[实用新型]一种智能包装的超低功耗无线传感标签硬件

说明书

技术领域

本实用新型涉及电子标签技术领域，特别是一种智能包装的超低功耗无线传感标签硬件。

背景技术

ISO-18000-7国际标准（以后简称美军标）是一个公认成熟和具有广泛影响的433兆有源电子标签国际标准，并已在美军中广泛使用；我国也刚刚公布了有源电子标签的试用国家标准。对海量标签的读写方法是这些标准所涉及的最重要的一个部分，因为无论物流仓储，智能交通，超市智能化管理等各个领域都涉及对海量电子标签的读写问题。而标准中所采用的对海量有源电子标签的读写的技术方法无疑也反映了当前国内外的相关水平。其中所涉及的关键技术问题如下：

首先，由于环境电磁污染以及信号碰撞的考虑，这些标准都规定有源电子标签必须采用在需要时，通过读写器发射唤醒信号先将标签唤醒后再工作，并在工作完成后回到休眠状态的工作方式。即“按需工作”的方式。这就涉及标签的睡眠唤醒技术。（由于采用低频无源唤醒的方式距离非常近，普遍应用的意义非常有限，因而我们在这里不加讨论）。

其次，由于成本的考虑，现有的有源电子标签都是半双工的，即发射信号和接收信号不能同时进行。而由于标签采用的是间歇性工作方式，读写器必须在一段时间内连续不间断发射唤醒信号，这无疑给读写器和标签之间的通信带来许多问题。如何处理这个问题，是有源电子标签系统，特别是对海量有源电子标签进行读写所面临的另一个关键问题。

另外，单一读写器对海量标签的读写必然涉及的另一个问题，则是如何有效解决读写过程中出现的，多个标签同时向一个读写器发射信号时所造成信号碰撞问题，这包括防碰撞处理速度和标签在整个过程中的能耗问题。

下面以现有有源电子标签主要标准，美军标和我国刚刚公布的有源电子标签国家标准来加以具体说明。

现有主要标准是这样来实现对海量标签的读写的：读写器在一段时间内通过广播的方式，连续不间断地向标签发射唤醒信号，先将所有在读写器信号覆盖范围内的标签唤醒，使其进入一种等待随后接收来自读写器指令信号的状态。先苏醒的标签在接收到指令信号后将继续保持这种接收状态直到所有标签都被唤醒，并在接收到指令信号后继续保持这种接收状态至少30秒钟，除非在这个期间标签完成了需要完成的各种任务，并接收到读写器进入休眠状态的命令。

当所有的标签先后在这2.35–4.8秒期间内被唤醒并全都进入接收信号的等待状态时，读写器将首先以广播的方式向所有标签发射采集标签ID信息的指令，在这个指令中，包含有传给标签的时间窗口信息，和初始时隙数量N（由于系统并不知道被唤醒的标签的总的数量，这里的N也是一个经验值）的信息。每个标签在收到这个指令信息后，都将产生一个≦N的属于自己的随机整数I，同时进行时间同步，并在读写器安排的N个通信时隙中的第I个时隙向读写器发射信息；由于I是随机产生的，其不可能与读写器提供的N个时隙一一对应，因而，在N个时隙中，可能出现多个标签在同一时隙中发射信息从而造成碰撞的情况，同时又有一些时隙轮空而没有标签发射信号的状况.读写器将根据每次窗口中发生碰撞和轮空的几率，调整时隙窗口的数量。每个标签每次在接收到读写器采集信息的指令后，只发射一次信号。在该采集期末尾接收到读写器返回的发射ID成功的回执信息后，将根据读写器的指令（取决于标签本身的类型和应用需要）要么进入睡眠状态，要么继续处于接收状态等待读写器发射新的点对点信息读写指令。

对于那些在该轮信息采集过程中因为信号碰撞的原因没有发射成功的标签，则需要等待读写器以广播方式发布的新一轮标签ID信息 采集指令，再次进行时间同步并产生新的随机数，并在读写器新提供的M个时隙窗口中对应的时隙位置发射，如此反复进行，直到完成对所有被唤醒标签的ID信息采集为止。（参见美军标）

这里存在的问题是：

睡眠唤醒问题：

为了省电的目的，标签平常处于一种使用内部时钟进行控制的周期性睡眠，苏醒后监听唤醒信号一瞬间的状态，由于内部时钟的误差及其它各种原因，标签在一个睡眠周期中苏醒的时间是随机的。读写器通过向标签连续发射一定时间（美军标是2.35–4.8秒）的唤醒信号，抓住标签睡眠苏醒的瞬间与之建立起通信联系，向其传达要求标签进入等待接收读写器工作指令信号的指令。