專利名稱：基于閱讀器的無線射頻識別中的載波監(jiān)聽多路訪問協(xié)議的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可以減少無線射頻識別(RFID，Radio Frequency IDentification)系統(tǒng)中閱讀器通信消耗以及電子標簽沖突消耗，提高信道利用率和電子標簽讀取速率的載波監(jiān)聽多路訪問協(xié)議。本發(fā)明屬于無線射頻識別技術(shù)，無線通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
無線射頻識別(以下簡稱RFID)技術(shù)，是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)具有可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽的特征。RFID技術(shù)廣泛用于大型超市、物流、機場和室內(nèi)定位等各種領(lǐng)域。典型的RFID系統(tǒng)包含兩個基本組成部分， 即閱讀器和電子標簽(簡稱標簽)。在實際工作中，當(dāng)閱讀器需要傳送大量數(shù)據(jù)來控制電子標簽時，信道利用率會下降，隨之電子標簽讀取速率也會下降。電子標簽會根據(jù)競爭概率選擇在一個時間段是否傳送數(shù)據(jù)，如果兩個或以上的電子標簽同時傳送，則信道沖突發(fā)生。信道沖突發(fā)生后，該時間段會被浪費，從而，信道利用率也被降低。信道沖突是RFID技術(shù)中經(jīng)常遇到的一個問題。同時，電子標簽的信息傳送概率決定了信道的利用率太高的概率會造成大量信道沖突，太低的概率會造成信道空閑，因此，選擇一個最優(yōu)競爭概率也是一個很重要的問題。當(dāng)閱讀器需要傳輸大量數(shù)據(jù)時，在二叉搜索樹協(xié)議下，閱讀器至少需要傳輸和電子標簽等數(shù)級量的數(shù)據(jù)，才有可能識別一個標簽，如果閱讀器傳輸速率很低，那么大部分的信道都將被閱讀器占用，電子標簽的讀取率也就隨之降低。另外，當(dāng)兩個電子標簽同時競爭同一個時間段，會造成無限次沖突而且標簽不能被識別。本發(fā)明旨在提出一種基于閱讀器的載波監(jiān)聽多路訪問協(xié)議，減少信道沖突帶來的消耗，并減少閱讀器傳送大量數(shù)據(jù)來控制電子標簽時的數(shù)據(jù)傳輸量，從而提高信道利用率和標簽讀取率。經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)，目前RFID工業(yè)標準主要通過兩種協(xié)議來讀取電子標簽，ALOHA協(xié)議和二叉搜索樹協(xié)議，其中，ALOHA協(xié)議的需要通過較長時間才能調(diào)整標簽傳送概率，而二叉搜索樹協(xié)議的則需要閱讀器經(jīng)常發(fā)送大量數(shù)據(jù)來控制電子標簽。這兩個協(xié)議的相同點是， 都要一次傳送所有電子標簽里的數(shù)據(jù)，因此發(fā)生沖突會造成信道浪費的可能性很大。目前已有相關(guān)專利申請涉及減少多標簽碰撞沖突，在與本發(fā)明比較后，得到以下結(jié)論
申請?zhí)枮?00810218611.8，申請日為2008年10月24日的國內(nèi)發(fā)明專利申請公開了一種用于RFID系統(tǒng)中的基于分組動態(tài)幀及二叉樹搜索的多標簽防碰撞方法，該方法包括標簽數(shù)量估計階段和標簽識別階段。標簽數(shù)量估計階段完成對未識別標簽數(shù)量的估計；標簽識別階段根據(jù)未識別標簽數(shù)量的估計值選取最優(yōu)的分組數(shù)和每組最優(yōu)幀長，將標簽分配到若干組的幀周期內(nèi)依次識別，并對每組發(fā)生碰撞的時隙中的標簽采用二叉樹搜索加以識別，進而識別完所有標簽。該發(fā)明需要對標簽數(shù)量進行估計，從而選取最優(yōu)競爭概率，在一
3定程度上降低了讀取速率；本發(fā)明無須經(jīng)過標簽數(shù)量估計，僅根據(jù)閱讀器每個時間段廣播的信道狀態(tài)，電子標簽的競爭概率就可以在極短的時間內(nèi)達到最優(yōu)，可以提高了電子標簽的讀取速率。申請?zhí)枮?01010221127.8申請日為2010年07月08日的國內(nèi)發(fā)明專利申請公開了一種RFID閱讀器的多標簽識別方法。包括以下步驟步驟1讀寫器向標簽群發(fā)送檢測命令，標簽收到檢測命令后隨機從時隙0到時隙(2Q-1)的時隙序列中選擇其中一個時隙編號，同時生成一個具有2Q個比特位的二進制數(shù)據(jù)作為標簽的時隙序列；步驟2讀寫器收到標簽發(fā)送的時隙序列后，檢測標簽的時隙序列的比特位沖突；步驟3讀寫器根據(jù)非空閑時隙編號表項開始識別標簽，讀寫器按照時隙編號從小到大的順序，依次發(fā)送詢問命令 Query(Sl)給標簽群。由于本發(fā)明無須收集電子標簽產(chǎn)生的時隙編號，因此沒有因為時隙標號沖突而帶來的額外消耗。同時，采用本發(fā)明所述方法的閱讀器只須初始化通信范圍內(nèi)的電子標簽一次，然后在每個時間段通過極小的數(shù)據(jù)量(<1字節(jié))發(fā)送檢測到的信道狀態(tài)，大大降低了閱讀器發(fā)送數(shù)據(jù)所帶來的時間消耗，電子標簽的識別速率因此大幅度提高。申請?zhí)枮?01010520775. 3申請日為2010年10月27日的國內(nèi)發(fā)明專利申請公開了一種將電子標簽分類，然后通過二叉搜索樹算法識別電子標簽的方法。標簽分割過程可以為一個ALOHA幀或其他信號幀，在該過程中標簽隨機選擇一個時隙發(fā)送ID，其作用為將讀寫器范圍內(nèi)的所有標簽所構(gòu)成的標簽群分割成相互獨立的若干個小標簽群。標簽搜索過程可以由多個消息幀組成，每一幀對應(yīng)標簽分割過程中的特定碰撞時隙，在該幀中可通過返回式二叉樹搜索等方法實現(xiàn)對標簽的逐個識別。本發(fā)明采用一次性詢問，之后每個時間段只需發(fā)送極少量數(shù)據(jù)(<1字節(jié))進行同步和廣播信道狀態(tài)的方法，因此降低了電子標簽逐級分類的通信消耗，減少了閱讀器的數(shù)據(jù)發(fā)送量，提高了信道利用率。本發(fā)明提出了一個新的通信協(xié)議，能夠解決無線射頻識別系統(tǒng)中閱讀器通信消耗以及電子標簽沖突消耗過大等問題，增加信道利用率和電子標簽讀取率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，如何有效提高射頻識別系統(tǒng)中標簽讀取效率及讀取速率，即鑒于電子標簽設(shè)計簡單，一般不具備載波監(jiān)聽的能力，如何在電子標簽無法監(jiān)聽信道的情況下，使電子標簽獲知信道狀況，從而采取有效措施，緩解上述在無線通信領(lǐng)域中的信道沖突問題；同時，減少閱讀器通信數(shù)據(jù)量。為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是通過RFID閱讀器監(jiān)聽信道，并將無線信道狀況廣播給電子標簽，使電子標簽自動將競爭概率調(diào)至最優(yōu)；電子標簽通過輕量級數(shù)據(jù)競爭信道，競爭成功后再傳送剩余數(shù)據(jù)；閱讀器只需要傳輸少量數(shù)據(jù)即可以開始識別標簽，并在每個周期發(fā)送一個小于1字節(jié)的數(shù)據(jù)來廣播信道狀況。由于電子標簽設(shè)計簡單，其不具備載波監(jiān)聽的能力，因此本發(fā)明通過閱讀器來收集并統(tǒng)計信道狀況后，再將信道狀況發(fā)送給通信范圍內(nèi)的電子標簽，由此達到電子標簽的載波監(jiān)聽目的。RFID閱讀器可設(shè)置電子標簽的競爭概率，也可周期性發(fā)送數(shù)據(jù)控制電子標簽的競爭概率，使得電子標簽可以實時獲得信道狀態(tài)，根據(jù)信道狀態(tài)調(diào)整競爭概率，使競爭概率處于最優(yōu)狀態(tài)，以此增加信道利用率。相對于傳統(tǒng)的無線射頻識別協(xié)議，本發(fā)明使電子標簽用輕量級數(shù)據(jù)來競爭信道，
4競爭成功后，再傳送剩余重量級數(shù)據(jù)，這樣設(shè)計可以減少由于信道沖突造成的浪費。在實際工作中，一共有三種信道狀況，空信道、沖突信道、可用信道?？招诺辣硎緵]有電子標簽發(fā)送數(shù)據(jù)，即沒有電子標簽進行競爭。在這種情況下，閱讀器需要等待一定時間來判斷是否有標簽傳送數(shù)據(jù)，等待時間與數(shù)據(jù)長度成正比，即如果數(shù)據(jù)比較長，閱讀器的等待時間就會相應(yīng)較長，所以當(dāng)電子標簽用較少量數(shù)據(jù)競爭的時候，閱讀器只需要等待較短時間。同理，當(dāng)多于一個電子標簽擬進行數(shù)據(jù)傳輸，即電子標簽進行競爭的時候，即信道沖突發(fā)生，由于標簽采用的是先以輕量級數(shù)據(jù)來競爭信道，即數(shù)據(jù)較“短”，因此閱讀器也不需要等待太長時間。當(dāng)信道可用時，表示只有一個電子標簽競爭，此電子標簽將被識別。RFID系統(tǒng)一般采用的傳統(tǒng)傳輸協(xié)議下閱讀器需要周期性發(fā)送“開始識別”的命令， 此命令要確定閱讀器和電子標簽的編碼解碼方式，初始化電子標簽的競爭概率等，所以數(shù)據(jù)量較大。本發(fā)明允許閱讀器只發(fā)送一次“開始識別”命令初始化，之后只需要周期性發(fā)送信道狀態(tài)，由電子標簽自動調(diào)節(jié)競爭概率，選擇是否發(fā)送數(shù)據(jù)、繼續(xù)發(fā)送還是保持原等待狀態(tài)。本發(fā)明是一種新型的基于閱讀器的無線射頻識別中的載波監(jiān)聽多路訪問協(xié)議，能達到的有益效果如下
短時間內(nèi)達到電子標簽最優(yōu)競爭概率，減少信道沖突；
減少單時間段內(nèi)信道沖突帶來的消耗，提高信道利用率，提高電子標簽的閱讀速度； 減少閱讀器的數(shù)據(jù)發(fā)送量，將更多的通信時間讓給電子標簽。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。圖1為基于閱讀器的無線射頻識別中的載波監(jiān)聽多路訪問協(xié)議運作圖。圖2為電子標簽狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的說明。閱讀器通過發(fā)送無線信號“開始識別”指令來開始識別，并將時間分成離散的時間段，在每個時間段各個電子標簽通過概率來選擇是否競爭信道?？招诺?、可用信道和沖突信道分別表示沒有電子標簽競爭、只有一個電子標簽進行數(shù)據(jù)傳輸和多個電子標簽競爭。在只有一個電子標簽通過輕量級數(shù)據(jù)競爭的情況下，閱讀器會通知該標簽繼續(xù)發(fā)送(同時其他電子標簽停止發(fā)送)，該被通知電子標簽會繼續(xù)發(fā)送剩余數(shù)據(jù)。多個電子標簽的輕量級數(shù)據(jù)可能造成沖突，如果造成沖突，閱讀器監(jiān)聽到后會廣播給電子標簽，所有發(fā)生沖突的電子標簽會調(diào)整競爭概率并重新競爭信道，即電子標簽獲知信道狀況。如圖1所示，閱讀器通過發(fā)送“開始識別”命令來初始化通信范圍內(nèi)的電子標簽， 初始化包括設(shè)置電子標簽初始化競爭概率，確定傳送速率等，初始化之后，閱讀器將時間分成離散的時間段，在每一時間段內(nèi)，信道有三種狀態(tài)
空信道閱讀器沒有監(jiān)聽到任何電子標簽的數(shù)據(jù)傳輸； 沖突信道閱讀器監(jiān)聽到多個電子標簽的數(shù)據(jù)傳輸；
5可用信道閱讀器監(jiān)聽到一個電子標簽的數(shù)據(jù)傳輸。為了表示這三種信道狀態(tài)，可以采用簡單編碼標志狀態(tài)，例如用兩個數(shù)據(jù)位來編碼并廣播給電子標簽。電子標簽通過以下方式來獲取信道狀態(tài)
00閱讀器沒有收到任何數(shù)據(jù)；
11 閱讀器收到多于一個電子標簽的數(shù)據(jù)傳輸；
01閱讀器收到一個電子標簽的輕量級數(shù)據(jù)傳輸； 10 閱讀器收到一個電子標簽的重量級數(shù)據(jù)傳輸。對于電子標簽的競爭概率，每個電子標簽存儲一個競爭窗口長度dw，在每一個時間段，電子標簽會從W，dw-Ι]中任選一個數(shù)字，當(dāng)選擇的這個數(shù)字為0時，該電子標簽會發(fā)送輕量級數(shù)據(jù)競爭信道。電子標簽的競爭窗口長度dw會進行如下變化
如果當(dāng)前為沖突信道，電子標簽會加倍競爭窗口的長度； 如果當(dāng)前為可用信道，電子標簽會保持競爭窗口長度不變； 如果當(dāng)前為空信道，電子標簽會減半競爭窗口的長度。即如果信道為空，則電子標簽將競爭概率減倍，如果信道可用，則電子標簽保持當(dāng)前競爭概率，如果信道發(fā)生沖突，則電子標簽將競爭概率加倍，以此使電子標簽處于最優(yōu)競爭概率。當(dāng)電子標簽收到RFID閱讀器開始識別的命令時會處于等待狀態(tài)。在等待狀態(tài)下， 電子標簽會根據(jù)概率判斷是否進行競爭信道，如果開始競爭，會進入發(fā)送狀態(tài)，如果競爭成功，會發(fā)送剩余數(shù)據(jù)并進入已讀狀態(tài)；如果經(jīng)過概率計算不競爭，那么會繼續(xù)保持等待狀態(tài)，或者競爭失敗，會返回等待狀態(tài)即保持原態(tài)。圖2表示電子標簽的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。首先，所有的電子標簽接收到命令后進入等待狀態(tài)，當(dāng)競爭數(shù)字為0時，電子標簽會進入發(fā)送狀態(tài)，并發(fā)送輕量級數(shù)據(jù)競爭信道，如果競爭成功，即處于信道可用狀態(tài)，會繼續(xù)發(fā)送剩余重量級數(shù)據(jù)并進入已讀狀態(tài)，進入已讀狀態(tài)的電子標簽將不再進行信道競爭。即電子標簽只有在信道可用的情況下才會發(fā)送重量級數(shù)據(jù)部分，所以重量級數(shù)據(jù)部分不會造成沖突，以此減少沖突消耗，增加信道利用率和讀取速率。當(dāng)競爭數(shù)字不為0時，電子標簽會保持等待狀態(tài)，并在下一時間段重新競爭信道。
權(quán)利要求
1.一種基于閱讀器的無線射頻識別中的載波監(jiān)聽多路訪問協(xié)議，其特征是基于無線射頻識別技術(shù)的，由閱讀器進行信道監(jiān)聽，命令初始化后，只須周期性將無線信道狀況編碼后廣播給電子標簽；電子標簽獲得信道狀況后，如果決定進行標簽碼的發(fā)送，則采用輕量級數(shù)據(jù)進行信道競爭、自動將競爭概率調(diào)至最優(yōu)，在競爭成功后再發(fā)送剩余數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn) RFID中的載波監(jiān)聽多路訪問，節(jié)約閱讀器的協(xié)調(diào)消耗和電子標簽的沖突消耗，以提高信道利用率和讀取電子標簽的速率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于閱讀器的無線射頻識別中的載波監(jiān)聽多路訪問協(xié)議，其特征是通過閱讀器在初始化，即發(fā)送一次“開始識別”后，就開始周期性收集并統(tǒng)計信道狀況，再將信道狀況編碼后發(fā)送給通信范圍內(nèi)的電子標簽，由此達到電子標簽的載波監(jiān)聽目的與網(wǎng)絡(luò)維護。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于閱讀器的無線射頻識別中的載波監(jiān)聽多路訪問協(xié)議，其特征是閱讀器通過簡單編碼對無線信道狀況進行標識，然后將編碼傳送給電子標簽，使電子標簽獲得信道狀況。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于閱讀器的無線射頻識別中的載波監(jiān)聽多路訪問協(xié)議，其特征是閱讀器周期性監(jiān)聽信道并控制周期長短。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于閱讀器的無線射頻識別中的載波監(jiān)聽多路訪問協(xié)議，其特征是電子標簽將要發(fā)送的數(shù)據(jù)分為輕、重量級數(shù)據(jù)兩部分，先發(fā)送輕量級部分競爭信道，再發(fā)送重量級部分完成通信，并根據(jù)協(xié)議進行反應(yīng)，當(dāng)輕量級數(shù)據(jù)競爭成功時繼續(xù)發(fā)送重量級數(shù)據(jù)，當(dāng)輕量級數(shù)據(jù)競爭失敗時則重新發(fā)送，或保持原狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于閱讀器的無線射頻識別中的載波監(jiān)聽多路訪問協(xié)議，其特征是多個電子標簽的輕量級部分競爭可能造成沖突，如果造成沖突，閱讀器監(jiān)聽到后會廣播給電子標簽，所有發(fā)生沖突的電子標簽會調(diào)整競爭概率并重新競爭信道，使電子標簽獲知信道狀況，并進行最優(yōu)反應(yīng)來增加信道利用率。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于閱讀器的無線射頻識別中的載波監(jiān)聽多路訪問協(xié)議，其特征是電子標簽只有在信道可用的情況下才會發(fā)送重量級數(shù)據(jù)部分，重量級數(shù)據(jù)部分不會造成沖突，從而減少沖突消耗，增加信道利用率和讀取速率。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于閱讀器的無線射頻識別中的載波監(jiān)聽多路訪問協(xié)議，其特征是如果信道狀況為空，則電子標簽將競爭概率減半；如果信道狀況為可用，則電子標簽保持當(dāng)前競爭概率；如果信道發(fā)生沖突，則電子標簽將競爭概率加倍，以此使電子標簽處于最優(yōu)競爭概率。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于閱讀器的無線射頻識別中的載波監(jiān)聽多路訪問協(xié)議，其特征是閱讀器可設(shè)置電子標簽的競爭概率，并可周期性發(fā)送數(shù)據(jù)控制電子標簽的競爭概率。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于閱讀器的無線射頻識別中的載波監(jiān)聽多路訪問協(xié)議，本發(fā)明用于無線射頻識別技術(shù)中減少閱讀器的通信消耗和電子標簽沖突消耗，以達到更高的信道利用率和標簽讀取速率。本發(fā)明采用閱讀器進行載波監(jiān)聽，并將信道狀況通過少量編碼數(shù)據(jù)周期性廣播給通信范圍內(nèi)的電子標簽，達到減少信道占用率的目的；電子標簽在每個周期開始時決定競爭信道的概率，從而使電子標簽的競爭概率處于最優(yōu)狀態(tài)，以達到減少沖突概率的目的。電子標簽在競爭信道時，先發(fā)送輕量級數(shù)據(jù)，獲得信道使用權(quán)后，再發(fā)送重量級數(shù)據(jù)完成通信，從而減少因沖突而發(fā)生的不必要的信道占用，從而增加電子標簽讀取速率。
文檔編號G06K7/00GK102332081SQ20111025086
公開日2012年1月25日 申請日期2011年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月29日
發(fā)明者伍楷舜, 倪明選, 康磊 申請人:廣州市香港科大霍英東研究院