本發(fā)明涉及后驗概率的標(biāo)簽沖突解決方法，特別可用于rfid通信系統(tǒng)中多標(biāo)簽沖突問題，通過時隙狀態(tài)改變幀長，以使rfid對標(biāo)簽的識別效率達(dá)到最大。

技術(shù)背景

rfid技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一，具有識別效率高的優(yōu)點。rfid系統(tǒng)工作時，可能會遇到有多個標(biāo)簽同時處于閱讀器的工作范圍內(nèi)，為提高識別效率，閱讀器通常需要一次識別多個標(biāo)簽。由于多標(biāo)簽識別一般采用共享的無線信道與閱讀器進行通信，當(dāng)有兩個或兩個以上的標(biāo)簽占用信道時，就會導(dǎo)致沖突。當(dāng)然，兩個或兩個以上的標(biāo)簽并不一定必然導(dǎo)致沖突。由于標(biāo)簽距離閱讀器遠(yuǎn)近不一，發(fā)射的信號有強有弱，信號較強的標(biāo)簽會被閱讀器識別，而信號較弱的標(biāo)簽則或被閱讀器忽略，這種現(xiàn)象稱為捕獲效應(yīng)。由于捕獲效應(yīng)在rfid系統(tǒng)中也是實際存在的，因此在解決標(biāo)簽間沖突的同時也要解決捕獲效應(yīng)對識別標(biāo)簽帶來的影響。

目前，rfid標(biāo)簽間沖突的仲裁方法可分為二進制樹方法和aloha類方法。其中二進制樹方法識別標(biāo)簽所需時間較長，識別效率不高，而aloha類方法識別效率較高。傳統(tǒng)aloha方法一般需要確定幀長。確定幀長需要通過估計標(biāo)簽數(shù)來確定幀長，但其復(fù)雜度較高。同時在大規(guī)模標(biāo)簽識別環(huán)境下，標(biāo)簽數(shù)遠(yuǎn)大于初始幀長，可能會出現(xiàn)空時隙數(shù)的觀測值為零的情況，會導(dǎo)致標(biāo)簽估計結(jié)果不太準(zhǔn)確而影響標(biāo)簽識別效率。epcc1gen2的q方法也是aloha類方法，該方法采用自適應(yīng)方式來調(diào)節(jié)幀長，但它需要閱讀器不斷重復(fù)發(fā)送命令去改變幀長，致使發(fā)送命令過多，而且在大規(guī)模標(biāo)簽識別環(huán)境下，發(fā)生捕獲效應(yīng)是一種普遍現(xiàn)象，而傳統(tǒng)幀長估計方法和q方法并未考慮捕獲效應(yīng)對標(biāo)簽識別效率的影響。

我們在動態(tài)幀時隙aloha協(xié)議中，采用后驗概率的標(biāo)簽沖突解決方法，該方法可根據(jù)幀時隙內(nèi)前三個時隙的狀態(tài)情況，調(diào)整幀長大小，減少了命令的反復(fù)發(fā)送情況，避免了估計的復(fù)雜度，同時可以減少捕獲效應(yīng)對識別效率的影響，確保閱讀器的識別效率較大。當(dāng)在閱讀大規(guī)模標(biāo)簽時，提高了標(biāo)簽的識別效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)狀和問題，我們發(fā)明了用于rfid系統(tǒng)的后驗概率的標(biāo)簽沖突解決方法,它能根據(jù)幀內(nèi)前三個時隙的狀態(tài)情況，不斷調(diào)整幀長大小，從而確定幀長，提高了對標(biāo)簽的識別效率，減少內(nèi)存資源的浪費。同時由于幀長的調(diào)整，也避免了捕獲效應(yīng)對識別效率的影響，使得對標(biāo)簽的識別更為準(zhǔn)確。當(dāng)同時識別多個標(biāo)簽時，避免了標(biāo)簽沖突的發(fā)生。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題的。

1.用于rfid系統(tǒng)的后驗概率的標(biāo)簽沖突解決方法，其特征在于該方法的rfid系統(tǒng)是由一個閱讀器和多個標(biāo)簽構(gòu)成，閱讀器發(fā)出相關(guān)命令，標(biāo)簽接收到相應(yīng)命令后執(zhí)行相應(yīng)的操作，具體方法是：

①把一個閱讀器和多個標(biāo)簽進行一次完整的通信識別過程所用的時間設(shè)定一個周期，其中一個完整的周期可分為以下四個階段：

a、初始：閱讀器先發(fā)送一段含有能量的連續(xù)載波信號以激活范圍內(nèi)的所有標(biāo)簽，同時發(fā)出查詢命令；

b、發(fā)送id信息：標(biāo)簽向閱讀器發(fā)送id信息，假如有超過兩個的標(biāo)簽或者無標(biāo)簽發(fā)送id信息，則立即執(zhí)行沖突命令，否則進行數(shù)據(jù)處理階段；

c、數(shù)據(jù)處理：僅有一個標(biāo)簽向閱讀器發(fā)送id信息，閱讀器接收到后會發(fā)送一個成功命令返回給標(biāo)簽，當(dāng)標(biāo)簽接收到命令后會與閱讀器進行數(shù)據(jù)交換；

d、結(jié)束：所有標(biāo)簽的數(shù)據(jù)都與閱讀器交換完畢。

②閱讀器識別一組標(biāo)簽的時間定義為一個周期，一個周期又分為若干幀，每個幀又分為若干個時隙，根據(jù)每個時隙內(nèi)，標(biāo)簽與閱讀器的通信情況，時隙種類可分為以下三種類型：

a、成功時隙：該時隙內(nèi)只有1個標(biāo)簽發(fā)送id信息；

b、空時隙：該時隙內(nèi)沒有標(biāo)簽發(fā)送id信息；

c、沖突時隙：該時隙內(nèi)有2個以上標(biāo)簽發(fā)送id信息。

③根據(jù)于閱讀器與標(biāo)簽的數(shù)據(jù)通信狀態(tài)，可將標(biāo)簽分為以下四種狀態(tài)：

a、初始態(tài)：閱讀器并未激活標(biāo)簽；

b、準(zhǔn)備態(tài)：閱讀器發(fā)送載波信號激活標(biāo)簽；

c、id發(fā)送態(tài)：標(biāo)簽向閱讀器發(fā)送id信息；

d、數(shù)據(jù)處理態(tài)：標(biāo)簽與閱讀器進行數(shù)據(jù)交換；

e、靜默態(tài)：標(biāo)簽已經(jīng)在一個閱讀周期內(nèi)與閱讀器完成了數(shù)據(jù)交換。

④每一個標(biāo)簽都有一個產(chǎn)生隨機數(shù)的計數(shù)器，通過它實現(xiàn)后驗概率方法來避免標(biāo)簽間沖突；計數(shù)器為0時則標(biāo)簽向閱讀器發(fā)送id信息，這里用counter表示。

⑤用于rfid系統(tǒng)的后驗概率的多標(biāo)簽沖突解決方法步驟如下：

a、初始時，閱讀器發(fā)送一個含有能量載波的幀長l查詢命令，以激活覆蓋范圍內(nèi)的所有標(biāo)簽；

b、被激活的標(biāo)簽的計數(shù)器counter會在0~l-1的范圍內(nèi)隨機產(chǎn)生一個數(shù)值，標(biāo)簽進入準(zhǔn)備態(tài)；

c、在接收到閱讀器發(fā)送的時隙開始命令后，判斷進入準(zhǔn)備態(tài)標(biāo)簽的計數(shù)器是否為0，若counter=0，則準(zhǔn)備態(tài)的標(biāo)簽向閱讀器發(fā)送id信息，標(biāo)簽由準(zhǔn)備態(tài)變?yōu)閕d發(fā)送態(tài)；若counter不為0，那么這個時隙結(jié)束，所有標(biāo)簽counter的數(shù)值將自減1，系統(tǒng)進入下一時隙，并在下個時隙開始時這些標(biāo)簽仍處于準(zhǔn)備態(tài)，或者當(dāng)再次收到幀長查詢命令后，標(biāo)簽計數(shù)器counter清零后將再次產(chǎn)生0-l-1內(nèi)的隨機數(shù)，標(biāo)簽進入準(zhǔn)備態(tài)；

d、根據(jù)id發(fā)送態(tài)標(biāo)簽情況可以從以下三方面說明：

1)標(biāo)簽向閱讀器發(fā)送其id1信息后，閱讀器閱讀后會發(fā)送含有id2信息的ack命令，若id1信息與id2信息完全相同，則標(biāo)簽識別成功，表明當(dāng)前時隙為成功時隙，則閱讀器的成功時隙計數(shù)器c1將自加1來更新數(shù)值。這個標(biāo)簽由id發(fā)送態(tài)進入靜默態(tài)。若id1信息與id2信息不相同，則標(biāo)簽無法識別成功，表明當(dāng)前時隙為沖突時隙，則閱讀器的沖突時隙計數(shù)器ck將自加1來更新數(shù)值。這些沖突標(biāo)簽將回到初始態(tài)，當(dāng)再次收到幀長查詢命令后，則標(biāo)簽計數(shù)器counter將重新產(chǎn)生0-l-1內(nèi)的隨機數(shù)，進入準(zhǔn)備態(tài)，否則還處于初始態(tài)。若標(biāo)簽無id信息發(fā)送給閱讀器，則表明當(dāng)前時隙為空時隙，閱讀器的空時隙計數(shù)器c0將自加1來更新數(shù)值；

e、閱讀器在識別標(biāo)簽過程中，會對每幀中前三個時隙進行判斷，通過前三個時隙的狀態(tài)來調(diào)整幀長的大小，使幀長達(dá)到最優(yōu)，以此來提高標(biāo)簽識別效率，避免時隙資源浪費，具體有以下幾個方面：

1)若前三個時隙全為空時隙，說明幀長過長，此時幀長減半，閱讀器重新發(fā)送幀長查詢命令；

2)若前三個時隙無空時隙，說明幀長過短，此時幀長加倍，閱讀器重新發(fā)送幀長查詢命令；

3)若閱讀器總計數(shù)器數(shù)值和等于幀長，同時空時隙計數(shù)器c0的數(shù)值也等于幀長，則閱讀周期結(jié)束。

本發(fā)明至少有以下優(yōu)點：

①確定幀長占用硬件資源少

后驗概率的標(biāo)簽沖突解決方法通過不斷調(diào)整幀長的大小來確定幀長，減少了由于幀長過長或者過短導(dǎo)致的空時隙數(shù)或沖突時隙數(shù)，節(jié)省了硬件內(nèi)存資源。

②提高了標(biāo)簽識別效率

若幀長過長會導(dǎo)致空閑時隙增多，幀長過短會使沖突時隙過多，以上情況都會使識別效率降低，而本發(fā)明通過不斷改變幀長，使幀長在識別標(biāo)簽時得到優(yōu)化，從而提高多標(biāo)簽識別效率。同時也使得閱讀器減少了搜索次數(shù)，這大大節(jié)省了識別標(biāo)簽時間。

③適用于大規(guī)模標(biāo)簽識別環(huán)境

在實際的rfid系統(tǒng)中，可能會有大量的標(biāo)簽需要被快速識別，但在大規(guī)模標(biāo)簽識別環(huán)境下標(biāo)簽數(shù)遠(yuǎn)大于初始幀長，可能會出現(xiàn)空時隙不存在情況，這就需要去及時調(diào)整幀長來避免標(biāo)簽間的沖突，而本發(fā)明就可以很好的解決這一問題。本發(fā)明在閱讀器識別標(biāo)簽過程中，會對每幀中前三個時隙進行判斷，通過前三個時隙的狀態(tài)來不斷調(diào)整幀長的大小，使幀長達(dá)得到優(yōu)化，避免標(biāo)簽間產(chǎn)生沖突。

下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明內(nèi)容做進一步的說明。

圖1是標(biāo)簽狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖；

圖2是本發(fā)明中閱讀器根據(jù)幀中前三個時隙狀態(tài)調(diào)整幀長流程圖；

圖3是本發(fā)明中標(biāo)簽在閱讀器幀時隙中被識別流程圖。

具體實施方式

本發(fā)明方法的rfid系統(tǒng)是由一個閱讀器和在其覆蓋范圍內(nèi)的多個標(biāo)簽構(gòu)成，閱讀器先發(fā)出相關(guān)命令，標(biāo)簽接收到相應(yīng)命令后執(zhí)行相應(yīng)的操作，具體方法是：

①把一個閱讀器和多個標(biāo)簽進行一次完整的通信識別過程所用的時間設(shè)定一個周期，其中一個完整的周期可分為以下四個階段：

a、初始：閱讀器先發(fā)送一段含有能量的連續(xù)載波信號以激活范圍內(nèi)的所有標(biāo)簽，同時發(fā)出查詢命令；

b、發(fā)送id信息：標(biāo)簽向閱讀器發(fā)送id信息，假如有超過兩個的標(biāo)簽或者無標(biāo)簽發(fā)送id信息，則立即執(zhí)行沖突命令，否則進行數(shù)據(jù)處理階段；

c、數(shù)據(jù)處理：僅有一個標(biāo)簽向閱讀器發(fā)送id信息，閱讀器接收到后會發(fā)送一個成功命令返回給標(biāo)簽，當(dāng)標(biāo)簽接收到命令后會與閱讀器進行數(shù)據(jù)交換；

d、結(jié)束：所有標(biāo)簽的數(shù)據(jù)都與閱讀器交換完畢。

②閱讀器識別一組標(biāo)簽的時間定義為一個周期，一個周期又分為若干幀，每個幀又分為若干個時隙，根據(jù)每個時隙內(nèi)，標(biāo)簽與閱讀器的通信情況，時隙種類可分為以下三種類型：

a、成功時隙：該時隙內(nèi)只有1個標(biāo)簽發(fā)送id信息；

b、空時隙：該時隙內(nèi)沒有標(biāo)簽發(fā)送id信息；

c、沖突時隙：該時隙內(nèi)有2個以上標(biāo)簽發(fā)送id信息；

③根據(jù)于閱讀器與標(biāo)簽的數(shù)據(jù)通信狀態(tài)，可將標(biāo)簽分為以下四種狀態(tài)：

a、初始態(tài)：閱讀器并未激活標(biāo)簽；

b、準(zhǔn)備態(tài)：閱讀器發(fā)送載波信號激活標(biāo)簽；

c、id發(fā)送態(tài)：標(biāo)簽向閱讀器發(fā)送id信息；

d、數(shù)據(jù)處理態(tài)：標(biāo)簽與閱讀器進行數(shù)據(jù)交換；

e、靜默態(tài)：標(biāo)簽已經(jīng)在一個閱讀周期內(nèi)與閱讀器完成了數(shù)據(jù)交換。

④每一個標(biāo)簽都有一個產(chǎn)生隨機數(shù)的計數(shù)器，通過它實現(xiàn)后驗概率方法來避免標(biāo)簽間沖突；計數(shù)器是否為0決定了標(biāo)簽是否向閱讀器發(fā)送id信息，這里用counter表示。圖1給出了標(biāo)簽狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則圖。如圖1所示，開始時，標(biāo)簽處于初始態(tài)，被閱讀器激活后轉(zhuǎn)為準(zhǔn)備態(tài)。counter不為0的準(zhǔn)備態(tài)標(biāo)簽，在下一時隙開始時還是處于準(zhǔn)備態(tài)。counter=0的準(zhǔn)備態(tài)標(biāo)簽，則進入id發(fā)送態(tài)，發(fā)送id信息，然后轉(zhuǎn)為數(shù)據(jù)處理態(tài)。當(dāng)標(biāo)簽發(fā)送的id1信息和閱讀器反饋的id2信息相同時，標(biāo)簽被識別成功，數(shù)據(jù)處理態(tài)標(biāo)簽進入靜默態(tài)，之后轉(zhuǎn)為初始態(tài)離開。若標(biāo)簽發(fā)送的id1信息和閱讀器反饋的id2信息不相同，則說明標(biāo)簽沖突，標(biāo)簽將回到初始態(tài)，在下一幀中進行識別。

⑤如圖2所示，閱讀器調(diào)整幀長執(zhí)行多標(biāo)簽沖突仲裁是按以下步驟進行：

(1)初始化，對所有計數(shù)器清零。（步驟110）

(2)閱讀器發(fā)送幀長查詢命令以激活其覆蓋范圍內(nèi)的所有標(biāo)簽。（步驟111）

(3)閱讀器向所有標(biāo)簽發(fā)送時隙開始命令。（步驟112）

(4)標(biāo)簽接收到相關(guān)命令后執(zhí)行相應(yīng)操作，此時閱讀器等待時隙內(nèi)標(biāo)簽發(fā)送其id1信息。（步驟113）

(5)當(dāng)閱讀器收到標(biāo)簽的id信息后，會發(fā)送一個含有id2的ack命令給標(biāo)簽。（步驟114）

(6)閱讀器對本時隙內(nèi)標(biāo)簽進行相應(yīng)識別后，發(fā)送時隙結(jié)束命令以結(jié)束當(dāng)前時隙。（步驟115）

(7)閱讀器總計數(shù)器cl會對已經(jīng)進行的時隙進行計數(shù)，同時空時隙計數(shù)器c0、成功時隙計數(shù)器c1和沖突時隙計數(shù)器ck也會作出相應(yīng)的數(shù)值更新。（步驟116）

(8)若cl=3，則轉(zhuǎn)到步驟118；否則，轉(zhuǎn)到步驟122。（步驟117）

(9)若c0=3，則轉(zhuǎn)到步驟119；否則，轉(zhuǎn)到步驟120。（步驟118）

(10)幀長l減半后，直接轉(zhuǎn)回步驟111。（步驟119）

(11)若c1+ck=3，則轉(zhuǎn)到步驟121；否則，直接轉(zhuǎn)回步驟112。（步驟120）

(12)幀長l加倍后，直接轉(zhuǎn)回步驟111。（步驟121）

(13)若cl=l，則轉(zhuǎn)到步驟123；否則，直接轉(zhuǎn)回步驟112。（步驟122）

(14)若c0=l，則轉(zhuǎn)到步驟124；否則，直接轉(zhuǎn)回步驟111。（步驟123）

(15)閱讀周期結(jié)束。（步驟124）。

⑥如圖3所示，在閱讀器幀時隙內(nèi)標(biāo)簽識別具體過程按以下步驟進行：

(1)初始時，所有被激活的標(biāo)簽的計數(shù)器counter將產(chǎn)生0~l-1范圍內(nèi)的隨機數(shù)，標(biāo)簽進入準(zhǔn)備態(tài)。（步驟211）

(2)處于準(zhǔn)備態(tài)的標(biāo)簽接收閱讀器發(fā)送的時隙開始命令。（步驟212）

(3)接收時隙開始命令后，對所有準(zhǔn)備態(tài)標(biāo)簽，若counter=0，則轉(zhuǎn)到步驟215；否則，轉(zhuǎn)到步驟219。（步驟213）

(4)準(zhǔn)備態(tài)標(biāo)簽變?yōu)閕d發(fā)送態(tài)后，標(biāo)簽將向閱讀器發(fā)送其id1信息。（步驟215）

(5)標(biāo)簽成功接收閱讀器發(fā)送的含有id2信息的ack命令，該標(biāo)簽轉(zhuǎn)為數(shù)據(jù)處理態(tài)。（步驟217）

(6)若信息id1=id2，則轉(zhuǎn)到221；否則，轉(zhuǎn)到216直接轉(zhuǎn)回。（步驟218）

(7)標(biāo)簽id被閱讀器成功識別后，標(biāo)簽轉(zhuǎn)變?yōu)殪o默態(tài)離開。（步驟221）

(8)未被閱讀器成功識別的標(biāo)簽，將回到初始態(tài)。（步驟216）

(9)回到初始態(tài)的標(biāo)簽，若再次接收到幀長l查詢命令，則直接轉(zhuǎn)回到步驟211；否則，仍回到步驟216。（步驟214）

(10)若被激活標(biāo)簽的counter不為0，則標(biāo)簽將接收到閱讀器發(fā)送的時隙結(jié)束命令，以跳出當(dāng)前時隙。（步驟219）

(11)當(dāng)前時隙結(jié)束后，所有標(biāo)簽counter將自減1，然后轉(zhuǎn)回步驟210。（步驟220）

(12)若轉(zhuǎn)回的標(biāo)簽再次接收到閱讀器發(fā)送的幀長l查詢命令，則轉(zhuǎn)到步驟211；否則，轉(zhuǎn)到步驟212。（步驟210）。