本发明专利技术是一种基于物理层网络编码的射频识别标签防冲突方法,针对射频识别中多标签防冲突方法存在的读写速率低的问题,引入物理层网络编码思想,利用被传统防冲突方法丢弃的多标签冲突信息,来解码未被读取的标签的信息,减少读写器和标签之间的交互次数,提高多标签的识别速率。与现有的射频识别标签防冲突方法相比,本发明专利技术将物理层网络编码应用于射频识别标签防冲突方法中,将被传统标签防冲突方法丢弃的多标签冲突信息利用起来,并使之与已读取标签信息做物理层网络编码运算,以解码得到未读取的标签信息,从而减少读写器和标签之间的交互次数,提高防冲突方法对多标签的读写速率。
【技术实现步骤摘要】
一种基于物理层网络编码的射频识别标签防冲突方法
本专利技术属于射频识别
,具体为一种基于物理层网络编码的射频识别标签防冲突方法,主要适用于解决射频识别系统中多标签的冲突识别问题,将物理层网络编码思想引入到射频识别标签防冲突方法中,基于二进制树形搜索算法,利用物理层网络编码技术,分析和利用被传统方法丢弃的多标签冲突数据信息,提高射频识别系统对多个标签的识别效率。
技术介绍
射频识别(RadioFrequencyIdentification,RFID)技术是一种自动识别技术。RFID不需要被识别物体在识别物体视距范围内就可以工作,具有准确率高、读取距离远、存储数据量大、耐用性强等特点。由于RFID具有明显的技术优势,目前已被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域:例如医院医疗管理;汽车、火车等交通工具监控;高速公路自动收费系统;停车场管理系统;流水线生产自动化;安全出入检查;仓储管理;动物管理;车辆防盗、物品防伪等。射频识别技术作为物联网技术的重要组成部分,属于国家战略性新兴产业,其发展和应用具有重要意义。一个典型的RFID系统由标签、读写器、数据处理子系统3个部分组成,如图1所示。标签由标签天线和标签芯片组成,标签芯片中保存有数据信息,即电子编码信息。读写器为一个嵌入式系统,包括射频处理模块、控制单元、与标签耦合的元件、串口或以太网等接口等。标签与读写器之间通过耦合元件实现射频信号的空间耦合,在耦合通道内,根据时序关系,实现能量的传递和数据的交换。读写器可以通过无线射频信号与标签交互,可以从标签中读取数据,或者将需要存储进标签的信息写入标签。读写器读出的数据信息通过串口或网络设备,传送到后端的数据处理子系统。数据处理子系统与读写器连接,用于接收、存储标签信息并向上层应用软件提供相关服务。RFID系统的工作原理是:读写器通过发射天线发送特定频率的射频信号,当电子标签进入有效工作区域时,产生感应电流,从而获得能量,电子标签被激活,使得电子标签将自身编码信息通过内置射频天线发送出去;读写器接收天线接收到从标签发送来的调制信号,经天线调节器传送到读写器信号处理模块,经解调和解码后将有效信息送至后台数据处理子系统进行相关的处理;数据处理子系统根据逻辑运算识别该标签的身份,针对不同的设定做出相应的处理和控制,最终发出指令信号控制读写器完成相应的读写操作。对于标签向读写器的数据通信过程,其工作方式包括:(1)标签收到读写器的射频能量时,即被激活并向读写器反射标签存储的数据信息;(2)标签被激活后,根据读写器指令转入数据发送状态或者休眠状态。在这两种工作方式中,前者属于单向通信,后者属于半双工双向通信。目前,冲突问题是影响RFID系统使用效果的一个重要问题。RFID系统的冲突分为标签冲突和读写器冲突两种。读写器冲突是指,一个标签同时在多个读写器的有效区域内,标签响应一个读写器的信号被另一个邻居读写器所接收。标签冲突是指在读写器的识别范围内,有多个标签在同一时刻向读写器发出响应信号,则这些标签的通信信号将相互叠加,造成干扰和冲突,如图2所示。本专利技术主要研究和解决的是图2中所示的标签冲突问题。由于RFID系统中,标签的处理能力一般受限,标签的防冲突方法基本都采用时分多址TDMA(TimeDivisionMultipleAccess)方法。目前,主要有两类利用TDMA技术的标签防冲突方法:(1)随机标签防冲突算法,主要是基于阿罗哈算法;(2)确定性标签防冲突算法,主要是基于二进制树搜索方法。随机标签防冲突算法,是一种基于概率的算法,通过创造时差避免通信冲突,算法简单,但容易出现标签“饿死”现象,造成无法对所有标签的完全识别。确定性标签防冲突算法是一种确定性算法,一定会识别所有标签,但是该算法的标签读取时间通常较长。本专利技术基于二进制树搜索方法,属于一种确定性标签防冲突算法。以上两类标签防冲突方法都属于时分多址方法,最终目的是确保每个标签单独被读写器正确读写,而在算法实施过程中,多个标签同时发送信息产生的冲突信息直接被丢弃,而没有被充分利用。因此现有的标签防冲突方法性能相差不大,标签读写效率较低。网络编码技术,允许网络中的中间节点对收到的数据进行编码后转发,能够使得组播传输速率达到最大流最小割确定的理论上限成为可能,其编码操作是在网络层进行。物理层网络编码则是在物理层进行数据合并操作,利用电磁波的叠加特性,将无线电磁波在空间的自然叠加看作信号的合并过程,即等效为物理层的网络编码过程,在接收端通过译码获取所需信息。RFID系统中,多标签冲突发生时,冲突信号是多个标签信号的叠加,正是一种物理层网络编码运算。但传统的射频标签防冲突方法,都将这种冲突信号丢弃,而没有充分利用其中包含的信息。物理层网络编码的技术特点,使得其适合于处理RFID系统中多标签的应答信号叠加时产生的冲突问题。
技术实现思路
技术问题:本专利技术提出一种基于物理层网络编码的射频识别标签防冲突方法。相比于现有的射频识别标签防冲突方法,其特殊性和创新性在于,该方法引入了物理层网络编码技术,将传统方法中丢弃不用的多标签叠加冲突信息利用起来,分析和利用其中的有用信息,提高射频识别系统对多标签的识别速度和运算开销,解决了现有射频识别标签防冲突方法对多标签识别效率低、开销大的问题。技术方案:本专利技术基于物理层网络编码的射频识别标签防冲突方法,将物理层网络编码引入到射频识别标签防冲突方法中,分析和利用被传统防冲突方法丢弃的冲突信息,提高标签识别效率,具体包括以下步骤:步骤a.初始化参考序列号,将其每一位设置为1,例如电子标签的序列号为8位,则参考序列号初始化为11111111,初始化后退变量i为0。步骤b.读写器执行读请求命令REQ(REQuset),所选标签组中标签序列号小于等于参考序列号的电子标签应答,并传回该标签的序列号。步骤c.按照曼彻斯特码编码原理,读写器对接收到的信号进行解调、译码并检测是否发生冲突:如果某个码元的前半周期和后半周期都为非零电平,则表明该码元产生冲突,将该冲突信号对应的冲突解调信号压入冲突解调信号堆栈,然后找出最高的冲突比特位,将译码信号的最高冲突比特位设置为0,低于该位的设置为1,高于该位的保持不变,然后以此作为下一次请求命令REQ的参照序列号,执行步骤b;如果每个码元的前半周期和后半周期中,其中一个为高电平,另外一个为低电平,则没有产生冲突,读写器能识别该标签的信息,执行步骤d。步骤d.对选中的标签,读写器执行读出数据命令RD-DATA(ReaD-Data)来读取标签数据并保存,接着执行去选择命令UNSEL(UNSELect),使标签进入“休眠”状态。步骤e.判断冲突解调信号堆栈是否为空,如果为空,表示所有标签信息都已得到,则算法结束。否则读写器将已经读取到的标签数据与冲突解调信号堆栈栈顶存储的冲突解调信号做减法运算,执行i=i+1运算:如果无法得到无冲突的编码信号,即运算结果始终存在冲突,执行步骤f;如可以得到无冲突的编码信号,则得到1个未读取标签信息,将该标签信息存储,然后读写器执行去选择命令UNSEL,使该标签进入“休眠”状态,冲突解调信号堆栈的栈顶元素出栈,重复步骤e;如果得到信号为全低电平,表明该冲突信号内所有本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于物理层网络编码的射频识别标签防冲突方法,其特征在于,该方法将物理层网络编码引入射频识别标签防冲突方法中,利用被传统防冲突方法丢弃的冲突信息,提高标签识别效率,该方法包括以下步骤:步骤a . 初始化参考序列号,将其每一位设置为1,例如电子标签的序列号为8位,则参考序列号初始化为11111111,初始化后退变量i为0;步骤b . 读写器执行读请求命令REQ,所选标签组中标签序列号小于等于参考序列号的电子标签应答,并传回该标签的序列号;步骤c . 按照曼彻斯特码编码原理,读写器对接收到的信号进行解调、译码并检测是否发生冲突:如果某个码元的前半周期和后半周期都为非零电平,则表明该码元产生冲突,将该冲突信号对应的冲突解调信号压入冲突解调信号堆栈,然后找出最高的冲突比特位,将译码信号的最高冲突比特位设置为0,低于该位的设置为1,高于该位的保持不变,然后以此作为下一次请求命令 REQ的参照序列号,执行步骤b;如果每个码元的前半周期和后半周期中,其中一个为高电平,另外一个为低电平,则没有产生冲突,读写器能识别该标签的信息,执行步骤d;步骤d . 对选中的标签,读写器执行读出数据命令RD‑DATA来读取标签数据并保存,接着执行去选择命令 UNSEL,使标签进入“休眠”状态;步骤e . 判断冲突解调信号堆栈是否为空,如果为空,表示所有标签信息都已得到,则算法结束,否则读写器将已经读取到的标签数据与冲突解调信号堆栈栈顶存储的冲突解调信号做减法运算,执行i=i+1运算:如果无法得到无冲突的编码信号,即运算结果始终存在冲突,执行步骤f;如可以得到无冲突的编码信号,则得到1个未读取标签信息,将该标签信息存储,然后读写器执行去选择命令UNSEL,使该标签进入“休眠”状态,冲突解调信号堆栈的栈顶元素出栈,重复步骤e;如果得到信号为全低电平,表明该冲突信号内所有标签的信息都已经解码得到,将冲突解调信号堆栈栈顶元素出栈,重复步骤e;步骤f . 将倒数第i次读写器与标签交互所用的参考序列号作为下一次请求命令 REQ 的参照序列号,将i重新设置为0,然后执行步骤g;步骤g . 返回步骤b,直到识别出所有标签为止。...
【技术特征摘要】
1.一种基于物理层网络编码的射频识别标签防冲突方法,其特征在于,该方法将物理层网络编码引入射频识别标签防冲突方法中,利用被传统防冲突方法丢弃的冲突信息,提高标签识别效率,该方法包括以下步骤:步骤a.初始化参考序列号,将其每一位设置为1,若电子标签的序列号为8位,则参考序列号初始化为11111111,初始化后退变量i为0;步骤b.读写器执行读请求命令REQ,所选标签组中标签序列号小于等于参考序列号的电子标签应答,并传回该标签的序列号;步骤c.按照曼彻斯特码编码原理,读写器对接收到的信号进行解调、译码并检测是否发生冲突:如果某个码元的前半周期和后半周期都为非零电平,则表明该码元产生冲突,将该冲突信号对应的冲突解调信号压入冲突解调信号堆栈,然后找出最高的冲突比特位,将译码信号的最高冲突比特位设置为0,低于该位的设置为1,高于该位的保持不变,然后以此作为下一次请求命令REQ的参照序列号,执行步骤b;如果每个码元的前半周期和后半周期中,其中一个为高电平,另外一个为低电平,则没有产生冲突...
【专利技术属性】
技术研发人员:邵星,王翠香,
申请(专利权)人:盐城工学院,
类型:发明
国别省市:江苏;32
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