一種基于查詢樹方法的多前綴匹配的確定性防碰撞算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無線通信領(lǐng)域中的射頻識別(RFID)多標(biāo)簽識別技術(shù)，具體涉及一種基于查詢樹方法的多前綴匹配的確定性防碰撞算法。
【背景技術(shù)】
[0002]射頻識別是一項(xiàng)有前途的用于目標(biāo)自動(dòng)識別的無線通信技術(shù)。一個(gè)典型的RFID系統(tǒng)通常由一個(gè)讀寫器和多個(gè)低成本、體積小的電子標(biāo)簽組成，每個(gè)標(biāo)簽都有一個(gè)唯一標(biāo)識符(UID)(為了便于描述，后面統(tǒng)稱ID)。讀寫器通過無線方式讀取標(biāo)簽的ID，這樣系統(tǒng)就可以獲得與標(biāo)簽相連的物體的信息。然而當(dāng)多個(gè)標(biāo)簽同時(shí)與讀寫器進(jìn)行通信時(shí)，會產(chǎn)生碰撞，導(dǎo)致讀寫器無法成功識別標(biāo)簽。為了解決這一碰撞問題，需要一種時(shí)間有效的防碰撞算法來快速的識別多個(gè)標(biāo)簽，特別是高密集度的RFID環(huán)境。
[0003]現(xiàn)存的防碰撞算法主要可以分為三類，概率性算法、確定性算法和混合算法。概率性算法以時(shí)隙為基礎(chǔ)對標(biāo)簽進(jìn)行分組識別，實(shí)現(xiàn)簡單，但是存在標(biāo)簽饑餓(Tagstarvat1n)即某一標(biāo)簽較長時(shí)間內(nèi)無法得到識別?；旌纤惴ńY(jié)合概率性算法和確定性算法的優(yōu)勢，但是設(shè)計(jì)復(fù)雜，成本較高。近來，研究者提出的比特追蹤技術(shù)使得讀寫器能夠識別識別碰撞的具體位置，因此被廣泛的應(yīng)用于一些最新的防碰撞算法中。其代表類算法主要有碰撞樹(CT)算法、連續(xù)碰撞位映射算法(CCMA)、多進(jìn)制查詢樹算法(MQT)、提高型分配樹隙Aloha算法(ImATSA)，基于查詢窗的樹形算法(QwT)等。同傳統(tǒng)的樹形算法相比，上述算法利用比特追蹤技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)更好的性能。但是它們的性能受到標(biāo)簽分布和碰撞位置的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是解決上述問題和現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于查詢樹方法的多前綴匹配的確定性防碰撞算法，利用雙前綴匹配來實(shí)現(xiàn)一個(gè)時(shí)隙識別兩個(gè)標(biāo)簽，由于兩個(gè)前綴之間僅相差一個(gè)二進(jìn)制1，所以可以徹底消除其他多進(jìn)制查詢算法所引入的空閑時(shí)隙或空節(jié)點(diǎn)，來降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜度。
[0005]本發(fā)明的一種基于查詢樹方法的多前綴匹配的確定性防碰撞算法，包括如下步驟:
[0006]步驟1、讀寫器從堆棧中讀取查詢前綴prefix，初始狀態(tài)時(shí)，查詢前綴為空串，發(fā)送查詢命令；
[0007]步驟2、讀寫器工作范圍內(nèi)的待識別標(biāo)簽接收到讀寫器發(fā)送的查詢命令，并根據(jù)發(fā)送查詢命令給予匹配響應(yīng)；
[0008]步驟3、讀寫器接收標(biāo)簽響應(yīng)；響應(yīng)成功結(jié)束流程，發(fā)生碰撞跳轉(zhuǎn)至步驟4 ;
[0009]步驟4、讀寫器檢測標(biāo)簽響應(yīng)碰撞位，若最高碰撞位和次高碰撞位為連續(xù)碰撞位，則跳轉(zhuǎn)至步驟5 ;若最高碰撞位和次高碰撞位為非連續(xù)碰撞位，則跳轉(zhuǎn)至步驟6 ;
[0010]步驟5、令最高碰撞位和次高碰撞位為第C和C+1位，將公共前綴串聯(lián)接收響應(yīng)的前C-1位，構(gòu)成新的公共前綴，給定后續(xù)數(shù)值，最后分別壓入堆棧，進(jìn)入步驟7 ;
[0011 ] 步驟6、另最高碰撞位為第C位，將公共前綴串聯(lián)接收響應(yīng)的前C-1位，構(gòu)成新的公共前綴，給定后續(xù)數(shù)值，最后壓入堆棧，進(jìn)入步驟7 ;
[0012]步驟7、判斷堆棧是否為空，若是，整個(gè)識別流程結(jié)束；若否，則返回步驟I。
[0013]進(jìn)一步地，所述步驟I中的查詢命令分別為CMD_INI和PR0BE_EQ，在初始化階段發(fā)送的命令位CMD_INI，后面均為PR0BE_EQ，當(dāng)標(biāo)簽收到CMD_INI命令時(shí)返回完整的ID數(shù)據(jù)，當(dāng)接收到PR0BE_EQ命令時(shí)則返回匹配后的剩余數(shù)據(jù)。
[0014]進(jìn)一步地，所述步驟2的過程為:讀寫器工作范圍內(nèi)的待識別標(biāo)簽接收到讀寫器發(fā)送的查詢命令，若是CMD_INI命令，則標(biāo)簽會返回自身的完整ID數(shù)據(jù)；若是RP0BE_EQ命令，則標(biāo)簽利用自身的匹配電路提取出查詢前綴，C0M_STR，Prel，以及Pre2 ;其中C0M_STR，Prel, Pre2分別為前文所述的公共前綴，前綴I和前綴2。若C0M_STR匹配，則繼續(xù)匹配Prel，若Prel匹配則返回ID中除去前綴匹配部分之外的剩余部分，若Prel不匹配則繼續(xù)匹配Pre2 ;SPre2匹配，則延遲時(shí)間Tdelay后返回ID中除去前綴匹配部分之外的剩余部分；若Pre2也不匹配，那么繼續(xù)等待下一次查詢命令。
[0015]進(jìn)一步地，步驟3的具體過程為:讀寫器接收標(biāo)簽響應(yīng)；若在預(yù)計(jì)時(shí)間段Tl內(nèi)接收到標(biāo)簽響應(yīng)且無碰撞，則成功識別標(biāo)簽，若接收到的響應(yīng)產(chǎn)生碰撞，則說明有多個(gè)標(biāo)簽同時(shí)響應(yīng)，并繼續(xù)等待時(shí)間段T3接收第二段響應(yīng)；若Tl時(shí)間段內(nèi)無標(biāo)簽響應(yīng)，則說明前綴I沒有匹配的標(biāo)簽，則繼續(xù)等待時(shí)間段T&lay+T3接收第二段響應(yīng)；若成功接收第二段響應(yīng)無碰撞那么成功識別標(biāo)簽，否則跳轉(zhuǎn)到步驟4。
[0016]進(jìn)一步地，步驟2和步驟3中所述的Tdelay時(shí)間指的是，標(biāo)簽完整ID數(shù)據(jù)減去C0M_STR及Prel部分后傳輸所需要的時(shí)間。
[0017]進(jìn)一步地，所述步驟5的具體過程為:令最高碰撞位和次高碰撞位為第C和C+1位，將公共前綴C0M_STR串聯(lián)接收響應(yīng)的前C-1位，構(gòu)成新的C0M_STR，令prel = ’ 11’，pre2=’ 01’，并將(C0M_STR，prel, prel-1)和(C0M_STR，pre2，pre2_l)分別壓入堆棧，進(jìn)入步驟7。
[0018]進(jìn)一步地，所述步驟6的具體過程為:令最高碰撞位為第C位，將公共前綴C0M_STR串聯(lián)接收響應(yīng)的前C-1位，構(gòu)成新的C0M_STR，令prel = ’ I’，并將(C0M_STR，prel,prel-1)壓入堆桟，進(jìn)入步驟7。
[0019]進(jìn)一步地，所述的標(biāo)簽的ID編碼均采用FMO或者曼徹斯特編碼方式。
[0020]本發(fā)明的有益效果:將查詢前綴分為公共前綴，前綴I和前綴2三個(gè)部分，其中公共前綴為非碰撞數(shù)據(jù)，前綴I和前綴2將待識別的標(biāo)簽分為若干個(gè)子集。該算法引入了多前綴匹配和查詢技術(shù)，通過前綴I和前綴2可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)時(shí)隙識別多個(gè)標(biāo)簽，同時(shí)徹底消除了多進(jìn)制算法在查詢過程中出現(xiàn)的空閑時(shí)隙或空節(jié)點(diǎn)，有效的減少了查詢次數(shù)，提高了查詢效率；此外，標(biāo)簽在響應(yīng)讀寫器查詢時(shí)，只需要發(fā)送其ID與查詢前綴不同的剩余部分，減少了信息的傳輸量，降低了系統(tǒng)能耗；由于算法直接針對碰撞進(jìn)行處理，算法性能穩(wěn)定，與標(biāo)簽ID和數(shù)量的分布情況無關(guān)，所以本算法可以用于各種多標(biāo)簽識別環(huán)境。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的算法流程圖；
[0022]圖2為讀寫器查詢命令CMD_INI和PR0BE_EQ的具體數(shù)據(jù)格式和標(biāo)簽對應(yīng)的響應(yīng)格式；
[0023]圖3為本發(fā)明完成六個(gè)標(biāo)簽識別的實(shí)施例；
[0024]圖4為本發(fā)明的實(shí)施例采用碰撞樹(CT)來完成的結(jié)果；
[0025]圖5為本發(fā)明的實(shí)施例采用連續(xù)碰撞位映射算法(CMAA)來完成的結(jié)果；
[0026]圖6為本發(fā)明的實(shí)施例采用多進(jìn)制查詢樹算法(MQT)來完成的結(jié)果；
[0027]圖7為本發(fā)明實(shí)施例使用各種算法得出結(jié)果在吞吐率上的曲線；
[0028]圖8為本發(fā)明實(shí)施例使用各種算法得出結(jié)果在識別效率上的曲線；
[0029]圖9為本發(fā)明實(shí)施例使用各種算法得出結(jié)果在通信復(fù)雜度上的曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述。
[0031]如圖1所示，本發(fā)明的一種基于查詢樹方法的多前綴匹配的確定性防碰撞算法，包括如下步驟:
[0032]步驟1、讀寫器從堆棧中讀取查詢前綴prefix，初始狀態(tài)時(shí)，查詢前綴為空串，發(fā)送查詢命令；所述步驟I中的查詢命令分別為CMD_INI和PR0BE_EQ，在初始化階段發(fā)送的命令位CMD_INI，后面均為PR0BE_EQ，當(dāng)標(biāo)簽收到CMD_INI命令時(shí)返回完整的ID數(shù)據(jù)，當(dāng)接收到PR0BE_EQ命令時(shí)則返回匹配后的剩余數(shù)據(jù)。
[0033]步驟2、讀寫器工作范圍內(nèi)的待識別標(biāo)簽接收到讀寫器發(fā)送的查詢命令，并根據(jù)發(fā)送查詢命令給予匹配響應(yīng)；所述步驟2的過程為:讀寫器工作范圍內(nèi)的待識別標(biāo)簽接收到讀寫器發(fā)送的查詢命令，若是CMD_INI命令，則標(biāo)簽會返回自身的完整ID數(shù)據(jù)；若是RP0BE_EQ命令，則標(biāo)簽利用自身的匹配電路提取出查詢前綴，C0M_STR，Prel,以及Pre2 ;其中C0M_STR，Prel，Pre2分別為前文所述的公共前綴，前綴I和前綴2。若C0M_STR匹配，則繼續(xù)匹配Prel，若Prel匹配則返回ID中除去前綴匹配部分之外的剩余部分，若Prel不匹配則繼續(xù)匹配Pre2 ;SPre2匹配，則延遲時(shí)間Tdelay后返回ID中除去前綴匹配部分之外的剩余部分；SPre2也不匹配，那么繼續(xù)等待下一次查詢命令。
[0034]步驟3、讀寫器接收標(biāo)簽響應(yīng)；響應(yīng)成功結(jié)束流程，發(fā)生碰撞跳轉(zhuǎn)至步驟4 ;步驟3的具體過程為:讀寫器接收標(biāo)簽響應(yīng)；若在預(yù)計(jì)時(shí)間段Tl內(nèi)接收到標(biāo)簽響應(yīng)且無碰撞，則成功識別標(biāo)簽，若接收到的響應(yīng)產(chǎn)生碰撞，則說明有多個(gè)標(biāo)簽同時(shí)響應(yīng)，并繼續(xù)等待時(shí)間段T3接收第二段響應(yīng)；若Tl時(shí)間段內(nèi)無標(biāo)簽響應(yīng)，則說明前綴I沒有匹配的標(biāo)簽，則繼續(xù)等待時(shí)間段T&lay+T3接收第二段響應(yīng)；若成功接收第二段響應(yīng)無碰撞那么成功識別標(biāo)簽，否則跳轉(zhuǎn)到步驟4。步驟2和步驟3中所述的Tdelay時(shí)間指的是，標(biāo)簽完整ID數(shù)據(jù)減去C0M_STR及Prel部分后傳輸所需要的時(shí)間。
[0035]步驟4、讀寫器檢測標(biāo)簽響應(yīng)碰撞位，若最高碰撞位和次高碰撞位為連