一种高效ＲＦＩＤ多标签防碰撞识别方法技术

本发明专利技术公开了一种高效ＲＦＩＤ多标签防碰撞识别方法，其过程主要包含两部分：标签分割过程和标签搜索过程。标签分割过程可以为一个ＡＬＯＨＡ帧或其他信号帧，在该过程中标签随机选择一个时隙发送ＩＤ，其作用为将读写器范围内的所有标签所构成的标签群分割成相互独立的若干个小标签群。标签搜索过程可以由多个消息帧组成，每一帧对应标签分割过程中的特定碰撞时隙，在该帧中可通过返回式二叉树搜索等方法实现对标签的逐个识别。这种方法可以极大减少多标签识别过程中的碰撞现象，降低标签和读写器信息交互次数，是一种既高效又安全的标签防碰撞方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种无线通信过程中的碰撞避免技术，尤其涉及射频识别(RFID)多标签防碰撞和快速识别技术。
技术介绍
射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)系统的碰撞问题分为读写器碰撞和标签碰撞。邻近的多个读写器的有效工作区域若存在重叠，两个或以上读写器同时 对一个标签进行识别或数据读写操作时，可能导致标签无法正确识别读写器指令，从而 无法作出正确响应的现象，称之为读写器碰撞。某个读写器工作区域内存在多个标签， 且有两个或两个以上标签在同一时隙内对读写器指令作出响应，因而在读写器接收端产 生信号叠加，造成读写器无法正确识别标签响应信号的现象称为标签碰撞。目前，RFID技术作为物联网的关键身份标识技术之一，已在门禁、仓储管理、 生产流水线、物流运输、小额支付、定位与跟踪等社会生活各个领域得到极其广泛的应 用，而像物流供应链管理、仓储管理、展览馆/博物馆人流监控等应用中往往需要同时 对大量目标对象进行识别，而功能简单的无源RFID标签本身并不具备检测冲突和发现相 邻标签的能力，因此在RFID系统的通信过程中建立完善的标签防碰撞协议就显得至关重 要。标签防碰撞协议主要分为两类随机型防碰撞算法(基于ALOHA的防碰撞算 法)和确定型防碰撞算法(基于二叉树的防碰撞算法)。基于ALOHA的标签防碰撞算 法例如ALOHA算法、时隙ALOHA算法、帧时隙ALOHA算法、动态帧长度ALOHA算 法等，都是通过减小标签碰撞发生的概率来提高多标签识别的速度。ALOHA类算法中 效率较高的应为动态帧长度ALOHA算法，如EPCglobal C1G2标准所用的Q算法既为该 类算法，读写器通过广播特定命令建立一个固定长度的数据帧，标签可随机选择任一时 隙发送响应，若某个时隙无标签响应则为空时隙，若只有一个标签响应则该标签被正确 识别，若有多个标签响应则发生碰撞，读写器通过统计该帧中的空时隙、单标签响应时 隙、碰撞时隙的数量来作为参数调整下一个命令帧的长度，直到某个识别帧中不存在碰 撞时隙，既所有标签均被识别。二叉树搜索算法通过标签内部的随机数产生器随机产生“O”和“1”将产生碰撞的标签群不断细分成两个子标签群，直到其中一个子标签群只 包含一个标签时，读写器便能够正确识别该标签，如此反复，直到所有标签均被识别。 研究表明，当标签数量较多时，这两种方法的效率都是相当低的。现有RFID多标签防碰撞算法的主要缺点在于ALOHA类算法的效率对标签数 量的预测非常依赖，当其识别帧长度与待识别标签数量相等时，其理论最高工作效率可 接近l/ek36.8%)标签/时隙。此外，ALOHA类算法是很不稳定的，同样数量标签的 多次识别结果会存在较大的波动，尤其当标签数量较多，读写器无法准确预测标签数量 时，其算法性能将会明显下降。二叉树类的演化算法中，返回式查询树算法是效率最高 的一种，该算法对M个标签的识别次数为(2M-1)次，当标签数量较多时可接近50%标签/时隙，然而在标签较多的情况下为了处理大量的标签碰撞，读写器不得不多次发送 标签ID号来分裂标签群，这样造成了标签信息泄露的潜在危险。因此，本专利技术公开了一种不同于现有随机型和确定型的RFID多标签防碰撞方 法，提出了一种新的更加高效和安全的RFID多标签识别算法结构。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种新的更加高效、安全的射频识别多 标签识别方法。该方法的基本构思是将RFID读写器识别多标签的通信过程分为标签 分割过程和标签搜索过程两个阶段，首先通过建立一个特定长度的标签分割帧，标签在 该帧中随机选择一个时隙发送响应，将由处于读写器有效工作区域内的所有标签组成的 标签群随机分割并重新组合成分别由少量标签组合成的多个标签群，然后通过选择命令 逐个选择小标签群，对群中的标签进行搜索，进而完成对所有标签的识别过程。理论分 析证明，这种方法可以大大提高标签的识别效率，而且通过将大标签群分割为多个小标 签群后再进行标签搜索的方法可以大大减小标签搜索过程对同一标签所及进行的重复通 信次数，降低系统信息泄露风险。RFID系统对某个标签的数据操作(读/写操作)，可 在该标签被成功识别后立即进行，也可在所有标签都识别完成后由读写器单独选择该标 签进行操作，这种数据读写操作不对标签的防碰撞过程产生影响，也不成为本专利技术的限 制。根据本专利技术的目的，射频识别多标签防碰撞过程包括标签分割过程和标签搜索 过程两个阶段。标签分割阶段包括步骤1、读写器发送Select命令选择特定标签群进行识别操作，该步骤可不做，若不 做则所有在读写器有效工作范围内的标签都将参与随后的识别过程；2、读写器发送Query命令建立一个标签分割帧，Query命令格式中包含指示该 帧标签响应时隙数量的参数一N ；3、标签正确接收Query命令后获得时隙数N，标签内部的随机数产生器产生一 个随机数(n，0<n < N),存为时隙标识符；标签只在其选定的时隙发送响应信号，通常为标签ID信息，不管是否发生碰撞，在所有其他时隙均保持静默；在每个 标签响应时隙会出现三种可能情况1、该时隙没有标签发送响应信号，即为空时隙，则读写器在等待特定时间确认 无标签响应后发送NextSlot命令，进入下一时隙操作；2、若只有一个标签发送响应，则该标签被成功识别，读写器同样发送NextSlot 命令，进入下一时隙操作；3、若有多个标签发送响应，则在读写器接收端发生碰撞，系统不能识别任一标 签，则读写器将该时隙号存入碰撞时隙列表丨T1J,并发送NextSlot命令，进入下一时隙 操作；标签搜索阶段的目的在于对标签分割帧中各个碰撞时隙中所包含的少量标签进 行逐个识别，具体标签搜索方法的实现可以有多种形式，例如使用标签ID前缀的搜索方 法，或通过标签随机产生“O”和“1”分裂标签群方法等。具体实现方法将在“具体 实施方式”部分结合专利技术实施例进行阐述。本专利技术的技术效果在于1)以相对工作效率较高的二叉树搜索算法的基本思想 为基础，引入了标签分割帧，对读写器工作范围内的标签群进行基于均勻分布的随机分 割，从而得到多个独立的小标签群，极大缩小了每次标签搜索的范围，降低了读写器最 终识别标签所需要经历的碰撞次数，提高了识别效率，加强了信息安全性；2)经过理论 分析和基于蒙特卡洛方法的Matlab仿真验证，本专利技术的多标签防碰撞识别效率突破了传 统ALOHA算法和二叉树搜索算法的限制，实现了一个新的高度；幻本专利技术突破了传统 算法对于多标签数量的限制，适用于对大量标签的快速识别。附图说明图1 (a)表示本专利技术的一个具体实施例中待识别的标签及其所构成的标签树图1 (b)表示本专利技术的一个具体实施例的标签分割过程图1 (c)表示本专利技术的一个具体实施例的标签搜索过程图2表示本专利技术的一个具体实施例所使用的曼彻斯特编码方法图3表示本专利技术的一个具体实施例的最优性能条件求解图4表示本专利技术的一个具体实施例在对不同数量标签进行识别时的性能仿真结 果图5表示本专利技术的一个具体实施例在对100个标签进行多次识别时的性能仿真结 果具体实施方式以下通过优选的实施例结合附图，对本专利技术进行详细描述，但不构成对本专利技术 的限制。一、本专利技术的工作原理在RFID本文档来自技高网...

【技术保护点】
本专利技术公开了一种高效ＲＦＩＤ多标签防碰撞识别方法，基于该方法的ＲＦＩＤ多标签识别的信令过程主要包含两部分：标签分割过程和标签搜索过程。（１）标签分割过程，包括步骤：ａ）读写器发送命令选择特定标签群进行识别操作，该步骤也可不做，若不做则所有处在读写器有效工作范围内的标签都将参与随后的识别过程；ｂ）读写器发送命令建立一个标签分割帧，该命令格式中包含指示该帧标签响应时隙数量的参数；ｃ）标签正确接收读写器命令后获得当前帧时隙数量，标签内部的随机数产生器产生一个随机数（ｎ，０≤ｎ＜Ｎ），存为时隙标识符；标签只在其选定的时隙发送响应信号，通常为标签ＩＤ信息；（２）标签搜索过程的目的在于对标签分割帧中各个碰撞时隙中所包含的少量标签进行逐个识别，具体标签搜索方法的实现可以有多种形式，例如使用标签ＩＤ前缀的搜索方法，或通过标签随机产生“０”和“１”分裂标签群方法等。

【技术特征摘要】
1.本发明公开了一种高效RFID多标签防碰撞识别方法，基于该方法的RFID多标签 识别的信令过程主要包含两部分标签分割过程和标签搜索过程。(1)标签分割过程，包括步骤a)读写器发送命令选择特定标签群进行识别操作，该步骤也可不做，若不做则所有 处在读写器有效工作范围内的标签都将参与随后的识别过程；b)读写器发送命令建立一个标签分割帧，该命令格式中包含指示该帧标签响应时隙 数量的参数；c)标签正确接收读写器命令后获得当前帧时隙数量，标签内部的随机数产生器产生 一个随机数(n，0<n < N),存为时隙标识符；标签只在其选定的时隙发送响应信号，通 常为标签ID信息；(2)标签搜索过程的目的在于对标签分割帧中各个碰撞时隙中所包含的少量标签进 行逐个识别，具体标签搜索方法的实现可以有多种形式，例如使用标签ID前缀的搜索方 法，或通过标签随机产生“0”和“1”分裂标签群方法等。2.如权利要求1所述的标签分割过程可以为一个适当长度的ALOHA帧或其他信号 帧，在该过程中标签随机选择一个时隙发送相应的身份标识信号，可以为用户唯一标识 符(UUID)、标签唯一标识符(TUID)等，其作用为将读写器范围内的所有标签构成...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪卫军，李书芳，尹斯星，邓力，左中梁，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]