一种基于自适应搜索策略的RFID标签防碰撞方法

摘要

本发明公开了一种基于自适应搜索策略的RFID标签防碰撞方法，包括：读写器向自身读写区域内的RFID标签发送查询命令；RFID标签将自身的EPC作为响应信息发回给读写器；读写器根据返回的信息，确定RFID标签EPC的位数n；读写器进行Manchester编码计算，判断编码中的中间位是否发生碰撞；若发生碰撞，采用前进策略，直到两个标签不再有碰撞发生，进而识别出两个标签，然后采用后退策略，将已识别出的标签从发生碰撞的标签中删除，接着识别之前未被识别出的标签，直到搜索位置回到最开始的标签处；然后判断读写区域内所有的标签是否都被识别出，如果是，则识别结束，否则读写器向RFID标签再次发送查询命令。本发明整个识别过程的传输数据量少，查询效率高，运行稳定。

说明书

技术领域

本发明涉及射频识别研究领域，特别涉及一种基于自适应搜索策略的RFID 标签防碰撞方法。

背景技术

无线射频识别(RadioFrequencyIdentification,RFID)是一种利用无线射频技 术实现对象识别和数据交换的技术。它是20世纪90年代兴起的，继条形码技 术、生物识别技术之后逐渐发展的一种非物理性接触、低成本、低功耗的新兴 自动识别技术。它的基本原理为：利用射频信号通过空间耦合及反射的传输特 性，实现无接触信息传递并自动识别物体的技术。与传统识别方式相比，RFID 技术具有不局限于视线、识别距离远、携带信息量大、抗恶劣环境的能力较强、 能同时识别多个被标识的物体、使用寿命长等优点。

随着RFID技术在多物体和快速移动物体识别中的应用，需要读写器在限定 时间内快速高效地识别可读范围内的多个标签。RFID系统中的碰撞问题包括读 写器和标签两个方面的碰撞。读写器碰撞是指同一个标签在多个读写器的读写 范围内，收到不同读写器的读写命令而造成的冲突。标签碰撞是指同一读写器 的可读范围内存在多个标签，发出读写命令后收到多个标签的响应而造成的数 据碰撞。多个标签响应造成的数据碰撞信息会在读写器的接收端产生混叠信号， 因而使得读写器不能准确识别其中标签的信息。因此，防碰撞的目标是在限定 条件下快速准确地从可读范围内的多个标签中选择一个与读写器通信，并最终 识别该读写器可读范围内的所有标签。

目前，现有的防碰撞算法分为两大类：一类是以ALOHA算法为代表的概 率性算法，另一类是以二进制搜索算法为代表的确定性算法。概率性算法主要 有：纯ALOHA算法、时隙ALOHA算法、帧时隙ALOHA算法、动态帧时隙 ALOHA算法等，该类型算法最大特点是易于实现，但随机性很大，最坏情况下 可能会加剧传输信道吞吐率倍数级下滑。确定性算法包括：二进制搜索算法、 后退式二进制树形搜索算法、动态二进制搜索算法等，该类型算法虽然可以确 保每一个标签都可以被准确无误的识别出来，但是整个识别的周期过长，并且 系统设计较为复杂、标签成本较高等缺点。

因此，寻求一种运行稳定、效率高的RFID标签防碰撞方法具有重要研究意 义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于自适应搜索 策略的RFID标签防碰撞方法，该方法具有效率高、运行稳定的优点。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种基于自适应搜索策略的RFID 标签防碰撞方法，包括步骤：

(1)读写器向自身读写区域内的RFID标签发送查询命令；

(2)RFID标签将自身的EPC作为响应信息发回给读写器；

(3)读写器根据返回的信息，确定RFID标签EPC的位数n；

(4)读写器进行Manchester编码计算，判断编码中的中间位是否发生碰撞； 若发生碰撞，执行步骤(5)，否则识别出当前标签，执行步骤(7)；

(5)采用前进策略，读写器读取在该中间位发生碰撞的所有标签，然后判 断这些标签中间位的下一位是否发生碰撞，如果所述中间位的下一位仍发生碰 撞，则读写器读取在该中间位的下一位发生碰撞的所有标签，依次类推，直到 两个标签不再有碰撞发生，接着识别出两个标签，然后执行步骤(6)；

(6)采用后退策略，将已识别出的标签从发生碰撞的标签中删除，然后识 别之前未被识别出的标签，直到搜索位置回到最开始的标签处；然后执行步骤 (7)；

(7)判断读写区域内所有的标签是否都被识别出，如果是，则识别结束， 否则重复步骤(1)—(6)。

优选的，在进行识别过程中，一旦当前标签被识别出来，则读写器就发送 休眠指令到该标签，在后续的判断过程中，不再进入读写器范围。这样可以提 高查询效率。

优选的，所述步骤(5)中设有一用于记录当前位发生碰撞的标签数量的碰 撞计数器，当搜索到在一位发生碰撞的标签为两个时，即碰撞计数器的值为2 时，则停止搜索，根据Manchester编码直接进行识别。从而可进一步减少查询 次数。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1、本发明从碰撞位着手，将RFID标签自身的EPC值根据Manchester编码 分成“0”和“1”两分支，在搜索过程中，只需要传输碰撞位信息即可，使得 整个传输过程的数据量减少，提高了查询效率。

2、本发明引入了碰撞计数器的概念，根据碰撞计数器的值，可以直接判断 出只有一位发生碰撞的两个标签，使得识别过程的查询次数减少。

3、本发明在进行识别过程中，一旦当前标签被识别出来，则读写器就发送 休眠指令到该标签，在后续的判断过程中，不再进入读写器范围。这样可以提 高查询效率。

附图说明

图1是本发明方法的流程图。

图2是本发明标签识别过程实例示意图。

图3是Manchester编码原理示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方 式不限于此。

实施例1

参见图1，本实施例一种基于自适应搜索策略的RFID标签防碰撞方法，包 括步骤：

(1)读写器会向自身读写区域内的RFID标签发送查询命令。

(2)在读写器读写区域内的RFID标签收到查询命令之后，将自身的EPC 作为响应信息发送给读写器。

(3)读写器在收到标签发送回来的响应信息(自身的EPC)之后，会进行 简单的计算来确定RFID标签EPC的位数n。

(4)读写器在确定EPC的位数n之后，进行Manchester编码计算，根据 计算的结果来判断编码中的中间位(第n/2位)是否发生碰撞。

(5)若第n/2位发生碰撞，就采用前进策略，读写器读取在该中间位发生 碰撞的所有标签，再接着判断这些标签中第n/2+1位是否发生碰撞，若仍然发 生碰撞，依旧采用前进策略，直到某一位不再发生碰撞为止，此时读写器就向 标签发送认证命令。

然后采用后退策略，将已识别出的标签从发生碰撞的标签中删除，然后识 别之前未被识别出的标签，直到搜索位置回到最开始的标签处；然后执行步骤 (6)。

(6)判断读写区域内所有的标签是否都被识别出，如果是，则识别结束， 否则，重复步骤(1)—(5)。

对于上述方法，如果读写器的读写范围内有X个标签需要识别，设寻呼次 数为Y(X)，碰撞的次数为Z(X)，引入调制策略；如果有K个节点，只有1位发 生了碰撞，则Y(X)＝Z(X)+X-2K＝2X-1-2K。因此，相较于现有技术，其具有查 询次数少的优点。

上述结论可采用下面的归纳法证明：

1)当X＝1时，表示读写器的读写范围内只有一个标签，不会发生碰撞， K＝0，所以Y(X)＝1。

2)当X＝2时，表示读写器范围内有两个标签，此时，标签至少有1个比特 发生了碰撞。当只有1位发生碰撞时，可以直接识别标签；一个置0，另一个置 1，则只需一次搜索，Y(2)＝2*2-1-2*1＝1，等式成立。

3)假设有X-1个标签时等式成立，即有Y(X-1)＝2(X-1)-1-2K，则增加一个 标签，增加的标签与先前增加的标签完全不同，形成的二叉树增加一个节点， 需要增加两次操作才能识别，即Y(X-1)＝2(X-1)-1-2K+2＝2X-2K-1，等式成立。

下面结合图2所示的一个具体实例，来详细阐述本发明方法的识别过程。 本实施例中用到的命令包括：

①Request(number,p_i)：请求查询指令，number为查询的二进制数(取值 为0或1)；p_i为查询的位置(标签标识的顺序依次为p₈～p₁，即最左边为第8 位，最右边为第1位)，其值随着查询的进行不断修改。当标签满足第p_i位为 number数值时就响应，否则不响应。

②Sleep：休眠指令，取消被选中的标签，使标签进入“休眠”状态，该状 态下不响应Request(number,p_i)，要重新激活标签必须使标签重新进入读写器 范围。

假设标签为8位曼彻斯特编码(即标签的EPC)，4个标签分别为，Tag1： 11000011，Tag2：10100101，Tag3：11010010，Tag4：10100111。整个标签 识别过程参见图2。

①首先，读写器发送Request(null)命令，使读写器范围内的所有标签作 出响应，并且返回各自的EPC值，经读写器编码后，得1XXX0XXX，读写器编 码原理参见图3，形成下一次搜索的命令参数。因为第4位没有发生碰撞，所以 下一次发送的命令为Request(0,5)。

②读写器发送Request(0,5)，要求读写器范围内第5位为0的标签作出响 应，于是Tag1,Tag2,Tag4响应，并且返回所有的EPC值，解码后为1XX00XX1， 读写器根据此码得出下一次搜索命令Request(0,5；0,6)。

③读写器发送Request(0,5；0,6)命令，要求第5位为0、第6位为0的标签 作出响应。因为只有Tag1作出响应，于是Tag1被识别出，并向Tag1发送Sleep 命令。

④采取后退策略，发送Request(0,5；1,6)命令，要求第5位为0、第6位 为1的标签作出响应，于是Tag2,Tag4作出响应，并返回所有的EPC值，解码 后为101001X1，因为只有1位发生碰撞，于是Tag2,Tag4依次被识别出，并向 Tag2,Tag4依次发送Sleep命令。。

⑤继续采取后退策略，发送Request(1,5)，要求第5位为1的标签作出响 应。因为只有Tag3作出响应，于是Tag3被识别出，并向Tag3发送Sleep命令， 到此为止，所有的标签均被识别出，识别结束。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实 施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、 替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。