过则执行命令内容，若接收到FDMSelect命令则执行步骤d，若接收到FDMQuery命令则执行步骤e，若接收到FDMACK命令则执行步骤f；否则标签忽略该命令，等待读写器发送的下一个命令；
步骤d、若标签接收到FDMSelelct命令，则读写器覆盖范围内的标签比较自身ID相应位是否与命令中掩码信息匹配，若匹配，则表示标签被读写器选中，根据命令中的信道分配信息选择信道，并等待FDMQuery命令，否则忽略该命令；
步骤e、若标签接收到FDMQuery命令，先判断是否已经接收过FDMSelelct命令，若是则标签在选择的信道发送自身相关数据信息，发送完数据后标签等待读写器的下一个命令；否则忽略该FDMQuery命令；
步骤f、若标签接收到FDMACK命令，先判断是否已经接收过FDMSelelct命令和FDMQuery命令，若是则已发送自身相关数据信息的标签比较自身ID是否与FDMACK命令携带的ID信息一致，若一致，则表明该标签已被识别，标签进入识别状态，不再响应读写器的FDMSelect和FDMQuery命令，否则标签需继续等待读写器命令；若标签未接收过FDMSelelct命令和/或FDMQuery命令，则忽略该FDMACK命令；
步骤g、若读写器发送的是FDMQuery命令，则读写器检测标签返回数据，当其接收到标签的数据后，解析各信道中接收信号，若某个信道中没有信号，则说明该信道没有标签返回数据；若某信道中存在信号，且不存在碰撞，说明该信道仅一个标签返回数据，则该标签被读写器识别，读写器将成功接收到的标签ID信息传输给上位机；若某信道中信号存在碰撞，则读写器需再次发送FDMQuery命令使发生碰撞的标签再次返回自身相关数据信息；
步骤h、若上位机检测到读写器反馈的接收信号中存在标签碰撞，则表明读写器未完成与标签的通信，则跳转至步骤b，否则跳转至步骤i；
步骤i、读写器完成与所有标签通信，读写器下电，所有模块停止工作。
本发明的有益效果是：本发明提出的频分复用式RFID***架构具有高识别效率和高吞吐率的优点，能够有效降低多个标签同时响应读写器命令时发生碰撞的概率，因此该***结构可以为提高UHF RFID***的识别效率和吞吐率提供参考。并且，该***可以实现读写器同时盘存多个标签的功能，可以通过采用无源标签克服有源标签需要频繁更换电池的缺点。同时，在该***中若标签可选的M值越多，即标签可选返回信息的信道越多，则标签之间发生碰撞的概率越小，因此该频分复用式RFID***可以适用于大规模物联网中需要海量终端同时接入的应用场景。本发明提出的频分复用方法主要是基于M值选择信道，其为基带信号处理方法，且标签通过ASK响应数据，与具体的***工作频率无关，只需在电路设计时针对不同频率做相应处理即可适用于不同频率的***，因此本发明中提出的频分复用式RFID***通信识别方法适用于低频、高频、微波等频段的频分复用式RFID***的通信识别信号处理与实现。
附图说明
图1为本发明的频分复用式RFID通信***的结构图；
图2为本发明标签信息未知情况下的通信流程图；
图3为本发明标签信息已知情况下的通信流程图；
图4为本发明超高频RIFD***工作时序图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。
本发明的频分复用式RFID通信***的结构如图1所示，***的架构如下：上位机，读写器和多个标签(图中使用了四个标签模块：第一标签Tag1、第二标签Tag2、第三标签Tag3和第四标签Tag4)，标签指向读写器的箭头从左到右分别为信道1～信道4。所有标签都可能选择某个信道发送数据，且所有标签都可能同时选择同一个信道发送数据。
标签接收到读写器的每个命令均需要进行CRC-16验证，若验证不通过则标签会忽略该命令。同时读写器接收到标签数据后也会进行CRC-16验证，若验证不通过读写器会发送命令使标签再次发送自身信息。
FDMSelelct命令主要选择将与读写器通信的标签，并给标签发送返回数据的信道相关信息，它根据读写器选择标签的方式可以分为FDMSelect-1和FDMSelect-2命令。其中，FDMSelect-1命令可以让标签根据初始M值和初始BLF随机选择返回数据的信道，FDMSelect-2命令通过掩码指定某些标签在特定信道返回数据。接收到FDMSelect命令的标签解析命令后，将信道信息进行存储，但不进行信息的返回。FDMQuery命令主要用于盘存之前选中的标签，标签将根据FDMQuery命令中的Q值随机选择一个时隙数，当时隙数变为零后，标签根据存储的信道信息选择信道来发送自身的数据。FDMACK命令主要用于让已经成功被读写器接收到信息的标签进入识别状态，暂时不理会盘存命令。读写器与标签的通信可分为两种情况进行：标签信息未知时的通信和标签信息已知时的通信。其中，标签信息未知的通信对应于使用FDMSelect-1命令使标签随机选择信道返回数据，标签信息已知的通信对应于使用FDMSelect-2命令指定标签在特定信道返回数据。
在上述频分复用式UHF RFID***中，频分复用通信协议中主要包括FDMSelelct命令、FDMQuery命令和FDMACK命令这三种频分复用通信命令。频分复用通信协议功能内容如表1所示。
表1
Figure BDA0003851567680000031
Figure BDA0003851567680000041
实施例1
若读写器想要标签随机选择信道发送自身的相关数据信息，此时一般读写器不知道标签的任何信息，如图2所示，频分复用式RFID***通信识别方法包括以下步骤：
步骤a、读写器上电，然后发送载波信号激活覆盖范围内的标签；
步骤b、上位机发送命令给读写器，然后读写器将该命令传输给标签，此时，读写器尚未为标签进行信道分配；命令包括FDMSelect命令、FDMQuery命令和FDMACK命令；
步骤c、标签解析接收的命令，判断命令的CRC-16校验是否通过，若通过则执行命令内容，若接收到FDMSelect命令则执行步骤d，若接收到FDMQuery命令则执行步骤e，若接收到FDMACK命令则执行步骤f；否则标签忽略该命令，等待读写器发送的下一个命令；
步骤d、若标签接收到FDMSelelct命令(命令中包含用于选择标签的掩码信息，以及起始M值和起始反向散射频率BLF等信道相关信息)，则读写器覆盖范围内的标签比较自身ID相应位是否与命令中掩码信息匹配，若匹配，则表示标签被读写器选中，根据命令中的信道分配信息选择信道(选择信道的方法为：生成一个1～8的随机数，然后根据该随机数、起始M值和起始反向散射频率BLF选择发送数据的信道)，并等待FDMQuery命令，否则忽略该命令；
步骤e、若标签接收到FDMQuery命令，先判断是否已经接收过FDMSelelct命令，若是则标签在选择的信道发送ID、CRC等自身相关数据信息，发送完数据后标签等待读写器的下一个命令；否则忽略该FDMQuery命令；
步骤f、若标签接收到FDMACK命令(其携带已识别标签的ID信息)，先判断是否已经接收过FDMSelelct命令和FDMQuery命令，若是则已发送自身相关数据信息的标签比较自身ID是否与FDMACK命令携带的ID信息一致，若一致，则表明该标签已被识别，标签进入识别状态，不再响应读写器的FDMSelect和FDMQuery命令，否则标签需继续等待读写器命令；若标签未接收过FDMSelelct命令和/或FDMQuery命令，则忽略该FDMACK命令；
步骤g、若读写器发送的是FDMQuery命令，则读写器检测标签返回数据，当其接收到标签的数据后，解析各信道中接收信号，若某个信道中没有信号，则说明该信道没有标签返回数据；若某信道中存在信号，且不存在碰撞，说明该信道仅一个标签返回数据，则该标签被读写器识别，读写器将成功接收到的标签ID信息传输给上位机；若某信道中信号存在碰撞，则读写器需再次发送FDMQuery命令使发生碰撞的标签再次返回自身相关数据信息；
步骤h、若上位机检测到读写器反馈的接收信号中存在标签碰撞，则表明读写器未完成与标签的通信，则跳转至步骤b，否则跳转至步骤i；
步骤i、读写器完成与所有标签通信，读写器下电，所有模块停止工作。
实施例2
若读写器想要指定某些标签在指定信道发送自身的ID信息，此时读写器知道标签的相关信息，如图3所示，读写器和标签之间进行通信的步骤包括：
步骤a、读写器上电，然后发送载波信号激活覆盖范围内的标签；
步骤b、上位机发送命令给读写器，然后读写器将该命令传输给标签，在发送命令之前，读写器已经对标签进行了信道分配；命令包括FDMSelect命令、FDMQuery命令和FDMACK命令；
步骤c、标签解析接收的命令，判断命令的CRC-16校验是否通过，若通过则执行命令内容，若接收到FDMSelect命令则执行步骤d，若接收到FDMQuery命令则执行步骤e，若接收到FDMACK命令则执行步骤f；否则标签忽略该命令，等待读写器发送的下一个命令；
步骤d、若标签接收到FDMSelelct命令(命令中包含用于选择标签的掩码信息，以及起始M值、起始BLF和指定信道号等信道相关信息)，则读写器覆盖范围内的标签比较自身ID相应位是否与命令中掩码信息匹配，若匹配，则表示标签被读写器选中，根据命令中的信道分配信息选择信道(选择信道的方法为：根据起始M值、起始BLF和指定信道号选择发送数据的信道)，并等待FDMQuery命令，否则忽略该命令；
后续步骤e～i的处理方法与实施例1的e～i相同。
由于FDMSelect命令中只包含部分掩码信息，因此可能有多个标签的自身信息与该命令中的部分掩码匹配，从而导致这些标签均被分配到同一个信道中发送数据，从而引起标签之间发生碰撞，导致读写器不能成功接收这些标签的信息。因此需要进行步骤g的碰撞检测。
图4为超高频RIFD***工作时序图，读写器发送FDMQuery命令后，第一标签选择了M＝2的信道，第二标签选择了M＝4的信道，第三标签选择了M＝6的信道，第四标签选择了M＝4的信道。在频分复用UHF RFID***中，同样的初始BLF中相同的M值即表示标签发送数据的信道相同，因此第二标签和第四标签发生碰撞，从而导致读写器不能成功接收第二标签和第四标签发送的数据信息，即需要读写器发送FDMQuery命令使第二标签和第四标签再次发送自身数据。第一标签和第三标签选择的信道与其它标签的信道均不相同，它们与其它标签不会发生碰撞，因此读写器可以成功接收第一标签和第三标签发送的数据信息，从而识别这两个标签。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.频分复用式RFID***通信识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a、读写器上电，然后发送载波信号激活覆盖范围内的标签；
步骤b、上位机发送命令给读写器，然后读写器将该命令传输给标签；命令包括FDMSelect命令、FDMQuery命令和FDMACK命令；
步骤c、标签解析接收的命令，判断命令的CRC-16校验是否通过，若通过则执行命令内容，若接收到FDMSelect命令则执行步骤d，若接收到FDMQuery命令则执行步骤e，若接收到FDMACK命令则执行步骤f；否则标签忽略该命令，等待读写器发送的下一个命令；
步骤d、若标签接收到FDMSelelct命令，则读写器覆盖范围内的标签比较自身ID相应位是否与命令中掩码信息匹配，若匹配，则表示标签被读写器选中，根据命令中的信道分配信息选择信道，并等待FDMQuery命令，否则忽略该命令；
步骤e、若标签接收到FDMQuery命令，先判断是否已经接收过FDMSelelct命令，若是则标签在选择的信道发送自身相关数据信息，发送完数据后标签等待读写器的下一个命令；否则忽略该FDMQuery命令；
步骤f、若标签接收到FDMACK命令，先判断是否已经接收过FDMSelelct命令和FDMQuery命令，若是则已发送自身相关数据信息的标签比较自身ID是否与FDMACK命令携带的ID信息一致，若一致，则表明该标签已被识别，标签进入识别状态，不再响应读写器的FDMSelect和FDMQuery命令，否则标签需继续等待读写器命令；若标签未接收过FDMSelelct命令和/或FDMQuery命令，则忽略该FDMACK命令；
步骤g、若读写器发送的是FDMQuery命令，则读写器检测标签返回数据，当其接收到标签的数据后，解析各信道中接收信号，若某个信道中没有信号，则说明该信道没有标签返回数据；若某信道中存在信号，且不存在碰撞，说明该信道仅一个标签返回数据，则该标签被读写器识别，读写器将成功接收到的标签ID信息传输给上位机；若某信道中信号存在碰撞，则读写器需再次发送FDMQuery命令使发生碰撞的标签再次返回自身相关数据信息；
步骤h、若上位机检测到读写器反馈的接收信号中存在标签碰撞，则表明读写器未完成与标签的通信，则跳转至步骤b，否则跳转至步骤j；
步骤i、读写器完成与所有标签通信，读写器下电，所有模块停止工作。
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