本發(fā)明屬于射頻識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于“優(yōu)選法”的RFID防碰撞算法。

背景技術(shù)：

射頻識(shí)別技術(shù)(RFID，Radio Frequency Identification)是20世紀(jì)80年代初發(fā)展起來(lái)的一種先進(jìn)的識(shí)別技術(shù)。它利用射頻信號(hào)及其空間耦合的傳輸特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)靜止和移動(dòng)物品的非接觸式自動(dòng)識(shí)。

使用射頻技術(shù)就會(huì)涉及到碰撞的問(wèn)題，碰撞是指在讀寫器的天線磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)會(huì)出現(xiàn)多個(gè)標(biāo)簽，或者有其他讀寫器存在。當(dāng)讀寫器查詢標(biāo)簽時(shí)，多個(gè)標(biāo)簽同時(shí)響應(yīng)讀寫器的命令或者一個(gè)標(biāo)簽同時(shí)要選擇響應(yīng)2個(gè)以上的讀寫器的查詢信號(hào)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)信號(hào)干擾產(chǎn)生信道沖突問(wèn)題。也就是說(shuō)，當(dāng)有多于1個(gè)的標(biāo)簽在讀寫器的作用范圍內(nèi)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)1個(gè)標(biāo)簽諧振，1個(gè)標(biāo)簽失諧的情況。這時(shí)，就很難通過(guò)判斷輸出端的高低電位來(lái)讀出標(biāo)簽的內(nèi)部信息，這就是我們要解決的碰撞問(wèn)題。

目前防碰撞算法主要有兩類：不確定算法和確定性算法。不確定算法指的是基于ALOHA機(jī)制的防碰撞算法，這種算法要求在讀寫器有效工作范圍內(nèi)的標(biāo)簽依據(jù)自己的序列號(hào)隨機(jī)產(chǎn)生響應(yīng)時(shí)間，如果發(fā)生沖突，則沒(méi)有識(shí)別到的標(biāo)簽要等到下一輪時(shí)間段到來(lái)時(shí)再重新產(chǎn)生響應(yīng)時(shí)間，這時(shí)就會(huì)出現(xiàn)標(biāo)簽“餓死”的情況(即標(biāo)簽存在不能被識(shí)別的可能)；傳統(tǒng)的確定性算法有基本二進(jìn)制搜索算法、動(dòng)態(tài)二進(jìn)制搜索算和后退式二進(jìn)制搜索算法等，但他們分別在數(shù)據(jù)傳輸量、查詢次數(shù)和系統(tǒng)效率等方面都有不同程度的欠缺，基于此，提出一種基于“優(yōu)選法”的防碰撞算法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于“優(yōu)選法”的RFID防碰撞算法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的數(shù)據(jù)傳輸量大、查詢次數(shù)多的問(wèn)題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種基于“優(yōu)選法”的RFID防碰撞算法，具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟1：讀寫器發(fā)送請(qǐng)求命令Request(1111 1111)，所有標(biāo)簽均做出響應(yīng)，并將所有標(biāo)簽的序列號(hào)均發(fā)給讀寫器；

步驟2：讀寫器檢測(cè)接收標(biāo)簽的信號(hào)，若只有一個(gè)標(biāo)簽響應(yīng)，跳轉(zhuǎn)到步驟4；若有碰撞發(fā)生則跳轉(zhuǎn)到步驟3；若無(wú)應(yīng)答，轉(zhuǎn)到步驟1；

步驟3：碰撞發(fā)生后，碰撞位數(shù)記為a，然后根據(jù)“優(yōu)選法”，算出data，data每次有三組數(shù)據(jù)；將Request(data_n，n)作為下一次讀寫器發(fā)送的命令，n為數(shù)據(jù)位，n＝1,2,3，data_n為用“優(yōu)選法”得出的二進(jìn)制數(shù)即碰撞位；

步驟4：讀寫器讀取該標(biāo)簽的信息，并對(duì)該標(biāo)簽進(jìn)行解調(diào)和解碼，將解碼后的標(biāo)簽信息上傳給主系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理，并讓標(biāo)簽休眠。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于：

步驟3中“優(yōu)選法”計(jì)算data的具體過(guò)程為：

a位發(fā)生碰撞，a位數(shù)最大的二進(jìn)制數(shù)為轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)為2^a-1，定義一個(gè)取值范圍為[0，2^a-1]，根據(jù)黃金分割法(即“優(yōu)選法”)得到三個(gè)點(diǎn)分別為0.382*(2^a-1)、0.618*(2^a-1)、2^a-1，分別把得到的三個(gè)點(diǎn)四舍五入取整后轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)為data₁、data₂、data₃，即得到data的三組數(shù)據(jù)。

步驟3中將Request(data_n，n)作為下一次讀寫器發(fā)送的命令具體為：

標(biāo)簽發(fā)生碰撞后，讀寫器發(fā)送Request(data₁，1)給區(qū)域內(nèi)標(biāo)簽，標(biāo)簽把發(fā)生碰撞對(duì)應(yīng)位的序列號(hào)與接收的data₁比較，若大于data₁的標(biāo)簽數(shù)大于1，轉(zhuǎn)到步驟3，否則，轉(zhuǎn)到步驟4，同時(shí)，讀寫器發(fā)送Request(data₂，2)給區(qū)域內(nèi)標(biāo)簽，標(biāo)簽把發(fā)生碰撞對(duì)應(yīng)位的序列號(hào)與接收的data₂比較，若大于data₂的標(biāo)簽數(shù)大于1，轉(zhuǎn)到步驟3，否則，轉(zhuǎn)到步驟4，同時(shí)，讀寫器發(fā)送Request(data₃，3)給區(qū)域內(nèi)標(biāo)簽，標(biāo)簽把發(fā)生碰撞對(duì)應(yīng)位的序列號(hào)與接收的data₃比較，若大于data₃的標(biāo)簽數(shù)大于1，轉(zhuǎn)到步驟3，否則，轉(zhuǎn)到步驟4。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明一種基于“優(yōu)選法”的RFID防碰撞算法，所需的總的查詢次數(shù)少，縮短了識(shí)別時(shí)間；總共傳送的二進(jìn)制比特位數(shù)少，從而縮短了傳輸量，提高了傳送時(shí)間，提供了效率；吞吐率高。

附圖說(shuō)明

圖1是采用本發(fā)明RFID防碰撞算法的實(shí)施例圖；

圖2是本發(fā)明算法與現(xiàn)有算法的總的查詢次數(shù)比較圖；

圖3是本發(fā)明算法與現(xiàn)有算法的總共傳送的二進(jìn)制的比特位數(shù)比較圖；

圖4是本發(fā)明算法與現(xiàn)有算法的吞吐率比較圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明一種基于“優(yōu)選法”的RFID防碰撞算法，具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟1：讀寫器發(fā)送請(qǐng)求命令Request(1111 1111)，所有標(biāo)簽均做出響應(yīng)，并將所有標(biāo)簽的序列號(hào)均發(fā)給讀寫器；

步驟2：讀寫器檢測(cè)接收標(biāo)簽的信號(hào)，若只有一個(gè)標(biāo)簽響應(yīng)，跳轉(zhuǎn)到步驟4，若有碰撞發(fā)生則跳轉(zhuǎn)到步驟3，若無(wú)應(yīng)答，即為空，則說(shuō)明讀寫器有效范圍內(nèi)無(wú)標(biāo)簽或所有的標(biāo)簽都被識(shí)別(整個(gè)識(shí)別過(guò)程結(jié)束)，轉(zhuǎn)到步驟1。

步驟3：碰撞發(fā)生后，將碰撞位數(shù)記為a，然后根據(jù)“優(yōu)選法”，算出data，data每次有三組數(shù)據(jù)。

“優(yōu)選法”計(jì)算data的具體過(guò)程為：

a位發(fā)生碰撞，a位數(shù)最大的二進(jìn)制數(shù)為轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)為2^a-1，定義一個(gè)取值范圍為[0，2^a-1]，根據(jù)黃金分割法(即“優(yōu)選法”)得到三個(gè)點(diǎn)分別為0.382*(2^a-1)、0.618*(2^a-1)、2^a-1，分別把得到的三個(gè)點(diǎn)四舍五入取整后轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)為data₁、data₂、data₃，即得到data的三組數(shù)據(jù)。

將Request(data_n，n)作為下一次讀寫器發(fā)送的命令，n為數(shù)據(jù)位，n＝1,2,3，data_n為用黃金分割法得出的二進(jìn)制數(shù)即碰撞位。

標(biāo)簽發(fā)生碰撞后，讀寫器發(fā)送Request(data₁，1)給區(qū)域內(nèi)標(biāo)簽，標(biāo)簽把發(fā)生碰撞對(duì)應(yīng)位的序列號(hào)與接收的data₁比較，若大于data₁的標(biāo)簽數(shù)大于1，轉(zhuǎn)到步驟3，否則，轉(zhuǎn)到步驟4，同時(shí)，讀寫器發(fā)送Request(data₂，2)給區(qū)域內(nèi)標(biāo)簽，標(biāo)簽把發(fā)生碰撞對(duì)應(yīng)位的序列號(hào)與接收的data₂比較，若大于data₂的標(biāo)簽數(shù)大于1，轉(zhuǎn)到步驟3，否則，轉(zhuǎn)到步驟4，同時(shí)，讀寫器發(fā)送Request(data₃，3)給區(qū)域內(nèi)標(biāo)簽，標(biāo)簽把發(fā)生碰撞對(duì)應(yīng)位的序列號(hào)與接收的data₃比較，若大于data₃的標(biāo)簽數(shù)大于1，轉(zhuǎn)到步驟3，否則，轉(zhuǎn)到步驟4。

每次只發(fā)送碰撞位，這樣大大減少了數(shù)據(jù)的傳輸量，提高了比較的次數(shù)。

步驟4：讀寫器讀取該標(biāo)簽的信息，并對(duì)該標(biāo)簽進(jìn)行解調(diào)和解碼，將解碼后的標(biāo)簽信息上傳給主系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理，并讓標(biāo)簽休眠。

實(shí)施例

假設(shè)標(biāo)簽的序列號(hào)為8位，現(xiàn)在讀寫器可讀取范圍內(nèi)有四個(gè)處于準(zhǔn)備狀態(tài)的電子標(biāo)簽A、B、C、D，它們的序列號(hào)如下：標(biāo)簽A：1010 0111；標(biāo)簽B：1011 0101；標(biāo)簽C：1010 1111；標(biāo)簽D：1011 1101。其識(shí)別過(guò)程如圖1所示：

(1)開(kāi)始讀寫器對(duì)區(qū)域內(nèi)標(biāo)簽處于未知的狀態(tài)，所以發(fā)送Request(1111 1111)命令，要求區(qū)域內(nèi)所有的標(biāo)簽應(yīng)答。標(biāo)簽A、B、C、D都響應(yīng)，讀寫器根據(jù)Manchester編碼原理，讀寫器接收到的數(shù)據(jù)為：

101x x1x1；即：D1、D3、D4位發(fā)生碰撞，3位碰撞，運(yùn)用“優(yōu)選法”，3位最大二進(jìn)制數(shù)是111，轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)就是7，那就可以定義一個(gè)取值范圍[0,7],根據(jù)前面所述得到三個(gè)點(diǎn)，即：2、4、7。2轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制是010，4轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制是100，7轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制是111，可得下一次Request所需的序列號(hào)為：010。

(2)讀寫器發(fā)送Request(010,1)，只有標(biāo)簽A應(yīng)答，無(wú)碰撞發(fā)生，讀寫器讀取標(biāo)簽A的信息，并對(duì)標(biāo)簽A進(jìn)行解調(diào)和解碼，將解碼后的標(biāo)簽A的信息上傳給主系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理，最后執(zhí)行Sleep命令，屏蔽掉它，使之處于“啞巴”狀態(tài)。獲得下一次序列號(hào)，即：100。

(3)讀寫器發(fā)送Request(100,2)，只有標(biāo)簽B應(yīng)答，無(wú)碰撞發(fā)生，讀寫器讀取標(biāo)簽B的信息，并對(duì)標(biāo)簽B進(jìn)行解調(diào)和解碼，將解碼后的標(biāo)簽B的信息上傳給主系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理。最后執(zhí)行Sleep命令，屏蔽掉它，使之處于“啞巴”狀態(tài)，獲得下一次序列號(hào)，即：111。

(4)讀寫器發(fā)送Request(111,3)，這時(shí)標(biāo)簽C、D都響應(yīng)，讀寫器根據(jù)Manchester編碼原理，讀寫器接收到的數(shù)據(jù)為：101x 11x1；即：D1、D4位發(fā)生碰撞，2為碰撞，運(yùn)用“優(yōu)選法”，，2位最大的二進(jìn)制數(shù)是11，轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)是3，那就可以定義一個(gè)取值范圍[0,3],根據(jù)前面所述得到三個(gè)點(diǎn)，即：1,1,3。1轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制是01,3轉(zhuǎn)換位二進(jìn)制是11,可得下一次Request所需的序列號(hào)為：01。

(5)讀寫器發(fā)送Request(01,1)，只有標(biāo)簽C響應(yīng)，無(wú)碰撞發(fā)生，讀寫器讀取標(biāo)簽C的信息，并對(duì)標(biāo)簽C進(jìn)行解調(diào)和解碼，將解碼后的標(biāo)簽C的信息上傳給主系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理。最后執(zhí)行Sleep命令，屏蔽掉它，使之處于“啞巴”狀態(tài)。獲得下一次序列號(hào)，即：11。

(6)讀寫器發(fā)送Request(11,2)，只有標(biāo)簽D響應(yīng)，無(wú)碰撞發(fā)生，讀寫器讀取標(biāo)簽D的信息，并對(duì)標(biāo)簽D進(jìn)行解調(diào)和解碼，將解碼后的標(biāo)簽D的信息上傳給主系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理。最后執(zhí)行Sleep命令，屏蔽掉它，使之處于“啞巴”狀態(tài)。此時(shí)標(biāo)簽已經(jīng)全部識(shí)別，并且已經(jīng)沒(méi)有data數(shù)據(jù)。

(7)讀寫器再次發(fā)送Request(1111 1111)命令，無(wú)標(biāo)簽應(yīng)答，說(shuō)明標(biāo)簽全部識(shí)別完，整個(gè)標(biāo)簽識(shí)別過(guò)程結(jié)束。

算法性能分析

①讀寫器所需總的查詢次數(shù)分析

現(xiàn)有的二進(jìn)搜索制算法，從N個(gè)標(biāo)簽中識(shí)別出單個(gè)標(biāo)簽平均需要log₂N+1次，動(dòng)態(tài)二進(jìn)制算法和二進(jìn)制的識(shí)別次數(shù)和吞吐率是一樣的，但時(shí)間有所縮短，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流比較少，因?yàn)閭鬏數(shù)臄?shù)據(jù)是動(dòng)態(tài)調(diào)整的。它們總的搜索次數(shù)為：

而采用本發(fā)明基于“優(yōu)選法”的RFID防碰撞算法，讀寫器所需總的查詢次數(shù)為：

S(N)＝1+2N

②總共傳送的二進(jìn)制比特位數(shù)分析

現(xiàn)有的二進(jìn)制搜索算法，總共傳送的二進(jìn)制的比特位數(shù)為：

其中，N為標(biāo)簽的個(gè)數(shù)，k為標(biāo)簽的位數(shù)。

現(xiàn)有的動(dòng)態(tài)二進(jìn)制搜索算法，總共傳送的二進(jìn)制的比特位數(shù)為：

其中，N為標(biāo)簽的個(gè)數(shù)，k為標(biāo)簽的位數(shù)。

本發(fā)明基于“優(yōu)選法”的RFID防碰撞算法，總共傳送的二進(jìn)制的比特位數(shù)為：

L(N,k)＝(2N+1)*(k+1)/2

其中，N為標(biāo)簽的個(gè)數(shù)，k為標(biāo)簽的位數(shù)。

③吞吐率分析

現(xiàn)有二進(jìn)制搜索算法與動(dòng)態(tài)二進(jìn)制搜索算法的總的搜索次數(shù)一樣，則系統(tǒng)效率就一樣，也就是吞吐率一樣，吞吐率為：

本發(fā)明基于“優(yōu)選法”的RFID防碰撞算法，吞吐率為：

E(N)＝N/(2N+1)

其中，N為標(biāo)簽的個(gè)數(shù)。

④仿真性能分析

利用MATLAB開(kāi)發(fā)的仿真平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)讀寫器與標(biāo)簽的通信過(guò)程，設(shè)定標(biāo)簽數(shù)量為200，標(biāo)簽編碼為8位。在MATLAB上分別對(duì)算法的查詢次數(shù)、傳輸量和吞吐率進(jìn)行了驗(yàn)證仿真,由于二進(jìn)制的搜索次數(shù)與動(dòng)態(tài)二進(jìn)制的搜索次數(shù)、吞吐率一樣，為了仿真時(shí)方便區(qū)分，將動(dòng)態(tài)二進(jìn)制的總的搜索次數(shù)變?yōu)椋?/p>

將動(dòng)態(tài)二進(jìn)制的吞吐率變?yōu)椋?/p>

如圖2所示為現(xiàn)有二進(jìn)制算法(在圖中寫為基本二進(jìn)制)、動(dòng)態(tài)二進(jìn)制算法與本發(fā)明基于“優(yōu)選法”的RFID防碰撞算法(在圖中寫為改進(jìn)算法)的讀寫器的總的查詢次數(shù)進(jìn)行了對(duì)比，由仿真圖可得本申請(qǐng)的算法所需的總的查詢次數(shù)明顯減少，也就是識(shí)別時(shí)間縮短。

如圖3所示為現(xiàn)有二進(jìn)制算法(在圖中寫為基本二進(jìn)制)、動(dòng)態(tài)二進(jìn)制算法與本發(fā)明基于“優(yōu)選法”的RFID防碰撞算法(在圖中寫為改進(jìn)算法)的讀寫器的總共傳送的二進(jìn)制的比特位數(shù)進(jìn)行了對(duì)比，由仿真圖可以看出隨著標(biāo)簽數(shù)量的增加，采用本申請(qǐng)的算法總共傳送的二進(jìn)制的比特位數(shù)明顯小于前兩者，從而縮短了傳輸量，提高了傳輸時(shí)間。

如圖4所示為現(xiàn)有二進(jìn)制算法(在圖中寫為基本二進(jìn)制)、動(dòng)態(tài)二進(jìn)制算法與本發(fā)明基于“優(yōu)選法”的RFID防碰撞算法(在圖中寫為改進(jìn)算法)的讀寫器的吞吐率進(jìn)行對(duì)比，由仿真圖可以看出隨著標(biāo)簽數(shù)量的增加，采用本申請(qǐng)算法的吞吐率大概穩(wěn)定在0.5左右，說(shuō)明本申請(qǐng)算法吞吐率明顯高于前兩者。

本發(fā)明基于“優(yōu)選法”的RFID防碰撞算法，對(duì)算法的可行性在總的查詢次數(shù)、傳輸量、吞吐率與現(xiàn)有的二進(jìn)制算法、動(dòng)態(tài)二進(jìn)制算法進(jìn)行了對(duì)比，可以看出采用本發(fā)明的算法明顯優(yōu)于現(xiàn)有的兩種算法。