[发明专利]一种基于并行树分裂的标签防碰撞算法

说明书

本发明公开了一种基于并行树分裂的标签防碰撞算法，该方法通过利用在前面碰撞时隙中获取的碰撞信息来直接对后面未识别的标签直接进行快速分组，从而减少了后面时隙发生碰撞的概率，同时使用紧缩进制避免了快速分裂过程中引入了过多的空闲时隙，通过这两种机制，提出的方法可以加快标签的识别速率。MATLAB模拟仿真证明了该方法具有更好的标签识别能力，相较于同类协议平均识别时间缩短至少16.7％。

技术领域

本发明属于射频识别技术领域，特别涉及一种基于并行树分裂的标签防碰撞算法。

背景技术

射频识别(RFID)技术作为物联网中连接物理世界和信息世界的基础和关键技术，被应用于各行各业中，如医疗、制造业、零售以及旅游业等。在RFID系统中，由于标签之间共享无线信道，当多个标签同时向阅读器回复数据时会引起标签碰撞问题，降低系统识别效率。因此，设计合理的标签防碰撞协议具有非常重要的意义。

对于标签防碰撞协议的研究，目前研究者们主要将RFID标签碰撞问题的解决方法分为两大类：一类是基于Aloha算法，如：纯Aloha(PA)、时隙Aloha(SA)、帧时隙Aloha(FSA)、动态帧时隙Aloha(DFSA)及其改进算法，这类Aloha算法由于通过随机数随机选择等待一段时间重新回复，部分标签可能因为一直发生碰撞而导致不能被阅读器识别，这就是“标签饥饿”问题；另一类是基于分支树算法，如查询树(QT)、二进制搜索树(BS)和树分裂(TS)，分支树类的标签防碰撞算法主要通过不同的划分方式，将碰撞的标签划分方式划分到不同的子集中。

在这些经典算法的基础上，大量研究者们提出了许多高效的标签识别算法来减少识别过程中产生碰撞次数，以提升RFID系统的识别性能。基于Aloha的算法也被叫做不确定性算法，它的本质是当标签发生碰撞时，阅读器要求发生碰撞的标签随机等待一段时间后在重新参与下一次回复。由于随机选择延迟，标签可能会出现“标签饥饿”问题。目前基于Aloha算法的研究方法主要侧重于动态帧时隙Aloha(DFSA)算法，DFSA算法通过动态调整数据帧的方式实现最优的系统效率。例如，复旦大学王俊宇博士提出了一种降低空时隙开销的RFID标签防碰撞算法，该算法设置阅读器在每一帧执行开始前，首先发送detect命令检测并标记空时隙的位置，从而在之后的的识别过程中能够避免所标记空时隙的无效操作，进而减少空时隙时间对整个识别时间的影响。基于DFSA算法，chen等提出了一种早调整的防碰撞算法，该算法允许在任意时隙内提前结束当前回合，并且重新选择一个帧长以开启新的识别回合。

关于分支树算法，学者们也提出了大量新算法。当前基于查询树(QT)类的标签防碰撞算法大多采用了基于曼彻斯特编码的碰撞位检测方法来提高系统效率。例如碰撞树(CT)、多前缀查询树(DPPS)、碰撞窗口(CWT)和M分组碰撞树(MCT)等。CT算法使用曼彻斯特编码碰撞位检测方法，阅读器根据标签的最高碰撞位位置情况将碰撞的标签划分到两个子组，尽管CT极大的减少了空时隙，但它依然会产生许多碰撞时隙，这会增加识别时间。CWT算法使用二进制碰撞树和启发式位窗策略，减少了标签端传输的信息位。相比CT，CWT可以减少识别时间和标签端传输的信息位。然而CWT仍然需要多个时隙和查询命令，而这会浪费大量查询命令中的头部信息。DPPS和MCT算法则是通过使用更多的碰撞位信息将冲突的标签划分到更多的分组中，它们有更高的时间效率且需要传输更少的信息比特。基于BS算法，王雪分别提出了改进的二进制搜索算法和锁位后退防碰撞算法。改进的二进制搜索算法针对大规模标签识别系统先增加前缀确定阶段，之后在分支中查询。而锁位后退算法则是通过寻呼指令锁定碰撞发生比特位数，通过将其后退到碰撞节点下一个分支内，随后读取这个分支中的所有标签。近几年，由于树分裂(TS)算法具有高度的扩展性和可行性，因此大量的学者们也开始研究TS类标签防碰撞算法。例如，Su等提出了一个基于连续时隙检测信息的快速分裂(FSA-CSS)算法。该算法使用快速分裂的方法降低了碰撞时隙数，提高了TS类防碰撞算法的识别效率。

发明内容