本發(fā)明涉及基于互聯(lián)網(wǎng)+的符合道路交通實際的汽車電子標識數(shù)據(jù)采集過程中的標簽防碰撞技術(shù)。屬于射頻識別技術(shù)領域中的多標簽讀取技術(shù)，涉及多標簽防碰撞的方法。

背景技術(shù)：

一個典型的射頻識別(rfid)系統(tǒng)通常由一個或多個讀寫器以及眾多標簽組成，每個標簽都有一個唯一標識符或者產(chǎn)品電子代碼。為了便于描述，后面統(tǒng)稱電子標簽。讀寫器通過無線方式讀取標簽，這樣系統(tǒng)就可以獲得與標簽相連的物體的信息。rfid系統(tǒng)分為被動式，主動式以及半被動式混合式，主要區(qū)別在于標簽的供電方式。主動式rfid系統(tǒng)中，標簽自帶電源，利用自身電源的能量來發(fā)送數(shù)據(jù)，優(yōu)點是發(fā)送范圍廣，缺點是壽命短。被動式rfid系統(tǒng)中，標簽的供電來源于讀寫器發(fā)送的射頻載波。當標簽接受到讀寫器的查詢命令后會立即響應，發(fā)送自己的id或者數(shù)據(jù)信息。射頻識別技術(shù)的一個主要優(yōu)點就是多目標識別。在系統(tǒng)工作的時候，閱讀器周圍可能會有多個標簽同時存在，當多個標簽同時向閱讀器傳送數(shù)據(jù)的時候就產(chǎn)生了沖突問題。

當前的電子標簽的防碰撞算法主要有aloha-based和tree-based兩類。其中基于樹搜索的算法也稱為確定性算法，它能夠識別讀出讀寫器有效通信范圍內(nèi)所有標簽，但是該類算法比較復雜，延時較長。當配有電子標簽的車速較快時，該類算法不能較好處理標簽碰撞問題。因此，本發(fā)明提出一種符合道路交通實際的智能交通電子標簽防碰撞方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明意在設計出一種符合實際道路應用情況的基于動態(tài)幀時隙aloha的電子標簽防碰撞技術(shù)，有效提高電子車牌讀卡器在對道路中行駛的擁有電子標簽的車輛信息的效率。本發(fā)明為了解決射頻識別系統(tǒng)中的多電子標簽碰撞問題，提出一種結(jié)合時隙信息序列和自適應時隙分配的動態(tài)幀時隙的aloha算法，該算法可以有效提高系統(tǒng)的吞吐率。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種基于時隙信息序列和自適應時隙分配的動態(tài)幀時隙的aloha算法。在每一輪的識別中，標簽在收到閱讀器命令后，將自己選擇時隙放在時隙信息序列中，然后將時隙信息序列發(fā)送給閱讀器。閱讀器基于時隙信息序列做出操作。

實際道路情況中，一個讀寫器范圍內(nèi)車輛不會超過256輛，所以一般來說不需要分組，而且一條道路讀寫器較多，及時某個讀卡器有漏讀現(xiàn)象，下個讀寫器也會讀出。因此，綜合考慮道路實際情況，不需要進行分組處理。

1、基本概念

1.1空閑率：設定一幀內(nèi)的時隙數(shù)，即幀長為n；閱讀器范圍內(nèi)待讀標簽數(shù)量為n，每個標簽在幀內(nèi)的時隙內(nèi)隨機選擇一個時隙進行發(fā)送自己的識別碼信息。則r個標簽出現(xiàn)在某特定的時隙的概率服從二項分布，則有：

若該時刻標簽r＝0，即一個時隙里沒有請求識別標簽，則該時隙稱為空閑時隙，其概率稱為空閑率p0，為：

當r＝1，即一個時隙里只有一個標簽請求識別標簽，該時隙稱為成功時隙，其概率稱為成功率ps為：

當r≥2時，即一個時隙里有兩個及以上的標簽請求識別標簽，該時隙稱為碰撞時隙，其概率稱為碰撞率pk為：

pk＝p(x≥2)＝1-p(x＝0)-p(x＝1)(4)

則在一幀的識別周期內(nèi)，僅有一個標簽的時隙期望為：

沒有標簽的時隙數(shù)的期望值為：

產(chǎn)生碰撞的時隙數(shù)的期望值為：

e(x≥2)＝n-e(x＝0)-e(x＝1)(7)

1.2吞吐率：rfid系統(tǒng)的吞吐率s是指閱讀器在一個識別幀長的時間內(nèi)成功傳輸信息的標簽數(shù)目所占的比例，即

2、時隙信息序列

由于當閱讀器通信范圍內(nèi)電子標簽數(shù)量過多時，容易出現(xiàn)“漏讀”現(xiàn)象，我們引入一個時隙信息序列來解決這種問題。通過時隙信息序列，閱讀器可以通過較小的代價來預先獲取各個標簽所選擇的時隙，以此提高算法的效率。

時隙信息序列a的長度為可選時隙的個數(shù)n，假設某一標簽在[1，…n]中隨機選擇一個時隙m，則a的第m位被設置成1，而其余位被設置為0。如當n＝15，m＝8時，對應的時隙信息序列a＝000000010000000。當有多個標簽同時發(fā)送各自產(chǎn)生的時隙信息序列，假設n＝15，現(xiàn)有四個標簽tag1、tag2、tag3、tag4，且各個標簽所對應的m依次為1，5，9，12，那么其碰撞情況如圖1所示

由時隙信息序列碰撞示意圖我們可以發(fā)現(xiàn)，若閱讀器檢測到某比特位發(fā)生碰撞(圖中使用x表示)，那么我們可以斷定至少有一個標簽選中了該比特位所對應的時隙，而“0”表示該比特位所對應時隙為空時隙，那么在獲取數(shù)據(jù)的幀中，閱讀器可以跳過這些時隙，從而可以避免空時隙對系統(tǒng)效率的影響。

此外，為了更進一步提高系統(tǒng)效率。結(jié)合智能交通實際情況，在閱讀器端設置一計數(shù)器，統(tǒng)計閱讀器檢測結(jié)果中某一非空時隙的碰撞次數(shù)。若某位計數(shù)器數(shù)目等于1，即此時隙為成功時隙時，閱讀器對此時隙處電子標簽進行識別。被識別成功標簽進入暫時休眠狀態(tài)，不再響應。碰撞狀態(tài)的標簽等待下一個幀識別周期。

3、自適應幀長更新方法

本小節(jié)中，本發(fā)明提出一種新的，適合于道路實際交通情況的幀長更新機制，可以有效提高防碰撞檢測效率。為了獲得系統(tǒng)的最大吞吐率，幀時隙防碰撞算法的關鍵是需要在識別過程中能夠盡可能準確的估算標簽數(shù)量，這樣，就能夠確定出比較合適的幀時隙數(shù)，以便更加快速的識別出更多的標簽。目前比較常用的標簽估計算法主要有schoute算法和vogt算法。

通過圖2，我們可以發(fā)現(xiàn)，當標簽數(shù)量小于2f時，即空閑率小于0.14時，vogt算法估算標簽數(shù)量效果要比schoute好。此外，當空閑率較高時，如果使用schoute算法進行幀長更新，速度較慢，會造成時隙浪費的問題。因此，當空閑率高于0.6時，調(diào)整下一幀的幀長l(i+1)＝l(i)/2；當空閑率處于這兩個值中間時，采用schoute算法進行幀長更新。

在實際道路交通中，某一段時間內(nèi)通行的車輛數(shù)目是保持穩(wěn)定的。因此，如果每查詢一輪便進行一次時隙更新，不管是時隙數(shù)目增加還是減少，勢必都會影響到標簽的檢測?；诖?，我們對當前輪的空閑率p^i-20進行計算，如果當前幀的空閑率p0ⁱ與前兩輪空閑率的之差的和在20％之內(nèi)，則時隙數(shù)目不進行更新。則有

最終可以得到我們的自適應幀長更新機制。即當δ大于根據(jù)具體道路交通情況設定的閾值時，如果當前空閑率p0ⁱ小于0.14時，我們使用vogt算法更新幀長，當空閑率在0.14和0.6之間時，我們使用schoute算法更新。當空閑率高于0.6時，調(diào)整下一幀的幀長為l(i+1)＝l(i)/2。當δ小于根據(jù)具體道路交通情況設定的閾值時，下一幀的幀長保持與上一幀相同。然后根據(jù)表1中標簽個數(shù)與下一幀時隙數(shù)對應關系對下一幀時隙進行更新?；谶@個方式，可以保證當?shù)缆分心骋粫r間內(nèi)車流比較均勻時，系統(tǒng)可以減少花費在幀長更新上的時間。更加符合道路的實際交通情況。

表1：標簽個數(shù)與下一幀時隙數(shù)對應關系

附圖說明

圖1是本發(fā)明的時隙信息序列碰撞示意圖；

圖2是標簽個數(shù)與標簽估計算法預測誤差關系圖；

圖3本發(fā)明算法流程圖；

具體實施方案

本發(fā)明設計出的一種符合實際道路應用情況的基于動態(tài)幀時隙aloha的電子標簽防碰撞技術(shù)。具體過程將結(jié)合如圖3所示的算法流程圖說明如下

1.設置查詢輪數(shù)q，在進行數(shù)據(jù)讀取之前，首先進行時隙掃描。閱讀器以廣播的形式發(fā)送detect(n)命令給每個標簽。

2.標簽收到該命令之后，在[0，2n-1]當中隨機選擇一個時隙r，并將r保存至存儲器中，然后將r對應的時隙信息序列t發(fā)送給閱讀器。

3.根據(jù)時隙信息序列的特點，閱讀器可根據(jù)收到的經(jīng)過疊加的信號，解析出被標簽選中的時隙數(shù)集合suc_slots，空時隙數(shù)集合empty_slots和碰撞時隙集合collision_slots；閱讀器根據(jù)解析出來的集合，將時隙信息序列m成功時隙數(shù)對應的相應位數(shù)置為1，碰撞和空閑位置為0；

4.對于集合suc_slots中包含的時隙編號s，閱讀器發(fā)送request(s)命令和時隙信息序列m給所有標簽；

5.標簽收到request(s)命令和序列m后，根據(jù)之前存儲的隨機數(shù)r，檢測接收到的時隙信息序列m的對應位是否與自身存儲序列t的對應一致，若相同，則發(fā)送標簽的id。

6.閱讀器發(fā)送sleep()命令，在這一輪查詢過程中被正確讀取到的標簽就會進入靜默狀態(tài)，即不再參與接下來的查詢；

7.在每一輪識別結(jié)束以后，根據(jù)空時隙數(shù)集合計算出空閑率，根據(jù)空閑率的大小和與前兩輪空閑率的計算選擇相應的未識別標簽估計算法；

8.根據(jù)估算出來的標簽數(shù)量，對應表1中的對應關系調(diào)整時隙數(shù)目，q＝q+1q＝q+1。

本發(fā)明提出了一種結(jié)合時隙信息序列和自適應動態(tài)分配時隙的rfid電子標簽防碰撞算法，該算法能夠有效應用于實際道路中。通過使用時隙信息序列，避免了空時隙的資源浪費。并且使用一種新的未識別標簽估計算法，能夠有效提高了防碰撞效率。本發(fā)明是針對實際交通道路情況進行設計的，算法的優(yōu)勢尤為顯著，具有廣闊的應用前景。