基于多射頻模塊的有源rfid閱讀器防碰撞方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多射頻模塊的有源RFID閱讀器防碰撞方法及系統(tǒng)，該方法主要通過在RFID系統(tǒng)中設置有源RFID標簽與閱讀器采用防碰撞擴頻序列碼進行通信，并且在閱讀器中設置多個射頻模塊，每個射頻模塊只能夠接收對應的防碰撞擴頻序列碼，從而合理地避免了標簽信息發(fā)生碰撞。通過結合碼分技術、時分技術以及改進的動態(tài)時隙ALOHA算法，提高了電子標簽的處理效率和處理速度，并且通過采用直接擴頻序列技術通信，提高了系統(tǒng)工作的安全性和可靠性，以及防碰撞性能。
【專利說明】基于多射頻模塊的有源RFID閱讀器防碰撞方法及系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于無線射頻通信【技術領域】，具體涉及一種基于多射頻模塊的有源RFID閱讀器防碰撞方法及系統(tǒng)的設計。
【背景技術】
[0002]射頻識別(Radio Frequency Identification,簡稱RFID)技術是一種通過射頻信號的空間耦合(交變磁場或電磁場)實現(xiàn)非接觸式自動識別的技術。射頻識別系統(tǒng)的核心部件有閱讀器(接收來自于電子標簽的信息，并且可以通過與計算機連接，實現(xiàn)整個應用系統(tǒng)的上層管理)和電子標簽(向閱讀器遠程無線傳輸自身存儲的信息，以識別電子標簽代表的物品、人和器具的身份)。
[0003]射頻識別系統(tǒng)工作時，可能會有一個以上的電子標簽同時處于閱讀器的作用范圍內，這樣如果有兩個或者兩個以上的電子標簽同時發(fā)送數(shù)據(jù)時候會出現(xiàn)通信沖突、數(shù)據(jù)相互干擾碰撞；同樣有時也有可能多個電子標簽處在多個閱讀器的工作范圍之內，它們之間的數(shù)據(jù)通信也會引起數(shù)據(jù)干擾。為了防止這些沖突的產(chǎn)生，射頻識別系統(tǒng)中需要設置一定的相關算法，解決這種數(shù)據(jù)沖突問題，這些算法被稱為防碰撞算法。
[0004]在RFID系統(tǒng)中碰撞有以下特征:閱讀器和電子標簽之間數(shù)據(jù)包總的傳輸時間由數(shù)據(jù)包的大小和波特率決定，傳播延時可忽略不計；RFID系統(tǒng)包括大量的電子標簽并且是動態(tài)的(隨時有可能超出閱讀器范圍)，通過競爭激勵的辦法占用通道進行通信，電子標簽沒有被閱讀器激活的情況下不能和閱讀器進行通信，對于RFID系統(tǒng)這種主從關系是唯一的，一旦電子標簽被識別，就可以和閱讀器之間以點對點的模式進行通信。
[0005]有源RFID系統(tǒng)里處理這些電子標簽的時候需要在幾秒之內準確無誤的讀取上百張甚至千張以上的電子標簽，但是現(xiàn)有技術中的RFID閱讀器防碰撞算法都是使用時分技術來防止碰撞的，在海量標簽的情況下，單純使用時分技術必定大大延長識別標簽的時間，同時漏盤、誤盤標簽的情況更加明顯，本發(fā)明使用多個無線收發(fā)芯片，利用碼分技術和CPU的協(xié)議處理，并行接收多組標簽的信息，成倍的改善了閱讀器的盤存效率和準確率。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術中RFID閱讀器防碰撞方法及系統(tǒng)存在的缺點而提出一種基于多射頻模塊的有源RFID閱讀器防碰撞方法及裝置。
[0007]本發(fā)明解決技術問題采用的技術方案是:基于多射頻模塊的有源RFID閱讀器防碰撞方法，具體包括:
[0008]S1、閱讀器中的喚醒模塊向閱讀器覆蓋范圍內的有源RFID標簽發(fā)送喚醒信號；
[0009]S2、有源RFID標簽在經(jīng)過周期性睡眠狀態(tài)蘇醒后立即監(jiān)聽周圍信號，若監(jiān)聽到喚醒模塊發(fā)送的喚醒信號，則使用防碰撞擴頻序列碼向閱讀器中的讀寫模塊發(fā)送信號；否則標簽再次進入周期性睡眠狀態(tài)；
[0010]S3、讀寫模塊中存在多個射頻模塊，每個射頻模塊能夠接收一種防碰撞擴頻序列碼，射頻模塊接收到相應的防碰撞擴頻序列碼信息后，則向有源RFID標簽發(fā)送ACK回執(zhí)信息；
[0011]S4、若有源RFID標簽收到讀寫模塊發(fā)送的ACK回執(zhí)信息表示標簽信息發(fā)送成功，并停止發(fā)送防碰撞擴頻序列碼信息；否則進入步驟S5 ；
[0012]S5、利用動態(tài)時隙ALOHA算法，根據(jù)空時隙、正確讀寫時隙以及碰撞時隙的數(shù)量計算下一個時間段內需要讀寫的有源RFID標簽個數(shù)，分配下一個時間段內的時隙個數(shù)，將發(fā)生碰撞的標簽在下一個時間段內的不同時隙進行發(fā)射。
[0013]進一步的，所述喚醒信號為喚醒模塊通過對特定信號采用直接序列擴頻通信技術完成的喚醒擴頻序列碼，有源RFID標簽通過解擴接收喚醒擴頻序列。
[0014]進一步的，不同的有源RFID標簽在周期性睡眠狀態(tài)后的蘇醒時刻不同。
[0015]進一步的，所述有源RFID標簽中預存了所述讀寫模塊中所有射頻模塊能夠接收的防碰撞擴頻序列碼，所述有源RFID標簽根據(jù)喚醒信號中的信息得到讀寫模塊中使用的射頻模塊信息，再根據(jù)射頻模塊能夠接收到的防碰撞擴頻序列碼選擇對應的防碰撞擴頻序列碼發(fā)送至讀寫模塊。
[0016]進一步的，所述步驟S5中采用哈希函數(shù)分配時隙個數(shù)，所述哈希函數(shù)的公式為:hash (i+1) =hash (i) <<5+hash (i) +ID (i), (0 ^ i ^m), H=hash (m) %P ;其中:hash (0)的初始值選一個無特征的質數(shù)，ID表示有源RFID標簽的唯一識別碼，ID (i)表示ID的不同位；m為用多少個比特位表示的有源RFID標簽的ID號，P為下一時間段內需要讀寫的標簽個數(shù)的質數(shù)；所述公式H=hash(m)%P中，H計算的是第一步算出的哈希值除以P的余數(shù),根據(jù)計算出的H值安排標簽在某個時隙進行發(fā)射。
[0017]更進一步的，若不同的有源RFID標簽根據(jù)哈希公式算出的結果一致，則在下一步計算中改變P值。
[0018]為了解決技術問題，本發(fā)明還提供了基于多射頻模塊的有源RFID閱讀器防碰撞系統(tǒng)，包括閱讀器和有源RFID標簽，所述閱讀器中包括喚醒模塊和讀寫模塊，讀寫模塊中包括至少兩個射頻模塊；其中，所述喚醒模塊用于向閱讀器覆蓋范圍內的有源RFID標簽發(fā)送喚醒信號；所述讀寫模塊中的每個射頻模塊能夠接收一種防碰撞擴頻序列碼，所述射頻模塊接收到有源RFID標簽發(fā)送的相應的防碰撞擴頻序列碼后，則向有源RFID標簽發(fā)送ACK回執(zhí)信息；所述有源RFID標簽用于在經(jīng)過周期性睡眠狀態(tài)蘇醒后立即監(jiān)聽周圍信號，若監(jiān)聽到喚醒模塊發(fā)送的喚醒信號，則向閱讀器中的讀寫模塊發(fā)送防碰撞擴頻序列碼信號，否則標簽再次進入周期性睡眠狀態(tài)，并且在根據(jù)是否接收到讀寫模塊發(fā)送的ACK回執(zhí)信息判斷是否再次發(fā)送防碰撞擴頻序列碼至閱讀器。
[0019]進一步的，不同的有源RFID標簽在周期性睡眠狀態(tài)后的蘇醒時刻不同。
[0020]進一步的，所述有源RFID標簽中預存了所述讀寫模塊中所有射頻模塊能夠接收的防碰撞擴頻序列碼，所述有源RFID標簽根據(jù)喚醒信號中的信息得到讀寫模塊中使用的射頻模塊信息，再根據(jù)射頻模塊能夠接收到的防碰撞擴頻序列碼選擇對應的防碰撞擴頻序列碼發(fā)送至讀寫模塊。
[0021]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明基于多射頻模塊的有源RFID閱讀器防碰撞方法及系統(tǒng)通過結合碼分技術、時分技術以及動態(tài)時隙ALOHA算法的優(yōu)點，提高了電子標簽的處理效率和處理速度，并且通過 采用直接擴頻序列技術通信，提高了系統(tǒng)工作的安全性和可靠性，以及防碰撞性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明實施例基于多射頻模塊的有源RFID閱讀器防碰撞方法的流程框圖；
[0023]圖2為本發(fā)明實施例基于多射頻模塊的有源RFID閱讀器防碰撞系統(tǒng)的結構框圖；
[0024]圖3為本發(fā)明實施例基于多射頻模塊的有源RFID閱讀器防碰撞系統(tǒng)的工作圖；
[0025]圖4為本發(fā)明實施例基于多射頻模塊的有源RFID閱讀器防碰撞方法中標簽防碰撞圖；
[0026]圖5為本發(fā)明實施例基于多射頻模塊的有源RFID閱讀器防碰撞方法中標簽碰撞后處理圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖和具體的實施例對本發(fā)明作進一步的闡述。
[0028]如圖1所示為本發(fā)明實施例基于多射頻模塊的有源RFID閱讀器防碰撞方法的流程框圖，具體包括:
[0029]S1、閱讀器中的喚醒模塊向閱讀器覆蓋范圍內的有源RFID標簽發(fā)送喚醒信號；
[0030]S2、有源RFID標簽在經(jīng)過周期性睡眠狀態(tài)蘇醒后立即監(jiān)聽周圍信號，若監(jiān)聽到喚醒模塊發(fā)送的喚醒信號，則使用防碰撞擴頻序列碼向閱讀器中的讀寫模塊發(fā)送信號；否則標簽再次進入周期性睡眠狀態(tài)；
[0031]S3、讀寫模塊中存在多個射頻模塊，每個射頻模塊能夠接收一種防碰撞擴頻序列碼，射頻模塊接收到相應的防碰撞擴頻序列碼信息后，則向有源RFID標簽發(fā)送ACK回執(zhí)信息；
[0032]S4、若有源RFID標簽收到讀寫模塊發(fā)送的ACK回執(zhí)信息表示標簽信息發(fā)送成功，并停止發(fā)送防碰撞擴頻序列碼信息；否則進入步驟S5 ；
[0033]S5、利用動態(tài)時隙ALOHA算法，根據(jù)空時隙、正確讀寫時隙以及碰撞時隙的數(shù)量計算下一個時間段內需要讀寫的有源RFID標簽個數(shù)，分配下一個時間段內的時隙個數(shù)，將發(fā)生碰撞的標簽在下一個時間段內的不同時隙進行發(fā)射。
[0034]基于上述方法，本發(fā)明還提供了基于多射頻模塊的有源RFID閱讀器防碰撞系統(tǒng)，如圖2所示，包括閱讀器和有源RFID標簽，所述閱讀器中包括喚醒模塊和讀寫模塊，讀寫模塊中包括至少兩個射頻模塊；其中，所述喚醒模塊用于向閱讀器覆蓋范圍內的有源RFID標簽發(fā)送喚醒信號；所述讀寫模塊中的每個射頻模塊能夠接收一種防碰撞擴頻序列碼，所述射頻模塊接收到有源RFID標簽發(fā)送的相應的防碰撞擴頻序列碼后，則向有源RFID標簽發(fā)送ACK回執(zhí)信息；所述有源RFID標簽用于在經(jīng)過周期性睡眠狀態(tài)蘇醒后立即監(jiān)聽周圍信號，若監(jiān)聽到喚醒模塊發(fā)送的喚醒信號，則向閱讀器中的讀寫模塊發(fā)送防碰撞擴頻序列碼信號，否則標簽再次進入周期性睡眠狀態(tài)，并且在根據(jù)是否接收到讀寫模塊發(fā)送的ACK回執(zhí)信息判斷是否再次發(fā)送防碰撞擴頻序列碼至閱讀器。
[0035]下面為了本領域技術人員能夠理解并且實施本發(fā)明技術方案，將對本發(fā)明所述方法及系統(tǒng)進行詳細說明:
[0036]本發(fā)明的閱讀器中包括喚醒模塊和讀寫模塊，其中讀寫模塊需要接受來自標簽的數(shù)據(jù)信息并對其進行處理，喚醒模塊需要不斷發(fā)射喚醒信號，標簽接收到喚醒信號的瞬間，根據(jù)喚醒信號中的信息立即用防碰撞碼向閱讀器發(fā)送信號，在發(fā)送信號完成后在一定的時間內等待閱讀器回復的ACK回執(zhí)信息；閱讀器在收到標簽用防碰撞碼發(fā)送的信息后，立即向標簽返回ACK回執(zhí)。標簽根據(jù)ACK的回執(zhí)信息來執(zhí)行下一步動作，如果接到ACK回執(zhí)信息標簽將認為發(fā)送成功并停止發(fā)送，在一段時間后在執(zhí)行預先設定的動作。如果在這段時間內沒有收到ACK信號，標簽則安排重新發(fā)送；為了有效地避免與那些已經(jīng)發(fā)生碰撞的標簽在重新發(fā)送時繼續(xù)發(fā)生碰撞，安排標簽在下一個時間段內的延遲發(fā)送，如此重復進行直到標簽收到ACK或者超過預先設定的最大發(fā)送次數(shù)。
[0037]本發(fā)明為了有效地避免與那些已經(jīng)發(fā)生碰撞的標簽在重新發(fā)送時繼續(xù)發(fā)生碰撞，利用動態(tài)時隙ALOHA算法，根據(jù)空時隙、正確讀寫時隙和碰撞時隙的數(shù)量不同，大概估計下一個時間段內需要讀寫的標簽個數(shù)，然后分配下一個時間段內時隙的個數(shù)，安排碰撞的標簽在下一個時間段內的不同時隙進行發(fā)射。時隙個數(shù)一般選擇接近估計的下一時間段內需要讀寫的標簽個數(shù)的較小的質數(shù)，利用哈希函數(shù)分配時隙，簡單并且均勻的分配時隙安排標簽發(fā)射以避免碰撞，所述哈希函數(shù)的公式為:hash (i+1) =hash (i) ?5+hash (i) +ID (i),0≤i≤m ；H=hash (m)%P ;其中:hash(0)的初始值選一個無特征的質數(shù)，ID表示標簽的唯一識別碼，ID(i)表示ID的不同位，m表示用多少個比特位表示標簽ID號，P—般選擇接近估計的下一時間段內需要讀寫的標簽個數(shù)的較小的質數(shù)。公式H=hash(m)%P中H計算的是第一步算出的哈希值除以P的余數(shù)，根據(jù)計算出的H值安排標簽在某個時隙進行發(fā)射。若不同的標簽算出結果一致標簽就會選擇相同的時隙，從而發(fā)生碰撞，則可以在下一步計算中改變P的值，選取接近估計需要讀寫的標簽個數(shù)的較大的那個質數(shù)，這樣碰撞的標簽在不同的時隙發(fā)射，避免再次碰撞。
[0038]同時本發(fā)明為提高防碰撞性，對不同的標簽蘇醒的時刻不一致，此時很大程度上就在時間上區(qū)分開了大部分標簽，而不需要等所有標簽喚醒后在同時向閱讀器發(fā)送信息，這在很大程度上就避免發(fā)生大規(guī)模的碰撞。有源RFID標簽只有一個無線收發(fā)模塊，但其通訊信道及擴頻序列碼可編程切換；讀寫模塊中的每個射頻模塊對應一個防碰撞碼，在標簽中可以預存若干組讀寫模塊使用的防碰撞碼，在標簽接收喚醒命令的信息里包含了閱讀器使用哪些讀寫模塊，標簽則在對應的這幾組防碰撞碼中選擇一組，然后用這一組防碰撞碼發(fā)送射頻信號給閱讀器進行通信。
[0039]對于同時蘇醒的標簽，隨機選擇不同防碰撞碼向閱讀器發(fā)送標簽信息，閱讀器根據(jù)不同的射頻模塊接收不同的防碰撞碼的信息，以此來區(qū)分標簽防止碰撞。下面將結合具體的情況根據(jù)本發(fā)明所述的方法和系統(tǒng)來說明怎樣提高防碰撞性能:
[0040]如圖3所示，例如射頻模塊有三個，則對應使用三個獨立的防碰撞碼PN1，PN2和PN3，則標簽在這三組防碰撞碼進行隨機的選擇，選擇出一組防碰撞碼，然后用這一組防碰撞碼發(fā)送射頻信號給閱讀器進行通信。如圖4所示，對于大部分的標簽蘇醒時刻不同，蘇醒后立刻向閱讀器發(fā)射信息，這就自然可以防碰撞。若標簽同時蘇醒，根據(jù)隨機選擇不同的PN碼，不同的射頻模塊接收不同的標簽信息，若標簽I和標簽2同時蘇醒，但是他們用不同的PN碼與閱讀器進行通信，所以他們之間也不會碰撞；若標簽I和標簽3，雖然用的PN碼相同，但是他們的蘇醒時刻不同，所以他們也不會發(fā)生碰撞。
[0041]如圖5所示，若同時蘇醒的標簽1，2和3，又隨機出選擇同樣的防碰撞碼PNl發(fā)送信息，則此時這些標簽自然會發(fā)生碰撞；根據(jù)動態(tài)時隙ALOHA算法，這些發(fā)生碰撞的標簽安排在下一個時間段內的蘇醒，蘇醒的瞬間向閱讀器發(fā)送信息，并且在蘇醒后隨機的選擇一組防碰撞碼進行發(fā)送信息；若標簽I和標簽2如果又是同時蘇醒，若這時隨機出的PN碼不同則不發(fā)生碰撞；并且標簽1，2和標簽3之間，根據(jù)哈希算法計算值蘇醒的時隙可能不同，則他們之間也不會發(fā)生碰撞。
[0042]本領域的普通技術人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應被理解為發(fā)明的保護范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。凡是根據(jù)上述描述做出各種可能的等同替換或改變，均被認為屬于本發(fā)明的權利要求的保護范圍。
【權利要求】
1.基于多射頻模塊的有源RFID閱讀器防碰撞方法，其特征在于，具體包括:51、閱讀器中的喚醒模塊向閱讀器覆蓋范圍內的有源RFID標簽發(fā)送喚醒信號；52、有源RFID標簽在經(jīng)過周期性睡眠狀態(tài)蘇醒后立即監(jiān)聽周圍信號，若監(jiān)聽到喚醒模塊發(fā)送的喚醒信號，則使用防碰撞擴頻序列碼向閱讀器中的讀寫模塊發(fā)送信號；否則標簽再次進入周期性睡眠狀態(tài)；53、讀寫模塊中存在多個射頻模塊，每個射頻模塊能夠接收一種防碰撞擴頻序列碼，射頻模塊接收到相應的防碰撞擴頻序列碼信息后，則向有源RFID標簽發(fā)送ACK回執(zhí)信息；54、若有源RFID標簽收到讀寫模塊發(fā)送的ACK回執(zhí)信息表示標簽信息發(fā)送成功，并停止發(fā)送防碰撞擴頻序列碼信息；否則進入步驟S5 ；55、利用動態(tài)時隙ALOHA算法，根據(jù)空時隙、正確讀寫時隙以及碰撞時隙的數(shù)量計算下一個時間段內需要讀寫的有源RFID標簽個數(shù)，分配下一個時間段內的時隙個數(shù)，將發(fā)生碰撞的標簽在下一個時間段內的不同時隙進行發(fā)射。
2.如權利要求1所述的基于多射頻模塊的有源RFID閱讀器防碰撞方法，其特征在于， 不同的有源RFID標簽在周期性睡眠狀態(tài)后的蘇醒時刻不同。
3.如權利要求1所述的基于多射頻模塊的有源RFID閱讀器防碰撞方法，其特征在于， 所述有源RFID標簽中預存了所述讀寫模塊中所有射頻模塊能夠接收的防碰撞擴頻序列碼，所述有源RFID標簽根據(jù)喚醒信號中的信息得到讀寫模塊中使用的射頻模塊信息，再根據(jù)射頻模塊能夠接收到的防碰撞擴頻序列碼選擇對應的防碰撞擴頻序列碼發(fā)送至讀寫模塊。
4.如權利要求1所述的基于多射頻模塊的有源RFID閱讀器防碰撞方法，其特征在于， 所述步驟S5采用哈希函數(shù)分配時隙個數(shù),所述哈希函數(shù)的公式為:hash(i+l)=hash(i)〈〈 5+hash(i) +ID(i), (0 ^ i ^ m), H=hash(m)%P ;其中:hash(0)的初始值選一個無特征的質數(shù)，ID表示有源RFID標簽的唯一識別碼，ID(i)表示ID的不同位；m為用多少個比特位表示的有源RFID標簽的ID號，P為下一時間段內需要讀寫的標簽個數(shù)的質數(shù)；所述公式 H=hash (m) %P中，H計算的是第一步算出的哈希值除以P的余數(shù),根據(jù)計算出的H值安排標簽在某個時隙進行發(fā)射。
5.如權利要求4所述的基于多射頻模塊的有源RFID閱讀器防碰撞方法，其特征在于， 若不同的有源RFID標簽根據(jù)哈希公式算出的結果一致，則在下一步計算中改變P值。
6.基于多射頻模塊的有源RFID閱讀器防碰撞系統(tǒng)，其特征在于，包括閱讀器和有源 RFID標簽，所述閱讀器中包括喚醒模塊和讀寫模塊，讀寫模塊中包括至少兩個射頻模塊； 其中，所述喚醒模塊用于向閱讀器覆蓋范圍內的有源RFID標簽發(fā)送喚醒信號；所述讀寫模塊中的每個射頻模塊能夠接收一種防碰撞擴頻序列碼，所述射頻模塊接收到有源RFID標簽發(fā)送的相應的防碰撞擴頻序列碼后，則向有源RFID標簽發(fā)送ACK回執(zhí)信息；所述有源 RFID標簽用于在經(jīng)過周期性睡眠狀態(tài)蘇醒后立即監(jiān)聽周圍信號，若監(jiān)聽到喚醒模塊發(fā)送的喚醒信號，則向閱讀器中的讀寫模塊發(fā)送防碰撞擴頻序列碼信號，否則標簽再次進入周期性睡眠狀態(tài)，并且在根據(jù)是否接收到讀寫模塊發(fā)送的ACK回執(zhí)信息判斷是否再次發(fā)送防碰撞擴頻序列碼至閱讀器。
7.如權利要求6所述的基于多射頻模塊的有源RFID閱讀器防碰撞系統(tǒng)，其特征在于， 不同的有源RFID標簽在周期性睡眠狀態(tài)后的蘇醒時刻不同。
8.如權利要求6所述的基于多射頻模塊的有源RFID閱讀器防碰撞系統(tǒng)，其特征在于，所述有源RFID標簽中預存了所述讀寫模塊中所有射頻模塊能夠接收的防碰撞擴頻序列碼信息，所述有源RFID標簽根據(jù)喚醒信號中的信息得到讀寫模塊中使用的射頻模塊信息，再根據(jù)射頻模塊能夠接收到的防碰撞擴頻序列碼選擇對應的防碰撞擴頻序列碼發(fā)送至讀寫模塊。`
【文檔編號】G06K7/00GK103577784SQ201310606703
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月25日 優(yōu)先權日:2013年11月25日
【發(fā)明者】徐展, 鄧翀, 劉丹, 葉翔 申請人:電子科技大學