CN101390109B - 防止射频识别系统中射频识别阅读器之间的冲突的方法 - Google Patents

防止射频识别系统中射频识别阅读器之间的冲突的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种防止RFID系统中阅读器之间的冲突的方法。该方法包括：第一步骤，RFID阅读器通过检查信道来选择传输信道；第二步骤，经由所选择的传输信道来传输信号；第三步骤，经由具有与所选择的传输信道相同频率的信道来接收信号；第四步骤，通过检查经由所述传输信道接收的信号的状态来确定是否发生了冲突；第五步骤，作为所述第四步骤确定的结果，如果确定的结果是所述阅读器之间发生冲突，则在基于预定等式的随机时间段的延迟之后重复第一步骤到第四步骤；以及第六步骤，作为第四步骤确定的结果，如果没有检测到阅读器之间的冲突，就与对应的RFID标签通信。

Description

防止射频识别系统中射频识别阅读器之间的冲突的方法
技术领域
本发明通常涉及与射频识别(RFID)相关的技术，并且具体地说，涉及一种防止在RFID系统中RFID阅读器之间的冲突的方法。
背景技术
通常，RFID技术是许多使用射频(RF)信号识别物体的不接触技术中的一种，并且该技术是普遍存在的网络的核心基础架构技术，它可以广泛应用于社会的不同领域，该领域从产品的制造到产品的分配、后勤及金融服务。
这种RFID技术由分等级的结构组成，包括装置层、传感器网络层、软件平台层和应用层。装置层包括发射机应答器，该发射机应答器被称为“标签(tag)”并且存储唯一的信息，装置层还包括阅读器，该阅读器无线地阅读和翻译信息。
与RFID技术相关的一个问题是由标签之间的冲突引起的标签识别效率的降低。为了克服这个问题，提出了许多通过扩大可用频率范围来增加数据传输速度或者最小化数据之间的冲突从而改进识别速度的技术。
同时，为了传输信号，典型的阅读器用先听后说(LBT)算法(ListenBefore Talk algorithm)确保空闲信道(寂静信道)，从而保证了通信的稳定性。
然而，这种LBT算法是有问题的，它在传输当前的信号时可能没有办法识别外部信号的接口。也就是说，在信道被两个RFID阅读器要求的情况下，即阅读器A和阅读器B互相偶然地同时使用LBT算法，这两个阅读器几乎同时把信号传输到标签，在这种情况下标签不能正确地接收信号。结果，标签进入不能作出任何响应的状态，因此，问题就在于即使标签实际上存在，阅读器因为没有响应而确定里没有标签。
发明内容
技术问题
因此，本发明牢记发生在现有技术中的上述问题，并且本发明的目标是提供一种防止RFID系统中RFID阅读器之间冲突的方法，该方法在RFID阅读器发生冲突的情况下，为了保证不同的重复传输尝试时间段，使用随机数字确定重复传输尝试时间段，从而避免了RFID阅读器之间的再次冲突。
也就是说，LBT算法着重强调保证一个频段的稳定信道，而本发明使用随机数字控制再次传输时间段来保证阅读器之间发生冲突时的重复尝试时间点，这被称为边说边听(Listen During Talk)(LDT)。
技术方案
为了完成上述目标，本发明提供了一种防止RFID系统中RFID阅读器之间冲突的方法，该方法包括第一步骤：RFID阅读器通过检查信道来选择传输信道；第二步骤：经由所选择的传输信道来传输信号；第三步骤：经由具有与选择的传输信道相同频率的信道来接收信号；第四步骤：通过检查经由传输信道接收的信号的状态来确定是否发生了冲突；第五步骤：作为所述第四步骤确定的结果，如果确定阅读器之间发生了冲突，则在基于预定等式的随机时间段的延迟之后重复第一步骤到第四步骤；和第六步骤：作为所述第四步骤确定的结果，如果没有检测到阅读器之间的冲突，则与对应的RFID标签通信。
如果信号的状态是噪声状态，第四步骤可以通过阅读器之间发生的冲突的决定来执行。可选择的，第二步骤可以通过传输数据来执行，第三步骤可以通过接收数据来执行，以及第四步骤可以通过将传输数据和接收数据进行比较，并且如果传输的数据与接收的数据不一致就确定有冲突发生来执行。
第五步骤的随机时间段可以用下面的等式来确定：
T＝n×tresponse
其中，n是随机数字，tresponse是标签响应时间。
有益效果
根据本发明，在阅读器之间发生冲突的情况下，在随机时间段的延迟之后重复传输尝试，从而避免了阅读器之间的冲突，结果克服了RFID标签不能被识别的问题，甚至在RFID标签存在的时候。特别地，近年来RFID阅读器以可移动的形式制造，因此阅读器之间的冲突可能会频繁地发生。在该实施方式中，本发明克服了阅读器之间的冲突的问题，并且因此改善了移动型RFID阅读器的识别能力。
附图说明
结合附图，本发明的上述和其它的目标、特性和优点可以通过下面详细的描述更清楚地理解，在附图中：
图1是显示了适于本发明应用的RFID系统的全部结构的示意图；
图2是图1中的RFID阅读器的框图；
图3是图1中的RFID标签的框图；
图4是显示了根据本发明用于防止RFID系统中阅读器之间的冲突的过程的流程图；
图5是显示了根据本发明的另一个实施方式用于防止RFID系统中RFID阅读器之间的冲突的过程的流程图；
图6是说明根据本发明防止RFID系统中RFID阅读器之间的冲突的过程的时序图；以及
图7是说明RFID阅读器之间的冲突被避免的实例图。
具体实施方式
现在参考附图，在所有不同的图中使用相同的参考数字，以指出相同或相似的组件。
下面参考附图详细地描述本发明的优选实施方式。
图1是显示了适于本发明应用的RFID系统的全部结构的示意图。
参照图1，RFID系统包括用于储存唯一信息的多个RFID标签110；多个RFID阅读器120-1和120-2，这些阅读器用于与RFID标签110交换无线信号，也用于读取和翻译存储在RFID标签中的信息并通过网络130将信息传输到服务器侧；以及服务器系统140，该服务系统用于通过网络130从RFID阅读器120-1和120-2接收数据并提供多种服务。服务器系统140包括中间设备142和应用层144。
RFID标签110与RFID阅读器120-1和120-2通信来把标签110附属的ID编码和物体的信息传输到阅读器120-1和120-2，并且RFID标签110被分类为无源型和有源型。RFID阅读器120-1和120-2从RFID标签110读取标签ID和相关信息，并在中间设备142的控制下，在与中间设备142通信时通过网络130或直接把信息提供给中间设备142。中间设备142用来收集、控制和管理由RFID阅读器120-1和120-2连续产生的ID编码和数据。中间设备142连接到所有的元件上，并因此构建了一个以分等级方式组织并且具有分布式结构的中间设备网络，并且在与上层应用144通信时提供多种服务。中间设备142必须保证不同类型的阅读器接口、不同类型的编码和网络相互作用以及不同应用平台的协同工作能力。
图2是显示了图1中的RFID阅读器结构的一个实例，图3是显示了图1中的RFID标签结构的一个实例。
这些RFID标签110根据供电方法被分为两种类型：没有电池和具有短识别距离的无源型RFID标签以及配备有电池并且具有相对长的识别距离的有源型RFID标签。一般地，433MHz的频带被用于有源型RFID标签，900MHz的频带被用于无源型RFID标签。如图3所示每个无源型RFID标签包括天线111、整流器112和标签芯片113，并且具有不同的形状和尺寸。标签芯片113内部备有存储器并存储识别编码，整流器112使用通过天线111从阅读器传输的能量为标签芯片113提供必需的能量。
如图2所示，RFID阅读器120包括用于执行操作的输入单元121、CPU122、RF单元123、天线124、网络连接单元125、SRAM 126、闪存127和显示单元128。
输入单元121包括用户使用的用来执行操作的键盘，闪存127用来存储用于操作阅读器的软件和数据，并且显示单元128包括LEDs或LCD，并且显示操作的状态。
RF单元123被划分为传输单元和接收单元。RF单元123在CPU 122的控制下，将传输数据调制为高频无线信号并通过天线124传送传输信号，并且解码通过天线124接收的信号并把接收的数据提供给CPU 122。关于天线124，可以用一个单独的天线来传输和接收，或者用传输天线和接收天线分别进行传输和接收。
网络连接单元125是用于连接阅读器到中间设备侧的一部分。网络连接单元125在有线网络连接的情况下用串联接口如RS-232C或者以太网来实现，在无线网络连接的情况下用无线LAN芯片、CDMA芯片或者无线调制解调器来实现。
CPU 122把存储于闪存127的软件装载在静态存储器(SRAM)126上，并基于软件控制阅读器的全部操作。也就是说，CPU 122通过网络连接单元125与中间设备142通信，通过RF单元123将数据传输到RFID标签110，解码从RFID标签110接收的数据，并传输解码数据到中间设备142。此外，CPU 122执行了用于多标签识别的反冲突算法、用于安全和私有信息保护的加密算法、错误修正算法、通信协议和根据本发明用于防止阅读器之间的冲突的程序。
如上所述，根据本发明构造的防止RFID系统中阅读器之间的冲突的方法将在下面介绍。
图4是显示了根据本发明防止RFID系统中阅读器之间的冲突的过程的流程图。
一个典型的完全双方空中通信系统在传输时通过接收天线接收空中信号。根据本发明LDT的关键思想是基于上述机制，通过在传输时频率与传输信道的频率相同的相应信道接收信号，并通过检查接收状态来确定在相应信道中阅读器之间是否发生冲突。在这种情况下，虽然可以使用不同的方法来确定阅读器之间是否有冲突发生，在如图4所示的本发明的实施方式中是用噪声确定的，并且在如图5所示的另一个实施方式中是通过将传输数据和接收数据进行比较来确定的。
参照图4，在步骤S11中，RFID阅读器120-1和120-2选择传输的信道来识别RFID标签110。也就是说，各自具有预先指定频带的多个通信信道在RFID标签110与RFID阅读器120-1和120-2之间被分辨。当由于来自中间设备142的命令或者因为事件发生而要求传输时，从多个指定信道之中选择未被占用的信道(空闲信道)。LBT算法可以被用来作为选择这种空闲信道的算法。
之后，RFID阅读器120-1和120-2通过选择的信道传输无线电信号并通过具有与传输的信道相同频率的接收的信道来接收无线电信号，并且通过检测相应的接收的信道在步骤S12和S13中的状态来确定是否有冲突发生。也就是说，RFID阅读器120-1和120-2通过传输的天线将来自它的RF单元的无线电信号传播到空气中，通过接收的天线和RF单元经由具有相同频率的信道接收信号，并且如果只有噪声就确定有冲突发生。
在步骤S14和S15中，作为确定的结果，如果确定阅读器之间有冲突发生，则在使用下面的等式1计算出的已流逝的随机时间段后通过重复上述步骤来实施重复尝试，，并且完成与相应的RFID标签110的通信。
也就是，如果根据本发明在LDT基础上，通过基于LBT选择的信道传输的信号被确定为噪声，就确定在邻近区域存在另一个阅读器。在这种情况下，阅读器A 120-1和另一个阅读器B 120-2对于失败的传输必须作出重复尝试。然而，如果两个阅读器120-1和120-2同时作出重复尝试，这种尝试一定会不断地重复。为了防止这种冲突，根据本发明各自的阅读器120-1和120-2通过产生随机数字来确定传输重复尝试时间点。基于下面的等式1产生的随机数字被用来确定传输重复尝试时间点。
数学表达式1：
T＝n×tresponse
其中，‘T’是时间段，每个阅读器必须以该时间段做延迟，‘n’是随机数字，而tresponse是通常标签做出响应需要的时间。
通过本发明的上述步骤，用于各自阅读器在频域和时域通信的空间可以被可靠地确定。
图5是显示了根据本发明防止RFID系统中RFID阅读器之间的冲突的另一个实施方式的过程的流程图。
参照图5，在步骤S21中，RFID阅读器120-1和120-2选择传输的信道来识别RFID标签110。也就是说，具有各自预先指定频带的多个通信信道在RFID标签110与RFID阅读器120-1和120-2之间被分辨。当由于中间设备142的命令或者因为事件发生而要求传输时，从多个指定信道之中选择未被占用的信道(空闲信道)。LBT算法可以被用来作为选择这种空闲信道的算法。
之后，在步骤S22-S24中，RFID阅读器120-1和120-2在RF单元123中将预定的传输的数据调制为无线电信号并通过选择的信道传输无线电信号，并且通过与传输的信道具有相同频率的接收的信道来接收无线电信号，解调接收的无线电信号并从中提取所接收的数据。
在步骤S25-S28中，如果比较的结果是发现所传输的数据与所接收的数据不一致，就确定在相应信道中RFID阅读器之间有冲突发生，然后在使用上述等式1计算出的已流逝的随机延迟段之后实施传输的重复尝试，；如果它们互相一致，就确定没有冲突发生，并且阅读器与相应的RFID标签110通信。
如上所述，在本发明的另一个实施方式中，在传输时，阅读器120-1和120-2通过比较接收到的信息与所传输的信息来确定接收到的信息是否与所传输的信息一致，并且因此可以可靠地保证各自阅读器120-1和120-2在频域和时域的空间。
图6是说明根据本发明防止RFID系统中RFID阅读器之间的冲突的过程的时序图，图7是说明根据本发明在没有冲突时信道使用的图。
如图1所示，根据LBT在阅读器A 120-1和阅读器B 120-2互相邻近的情况下，如果相同的信道被同时使用，位于阅读器A 120-1的区域Cell1与阅读器B 120-2的区域Cell2交叠的地方的RFID标签110会因为阅读器之间的冲突而接收到噪声。因此，仅接收到噪声的RFID标签110不能做出任何响应，所以相应的阅读器因为标签处于没有做出响应的状态而确定标签不存在，尽管标签实际上是存在的。
参照图6，在本发明中，在阅读器A 120-1和阅读器B 120-2互相冲突的情况下，根据前面描述的等式，阅读器A 120-1在对应于随机时间段t1的延迟后尝试重新传输，阅读器B 120-2在对应于随机时间段t2的延迟后尝试重新传输。其中，t1＝n1×tresponse并且t2＝n2×tresponse。由于n1和n2是随机数字，因此互不相同，在不同时间作出重复尝试，结果避免了冲突。
如上所述，如在图7中显示的，根据本发明的反冲突算法，在随后的传输试验中，阅读器A 120-1在时间2tr使用信道Ch6，并且阅读器B 120-2在时间7tr使用信道Ch2，所以防止了阅读器之间的冲突。在图7中，垂直轴代表在阅读器和标签之间分配的信道Ch1～Ch6，并且水平轴代表重复尝试时间tr～8tr。从图中可以看出，信道的选择是根据LBT确定的，并且传输重复尝试时间是根据LDT确定的。
如上所述，根据本发明，在阅读器之间发生冲突的情况下，重复传输尝试在随机时间段延迟后作出，因此，避免了阅读器之间的冲突，甚至克服了在RFID标签存在时RFID标签不能被识别的问题。特别地，近年来RFID阅读器制造为可移动的形式，因此阅读器之间的冲突可能会频繁地发生。在这种情况下，本发明克服了阅读器之间的冲突的问题，并且因此改善了移动型RFID阅读器的识别能力。
尽管出于举例解释的目的已经描述了本发明的优选实施方式，但是本领域技术人员应当清楚，在不偏离所附权利要求中所公开的本发明的范围和实质的情况下，可以做各种修改、添加和替换。

Claims (4)

1.一种防止射频识别(RFID)系统中阅读器之间的冲突的方法，该方法包括：
第一步骤，RFID阅读器通过检查信道来选择传输信道；
第二步骤，经由所选择的传输信道来传输信号；
第三步骤，经由具有与所选择的传输信道相同频率的接收信道来接收信号；
第四步骤，通过检查经由所述接收信道接收的信号的状态来确定是否发生了冲突；
第五步骤，作为所述第四步骤确定的结果，如果确定所述阅读器之间发生了冲突，则在基于预定等式的随机时间段的延迟之后重复所述第一步骤到第四步骤；以及
第六步骤，作为所述第四步骤确定的结果，如果没有检测到阅读器之间的冲突，则与对应的RFID标签通信。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第四步骤通过在信号状态是噪声状态的情况下确定所述阅读器之间发生了冲突来执行。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二步骤通过传输数据来执行、所述第三步骤通过接收数据来执行、而所述第四步骤通过将所传输的数据与接收到的数据进行比较且在所传输的数据与接收到的数据不一致的情况下确定发生了冲突来执行。
4.根据权利要求1至3中任一项权利要求所述的方法，其中所述第五步骤的所述随机时间段由以下等式确定：
T＝n×tresponse
其中，n是随机数字，而tresponse是标签响应时间。
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