[发明专利]一种基于信息位编码的自适应搜索的RFID防碰撞方法

说明书

技术领域

本发明属于射频识别技术领域中的多标签读取技术，涉及多标签防碰撞的方法。

背景技术

射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术是利用射频通信以快速获取目标物体数据的一种非接触式自动识别技术，是物联网感知层的关键技术之一。与传统的识别技术相比，RFID技术具有操作简单、抗干扰性强、能识别高速运动的物体以及可适应于恶劣环境等多方面的优点，在物流、跟踪、定位以及交通运输控制管理等领域已得到广泛应用。因此，被列为21世纪最有发展前途的信息技术之一。

通常RFID系统通常由电子标签(Tag)、读写器(Reader)和后端数据库(Database)三大部分组成。其中电子标签可分为有源标签和无源标签，由于成本等各因素的限制，大多数RFID系统均采用无源标签，即被动标签，其所需能量完全由读写器发送的电磁波提供。当多个标签在同一时刻响应读写器的命令时，信号之间就会相互干扰，导致读写器无法准确地读取数据，这种现象成为标签碰撞。因此，如何有效快速地识别标签一直都是RFID技术的主要研究方向，也是物联网技术领域中一个研究的热点。

RFID系统必须采用一定的策略或算法来避免碰撞现象的发生，即控制标签的响应时序逐个与读写器进行通信，并在一定时间内完成对所有标签的识别。为此，国内外的学者在关于多标签与读写器的碰撞问题方面已经做了大量的研究。这些防碰撞的算法主要分为两大类：一种是基于时隙随机分配的ALOHA算法，也称为不确定性算法；如时隙ALOHA算法、帧时隙ALOHA算法、动态帧时隙ALOHA算法以及Q算法等，这些算法均采用碰撞则退避重传的基本思想，所以其实现过程相对比较简单。但是，随着标签数目的增加，其性能急剧恶化，研究者们又相继提出增强的动态帧时隙算法、分组动态帧时隙ALOH算法等。虽然这些算法使系统的性能有所改善，但该类算法具有一定的随机性，可能存在单个或多个标签在很长的一段时间内均无法被成功识别，即出现标签“饥饿”问题。

另一种则是基于二进制搜索的确定型算法，其代表算法有二进制搜索(Binary Search,BS)算法、动态二进制搜索(Dynamic Binary Search,DBS)算法以及跳跃式动态树(Jumping and Dynamic Searching,JDS)算法，查询树(Query Tree,QT)算法，四叉树(4-ary Query Tree,4QT)算法以及自适应多叉树防碰撞(Adaptive Multi-tree Search,AMS)算法等。其中，BS算法是通过多次比较，不断减少响应标签的数目，直至对剩下唯一的标签进行识别；DBS算法则可以动态的调整读写器查询命令和标签反馈信息的ID长度；而JDS算法是基于以上两种算法的改进，不是从根节点开始重新查询，而是退到它的上一层节点即父节点继续查询，以减少算法的时间复杂度。QT算法则对标签的要求相对比较简单，标签不需要具有任何记忆功能，降低了标签的制作成本。其缺点就是识别的时间较长，吞吐率很低。4QT算法虽然减少了碰撞时隙，同时也增加了空闲时隙。而AMS算法则是这两种算法的结合，通过引入碰撞因子，让读写器调整分叉数以提高系统的性能。但是这些算法识别时间相对比较长，读写器与标签之间的数据通信量比较大，其吞吐率只有50％左右。

现有的RFID防碰撞算法或多或少存在一些如算法操作复杂、对标签计算能力要求高、发送数据冗余等缺点，本发明在总结前人许多经典算法的基础上，提出一种基于信息位编码的自适应搜索RFID防碰撞算法(Adaptive Searching,AS)。

发明内容

本发明为了减少对物体标签识别时间，提出一种基于信息位编码的自适应搜索的防碰撞(AS)算法。读写器充分利用碰撞位信息，要求标签返回碰撞位编码信息，进而自适应地生成有效查询前缀，对标签进行无空闲时隙识别，以减少查询次数，提高算法的性能。此外，AS算法也解决了读写器与标签通信中传输信息冗余等问题。本发明通过理论分析证明了该算法的有效性，其中吞吐率的理论值与实验值的误差不超过5％，还从时间复杂度和通信复杂度对该算法进行了详细地分析。仿真结果表明：AS算法不仅提高了系统的性能，而且还降低了标签能量的消耗。特别是当标签数为1000时，该算法的吞吐率仍保持在61％左右，比查询树算法和自适应多叉树算法的系统效率分别提高了72％和20.1％左右。

1、本发明基本思想。