基于帧时隙Aloha算法的帧尺寸的调整方法

摘要

本发明公开了基于帧时隙Aloha算法的帧尺寸的调整方法，涉及射频识别系统中的防碰撞方法，为使RFID系统快速的同时读取多个标签而发明。包括：(1)发送清点指令，并包含帧尺寸的值，同时令帧时隙计数值为帧尺寸的值，清零碰撞计数值和正确接收计数值，等待标签回复；(2)根据标签的回复信息进行判断，若无效，则将碰撞计数器值加1；若有效，则保留该标签信息，并将正确接收计数值加1；(3)时隙计数值减1，判断时隙计数值是否为零，若不为零，则转入步骤(2)；若为零，则判断碰撞发生计数值是否为零，若为零，则清点周期结束；若碰不为零，则调整帧尺寸值后转入步骤(1)。本发明使得射频识别系统可快速的同时读取多个标签。

说明书

技术领域

本发明涉及射频识别(RFID)系统中的防碰撞方法(多标签清点方法)，尤其涉及基于帧时隙Aloha(Frame Slotted Aloha)算法的帧尺寸(Framesize)的调整方法。

背景技术

目前的射频识别(RFID)系统中所使用的防碰撞方法，最主流的有两种，分别为基于二叉树理论的确定性算法和基于帧时隙Aloha(Frame Slotted Aloha)理论的非确定性算法。如UHF频段的两大主流标准中的EPC的Gen2标准以及ISO的18000-6标准中的TYPE A都是采用的基于Frame Slotted Aloha的算法。使用Frame Slotted Aloha方法最关键之处在于实现对FrameSize的动态调整，在算法使用中，适当的、实时的、动态的调整FrameSize才能够在充分利用资源的前提下同时读取多个标签。

上述两种标准中对于该方法的使用的方式不尽相同，且ISO18000-6中也没有提出具体的调整帧尺寸(FrameSize)的方法，目前，也没有用于调整FrameSize的占主流的非常行之有效的方法。

发明内容

为克服现有技术中的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种基于帧时隙Aloha算法的帧尺寸的调整方法，以使RFID系统快速的同时读取多个标签。

为达到上述目的，本发明包括：

基于帧时隙Aloha算法的帧尺寸的调整方法，包括：

(1)阅读器发送清点指令，并在指令中包含帧尺寸的值，同时令帧时隙计数值为帧尺寸的值，清零碰撞计数值和正确接收计数值，等待标签回复；

(2)阅读器根据标签在一个时隙内的回复信息进行判断，若回复信息无效，则将碰撞计数器值加1；若回复信息有效，则保留该标签信息，并将正确接收计数值加1；

(3)将时隙计数值减1，判断时隙计数值是否为零，若不为零，则转入步骤(2)；若为零，则判断碰撞发生计数值是否为零，若碰撞发生计数值为零，则清点周期结束；若碰撞发生计数值不为零，则调整帧尺寸值后转入步骤(1)。

其中，所述步骤(1)的标签回复过程具体为：

(21)标签根据清点指令中的帧尺寸值产生随机参数，并将此随机参数存入到标签计数器中；

(22)若标签计数器中的值满足回复条件，则标签回复信息给阅读器；若不满足，则等待下一个清点指令，并根据此清点指令调整计数器的值后，转入步骤(21)。

其中，所述调整帧尺寸值的过程具体为：

(31)赋值可能发生碰撞时，一个时隙内可能存在的标签个数值，并根据可能发生碰撞时，一个时隙内可能存在的标签个数值、碰撞计数值、正确接收计数值计算预测标签数N；

(32)根据预测标签数与帧尺寸的关系曲线，确定实际发生碰撞时的一个时隙内可能存在的标签个数值；

(33)计算实际发生碰撞时的标签数；

(34)判断调整帧尺寸值的过程是否结束，若结束，则令帧尺寸值为实际发生碰撞时的标签数与正确接收计数值之差；若没有结束，则令预测标签数为实际发生碰撞时的标签数后，转入步骤(32)。

与现有技术相比，采用本发明的方法，使得射频识别系统可快速的同时读取多个标签，由于阅读器在进行标签时，信号处理，协议处理均可以通过软件实现，因此方法在实现起来比较简单。

附图说明

图1为阅读器对标签进行清点的流程图示意图；

图2为标签响应阅读器清点指令的示意图；

图3为FrameSize调整子程序示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示，阅读器对标签清点的流程如下：

首先，由阅读器发起清点，根据实际情况设定FrameSize的初始值F，并作为参数插入到发送给标签的清点指令中，同时，初始化阅读器计数器，令时隙计数SlotCounter＝F，碰撞计数和正确计数清零，然后等待标签回复信息。

在某时隙中接收标签信息可能有以下三种情况，信号无效，被判断为碰撞，无回复信息或接收到有效信息。若接收信号为无效信号，则碰撞计数Nc加一；若无信号发送，则不作任何操作；若接收信号为有效信号，则保存标签信息，正确接收计数Nr加一。

阅读器时隙计数器SlotCounter自减一，并判断是否为零，若SlotCounter不为零，则阅读器发送促使标签进入下一个时隙的指令，继续等待标签回复；若SlotCounter为零，则认为当前帧周期清点结束，判断碰撞发生计数Nc是否为零，若Nc为零，则认为所有标签清点结束，结束标签清点，若Nc不为零，则调用FrameSize调整子程序，调整FrameSize的值，继续下一个帧周期。

如图2所示，标签响应阅读器清点指令的过程如下：上电后的标签在接收到阅读器的清点指令之后，会根据指令中的指明了FrameSize值F得参数产生随机数，放入标签计数器，若计数器的值满足要求，则回复信息给阅读器，否则继续等待，在接收到阅读器发送的进入下一时隙的指令后，调整计数器的值，然后再次判断是否满足要求，若满足，则回复信息，否则继续等待。

阅读器清点流程中提到的FrameSize调整子程序是动态调整FrameSize，实现高效率读取多个标签的关键，如图3所示，其调整过程可按照下述递推步骤进行：

(1)变量e(表示，当一个时隙中发生碰撞时，该时隙中可能含有的标签个数)附初值2，由式N＝e·N_c+N_r可计算出N(预测标签数)的初值，其中N_c，N_r分别为上述阅读器清点流程中，一个帧周期结束时累积的碰撞数和正确接收数；

(2)搜索e′＝f(N，F)曲线，其中，F为刚结束的帧中的FrameSize值，得到实际发生碰撞时的一个时隙内可能存在的标签个数值e′；

(3)由式N′＝e′·N_c+N_r得到实际发生碰撞时的标签数N′；

(4)判断是否满足循环结束条件(如：比较N和N′是否相等)若满足，则认为FrameSize子流程结束，下一帧需设定的FrameSize值依据F＝N′-N来设定，否则，N＝N′，返回步骤(2)。

上述FrameSize调整子程序中的搜索曲线e′＝f(N，F)可使用多种方案，如，可利用式$>e_N=f(N,F)=\frac{\underset{x=2}{\overset{N}{\Sigma }}x·C_N^x{(F-1)}^{N-x}}{F^N-{(F-1)}^{N-1}(F-1+N)}---\left(1\right)$>来实现。该式中e_N表示，当标签数目为N时，如果时隙中检测中有碰撞发生，那么一个时隙中可能存在的平均标签数，其中F表示当前帧周期的帧大小(FrameSize)。该公式是基于随机概率理论推导得到：

首先，标签会根据接收到的阅读器指令中的帧长度信息，在该帧长度范围内随机产生一个随机数，该随机数在帧长度范围内平均分布。假设有N个标签处于阅读器有效区域内，能够响应阅读器的指令，则在某帧中，选择了该帧中时隙i的标签数目的分布如下：

其中，F为该帧的帧长度；

若时隙i中有碰撞发生，可知选择了时隙i的标签数目至少为2。由此，可推知分布函数为：

则结合公式(a)(b)，时隙i中的标签数目平均为：

$>e=\underset{x=2}{\overset{N}{\Sigma }}{{\mathrm{xp}}_x}^0=\frac{\underset{x=2}{\overset{N}{\Sigma }}x·C_N^x·{(F-1)}^{(N-x)}}{F^N-{(F-1)}^{(N-1)}(F-1+N)}.$>

由于e′＝f(N，F)是以标签数目N为自变量，而阅读器无法知道标签数目(除非在标签信息清点之前对数目进行清点和预估)，因此，需结合一帧清点结束后所获得的碰撞发生数和正确接收数以及上文中提到的流程共同实现下一帧帧长度的估计。

收敛条件为当检测出的碰撞发生数目等于当前帧长度时，该方法将无法收敛，因此在该情况发生时需作特殊调节。

循环结束条件的设定可依据e′＝f(N，F)曲线的使用情况，若使用式(1)，则可将该条件设为N＝N′，若满足，则认为FrameSize子流程结束，下一帧需设定的FrameSize值依据F＝N′-N来设定，否则，N＝N′，重复循环。

在实际使用中，为实现实时调整的目的，可令F取多种值，得出e′＝f(N，F)曲线，在阅读器清点标签时直接搜索曲线即可，实现起来简单而高速。