[发明专利]一种基于低冗余搜索树的标签防碰撞方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种物联网的技术，具体涉及一种用于RFID系统中的标签防碰撞方法。

背景技术

射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)是物联网的核心技术，任何物体包括人都可以用电子标签进行唯一标识，成为物联网中的一个节点。电子标签放置在被识别对象上，是RFID系统真正的数据载体，存储了需要被识别和交换的数据。通常电子标签处于休眠状态，标签进入阅读器识别域时会产生感应电流，从而获得能量，标签利用这些能量将反馈信息调制后发送回阅读器，以达到识别并交换数据的目的。RFID系统工作的时候，当多个电子标签在同一个阅读器的识别域内共享信道向阅读器发送数据的时候，就会出现信号干扰，这种干扰被称为碰撞。其结果将会导致数据传输的失败，同时增加识别延迟，带来带宽和能量浪费。为完成对标签信息的正确读取，阅读器必须使用防碰撞算法。

目前，考虑到实现的复杂度和成本等因素，其中时分多址(TDMA)是解决RFID系统碰撞问题的常用方法之一。基于TDMA的防碰撞算法主要有两大类:一类是基于ALOHA协议的算法；另一类是基于树型的算法。虽然基于ALOHA协议的算法对标签硬件的要求较低，但它们的吞吐率低（不超过36.8%），并会出现“标签饥饿”问题（即：某个标签可能一直与其他标签碰撞而无法被识别）。然而树型算法不仅吞吐率高，且不存在“标签饥饿”问题。目前树型算法主要有分裂树、查询树、搜索树、逐位识别树等，其中搜索树算法因采用了曼彻斯特编码，可由译码结果确定接收ID中每个碰撞比特的准确位置。因此，阅读器可根据最高位碰撞比特的位置(最高碰撞位)，设置询问条件，使得每次询问都会有标签响应，使得搜索树算法避免了因空时隙带来的时间开销。

搜索树算法是以标签的唯一ID为基础，阅读器按照递归的工作方式不断询问标签ID。阅读器通过曼彻斯特译码确定接收ID中的最高位碰撞比特，据此设置下一个询问条件，将碰撞标签分为两组。这些分组越来越小，直到分组下只有一个标签响应，阅读器便可识别此标签。二进制搜索树算法以与标签ID等长的参考序列作为询问命令的参数，初值为全比特‘1’，ID小于或等于该参数的标签响应询问命令。通过不断将参数对应最高碰撞位的比特置‘0’，来达到逐步分组碰撞标签的目的。动态二进制搜索树算法将每次接收ID的最高碰撞位之前序列的低位填‘0’比特后作为下次询问命令的参数，ID与此参数匹配的标签则将ID的其余低位部分作为响应。返回式动态搜索树算法在动态二进制搜索树的基础上进行了改进，在阅读器中设置一个“栈”，检测到碰撞后将每次接收ID的最高碰撞位之前的序列作为前缀存入“栈”中。成功识别一个标签后，抛出“栈”顶的前缀作为下一个询问命令的参数。该算法通过这种后退式策略降低了询问次数，提高了吞吐量，但询问过程仍产生大量冗余数据，导致通信开销过高。

发明内容

针对现有基于搜索树的标签防碰撞技术在询问过程中因询问次数过多、询问命令过长产生大量冗余数据，导致通信开销过大的问题，本发明提供一种基于低冗余搜索树的标签防碰撞方法。通过“一问两答”询问方式、计数器“触发开关”、预测识别和标签屏蔽机制可大大减少询问过程中产生的冗余数据。

本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种基于低冗余搜索树的标签防碰撞方法，包括步骤：（1）标签预留一个存储区，储存已识别标签的阅读器的序列号RID，阅读器扫描标签时，首先发送以该序列号RID为参数的初始化命令，标签将初始化命令中的RID与存储的RID进行比较，若相同，则进入静默状态不再响应，若不相同，标签用初始化命令中的RID替换存储器中的RID并将计数器初始化为0，发送完整ID信号作为响应；（2）阅读器对接收的ID信号经曼彻斯特译码后，确定最高碰撞位χ，发送以最高碰撞位为标识参数的询问命令；（3）最高碰撞位比特为‘0’的碰撞标签首先在第一个时隙响应，最高碰撞位比特为‘1’的碰撞标签在第二个时隙响应；（4）将前缀与最高碰撞位压入“栈”中，用计数器作为标签响应的“触发开关”，计数器初值为0，若在第一个时隙未成功识别标签，除等待第二个时隙响应的标签外，所有标签的计数器加1，若在第二个时隙成功识别标签，则所有标签的计数器减1；（5）阅读器对接收的ID信号经曼彻斯特译码后逐位识别出碰撞比特，确定碰撞比特数目。