專利名稱：一種多標(biāo)簽防碰撞方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自動識別技術(shù)，尤其涉及一種用于多標(biāo)簽識別防碰撞的方法。
背景技術(shù)：
自動識別技術(shù)，簡稱AEI(Automatic Equipment Identification)是當(dāng)今國際上發(fā)展很快的一項新技術(shù)，多用于實現(xiàn)對各類物體或設(shè)備(人員、物品)在不同狀態(tài)下(包括移動、靜止或惡劣環(huán)境)的自動識別和管理。
將無線電技術(shù)應(yīng)用于自動識別領(lǐng)域中的手段為射頻識別，簡稱RFID(Radio Frequency Identification)。射頻識別系統(tǒng)通常由電子標(biāo)簽和閱讀器兩部分組成，其中電子標(biāo)簽是由耦合元件和微電子芯片組成，芯片中存儲著唯一的EPC(Electronic Product Code)，即電子產(chǎn)品代碼，標(biāo)識單個商品；閱讀器是能通過接收電子標(biāo)簽發(fā)出的無線電波接收讀取數(shù)據(jù)的裝置。目前最為常見的是被動射頻系統(tǒng)，即閱讀器發(fā)出電磁波，周圍形成電磁場，當(dāng)標(biāo)簽放在電磁場中，獲得能量激活標(biāo)簽中的微芯片電路，芯片轉(zhuǎn)換電磁波，然后發(fā)送給閱讀器，閱讀器將其轉(zhuǎn)換為相關(guān)數(shù)據(jù)，并讀出標(biāo)簽中的信息。在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，從閱讀器到標(biāo)簽的數(shù)據(jù)傳輸稱作下傳，從標(biāo)簽到閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸稱作上傳。
在射頻識別系統(tǒng)工作的時候，不能排除一個以上的電子標(biāo)簽同時處于閱讀器的作用范圍內(nèi)，這樣就存在兩種不同的基本通訊形式，即無線電廣播式和多路存取。無線電廣播式就是從閱讀器到電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)傳輸，多路存取就是在閱讀器的作用范圍內(nèi)有多個電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)同時傳輸給閱讀器。
防碰撞(anti-collision)技術(shù)就是通過上述兩種通訊形式分辨出處于閱讀器的作用范圍內(nèi)所有的電子標(biāo)簽。防碰撞識別方法一般可以分為兩大類ALOHA法和二進(jìn)制搜索法，現(xiàn)有通信協(xié)議基本上都按照這兩種基本方法進(jìn)行擴(kuò)展而來。本發(fā)明是基于二進(jìn)制搜索法的改進(jìn)，因此下面著重介紹二進(jìn)制搜索法。
二進(jìn)制搜索算法是由一個讀寫器和多個射頻卡之間規(guī)定的一組命令和應(yīng)答規(guī)則構(gòu)成，其目的是從多卡中選出任一個實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。該算法有3個關(guān)鍵要素①選用適當(dāng)?shù)幕鶐Ь幋a，易于識別碰撞；②充分利用射頻卡卡序列號唯一的特性；③設(shè)計一組有效的指令規(guī)則，使之能夠高效、迅速的實現(xiàn)選卡。
二進(jìn)制搜索算法是基于位沖撞檢測的算法，需要采用合適的位編碼法來辨認(rèn)數(shù)據(jù)碰撞位的準(zhǔn)確位置。通常采用曼徹斯特(Manchester)編碼，該編碼根據(jù)電平改變(上升沿/下降沿)來表示編碼某位的值。這里用上升沿表示邏輯“0”，用下降沿表示邏輯“1”，在數(shù)據(jù)傳輸過程中“沒有變化”的狀態(tài)是不允許的，并作為錯誤被識別。當(dāng)兩個或多個變遷同時返回的某一位數(shù)值有不同的值，則接收到的上升沿和下降沿互相抵消，以致出現(xiàn)“沒有變化”的狀態(tài)，閱讀器由此可判斷出該位出現(xiàn)了碰撞。參考附圖1，其中ID(1)和ID(2)分別代表2個EPC代碼為8位的RFID標(biāo)簽，利用曼徹斯特編碼和上述規(guī)則能夠按位識別出碰撞，識別結(jié)果如ID(3)所示。
典型的防碰撞指令規(guī)則包括REQUEST——請求(序列號)，此命令發(fā)送一序列號作為參數(shù)給射頻卡，應(yīng)答規(guī)則是，射頻卡把自己的序列號與接收到的序列號比較，如果自身序列號小于或等于REQUEST指令序列號參數(shù)，則此射頻卡回送其序列號給讀寫器，這樣可以縮小預(yù)選的射頻卡的范圍，如果大于則不響應(yīng)；SELECT——選擇(序列號)，用某個事先確定的序列號作為參數(shù)發(fā)送給射頻卡，具有相同序列號的射頻卡將以此作為執(zhí)行其他命令(例如讀出和寫入數(shù)據(jù))的切入開關(guān)，即選擇這個射頻卡，具有其他序列號的射頻卡只對REQUEST命令進(jìn)行應(yīng)答。
READDATA——讀出數(shù)據(jù)，選中的射頻卡將存儲的數(shù)據(jù)發(fā)送給讀寫器；UNSELECT——去選擇，取消一個事先選中的射頻卡，射頻卡進(jìn)入“無聲”狀態(tài)，在這種狀態(tài)下射頻卡完全是非激活的，對收到的REQUEST命令不作應(yīng)答，為了重新活化射頻卡，必須先將射頻卡移出讀寫器的作用范圍再進(jìn)入，以實行復(fù)位。
在二進(jìn)制搜索算法中，要能夠檢測出多個電子標(biāo)簽的存在，卡片的返回數(shù)據(jù)必須具有唯一性，且卡片在傳輸其UID(Ubiquitous IDentifications身份識別標(biāo)簽)時必須準(zhǔn)確同步，這樣終端才能在位級上檢測出多張卡片的存在，這是防碰撞檢測的關(guān)鍵。射頻卡工作的特點是，當(dāng)讀到讀寫器發(fā)出的序列號大于自身序列號時，則對系統(tǒng)作出響應(yīng)。根據(jù)這一特點，二進(jìn)制搜索算法的工作流程是1)射頻卡進(jìn)入讀寫器的工作范圍，讀寫器發(fā)出一個最大序列號讓所有射頻卡響應(yīng)，同一時刻開始傳輸它們的序列號到讀寫器的接收模塊；2)讀寫器對比射頻卡響應(yīng)的序列號的相同位數(shù)上的數(shù)，如果出現(xiàn)不一致的現(xiàn)象(即有的序列號該位為0，而有的序列號該位為1)，則可判斷出有碰撞；
3)確定有碰撞后，把有不一致位的數(shù)從最高位到次低位依次置0再輸出系列號，即依次排除序列號大的數(shù)，至讀寫器對比射頻卡響應(yīng)的序列號的相同位數(shù)上的數(shù)完全一致時，說明無碰撞，這時就選出序列號最小的數(shù)4)選出序列號最小的數(shù)后，對該卡進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，然后使該卡進(jìn)入“無聲”狀態(tài)，則在讀出器范圍也不再響應(yīng)，當(dāng)移出該范圍后重新移入可再次響應(yīng)；5)重復(fù)步驟1)，選出序列號倒數(shù)第二的射頻卡進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；6)多次循環(huán)后可完成所有射頻卡的讀取。
基于二進(jìn)制搜索算法的技術(shù)方案，又衍生出兩種新型的算法，即動態(tài)二進(jìn)制搜索算法和返回式二進(jìn)制搜索算法。
動態(tài)二進(jìn)制搜索算法考慮的是在UID位數(shù)不變的情況下，盡量減少傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，使傳送時間縮短，提高RFID系統(tǒng)的效率。其改進(jìn)思路是把數(shù)據(jù)分成兩部分，收發(fā)雙方各自傳送其中一部分?jǐn)?shù)據(jù)，可把傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量減小到一半，達(dá)到縮短傳送時間的目的。通常序列號的規(guī)模在8字節(jié)以上。為選擇一個單獨的射頻卡，每次都不得不傳輸大量的數(shù)據(jù)，效率非常低。根據(jù)二進(jìn)制搜索算法的思路進(jìn)行改良，可以減少每次傳送的位數(shù)，也可縮短傳送的時間，從而縮短防碰撞執(zhí)行時間。與基本二進(jìn)制搜索法相比，動態(tài)二進(jìn)制算法減少了電子標(biāo)簽UID的傳輸比特位，在UID相同的情況下，動態(tài)二進(jìn)制只需傳送其中的一部分即可。但讀寫器識別每個標(biāo)簽需要發(fā)送REQUEST指令的次數(shù)較高，識別一個電子標(biāo)簽的需要的時間較長這樣就制約了規(guī)定時間內(nèi)讀寫器識別電子標(biāo)簽的數(shù)目，限制了讀寫器的吞吐量。
返回式二進(jìn)制搜索的技術(shù)方案是1)閱讀器發(fā)送Request(11111111)命令，要求區(qū)域內(nèi)所有標(biāo)簽應(yīng)答；2)檢測有無碰撞發(fā)生。若有，碰撞的最高位是哪一位；3)碰撞發(fā)生時，將碰撞的最高位置0，高于該位的數(shù)值位不變，低于該位的數(shù)值位全置為1，得到下一次Request命令所需的EPC參數(shù)；4)若無碰撞時，可識別出一個單獨的標(biāo)簽，處理完后，下一次Request命令所需的EPC參數(shù)，采用后退策略，從其父節(jié)點獲得；5)請求與檢測的過程重復(fù)進(jìn)行，直到執(zhí)行Request(11111111)命令無碰撞發(fā)生時結(jié)束。
這種返回式二進(jìn)制法在UID傳輸bit位數(shù)上沒有改進(jìn)，每次發(fā)送Request和電子標(biāo)簽傳送自己的UID給讀寫器都需要傳送完整的UID。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有防碰撞算法存在的不足，繼承了上述動態(tài)二進(jìn)制搜索算法和返回式二進(jìn)制搜索算法的優(yōu)點，同時減少了查詢次數(shù)N和發(fā)送UID所需要的時間，進(jìn)而能有效地縮短防碰撞所需的時間。
本發(fā)明所述的多標(biāo)簽防碰撞方法的技術(shù)方案是將讀寫器的一段存儲區(qū)設(shè)置為堆棧，電子標(biāo)簽的序列號最高位為N，算法步驟如下(1)判斷所述堆棧是否為空，如果不為空則執(zhí)行步驟2)，否則退出；(2)從所述堆棧彈出REQUEST指令參數(shù)，發(fā)送REQUEST命令，如果參數(shù)為全1的序列號，則所有處于讀寫器范圍內(nèi)的標(biāo)簽均響應(yīng)，回送自己的序列號給所述讀寫器，否則當(dāng)發(fā)送參數(shù)為N～X位，序列號的N～X位與REQUEST指令參數(shù)相同的標(biāo)簽回傳序列號的X-1～0位；(3)所述讀寫器根據(jù)收到的信號，判斷是否產(chǎn)生了碰撞，如果無碰撞轉(zhuǎn)到步驟(6)，如果產(chǎn)生了碰撞，判斷是否為只有1位碰撞，如果只有1位碰撞則轉(zhuǎn)到步驟(5)，否則進(jìn)行步驟(4)；(4)把當(dāng)前指令參數(shù)壓入堆棧，判斷當(dāng)前的最高碰撞位X，將最高碰撞位X置0，高于最高碰撞位的不變，產(chǎn)生下一次REQUEST指令的參數(shù)N～X，將所述參數(shù)壓入所述堆棧，并返回步驟(1)；(5)根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)，將碰撞位置0，得到一個標(biāo)簽的序列號，發(fā)送USELECT，再把最高碰撞位置1，得到另一個標(biāo)簽的序列號，發(fā)送USELECT，返回步驟(1)；(6)根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)可得到標(biāo)簽的序列號，發(fā)送USELECT，返回步驟(1)。
所述電子標(biāo)簽的狀態(tài)包括掉電狀態(tài)、空閑狀態(tài)、就緒狀態(tài)、激活狀態(tài)和無聲狀態(tài)。
步驟1中REQUEST指令發(fā)送全1的初始信號或者部分序列號當(dāng)發(fā)送的是全1的初始信號時，所有電子標(biāo)簽把自身的序列號回送給射頻卡；當(dāng)發(fā)送的是部分序列號時，射頻卡把自己的序列號與接收到的序列號相比較，如果自身序列號的前幾位與REQUEST指令序列號參數(shù)相等，則此電子標(biāo)簽回送其序列號的剩余部分給讀寫器，如果不相等則不響應(yīng)。
初始狀態(tài)下產(chǎn)生全1的序列號作為REQUEST的參數(shù)，并存入所述堆棧中?；鶐Ь幋a采用曼徹斯特編碼方案，并且所述電子標(biāo)簽的序列號唯一。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明所述的防碰撞方法克服了多標(biāo)簽識別中過程復(fù)雜、查詢步驟多、傳輸時間長等不足，能迅速有效的縮小標(biāo)簽識別的范圍，縮短了查詢時間，有效迅速的完成讀寫器與其范圍內(nèi)所有標(biāo)簽之間的通信。


圖1是Manchester編碼解碼示意圖；圖2是本發(fā)明所述的多標(biāo)簽防碰撞方法的流程圖。
具體實施例方式
現(xiàn)結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
圖2是本發(fā)明所述的多標(biāo)簽防碰撞方法的流程圖。參考圖2，初始時將讀寫器的一段存儲區(qū)設(shè)置為堆棧，算法步驟如下步驟201，程序開始；步驟202，初始化，產(chǎn)生全1的序列號作為REQUEST的參數(shù)，并存入所述堆棧中；步驟203，將REQUEST參數(shù)壓棧；步驟204，判斷堆棧是否為空，如果不為空則執(zhí)行步驟206，否則執(zhí)行步驟205程序結(jié)束；步驟205，程序結(jié)束；步驟206，取棧頂元素作為REQUEST指令的參數(shù)；步驟207，發(fā)送REQUEST命令；步驟208，接收標(biāo)簽tag數(shù)據(jù)；步驟209，判斷是否發(fā)生碰撞，如果發(fā)生碰撞執(zhí)行步驟211，如果沒有發(fā)生碰撞，執(zhí)行步驟210；步驟210，獲得電子標(biāo)簽序列號，執(zhí)行步驟218；步驟211，判斷碰撞位是否為1，如果是執(zhí)行步驟212，如果不是執(zhí)行步驟215；步驟212，令碰撞位值為0并獲得標(biāo)簽的序列號；步驟213，執(zhí)行對標(biāo)簽的相關(guān)操作，包括發(fā)送SELECT命令、UNSELECT命令和REDA-DARA命令；步驟214，令碰撞位值為1并獲得標(biāo)簽的序列號，執(zhí)行步驟218；步驟215，REQUEST指令參數(shù)壓棧；步驟216，產(chǎn)生新的REQUEST指令參數(shù)；步驟217，新的REQUEST指令參數(shù)壓棧，并返回步驟204；步驟218，執(zhí)行對標(biāo)簽的相關(guān)操作，包括發(fā)送SELECT命令、UNSELECT命令和REDA-DARA命令，并返回步驟204。
下面以四個8位EPC標(biāo)簽為例，說明本發(fā)明所述的防碰撞算法。
標(biāo)簽110100111 標(biāo)簽210110101標(biāo)簽310101111 標(biāo)簽410111101首先，讀寫器發(fā)送參數(shù)為(11111111)的REQUEST命令，標(biāo)簽的8位由左到右表示為D7、D6、D5、D4、D3、D2、D1和D0，全部四個標(biāo)簽收到后會送自身的序列號，讀寫器收到的信號為101？？1？1，其中發(fā)生碰撞的位用“？”表示，可以發(fā)現(xiàn)D4、D3和D1這三位發(fā)生了碰撞，將D4置0，高于D4的位不變，產(chǎn)生下一個REQUEST指令數(shù)據(jù)1010，標(biāo)簽回送位數(shù)為4位。
然后，發(fā)送參數(shù)為(1010)的REQUEST命令，標(biāo)簽1和標(biāo)簽3應(yīng)答，將序列號的后四位回送給讀寫器，這時讀寫器接收到的信號為？111，結(jié)合發(fā)送的四位，可知D3位產(chǎn)生碰撞，而且僅有1位碰撞，這時可以判斷出只有兩個標(biāo)簽應(yīng)答，根據(jù)發(fā)送和接收到的數(shù)據(jù)，可知這兩個標(biāo)簽分別為10101111、10100111。分別對這兩個標(biāo)簽進(jìn)行處理，然后發(fā)送UNSELECT命令，使它們處于無聲狀態(tài)。采用后退策略，從父結(jié)點得到下一次REQUEST指令的兩個參數(shù)分別為11111111。
發(fā)送參數(shù)為(11111111，8)的REQUEST命令，標(biāo)簽2和標(biāo)簽4應(yīng)答，讀寫器收到的信號為1011？101。D3位產(chǎn)生碰撞，且只有1位碰撞，因此只有兩個標(biāo)簽響應(yīng)，它們的序列號根據(jù)接收到的信號可以判斷出分別為10110101、10111101。分別對這兩個標(biāo)簽進(jìn)行處理，然后發(fā)送UNSELECT命令，使它們處于無聲狀態(tài)。所有標(biāo)簽處理完畢，整個防碰撞算法結(jié)束。
不難看出，本發(fā)明所述的防碰撞方法克服了多標(biāo)簽識別中過程復(fù)雜、查詢步驟多、傳輸時間長等不足，能迅速有效的縮小標(biāo)簽識別的范圍，縮短了查詢時間，有效迅速的完成讀寫器與其范圍內(nèi)所有標(biāo)簽之間的通信。
以上所述實施方式僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，本發(fā)明不限于上述實施例，對于本領(lǐng)域一般技術(shù)人員而言，在不背離本發(fā)明原理的前提下對它所做的任何顯而易見的改動，都屬于本發(fā)明的構(gòu)思和所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種多標(biāo)簽防碰撞方法，其特征在于將讀寫器的一段存儲區(qū)設(shè)置為堆棧，電子標(biāo)簽的序列號最高位為N，算法步驟如下(1)判斷所述堆棧是否為空，如果不為空則執(zhí)行步驟2)，否則退出；(2)從所述堆棧彈出REQUEST指令參數(shù)，發(fā)送REQUEST命令，如果參數(shù)為全1的序列號，則所有處于讀寫器范圍內(nèi)的標(biāo)簽均響應(yīng)，回送自己的序列號給所述讀寫器，否則當(dāng)發(fā)送參數(shù)為N～X位，序列號的N～X位與REQUEST指令參數(shù)相同的標(biāo)簽回傳序列號的X-1～0位；(3)所述讀寫器根據(jù)收到的信號，判斷是否產(chǎn)生了碰撞，如果無碰撞轉(zhuǎn)到步驟(6)，如果產(chǎn)生了碰撞，判斷是否為只有1位碰撞，如果只有1位碰撞則轉(zhuǎn)到步驟(5)，否則進(jìn)行步驟(4)；(4)把當(dāng)前指令參數(shù)壓入堆棧，判斷當(dāng)前的最高碰撞位X，將最高碰撞位X置0，高于最高碰撞位的不變，產(chǎn)生下一次REQUEST指令的參數(shù)N～X，將所述參數(shù)壓入所述堆棧，并返回步驟(1)；(5)根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)，將碰撞位置0，得到一個標(biāo)簽的序列號，發(fā)送USELECT，再把最高碰撞位置1，得到另一個標(biāo)簽的序列號，發(fā)送USELECT，返回步驟(1)；(6)根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)可得到標(biāo)簽的序列號，發(fā)送USELECT，返回步驟(1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多標(biāo)簽防碰撞方法，其特征在于所述電子標(biāo)簽的狀態(tài)包括掉電狀態(tài)、空閑狀態(tài)、就緒狀態(tài)、激活狀態(tài)和無聲狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多標(biāo)簽防碰撞方法，其特征在于步驟1中REQUEST指令發(fā)送全1的初始信號或者部分序列號；當(dāng)發(fā)送的是全1的初始信號時，所有電子標(biāo)簽把自身的序列號回送給射頻卡；當(dāng)發(fā)送的是部分序列號時，射頻卡把自己的序列號與接收到的序列號相比較，如果自身序列號的前幾位與REQUEST指令序列號參數(shù)相等，則此電子標(biāo)簽回送其序列號的剩余部分給讀寫器，如果不相等則不響應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多標(biāo)簽防碰撞方法，其特征在于初始狀態(tài)下產(chǎn)生全1的序列號作為REQUEST的參數(shù)，并存入所述堆棧中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多標(biāo)簽防碰撞方法，其特征在于基帶編碼采用曼徹斯特編碼方案。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多標(biāo)簽防碰撞方法，其特征在于所述電子標(biāo)簽的序列號唯一。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多標(biāo)簽防碰撞方法，將讀寫器的一段存儲區(qū)設(shè)置為堆棧，從所述堆棧中彈出REQUEST指令參數(shù)，為全1的初始信號或者部分序列號；若發(fā)送的是全1的初始信號，所有電子標(biāo)簽把自身的序列號回送給射頻卡；若發(fā)送的是部分序列號，射頻卡把自己的序列號與接收到的序列號比較，如果自身序列號的前幾位與REQUEST指令序列號參數(shù)相等，此電子標(biāo)簽回送其序列號的剩余部分給讀寫器，如果不相等則不響應(yīng)；循環(huán)進(jìn)行上述過程直到所有標(biāo)簽處理完畢。本發(fā)明克服了多標(biāo)簽識別中過程復(fù)雜、查詢步驟多、傳輸時間長等不足，能迅速有效的縮小標(biāo)簽識別的范圍，縮短了查詢時間，有效迅速的完成讀寫器與其范圍內(nèi)所有標(biāo)簽之間的通信。
文檔編號G06K7/00GK101071471SQ20071011782
公開日2007年11月14日 申請日期2007年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月25日
發(fā)明者鄧中亮, 張小翠 申請人:北京郵電大學(xué)