高频/超高频RFID识别系统中的多标签防碰撞方法技术方案

本发明专利技术提出了一种高频/超高频RFID识别系统中的多标签防碰撞方法，包括：在RFID识别系统中，RFID读写器向RFID发送请求指令，该请求指令向RFID标签提供初始帧长度L和用来选择时隙的随机数；每个RFID标签根据接收到指令随机选择时隙向RFID阅读器发送信息；RFID阅读器设置RFID标签数量的初始均匀分布函；RFID阅读器根据接收到的信息更新RFID标签数量的均匀分布函数；根据更新的RFID标签数量的均匀分布函数和已经被识别的RFID标签的数量，调整下一帧的长度；如果判断还有标签碰撞情况发生,则返回步骤S4,若没有碰撞,则判断标签识别完毕。本发明专利技术基于连续空闲时隙的预测算法即哈希函数算法，可以提高算法吞吐率、传输开销和延时都具有一定的优越性。

【技术实现步骤摘要】
高频/超高频RFID识别系统中的多标签防碰撞方法
本专利技术涉及RFID标签
，特别涉及一种高频/超高频RFID识别系统中的多标签防碰撞方法。
技术介绍
RFID标签本身有一些限制和制约因素如：RFID系统的通讯宽带不能无限的扩大，传递消息的特性也受限；读取范围内的标签数量未知；低成本标签的内存和读写能力有限；标签不具有载波监听功能、标签和标签之间不能通讯。由于这些条件的限制和成本的限制，促使防碰撞算法的研究的重要性，目前使用碰撞算法解决碰撞问题的主要分为二类，基于树的确定性算法和基于ALOHA概率算法，但基于树的确定性算法需要识别查询区域内的所有标签，复杂度高且延时较长，基于ALOHA概率算法在大量标签的情况下会严重加剧读写器运算负担，并不适用于物联网中的大数据环境。RFID实际应用中，电子标签处于移动的动态和工作环境中，在通信中途随时可能有新的标签进入或超出读写的工作范围，多个标签之间通过竞争方式与读写器进行通信，因此就有冲撞产生，而防冲撞算法就是要完成标签的顺利通信。电子标签要将数据很准确的传给读写器，需要满足通信过程中的最大速率C。最大速率是由标签天线的带宽B和读写天线的联系所决定：C＝B·log2(1+S/N)(S/N的信噪比)，因此在实际运作中研究防碰撞算法是确保实现多路存取成功，成为RFID系统研究的重要问题。RFID标签本身有一些限制和制约因素如：RFID系统的通讯宽带不能无限的扩大，传递消息的特性也受限；读取范围内的标签数量未知；低成本标签的内存和读写能力有限；标签不具有载波监听功能、标签和标签之间不能通讯。由于这些条件的限制和成本的限制，促使这项课题进行研究更困难，目前使用碰撞算法解决碰撞问题的主要分为二类：第一类：基于树的确定性算法：基于树的确定性算法对芯片有要求，因此不适宜做一种推广的定制，但研究是可以的。包括查询树算法、二进制树算、搜索树算法和碰撞树算法等，但基于树的确定性算法需要识别查询区域内的所有标签，复杂度高且延时较长。第二类：基于ALOHA概率算法Aloha概率性算法不易受到标签ID位数的影响，更适用于如今的物联网大数据信息采集应用。典型的Aloha算法有纯Aloha(PureAloha,PA)算法、时隙ALOHA(SlotedAloha,SA)算法、帧时隙Aloha(FramedSlotedAloha，FSAF)算法和动态帧时隙Aloha(DynamicFramedSlotedAloha，DFSA)算法.PA算法中标签将自身ID随机发送给读写器，然后等待响应，如果标签在发送信息的过程中其他的标签也在发送，那么可能导致部分碰撞或完全碰撞，系统吞吐率较低；为避免部分碰撞，SA算法将时间分成多个离散时隙，使标签在每个离散时隙的起始处同时传送ID；FSA算法在SA算法的基础上，将多个时隙划分为一帧每个标签只在每一帧中响应一次，若在当前帧中发生碰撞，则在下一帧中重新选择一个时隙，避免了标签频繁发生碰撞；DFSA算法是对FAS算法的改进，使帧长尽可能地等于待读标签数。考虑到大量碰撞时隙和空闲时隙对系统效率的影响，研究人员还提出了不等长的DFSA算法，通过时隙内部机制，减少无效碰撞时隙和空闲时隙数，使系统性能得到显著改善，如EPCC1G2的Q算法。Q算法通过时隙内的预测机制调整Q值，进而达到调整帧长的目的，但仍存在较多的碰撞时隙和空闲时隙.且每个时隙结束后都需要计算Q值和参数C，在大量标签的情况下会严重加剧读写器运算负担，并不适用于物联网中的大数据环境。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。为此，本专利技术的目的在于提出一种高频/超高频RFID识别系统中的多标签防碰撞方法。为了实现上述目的，本专利技术的实施例提供一种高频/超高频RFID识别系统中的多标签防碰撞方法，包括如下步骤：步骤S1，在RFID识别系统中，RFID读写器向RFID发送请求指令，该请求指令向所述RFID标签提供初始帧长度L和用来选择时隙的随机数；步骤S2，每个所述RFID标签根据接收到指令随机选择时隙向所述RFID阅读器发送信息；步骤S3，所述RFID阅读器设置RFID标签数量的初始均匀分布函；步骤S4，所述RFID阅读器根据接收到的信息更新RFID标签数量的均匀分布函数；步骤S5，根据更新的RFID标签数量的均匀分布函数和已经被识别的RFID标签的数量，调整下一帧的长度；步骤S6，如果判断还有标签碰撞情况发生,则返回步骤S4,若没有碰撞,则判断标签识别完毕。进一步，所述RFID阅读器获取信息包括：最近一帧中成功、空闲和碰撞这3种情况下各自的时隙数，若多个信息帧的时隙效率为N，则读n个标签时在每个信息帧内成功、空闲和碰撞时隙数分别为ak＝N-a0-a1。进一步，所述RFID标签数量的均匀分布函数选用哈希函数H，并根据所述均匀分布函数H利用数学期望来估计标签个数，以去除标签的随机性带来的算法误差。进一步，在所述步骤S2中，假设一帧含有N个时隙，共有n个待检测的标签，用L近似表示帧长，每个标签以均等的概率来随机选择一帧中的某个时隙发送数据，得到在一个时隙里有k个标签同时发送数据的概率为由上式定义RFID系统吞吐率进一步，在所述步骤S2中，所述RFID标签在接收到来自RFID读写器的随机数SN后，将时隙序号存储在随机数SN中，并发送至所述RFID读写器，其中，SN为“0”、“1”二值数。进一步，所述RFID读写器接收到SN后启动一个新时隙，判断标签随机数SN的值是否为0，如果是则RFID标签发送标识符号，否则标签随机数SN的值减一，不发送标识符号；在RFID标签发送标识符号后，判断是否无碰撞冲突发生，识别成功，如果是则RFID标签立即进入休眠状态，否则等待RFID阅读器重新开始一个帧。进一步，所述RFID读写器接收到SN后启动一个新时隙之后，进一步判断该帧是否结束，如果是则判断RFID阅读器是否未收到任何标签信号，如果未收到任何标签信号则识别结束，否则等待RFID阅读器重新开始一个帧。根据本专利技术实施例的高频/超高频RFID识别系统中的多标签防碰撞方法，是连续空闲时隙的预测算法即哈希函数算法，这个算法简单、均匀、有构造库，因而可以加快跳过无效时隙。在大规模的标签下，仍保持有较高的吞吐率可以稳定在63％，与之前的算法相比，本专利技术提出的算法在提高算法吞吐率、传输开销和延时都具有一定的优越性。无线射频识别系统要实现同时阅读现场多个标签的关键技术在于找到防冲撞算法来表明解决标签发数据的冲突问题。在RFID系统中帧时隙ALOHA算法的基础上，本专利技术不仅能够充分利用读写器在与之前帧收集的信息，而且标签前帧的信息保留，作为与前的先验信息，再根据H函数对标签个数进行估计，并动态调整帧长，该算法能够更加精准地估计标签个数，提高系统的吞吐率，加快标签的识别速度。本专利技术解决动态时隙ALOHA算法在标签数增加过大或在大数量标签存在所需时隙增长慢的问题。首先以哈希函数为分配原则，对标签进行时隙分配，以减少发生碰撞的标签数，然后根据碰撞时隙中平均值与碰撞时隙所占比例，空闲时隙所占比例的关系，估计方法产生的误差率较小，采用本专利技术可将帧长时隙数设置为标签的1.6倍，将标签识别率控制在500us，当帧长等于标签数时，每个标签的平本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高频/超高频RFID识别系统中的多标签防碰撞方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，在RFID识别系统中，RFID读写器向RFID发送请求指令，该请求指令向所述RFID标签提供初始帧长度L和用来选择时隙的随机数；步骤S2，每个所述RFID标签根据接收到指令随机选择时隙向所述RFID阅读器发送信息；步骤S3，所述RFID阅读器设置RFID标签数量的初始均匀分布函；步骤S4，所述RFID阅读器根据接收到的信息更新RFID标签数量的均匀分布函数；步骤S5，根据更新的RFID标签数量的均匀分布函数和已经被识别的RFID标签的数量，调整下一帧的长度；步骤S6，如果判断还有标签碰撞情况发生,则返回步骤S4,若没有碰撞,则判断标签识别完毕。

【技术特征摘要】
1.一种高频/超高频RFID识别系统中的多标签防碰撞方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，在RFID识别系统中，RFID读写器向RFID发送请求指令，该请求指令向所述RFID标签提供初始帧长度L和用来选择时隙的随机数；步骤S2，每个所述RFID标签根据接收到指令随机选择时隙向所述RFID阅读器发送信息；步骤S3，所述RFID阅读器设置RFID标签数量的初始均匀分布函；步骤S4，所述RFID阅读器根据接收到的信息更新RFID标签数量的均匀分布函数；步骤S5，根据更新的RFID标签数量的均匀分布函数和已经被识别的RFID标签的数量，调整下一帧的长度；步骤S6，如果判断还有标签碰撞情况发生,则返回步骤S4,若没有碰撞,则判断标签识别完毕。2.如权利要求1所述的高频/超高频RFID识别系统中的多标签防碰撞方法，其特征在于，在所述步骤S4中，所述RFID阅读器获取信息包括：最近一帧中成功、空闲和碰撞这3种情况下各自的时隙数，若多个信息帧的时隙效率为N，则读n个标签时在每个信息帧内成功、空闲和碰撞时隙数分别为ak＝N-a0-a1。3.如权利要求1所述的高频/超高频RFID识别系统中的多标签防碰撞方法，其特征在于，所述RFID标签数量的均匀分布函数选用哈希函数H，并根据所述均匀分布函数H利用数学期望来估计标签个数，以去除标签的随机性带来的算法误差。4.如权利要求1所述的高频...

【专利技术属性】
技术研发人员：田川，李鑫，高茂生，尹祖伟，
申请(专利权)人：北京宏诚创新科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11