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

技術背景

rfid技術是物聯(lián)網(wǎng)中的關鍵技術之一，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簽。由于多標簽識別一般采用共享的無線信道與閱讀器進行通信，當有兩個或兩個以上的標簽占用信道時，就會導致沖突。當然，兩個或兩個以上的標簽并不一定必然導致沖突。由于標簽距離閱讀器遠近不一，發(fā)射的信號有強有弱，信號較強的標簽會被閱讀器識別，而信號較弱的標簽則或被閱讀器忽略，這種現(xiàn)象稱為捕獲效應。由于捕獲效應在rfid系統(tǒng)中也是實際存在的，因此在解決標簽間沖突的同時也要解決捕獲效應對識別標簽帶來的影響。

目前，rfid標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簽數(shù)來確定幀長，但其復雜度較高。同時在大規(guī)模標簽識別環(huán)境下，標簽數(shù)遠大于初始幀長，可能會出現(xiàn)空時隙數(shù)的觀測值為零的情況，會導致標簽估計結果不太準確而影響標簽識別效率。epcc1gen2的q方法也是aloha類方法，該方法采用自適應方式來調節(jié)幀長，但它需要閱讀器不斷重復發(fā)送命令去改變幀長，致使發(fā)送命令過多，而且在大規(guī)模標簽識別環(huán)境下，發(fā)生捕獲效應是一種普遍現(xiàn)象，而傳統(tǒng)幀長估計方法和q方法并未考慮捕獲效應對標簽識別效率的影響。

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，調整幀長大小，減少了命令的反復發(fā)送情況，避免了估計的復雜度，同時可以減少捕獲效應對識別效率的影響，確保閱讀器的識別效率較大。當在閱讀大規(guī)模標簽時，提高了標簽的識別效率。

技術實現(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，不斷調整幀長大小，從而確定幀長，提高了對標簽的識別效率，減少內(nèi)存資源的浪費。同時由于幀長的調整，也避免了捕獲效應對識別效率的影響，使得對標簽的識別更為準確。當同時識別多個標簽時，避免了標簽沖突的發(fā)生。

本發(fā)明是通過如下技術方案解決上述技術問題的。

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

①把一個閱讀器和多個標簽進行一次完整的通信識別過程所用的時間設定一個周期，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)的所有標簽，同時發(fā)出查詢命令；

b、發(fā)送id信息：標簽向閱讀器發(fā)送id信息，假如有超過兩個的標簽或者無標簽發(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簽，當標簽接收到命令后會與閱讀器進行數(shù)據(jù)交換；

d、結束：所有標簽的數(shù)據(jù)都與閱讀器交換完畢。

②閱讀器識別一組標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個標簽發(fā)送id信息；

b、空時隙：該時隙內(nèi)沒有標簽發(fā)送id信息；

c、沖突時隙：該時隙內(nèi)有2個以上標簽發(fā)送id信息。

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

a、初始態(tài)：閱讀器并未激活標簽；

b、準備態(tài)：閱讀器發(fā)送載波信號激活標簽；

c、id發(fā)送態(tài)：標簽向閱讀器發(fā)送id信息；

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

e、靜默態(tài)：標簽已經(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簽間沖突；計數(shù)器為0時則標簽向閱讀器發(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)的所有標簽；

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

c、在接收到閱讀器發(fā)送的時隙開始命令后，判斷進入準備態(tài)標簽的計數(shù)器是否為0，若counter=0，則準備態(tài)的標簽向閱讀器發(fā)送id信息，標簽由準備態(tài)變?yōu)閕d發(fā)送態(tài)；若counter不為0，那么這個時隙結束，所有標簽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簽仍處于準備態(tài)，或者當再次收到幀長查詢命令后，標簽計數(shù)器counter清零后將再次產(chǎn)生0-l-1內(nèi)的隨機數(shù)，標簽進入準備態(tài)；

d、根據(jù)id發(fā)送態(tài)標簽情況可以從以下三方面說明：

1)標簽向閱讀器發(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，則標簽識別成功，表明當前時隙為成功時隙，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，則標簽無法識別成功，表明當前時隙為沖突時隙，則閱讀器的沖突時隙計數(shù)器ck將自加1來更新數(shù)值。這些沖突標簽將回到初始態(tài)，當再次收到幀長查詢命令后，則標簽計數(shù)器counter將重新產(chǎn)生0-l-1內(nèi)的隨機數(shù)，進入準備態(tài)，否則還處于初始態(tài)。若標簽無id信息發(fā)送給閱讀器，則表明當前時隙為空時隙，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)來調整幀長的大小，使幀長達到最優(yōu)，以此來提高標簽識別效率，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

后驗概率的標簽沖突解決方法通過不斷調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提高了標簽識別效率

若幀長過長會導致空閑時隙增多，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，使幀長在識別標簽時得到優(yōu)化，從而提高多標簽識別效率。同時也使得閱讀器減少了搜索次數(shù)，這大大節(jié)省了識別標簽時間。

③適用于大規(guī)模標簽識別環(huán)境

在實際的rfid系統(tǒng)中，可能會有大量的標簽需要被快速識別，但在大規(guī)模標簽識別環(huán)境下標簽數(shù)遠大于初始幀長，可能會出現(xiàn)空時隙不存在情況，這就需要去及時調整幀長來避免標簽間的沖突，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)來不斷調整幀長的大小，使幀長達得到優(yōu)化，避免標簽間產(chǎn)生沖突。

下面結合說明書附圖對本發(fā)明內(nèi)容做進一步的說明。

圖1是標簽狀態(tài)轉換圖；

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

圖3是本發(fā)明中標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)的多個標簽構成，閱讀器先發(fā)出相關命令，標簽接收到相應命令后執(zhí)行相應的操作，具體方法是：

①把一個閱讀器和多個標簽進行一次完整的通信識別過程所用的時間設定一個周期，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)的所有標簽，同時發(fā)出查詢命令；

b、發(fā)送id信息：標簽向閱讀器發(fā)送id信息，假如有超過兩個的標簽或者無標簽發(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簽，當標簽接收到命令后會與閱讀器進行數(shù)據(jù)交換；

d、結束：所有標簽的數(shù)據(jù)都與閱讀器交換完畢。

②閱讀器識別一組標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個標簽發(fā)送id信息；

b、空時隙：該時隙內(nèi)沒有標簽發(fā)送id信息；

c、沖突時隙：該時隙內(nèi)有2個以上標簽發(fā)送id信息；

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

a、初始態(tài)：閱讀器并未激活標簽；

b、準備態(tài)：閱讀器發(fā)送載波信號激活標簽；

c、id發(fā)送態(tài)：標簽向閱讀器發(fā)送id信息；

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

e、靜默態(tài)：標簽已經(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簽間沖突；計數(shù)器是否為0決定了標簽是否向閱讀器發(fā)送id信息，這里用counter表示。圖1給出了標簽狀態(tài)轉換規(guī)則圖。如圖1所示，開始時，標簽處于初始態(tài)，被閱讀器激活后轉為準備態(tài)。counter不為0的準備態(tài)標簽，在下一時隙開始時還是處于準備態(tài)。counter=0的準備態(tài)標簽，則進入id發(fā)送態(tài)，發(fā)送id信息，然后轉為數(shù)據(jù)處理態(tài)。當標簽發(fā)送的id1信息和閱讀器反饋的id2信息相同時，標簽被識別成功，數(shù)據(jù)處理態(tài)標簽進入靜默態(tài)，之后轉為初始態(tài)離開。若標簽發(fā)送的id1信息和閱讀器反饋的id2信息不相同，則說明標簽沖突，標簽將回到初始態(tài)，在下一幀中進行識別。

⑤如圖2所示，閱讀器調整幀長執(zhí)行多標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)的所有標簽。（步驟111）

(3)閱讀器向所有標簽發(fā)送時隙開始命令。（步驟112）

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

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

(6)閱讀器對本時隙內(nèi)標簽進行相應識別后，發(fā)送時隙結束命令以結束當前時隙。（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也會作出相應的數(shù)值更新。（步驟116）

(8)若cl=3，則轉到步驟118；否則，轉到步驟122。（步驟117）

(9)若c0=3，則轉到步驟119；否則，轉到步驟120。（步驟118）

(10)幀長l減半后，直接轉回步驟111。（步驟119）

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

(12)幀長l加倍后，直接轉回步驟111。（步驟121）

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

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

(15)閱讀周期結束。（步驟124）。

⑥如圖3所示，在閱讀器幀時隙內(nèi)標簽識別具體過程按以下步驟進行：

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

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

(3)接收時隙開始命令后，對所有準備態(tài)標簽，若counter=0，則轉到步驟215；否則，轉到步驟219。（步驟213）

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

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

(6)若信息id1=id2，則轉到221；否則，轉到216直接轉回。（步驟218）

(7)標簽id被閱讀器成功識別后，標簽轉變?yōu)殪o默態(tài)離開。（步驟221）

(8)未被閱讀器成功識別的標簽，將回到初始態(tài)。（步驟216）

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

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

(11)當前時隙結束后，所有標簽counter將自減1，然后轉回步驟210。（步驟220）

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