[发明专利]基于多叉树的无线无源传感系统防冲突方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线无源传感技术，尤其涉及一种基于多叉树的无线无源传感系统防冲突方法。

背景技术

无线无源传感系统是一个新兴的研究方向，它具有广泛的应用前景和较高的应用价值。现阶段的无线传感器以无线有源传感器为主，该技术采用传感器标签自带电池供电。由于电池电量有限，尤其在一些恶劣的环境条件下工作寿命将大大减小，因此传感器标签的无源化是无线传感器系统的一个理想的发展趋势。

目前无线无源传感系统的研究主要包括SAW(声表面波)传感系统和RFID(射频识别)标签式的无线无源传感系统两类。SAW在压电基底表面传播时，SAW的传播特性会随着压电基片表面的物理参数的变化而变化，无线无源SAW传感系统就是利用该原理测量物理参数，并通过电磁波信号，将被测物理参数以模拟量的形式发送给接收器。无线无源SAW传感系统对于传感器的设计要求及依赖程度很高，使用的灵活性较差。

RFID标签式的无线无源传感系统由阅读器和传感器标签组成，可采用数字式的传感器，传感器标签从阅读器以无线的方式获得能量，并将检测信号无线地发送给阅读器。相对而言，它的传感器标签的成本可以更低，传感器的种类可以更多，应用也将更加灵活。这类产品可用于密闭容器内物理参数的测量、食品或水质的检测、环境监测等。例如将该感应器标签粘贴在牛奶纸盒上，通过纸盒上的这个传感器来测量牛奶中细菌的含量，阅读器接收测量信息，并判断牛奶是否变质。

RFID标签式的无线无源传感系统的工作时由阅读器周期的广播自己的信号，进入阅读器感应范围的传感器标签将获得运行的能量而被激活，并根据收到的阅读器信号，将按照一定的协议规定发送自己的要发送的信号。由于所有传感器标签发送的信号使用的是同一个信道，如果在同一时刻有多个传感器标签发出信号，将在该信道上产生信号冲突从而造成阅读器无法正确地识别标签返回的信号。

针对上述的多传感器标签应答冲突问题的解决通常有4种方式：TDMA时分多址、SDMA空分多址、FDMA频分多址、CDMA码分多址。其中，TDMA时分多址方式由于应用简单，容易实现大量标签的读写，所以被多数防冲撞算法采用。现有的RFID系统多标签冲突解决方案主要包括Aloha算法和二叉树算法两种，两者均属于TDMA方式，其中Aloha算法的主要原理是通过标签随机地选择发送信号的时间来避免冲突，而二叉树算法则是通过阅读器对应答的电子标签进行分类来避免冲突。Aloha算法又可分为纯Aloha、时隙Aloha(SlottedAloha)、帧隙Aloha(Frame-slottedAloha)等。总体而言Aloha算法的随机性较大，当大量标签并存时，帧冲突严重，引起性能急剧恶化。二叉树算法也有动态二进制算法、后退式二叉树搜索算法以及其他形式的优化二叉树算法等。相对而言二叉树算法的理论性能要优于Aloha算法，但是二叉树方法需要标签回复大量的二进制ID码，应答时序较长，容易产生误码。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术方法的不足，提供一种基于多叉树的无线无源传感系统防冲突方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于多叉树的无线无源传感系统防冲突方法，无线无源传感系统主要由单个阅读器和多个传感器标签组成，阅读器和传感器标签均包括控制器，传感器标签包含一个n位的二进制ID号，将该二进制ID号表示为一个k位的m进制ID号，传感器标签的控制器中包含一个可读写的p位的冲突标识数和一个q位的计数器，p为大于或等于log₂k的最小整数，k为传感器标签m进制ID号的位数，q为大于或等于log₂m的最小整数。阅读器的控制器中包含一个q位的计数器和一个最大深度为(m-1)·(k-1)的堆栈；该方法包括以下步骤：

(1)阅读器发送初始化命令，将传感器标签激活并初始化；

(2)传感器标签的ID号以m进制的形式表示为k位，阅读器由高位到低位依次查询待识别传感器标签的每一位m进制ID号；

(3)如果阅读器检测到传感器标签的某一位m进制ID号有冲突，则对冲突的各值依次轮换进行查询；

(4)传感器标签根据自身的状态及参数来对阅读器的各个指令做出状态的切换及参数的改变。

进一步地，所述步骤(1)中，将传感器标签激活并初始化是将所有待识别传感器标签的冲突标识清零，并由初始状态进入就绪状态。