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    重庆时时彩很假的: 一种动态高效的RFID标签识别机制.pdf

    关 键 词:
    一种 动态 高效 RFID 标签 识别 机制
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    摘要
    申请专利号:

    CN201410777323.1

    申请日:

    2014.12.15

    公开号:

    CN104680104A

    公开日:

    2015.06.03

    当前法律状态:

    撤回

    有效性:

    无权

    法律详情: 发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):G06K 7/00申请公布日:20150603|||实质审查的生效 IPC(主分类):G06K 7/00申请日:20141215|||公开
    IPC分类号: G06K7/00 主分类号: G06K7/00
    申请人: 天津工业大学
    发明人: 李建雄; 冯鑫; 张奇龙; 史伟光; 邢炳雷
    地址: 300160天津市河东区成林道63号
    优先权:
    专利代理机构: 代理人:
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201410777323.1

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2018.03.02|||2015.11.04|||2015.06.03

    法律状态类型:

    发明专利申请公布后的视为撤回|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明提供了一种动态高效的RFID标签识别机制,步骤如下:(1)建立分组和变时隙方案,根据所述方案分别得到最优分组和最优变时隙对应的标签节点数目;(2)整合所述方案最优标签节点数目,绘制图表,并将所述图表作为所述阅读器实现动态调整的标准;(3)阅读器根据动态调整标准发送识别指令,将每轮等待识别的标签数目控制在具有较高系统识别效率的区间内。本发明可以实现射频识别系统标签的快速读取。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种动态高效的RFID标签识别机制,其特征在于,包括如 下步骤:
    (1)根据系统效率公式,在考虑时隙和请求命令消耗时间的情 况下,建立分组和变时隙方案,通过极值运算,分别得到最优分组和 最优变时隙对应的标签数目节点;
    (2)整合所述最优分组和最优变时隙对应的标签数目节点,将 各标签数目范围所对应的最优分组数和最优时隙长度绘制于图表中, 并将所述图表作为阅读器实现动态调整的标准;
    (3)阅读器发送识别指令,对全部标签数目进行预估计,并根 据所述动态调整标准将未识别标签分为G组,计算出每组标签的理 论个数n0,设置分组计数器counter初值为G-1;
    (4)阅读器选定一组标签进行一轮识别,将等待识别的标签数 目控制在所述动态调整标准中系统效率较高的区间内;
    (5)判断所述分组计数器是否为0,若counter≠0,转入步骤(4), 开始选定分组下一轮标签识别过程;若counter=0,利用动态调整标 准识别剩余的未识别标签;
    所述步骤(3)进一步包括如下内容:
    (31)阅读器使用初始时隙长度256对全部标签进行一轮识别, 并估计剩余标签的数目为n1;
    (32)根据所述动态调整标准可知,最优分组标签数目节点为 354;
    (33)所述阅读器根据步骤(31)所述剩余标签数目n1判断剩余 标签是否应该分组识别,若所述剩余标签数目大于354,剩余标签将 根据所述动态标准被分组识别;若所述剩余标签数目小于354,剩余 标签将采取单组识别方式;
    (34)若所述剩余标签数目n1大于354,所述阅读器对标签采用 平均分组方式,每一个分组的标签数目n0可以通过总标签数目除以 分组数G得到。

    2.  根据权利要求1所述一种动态高效的RFID标签识别机制, 其特征在于,所述步骤(4)进一步包括如下步骤:
    (41)根据所述动态调整标准可知,所述较高系统效率对应的标 签数目范围为[79,354];
    (42)在每一轮标签识别过程中,阅读器根据所述动态调整标准, 选取最优时隙长度对选定分组标签进行的识别;
    (43)在每一轮标签识别过程结束之后,阅读器估计所述选定分 组未识别标签数目n2,通过判断n0+n2是否在区间[79,354]内,来控 制所述剩余标签是否与所述未读分组中的一组标签合并为一个新的 分组,并更新分组计数器的值。

    3.  根据权利要求1所述一种动态高效的RFID标签识别机制, 其特征在于,所述步骤(5)进一步包括如下步骤:
    (51)所述阅读器发送清点指令,等待标签回复;
    (52)所述阅读器根据标签在某一帧长度内的回复信息判断选定 分组标签是否读完,若有回复信息,则表明所述分组标签未读完;若 没有回复信息,则表明所述分组标签已经读完。

    4.  根据权利要求1所述一种动态高效的RFID标签识别机制, 其特征在于,在考虑时隙和请求命令消耗时间的情况下,利用二项分 布原理可以得到系统识别效率公式;通过对系统效率求极值运算,可 以得到阅读器动态识别标签的评估标准;系统识别效率公式如下:
    S = S ( n , N , G ) = ( n / G ) * ( 1 - 1 / N ) n / G - 1 * t slot N * t slot + T req ]]>
    其中,S为系统效率,n为标签数目,N为阅读器与标签通信选择的 时隙长度,G为分组数,tslot为一个时隙消耗的时间,Treq为请求指 令消耗的时间。

    说明书

    说明书一种动态高效的RFID标签识别机制
    技术领域
    本发明涉及射频识别(RFID)系统中的标签识别机制,特别涉 及一种基于动态分组变时隙算法的高效标签识别机制。
    背景技术
    射频识别技术(RFID,Radio Frequency Identification)是一种利 用无线信道实现双向通信的自动识别技术,由标签、阅读器、后台数 据库三部分组成。RFID系统最大的难题在于多标签识别过程中的碰 撞问题是不可避免的,因此如何解决多标签识别的碰撞问题便成为一 个研究热点。
    目前,国际上流行的ISO/IEC 18000-6Type A标准和EPC Class-1  Gen-2标准在解决标签碰撞问题时大多采用Aloha算法。同时, ISO/IEC 18000-6Type C标准也是基于该算法而衍生出来的。在常用 Aloha的防碰撞算法中,标签随机选择一个时隙传送其识别码,以减 少标签碰撞的概率。但是,由于无源标签能量有限,时隙长度也是受 限的,随着标签数量的增加,识别所有标签所需的时隙数将呈指数上 升,最终导致系统的性能急剧下降。除此之外,该类算法还存在一个 严重的缺陷——“标签饥饿”,即可能存在一个标签在很长一段时间 内都不能被识别。在本算法中,阅读器对标签进行动态分组操作,将 等待识别的标签数目控制在对应较高识别效率的区间内,使得标签识 别过程更加快速和高效。
    发明内容
    本发明要解决的问题在于,针对现有算法未能将Aloha动态调整 算法和最优控制反馈标签数目算法有效结合,提出一种动态高效的 RFID标签识别机制。
    本发明解决现有技术问题所采用的方案是:一种动态高效的 RFID标签识别机制,包括如下步骤:
    (1)根据系统效率公式,在考虑时隙和请求命令消耗时间的情况 下,建立分组和变时隙方案。假设标签数目为n,标签被分为G组, 阅读器使用时隙长度为N的帧识别标签,tslot为一个时隙消耗的时间, Treq为请求指令消耗的时间。因此,系统识别效率S表示如下:
    S = S ( n , N , G ) = ( n / G ) * ( 1 - 1 / N ) n / G - 1 * t slot N * t slot + T req - - - ( 1 ) ]]>
    通过对系统效率函数求极值运算,令dS/dn=0,可得到当系统效 率最大时n,N,G满足的关系式如下:

    因此,有大量标签存在时,阅读器可以通过适当分组来实现系统 效率的最大化。根据系统效率公式,建立如下等式,可以获得N=256 时,分组数为G与分组数为G+1两种情况下的具有相同系统效率的 标签数目节点。
    n G * ( 1 - 1 / N ) n G - 1 * t slot N * t slot + T req = n G + 1 * ( 1 - 1 / N ) n G + 1 - 1 * t slot N * t slot + T req - - - ( 3 ) ]]>
    化简结果为
    n = G * ( G + 1 ) * ln ( G + 1 ) - ln ( G ) ln ( 256 ) - ln ( 255 ) - - - ( 4 ) ]]>
    计算结果表明时隙长度为256时,标签分1组和2组两种情况具 有相同标签识别效率所对应的标签数目节点为354。其他最优分组的 标签数目节点同理可得,详细最优分组参数见图1。
    由于硬件环境的限制,阅读器选择时隙长度为2的整数次幂且最 大识别时隙长度为256,此处定义S(n,N,1)和S(n,2N,1)分别为时隙长 度为N和2N,分组数为1组情况下的系统识别效率。当 S(n,N,1)=S(n,2N,1)时,有如下关系式:
    n 1 * ( 1 - 1 / N ) n / 1 - 1 * t slot N * t slot + T req = n 1 * ( 1 - 1 / 2 N ) n / 1 - 1 * t slot 2 N * t slot + T req - - - ( 5 ) ]]>
    计算结果表明分组数为1时,时隙长度为256和时隙长度为512 两种情况具有相同标签识别效率所对应的标签数目节点为344。其他 不同时隙长度,具有相同识别效率的标签数目节点同理可得,详细最 优变时隙参数见图2;
    (2)整合所述最优分组和最优变时隙对应的标签数目节点。当标 签数目处于区间[168,621]时,最优分组和最优变时隙标签数目范围有 重叠。通过比较图1和图2二者对应的系统效率可知,当N=256时, G=1在标签数目范围[168,354]和G=2在标签数目范围[355,621]具有 更高的系统效率。
    将标签数目范围为[1,2000]的详细最优分组变时隙参数绘制于 图3中,并将所述参数作为阅读器读取标签的动态调整标准。本发明 只给出了标签数目范围为[1,2000]的最优分组变时隙参数,但并不能 理解为对本发明专利范围的限制,其他标签数目大于2000的最优参 数根据分组和变时隙方案同理可得。
    (3)阅读器发送识别指令,对全部标签数目进行预估计,并根据 所述动态调整标准将标签分为G组,计算出每组标签的理论个数n0, 设置分组计数器counter初值为G-1;
    (4)阅读器选定一组标签进行识别,将等待识别的标签数目控制 在所述调整标准中系统效率较高的区间内;
    (5)判断所述分组计数器是否为0,若counter≠0,转入步骤(4), 开始下一分组的标签识别过程;若counter=0,利用动态调整标准识 别剩余的未识别标签;
    本发明所述的一种动态高效的RFID标签识别机制,所述步骤(3) 进一步包括如下内容:
    (31)阅读器使用初始时隙长度256对全部标签进行一轮识别, 并估计剩余标签的数目;
    (32)根据所述动态调整标准知,最优分组标签数目节点为354;
    (33)所述阅读器根据步骤(31)中所述剩余标签数目判断剩余 标签是否应该分组识别,若所述预估计标签数目大于354,剩余标签 将根据所述动态标准被分组识别;若所述预估计标签数目小于354, 剩余标签将采取单组识别方式;
    (34)若所述剩余标签数目n1大于354,所述阅读器对标签采用 平均分组方式,每一个分组的标签数目n0可以通过总标签数目除以分 组数得到。
    本发明所述的一种动态高效的RFID标签识别机制,其特征在于, 所述步骤(4)进一步包括如下步骤:
    (41)根据所述动态调整标准绘制系统理论识别率与标签数目的 关系图,如图4所示。由图4可知,在不将标签进行分组的情况下, 所述较高系统效率对应的标签数目范围为[79,354];
    (42)在每一轮标签识别过程中,阅读器根据所述动态调整标准, 选取最优时隙长度对选定分组标签进行识别;
    (43)在每一轮标签识别过程结束之后,阅读器估计所述选定分 组剩余标签数目n2,通过判断n2+n0是否在区间[79,354]内,来控 制所述剩余标签是否与所述未读分组中的一组标签合并为一个新的 分组,并更新分组计数器的值;
    (44)所述阅读器发送所述识别指令,一轮标签识别之后,转入 步骤(43)。
    本发明所述的一种动态高效的RFID标签识别机制,其特征在于, 所述步骤(5)进一步包括如下步骤:
    (51)所述阅读器发送清点指令,等待标签回复;
    (52)所述阅读器根据标签在某一帧长度内的回复信息判断选定 分组标签是否读完,若有回复信息,则表明所述分组标签未读完;若 没有回复信息,则表明所述分组标签已经读完。
    与现有技术相比,采用本发明的方法,使得射频识别系统能够快 速的识别多个标签,由于阅读器在进行标签识别时,信号处理和专利 所述动态调整机制均可通过软件来实现,因此该专利具有更好的实用 性。
    附图说明
    图1是最优分组标准的详细参数;
    图2是最优变时隙标准的详细参数;
    图3是最优分组变时隙标准的详细参数;
    图4是本发明理论标签识别率与标签数目的关系;
    图5是本发明标签识别机制流程图;
    图6是应用实例中的标签识别过程图;
    具体实施方式
    下面将结合附图对本发明进行详细的介绍和说明。
    为了使阅读器能够在多标签环境中,获得较高的系统识别效率, 本发明在考虑时隙和请求命令消耗时间的情况下,建立了分组和变时 隙方案。
    由图4知,等待识别的标签数目在[79,354]区间内时,阅读器具 有较高的系统识别效率。为了充分利用该区间较高的识别效率,本发 明提出了基于标签数目最优控制的标签识别方法,步骤如下:
    S1阅读器识别标签并对标签数目进行预估计。阅读器选择时隙 长度N=256对标签进行首轮识别,并根据所述时隙内标签的碰撞情 况,估计剩余标签数目n1。
    S2阅读器根据剩余标签数目判断标签是否应该分组。阅读器根 据S1中估计的剩余标签数n1做出判断:如果n1小于等于354,阅读 器将根据动态调整标准识别全部标签;如果n1大于354,阅读器发送 分组指令到全部未识别标签,根据动态调整标准将全部剩余标签分为 G组,并通过n0=n1/G计算每组中标签的数目n0。
    S3阅读器配置相关参数。阅读器根据每组理论标签数目和动态 调整标准配置下一轮识别过程所使用的时隙长度,并设定未识别分组 计数器counter初值为G-1。
    S4阅读器完成一轮标签识别。阅读器发送识别指令,使用S3中 的配置参数对选定分组标签进行识别,并统计本轮识别过程结束之后, 该组剩余标签的数目n2。
    S5阅读器根据剩余标签数目做出相应判断。一轮识别之后,阅 读器比较该组剩余标签数目n2与79的关系。
    S51如果所述剩余标签数目n2小于79,且分组计数器不为零, 阅读器比较n2+n0与354的关系:如果n2+n0≤354,所述选定分 组中剩余的标签将与其他分组中的一组未读标签合并为一个新的分 组,新的分组经过一轮标签识别之后,跳转至S5,同时分组计数器 counter做减一操作;如果n2+n0>354,选定分组中剩余标签将不 被执行合并分组操作,经过一轮标签识别之后,跳转至步骤S5;如 果分组计数器为零,所述分组标签将不被采取任何操作,经过一轮标 签识别之后,跳转至步骤S6。
    S52如果所述未读取标签数目n2大于79,经过一轮标签识别之 后,跳转至步骤S5。
    S6阅读器根据动态调整标准识别标签,直到所有标签均被识别, 终止程序。
    图5说明了该标签识别机制的流程。
    下面以一个应用实例来说明本发明的方法,假设在阅读器的识别 区域内有1500个标签等待识别,对该识别过程的简单描述是:
    (1)阅读器使用初始值N=256的帧长度对全部标签进行一轮识 别,根据公式(1)可知,当标签数目为1500个,分组数为1组,帧 长N=256时,阅读器的理论识别效率为1.6%。经过一轮识别之后, 计算可知,被识别的标签数目为24个,n1=1476个未识别标签需等 待下一个识别指令到来。
    (2)未识别标签数目n1处于[1398,1654]范围内,为了获取较高 的系统效率,阅读器将根据动态调整标准发送分组指令,把剩余标签 平均分为G=6组,并且使用帧长度N=256对标签分组读取。通过公 式n0=n1/G计算得每组标签的数目n0=246个。
    (3)阅读器发送读取指令,选择其中一个分组进行识别,选定 分组的标签转移到应答状态,并立即应答,其他分组的标签保持沉默。 初始化分组计数器counter=G-1=5。根据公式(1)可知,当标签数目 为246个,分组数为1组,帧长度N=256时,阅读器的理论识别效 率为35.38%。经过一轮标签识别之后,选定分组中未被识别的标签 个数为n2=159个。
    (4)比较n2和79的关系。由于159>79,并且处于系统识别效 率较高的[79,354]区间内,该组未识别标签在下一个识别指令内,将 依据动态调整标准进行一次单组识别。一次识别过程结束之后,计算 得剩余标签数为107个,该数目仍然处于较高的识别区间内,未识别 标签再经过一次单组识别后,被识别的标签数为52个,该组剩余标 签数为n2=72个。
    (5)由于n2小于79,且n2+n0小于354,阅读器发送合并分组 指令,将选定分组未识别的标签和其他未识别分组中的一组进行合并, 并更新分组计数器的值counter=5-1=4。合并后新分组的标签数目为 n2=318,该分组标签等待下一识别指令的到来。
    (6)每一轮标签识别过程结束之后,阅读器重复(4)中的操作, 并实时更新分组计数器的值,当分组计数器counter=0时,剩余标签 将没有对应的分组与它合并,根据动态调整标准采取单组识别,直到 所有标签均被识别,终止程序。
    图6说明了该实例的标签识别过程。
    以上所述仅表达了的标签识别方式,但并不能因此理解为对本发 明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域范围的普通技术人员 来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进, 这些都属于本发明的?;し段?。

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