基于多叉树的无线无源传感系统防冲突方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多叉树的无线无源传感系统防冲突方法，应用于单个阅读器和多个传感器标签组成的无线无源传感系统中，阅读器发送初始化命令，将传感器标签激活并初始化后；传感器标签的ＩＤ号以ｍ进制的形式表示为ｋ位，阅读器由高位到低位依次查询待识别传感器标签的每一位ｍ进制ＩＤ号；如果阅读器检测到传感器标签的某一位ｍ进制ＩＤ号有冲突，则对冲突的各值依次轮换进行查询；传感器标签根据自身的状态及参数来对阅读器的各个指令做出状态的切换及参数的改变。本发明专利技术减少了查询次数，降低了误码率，传感器标签的识别过程逻辑简单，功耗低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线无源传感技术，尤其涉及一种基于多叉树的无线无源传感 系统防冲突方法。
技术介绍
无线无源传感系统是一个新兴的研究方向，它具有广泛的应用前景和较高 的应用价值。现阶段的无线传感器以无线有源传感器为主，该技术采用传感器 标签自带电池供电。由于电池电量有限，尤其在一些恶劣的环境条件下工作寿 命将大大减小，因此传感器标签的无源化是无线传感器系统的一个理想的发展 趋势。目前无线无源传感系统的研究主要包括SAW (声表面波)传感系统和RFID (射频识别)标签式的无线无源传感系统两类。SAW在压电基底表面传播时， SAW的传播特性会随着压电基片表面的物理参数的变化而变化，无线无源SAW 传感系统就是利用该原理测量物理参数，并通过电磁波信号，将被测物理参数 以模拟量的形式发送给接收器。无线无源SAW传感系统对于传感器的设计要求 及依赖程度很高，使用的灵活性较差。RFID标签式的无线无源传感系统由阅读器和传感器标签组成，可采用数字 式的传感器，传感器标签从阅读器以无线的方式获得能量，并将检测信号无线 地发送给阅读器。相对而言，它的传感器标签的成本可以更低，传感器的种类 可以更多，应用也将更加灵活。这类产品可用于密闭容器内物理参数的测量、 食品或水质的检测、环境监测等。例如将该感应器标签粘贴在牛奶纸盒上，通 过纸盒上的这个传感器来测量牛奶中细菌的含量，阅读器接收测量信息，并判 断牛奶是否变质。RFID标签式的无线无源传感系统的工作时由阅读器周期的广播自己的信 号，进入阅读器感应范围的传感器标签将获得运行的能量而被激活，并根据收 到的阅读器信号，将按照一定的协议规定发送自己的要发送的信号。由于所有 传感器标签发送的信号使用的是同一个信道，如果在同一时刻有多个传感器标 签发出信号，将在该信道上产生信号冲突从而造成阅读器无法正确地识别标签5返回的信号。针对上述的多传感器标签应答冲突问题的解决通常有4种方式TDMA时分多址、SDMA空分多址、FDMA频分多址、CDMA码分多址。其中，TDMA时 分多址方式由于应用简单，容易实现大量标签的读写，所以被多数防冲撞算法 采用。现有的RFID系统多标签冲突解决方案主要包括Aloha算法和二叉树算 法两种，两者均属于TDMA方式，其中Aloha算法的主要原理是通过标签随机 地选择发送信号的时间来避免冲突，而二叉树算法则是通过阅读器对应答的电 子标签进行分类来避免冲突。Aloha算法又可分为纯Aloha、时隙Aloha (Slotted Aloha)、帧隙Aloha (Frame-slotted Aloha)等。总体而言Aloha算法的随机性较大， 当大量标签并存时，帧冲突严重，引起性能急剧恶化。二叉树算法也有动态二 进制算法、后退式二叉树搜索算法以及其他形式的优化二叉树算法等。相对而 言二叉树算法的理论性能要优于Aloha算法，但是二叉树方法需要标签回复大 量的二进制ID码，应答时序较长，容易产生误码。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术方法的不足，提供一种基于多叉树的无线无 源传感系统防冲突方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的 一种基于多叉树的无线无源 传感系统防冲突方法，无线无源传感系统主要由单个阅读器和多个传感器标签 组成，阅读器和传感器标签均包括控制器，传感器标签包含一个n位的二进制 ID号，将该二进制ID号表示为一个k位的m进制ID号，传感器标签的控制器 中包含一个可读写的p位的冲突标识数和一个q位的计数器，p为大于或等于 log2k的最小整数，k为传感器标签m进制ID号的位数，q为大于或等于k^m的 最小整数。阅读器的控制器中包含一个q位的计数器和一个最大深度为 (m-l)，(k-l)的堆栈；该方法包括以下步骤(1) 阅读器发送初始化命令，将传感器标签激活并初始化；(2) 传感器标签的ID号以m进制的形式表示为k位，阅读器由高位到;f氐位 依次査询待识别传感器标签的每一位m进制ID号；(3) 如果阅读器检测到传感器标签的某一位m进制ID号有冲突，则对冲突 的各值依次轮换进行查询；(4 )传感器标签根据自身的状态及参数来对阅读器的各个指令做出状态的 切换及参数的改变。进一步地，所述步骤(1)中，将传感器标签激活并初始化是将所有待识别 传感器标签的冲突标识清零，并由初始状态进入就绪状态。进一步地，所述步骤(2)中，阅读器由高位到低位依次査询待识别传感器 标签的每一位m进制ID号是指，传感器标签每次发送一位m进制ID号时，只 发送尚未发送过的最高一位m进制ID号。其中传感器标签发送一位m进制ID 号，包括以下步骤a. 阅读器发"一位m进制ID号査询指令"，阅读器计数器以一定的周期从 0开始计数。处于就绪状态的传感器标签收到指令进入发送尚未发送过的最高一 位m进制ID号状态，传感器标签计数器也以相同的周期从0开始和阅读器同步 计数。b. 阅读器在每个周期检测有无传感器标签应答，若收到应答信号，则记录下 计时数值，即为应答传感器标签所发的该位m进制ID号。传感器标签和阅读器 同步计数，当传感器标签计数器的值与它要发送的该位m进制ID号相等时，该 传感器标签发送一位应答信号。c. 当阅读器和传感器标签的计数器满，即计完m个周期，传感器标签退回 就绪状态，监听阅读器指令， 一位m进制ID号査询过程结束。进一步地，所述步骤(3)中，对冲突的各值依次轮换进行查询，是采用将 部分冲突传感器标签入栈出桟来实现的，具体步骤包括a. 阅读器在一次一位m进制ID号查询过程中收到两个或以上的一位m进制 ID号应答，则除了最小的应答值，其余的应答值连同该位的位序号一起，根据 应答值由大到小的顺序依次入栈。b. 阅读器发"冲突标识加一指令"，格式为"指令+—位m进制ID号"，其 中的一位m进制ID号为前一步中最小的应答值。传感器标签接收到指令后核对 自身是否冲突标识为0且最后发送的一位m进制ID号与指令中的一位m进制 ID号相同，如果是则不动作，否则冲突标识加l，进入冲突状态。c. 当阅读器完成一个或几个传感器标签的最后一位m进制ID号的查询后， 判断堆桟是否为空，如果堆栈为空，则所有传感器标签査询结束，否则从堆栈 中弹出一位m进制ID号和一个位序号。d. 如果该弹出的位序号与堆栈中下一个位序号相同，即表示该位m进制ID 号仍有冲突，阅读器发送"含冲突减一指令"，格式为"指令+—位m进制ID 号"，其中的一位m进制ID号为前一步中从堆桟中弹出的一位m进制ID号。 处于冲突状态的传感器标签接收到该指令后核对自身是否冲突标识为1且最后 发送的一位ID号与指令中的一位m进制ID号相同，如果是则冲突标识减1，否则不动作。处于就绪状态的传感器标签接收到该指令后进入休眠状态。e.如果步骤c中弹出的一位序号与堆栈中下一个位序号不同，即表示该位m 进制ID号己无冲突，阅读器发送"无冲突减一指令"。处于冲突状态的传感器 标签接收到该指令后冲突标识减1，处于就绪状态的传感器标签接收到该指令后 进入休眠状态。进一步地，所述步骤(4)中，传感器标签根据自身的状态及参数来对阅读 器的各个指令做出状态的切换及参数的改变中，传感器标签的状态包括初始 状态、就绪状态、发送一位m进制ID号状态、冲突状态本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多叉树的无线无源传感系统防冲突方法，无线无源传感系统主要由单个阅读器和多个传感器标签组成，阅读器和传感器标签均包括控制器，传感器标签包含一个ｎ位的二进制ＩＤ号，将该二进制ＩＤ号表示为一个ｋ位的ｍ进制ＩＤ号，传感器标签的控制器中包含一个可读写的ｐ位的冲突标识数和一个ｑ位的计数器，ｐ为大于或等于ｌｏｇ↓［２］ｋ的最小整数，ｋ为传感器标签ｍ进制ＩＤ号的位数，ｑ为大于或等于ｌｏｇ↓［２］ｍ的最小整数。阅读器的控制器中包含一个ｑ位的计数器和一个最大深度为（ｍ－１）.（ｋ－１）的堆栈。其特征在于，该方法包括以下步骤：（１）阅读器发送初始化命令，将传感器标签激活并初始化。　（２）传感器标签的ＩＤ号以ｍ进制的形式表示为ｋ位，阅读器由高位到低位依次查询待识别传感器标签的每一位ｍ进制ＩＤ号。　（３）如果阅读器检 测到传感器标签的某一位ｍ进制ＩＤ号有冲突，则对冲突的各值依次轮换进行查询。　（４）传感器标签根据自身的状态及参数来对阅读器的各个指令做出状态的切换及参数的改变。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：戴华平，石焕，孙旦，许煜，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]