[发明专利]一种用于RFID系统中的基于分组动态帧及二叉树搜索的多标签防碰撞方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于射频识别(RFID)系统中的防碰撞方法，尤其涉及一种用于RIFD系统中的基于分组动态帧及二叉树搜索的多标签防碰撞方法。

背景技术

射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)是一种具有实时、快速、准确采集等特点的自动识别技术。RFID系统由读写器、标签和应用程序三部分组成，读写器和标签之间采用非接触方式通信。标签有主动、半主动和被动三种，其中被动标签由于其结构简单，成本较低，因而被广泛应用。

由于被动标签结构的简单性，标签在接到读写器指令后会立即响应读写器。但是当多个标签同时响应某个读写器时，标签数据间的相互干扰会导致读写器无法正常读取任何一个标签数据，即发生所谓的标签冲突。传统的标签防碰撞算法可分为ALOHA算法和树形算法两大类。ALOHA算法的复杂度较小，而树形算法则相对较大。这两种算法都存在各自的问题：ALOHA算法虽然复杂度及对标签的要求较低，但存在标签始终无法识别的可能，并且在标签数量庞大时算法的性能不佳，这是由于标签内部寄存器的位数是有限而导致的；树形算法的优点是识别率可达100％，但是以增加算法的复杂度为代价的，这增加了读写器功耗并且减小了标签最大可识别距离。此外，这两种算法还都存在着时隙浪费的现象：ALOHA算法在识别过程后期存在大量的空闲时隙浪费，这是由于帧长或分组数不能在识别过程中随着标签的识别实时调整造成的；树形算法在识别过程前期因同时响应读写器的标签较多而导致碰撞时隙较多，而其中的查询树算法的性能还受到标签ID分布情况的影响较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于RFID系统中的基于分组动态帧及二叉树搜索的多标签防碰撞方法，该方法可以有效避免标签数据发生的碰撞次数，并且较大程度的降低识别时间和功耗。

为达上述目的，本发明通过采取以下技术方案予以实现：

一种用于RFID系统中的基于分组动态帧及二叉树搜索的多标签防碰撞方法，包括如下步骤：

(1)读写器对未识别标签数量进行估计，并计算该标签数量下的最优分组数和最优帧长：首先，读写器设置初始分组和初始帧长，将标签随机分到所设的若干组内，每组的帧长为所设长度(即每组的帧周期包含的时隙数量)；然后，读写器依次将所有分组帧周期的时隙轮询一遍，并统计空闲时隙、单标签时隙和碰撞时隙的数量，据此估计未识别标签的数量，并计算出该标签数量下的最优分组数和最优帧长；

(2)读写器以最优分组数和最优帧长为参数开始新一轮轮询，依次对当前组帧周期的每个时隙内的标签进行识别：读写器按最优分组将未识别标签重新随机分组，每组的帧周期长度为最优帧长，开始轮询后，读写器对每个时隙状态进行判断，若为空闲时隙，则直接进入下一时隙，若为单标签时隙，则识别该标签，然后进入下一时隙，若为碰撞时隙，则采用二叉树搜索识别出该碰撞时隙内所有的标签，然后进入下一时隙，直到当前组帧周期结束；

(3)读写器将最优分组数递减1，并以最优帧长和更新后的最优分组数开始新一轮轮询，依次对当前组帧周期的每个时隙内的标签进行识别，直到最优分组数递减至0。

步骤(1)中所述的标签按读写器对未识别标签数量进行估计后计算出的该标签数量下的最优分组数进行分组的具体过程为：读写器将所设分组数、所设帧长和一个随机数插入到修改指令，并发送给标签，收到该指令后，标签根据该指令中的随机数和标签ID产生一新的随机数，并将其对指令中的分组数取余，只有余数为0的标签才在当前组的帧周期内活动，从而实现标签的分组；标签还根据该指令中的所设帧长随机产生一不大于该帧长的正整数作为标签所属时隙存储，只有轮询到该时隙时，该标签才允许响应读写器。

步骤(1)中所述的未识别标签数量的估计的具体过程为：计算出当前帧长、不同标签数量下，空时隙数、单标签的时隙数和碰撞时隙数的期望值，与相应统计值距离最近时的标签数量即被认为是识别过程开始时的未识别标签的数量，减去单标签时隙计数便是当前未识别标签的数量。

步骤(1)中所述的计算最优分组数和最优帧长的具体过程为：当未识别标签数量不大于最大帧长时，设置帧长等于未识别标签数量，并设置分组数为1；当未识别标签数量大于最大帧长时，将标签分组且每组帧长等于最大帧长，其中分组数采取倍增或减半的更改方式，且由k＝n_k/354决定，其中分组数k取大于0的整数，n_k为该分组数下的标签数量的上限。

步骤(2)中所述的碰撞时隙内的二叉树搜索识别的主要步骤为：