一种基于子帧观测的动态帧时隙aloha防碰撞算法

一种基于子帧观测的动态帧时隙aloha防碰撞算法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信领域中的射频识别（RFID)多标签识别技术，具体设及一种 基于子帖观测的动态帖时隙ALOHA防碰撞算法。
【背景技术】
[0002] 一个典型的RFID系统通常由一个或多个读写器W及众多标签组成，每个标签都 有一个唯一标识符扣ID)或者产品电子代码巧PC)(为了便于描述，后面统称ID)。读写器 通过无线方式读取标签的ID，该样系统就可W获得与标签相连的物体的信息。RFID系统分 为被动式，主动式W及半被动式（混合式），主要区别在于标签的供电方式。主动式RFID系 统中，标签自带电源，利用自身电源的能量来发送数据，优点是发送范围广，缺点是寿命短。 被动式RFID系统中，标签的供电来源于读写器发送的射频载波。当标签接受到读写器的查 询命令后会立即响应，发送自己的ID或数据信息。由于无源超高频扣HF)RFID系统具有识 别距离远，读写速度快，非可视，标签成本低等优点，使其得到了广泛的研究和应用，主要用 于物流管理、供应链管理、贵重物品防盗等领域。UHFRFID系统读写器覆盖范围广，系统内 覆盖的标签数目很多，同时对标签的读写要求很高，该样使得UHFRFID系统的标签碰撞问 题较为突出。因此，高效、稳定、复杂度低的防碰撞算法是UHFRFID系统研究的一个核屯、问 题，也是UHFRFID产业化的一个先决条件。
[0003] 技术上，多标签防碰撞算法可W分为ALOHA-based和tree-based两类。 Tree-based类算法的核屯、在于碰撞比特识别和追踪技术。在UHF系统中，由于读写器端接 收信号的偏移，导致读写器不能有效的检测到具体的碰撞位，因此使得tree-based类算法 难W应用到UHFRFID系统中，诸如EPCglobalC1Gen2 或者IS0/IEC18000-6B。

【发明内容】

[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够提高系统的识别效率和稳 定性，避免了传统ALOHA-based防碰撞算法中的复杂估计算法对硬件平台较高的要求和依 赖，极大的降低了系统复杂度的基于子帖观测的动态帖时隙ALOHA防碰撞算法。
[0005] 本发明的目的是通过W下技术方案来实现的：一种基于子帖观测的动态帖时隙 ALOHA防碰撞算法，在每一轮识别过程中采取设定的子帖观测，并依据空闲时隙数与碰撞时 隙数的关系查找设定的第一配置表给出系统内的待识别标签数，并得到剩余标签数，然后 根据剩余标签数查找设定的第二配置表给出下一轮的时隙帖帖长进行下一轮识别过程，根 据上述方法循环识别过程至工作区域内的标签识别完毕。其具体包括W下步骤：
[0006] S1、读写器初始化清零；将读写器的时隙计数器Sc、空闲时隙数Ne、碰撞时隙数化 W及成功时隙数化均清零；
[0007] S2、读写器向其工作域内的待识别标签广播一个命令，发起命令的同时时隙计数 器加1;Sc=Sc+1 ;所述命令包括时隙帖F= 29、子帖F,ub化及时隙计数器值，其中F,ub的 大小满足F,ub=F/2 \k为非负整数；
[000引 S3、读写器接收待识别标签的响应，同时时隙计数器加1;Sc=Sc+1 ;
[0009] 若读写器接收到标签的回复且无碰撞发送，则表示成功识别该标签，化=化+1 ;
[0010] 若读写器接收到标签的回复且发生碰撞，则表示当前时隙内有多个标签同时响 应，化=化+1 ;
[OCm] 若读写器没有接收到标签的回复，则说明当前时隙为空闲时隙，Ne=Ne+l;
[001引 S4、判断当前时隙计数器Sc的值是否小于等于子帖长度F,ub，若Sc《F,ub，则读写 器向其工作域内的待识别标签广播一个命令，然后返回步骤S3,所述命令包括时隙计数器 值诺Sc〉F,ub，执行步骤S5;
[0013] S5、判断成功时隙数化、碰撞时隙数Nc是否同时为0,若是，则整个识别过程结束； 否则读写器根据统计出的Ne和化的结果，查找第一配置表给出当前的待识别标签数，并根 据待识别标签数得到剩余标签数；
[0014] S6、根据得到的剩余标签数查找第二配置表更新下一帖帖长2 令Q= Qm"Sc= 0返回步骤S1。
[0015] 进一步地，所述的待识别标签数表示当前识别过程开始前的所有标签数，剩余标 签数表示指本轮识别后剩下的标签数，它们的关系为；剩余标签数=待识别标签数-Ns。
[0016] 进一步地，所述步骤S6中的第二配置表为剩余标签数和下一帖帖长的关系表，根 据剩余标签数可W找出对应的下一帖帖长；所述剩余标签数和下一帖帖长的关系根据常规 动态帖时隙ALOHA值FSA)算法推导出。上述剩余标签数n^t和下一帖帖长F^t的具体关系 为：
[0017] 1《riest《3,FMt= 2 化別=2,Qnxt= 1 ;
[00化]4《nest《5,FMt= 2 邮t= 4,Qnxt= 2 ;
[0019]6《riest《ll，FMt= 2 邮t= 8,Qnxt=3 ;
[0020] 12《riest《 22，FMt= 2 邮t= 16,Qnxt= 4 ;
[0021] 23《riest《 44，FMt= 2 化xt= 32,Qnxt= 5 ;
[0022] 45《riest《 89，FMt= 2 化xt= 64,Qnxt= 6 ;
[0023]90《riest《 177，pMt= 2 化xt= 128,Qnxt=7 ;
[0024] 178《riest《 355，FMt= 2 邮t= 256,Qnxt= 8 ;
[0025] 356《riest《 710，FMt= 2 邮t= 512,Qnxt= 9 ;
[0026] 711《nest《 1420，FMt=2 邮t=i〇24，Qnxt= 10;
[0027] 1421《riest《 2839,pMt= 2 化別=2048,Qnxt= 11 ;
[002引 2840《nest《 5678，FMt=2^xt=4096，Qnxt=12;
[0029] 5679《riest《 11357,pMt= 2 化xt= 8192,Qnxt= 13 ;
[0030] 11358《nest《 22713，FMt=2^xt=i6384，Qnxt=14;
[0031] 22714《nest《 45426，FMt= 2 化xt= 32768，Qnxt= 15。
[0032] 进一步地，所述的步骤S5中第一配置表为不同帖长F和待识别标签数n关系下， 空闲时隙数Ne和碰撞时隙数化的关系配置表，具体包括W下几种关系：
[0033] Casel;n=F/4,15.lNc<Ne《63. 8化；
[0034] Case2;n=F/2, 3. 2Nc<Ne《15. 1化；
[0035] Case3;n=F，0. 6Nc<Ne《3. 2Nc;
[0036] Case4;n= 2F，0. 08Nc<Ne《0. 6Nc;
[0037] Case5;n= 4F，0《Ne《0. 08化；
[003引如果监测到化为0,按化se2执行。
[0039] 上述不同帖长F和待识别标签数n关系下，空闲时隙数Ne和碰撞时隙数化的关 系推导方法包括W下步骤：
[0040] S51、定义Cf=log2(n/F)，初始化Q=Qhi= 4,i= 1 ;
[0041]S52、判断当前Q值是否超过设定的最大值，若是则跳转到步骤S54,否则进入步骤 S53 ；
[00创 S53、令Qf= Q+Cf，令9。 ,,= Qf并根据第二配置表得到n^t对应的最小值ni和最大 值叫，计算空闲时隙数和碰撞时隙数；Ne(叫)/化(叫）=bi，Ne(叫)/化(叫）=a;，其中
[0045] 其中，F= 2Q;
[0046] 空闲时隙数Ne与碰撞时隙数化的关系为；a;*化《Ne《bi*NCi，然后Q++，i++， 并返回S52 ;
[0047] S54、对所有的a及bi分别求平均值，得到空闲时隙数Ne和碰撞时隙数Nc的约束 关系；为了保证化sel~化se5中约束的连续性，对任意两个相邻的约束取平均值。
[0048] 进一步地，所述命令为如ery/QueryAdj/QueryR巧命令，其广播规则为；步骤S2中 第一帖广播Query命令，W后每一帖均广播QueryAdj命令；步骤S4中广播QueryRep命令。
[0049] 进一步地，上述步骤S2中，读写器向其工作域内的待识别标签广播一个命令后， 工作域内的待识别标签接收到读写器广播的命令后，提取命令中的Q值和Sc值，并在[1，円 中产生一个随机数加载到标签内的计数器上，并比较标签内计数器的值与当前的时隙计数 器Sc的值，若二者相等，则标签响应读写器的命令并向读写器回复自己的ID，否则不予响 应。所述的步骤S4中，读写器向其工作域内的待识别标签广播一个命令后，工作域内的待 识别标签接收到读写器广播的命令后，提取命令中的Sc值，并比较标签内计数器的值与当 前的时隙计数器Sc的值，若二者相等，则标签响应读写器的命令并向读写器回复自己的 ID，否则不予响应。
[0化0] 本发明的有益效果是；提供了基于子帖观测的动态帖时隙ALOHA防碰撞算法，在 每轮识别过程中均采取子帖观测；即利用完整帖的一部分来预测系统内待识别标签数，即 利用本发明的方法来估计系统中待识别标签数，然后为下一轮识别设定一个合适的帖长； 其优点在于；首先，由于每次预测待识别标签数和设定下一帖帖长都是基于子帖完成的，一 旦读写器监测到当前的帖长不合理，立即终止本轮识别，根据更新的帖长来开启下一轮识 另IJ，所W提高了系统的识别效率和稳定性；其次，对标签数的估计都是基于最简单的数学 运算，避免了传统ALOHA-based防碰撞算法中的复杂估计算法对硬件平台较高的要求和依 赖，极大的降低了系统复杂度。从而该发明可W很好的应用在移动的、手持的读写器中。
【附图说明】
[0化1] 图1为本发明的算法流程图；
[0052]图2为本发明的采用本发明方法完成十个标签识别的识别过程示意图；
[0化引图3是义用经典ALOHA-based算法Schoute'S方法完成十个柄;签识别的过程图；
[0化4]图4是Q-algorithm方法在系统吞吐率上的曲线图；
[0055] 图5是MAP方法在系统吞吐率上的曲线图
[0056] 图6是ILCM方法在系统吞吐率上的曲线图；
[0化7]图7是阳IA方法在系统吞吐率上的曲线图；
[0化引图8是本发明方法在在系统吞吐率上的曲线图；
[0059] 图9为Q-algorithm方法在时间效率上的曲线图；
[0060] 图10是MAP方法在时间效率上的曲线图；
[006U图11是ILCM方法在时间效率上的曲线图；
[0062] 图12是阳IA方法在时间效率上的曲线图；
[0063] 图13是本发明方法在时间效率上的曲线图；
[0064] 图14是本发明方法在识别速度上的曲线图。
【具体实施方式】
[00化]本发明的设计基于UHF的EPCglobal C1 Gen2标准。
[0066] 下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。
[0067] 如图1所示，一种基于子帖观测的动态帖时隙ALOHA防碰撞算法，在每一轮识别过 程中采取设定的子帖观测，并依据空闲时隙数与碰撞时隙数的关系查找设定的第一配置表 给出系统内的待识别标签数，并得到剩余标签数，然后根据剩余标签数查找设定的第二配 置表给出下一轮的时隙帖帖长进行下一轮识别过程，根据上述方法循环识别过程至工作区 域内的标签识别完毕。其具体包括W下步骤：
[0068] S1、读写器初始化清零；将读写器的时隙计数器Sc、空闲时隙数Ne、碰撞时隙数化 W及成功时隙数化均清零；
[0069] S2、读写器向其工作域内的待识别标签广播一个命令，发起命令的同时时隙计数 器加1;Sc=Sc+1 ;所述命令包括时隙帖F= 29、子帖F,ub化及时隙计数器值，其中F,ub的 大小满足F,ub=F/2 \k为非负整数；
[0070] S3、读写器接收待识别标签的响应，同时时隙计数器加1;Sc=Sc+1 ;
[007U 若读写器接收到标签的回复且无碰撞发送，则表示成功识别该标签，化=化+1 ;
[0072] 若读写器接收到标签的回复且发生碰撞，则表示当前时隙内有多个标签同时响 应，化=化+1 ;
[007引若读写器没有接收到标签的回复，则说明当前时隙为空闲时隙，Ne=Ne+1 ;
[0074]S4、判断当前时隙计数器Sc的值是否小于等于子帖长度F,ub，若Sc《F,ub，则读写 器向其工作域内的待识别标签广播一个命令，然后返回步骤S3,所述命令包括时隙计数器 值诺Sc〉F,ub，执行步骤S5;
[0075]S5、判断成功时隙数化、碰撞时隙数化是否同时为0,若是，则整个识别过程结束； 否则读写器根据统计出的Ne和化的结果，查找第一配置表给出当前的待识别标签数，并根 据待识别标签数得到剩余标签数；
[0076] S6、根据得到的剩余标签数查找第二配置表更新下一帖帖长2令Q = Qm"Sc= 0返回步骤SI。
[0077] 进一步地，所述的待识别标签数表示当前识别过程开始前的所有标签数，剩余标 签数表示指本轮识别后剩下的标签数（作为下一轮识别的待识别标签书），它们的关系为： 剩余标签数=待识别标签数-Ns。
[007引进一步地，所述步骤S6中的第二配置表（详见表一）为剩余标签数和下一帖帖长 的关系表，根据剩余标签数可W找出对应的下一帖帖长；所述剩余标签数和下一帖帖长的 关系根据常规动态帖时隙ALOHA值FSA)算法推导出。上述剩余标签数n^t和下一帖帖长 F^t的具体关系为：
[0079]表一
[0080]
[0081] 上述第二配置表中，下一帖帖长F。,,表示如果估计出的剩余标签数n^t满足ni~ri2 的（ni、ri2分别为待识别标签数的最小和最大值）范围，那么就应该设置对应的帖长来 进行下一轮识别，而不是传统ALOHA-based算法中，将帖长的设置成与剩余签数n。,,相等的 数。因为，n^t是一个自然数，而帖长F必须是满足2的整数次幕的非负整数（受EPCglobal Cl Gen2标准的约束），所W本发明方法对帖长的设置适用于EPCglobal Cl Gen2标准。 例如，假设本轮识别过程结束后，读写器估计出剩余标签数为90,那么下一轮帖长应该是 128,而不是离90更近的64。
[0082] 进一步地，所述的步骤S5中第一配置表（详见表二）为不同帖长F和待识别标签 数n关系下，空闲时隙数Ne和碰撞时隙数化的关系配置表，具体包括W下几种关系：
[0083] 表二
[0084]
[0085] 如果系统中待识别标签数n与当前的帖长F满足上述关系，那么空闲时隙数Ne和 碰撞时隙数化对应的关系就应该满足上述约束。因此，一旦读写器在子帖中检测到空闲时 隙数Ne和碰撞时隙数化的关系，就能根据上述原则来估计出剩余标签数n^t(rw=n-Ns) 是多少。尽管子帖中时隙状态的分布并不严格与完整帖相同，但是只要保证子帖不太小，上 述关系就可W适用于许多不同大小的子帖。 同时，由于每次识别过程都采用子帖，即使估计 出现偏差，对最终结果的影响也不会很大。现举例说明上述关系的具体应用；假设本轮识别 过程中，读写器监测到Ne和化满足3. 2化<爬《15.INc，那么读写器就能判断出当前的待 识别标签数n=F/2。值得注意的是，在子帖的识别过程中，由于子帖小于完整帖，可能存在 化为0的情况，一旦出现化为0,则说明在子帖内空闲时隙过多，那就从某种程度上反应当 前的帖长过长。因此，当读写器监测到化为0时，按照化se2执行。
[0086] 上述不同帖长F和待识别标签数n关系下，空闲时隙数Ne和碰撞时隙数化的关 系推导方法包括W下步骤：
[0087] S51、定义Cf=log2(n/F)，初始化Q=Qini= 4,i= 1 ;
[008引 S52、判断当前Q值是否超过设定的最大值，若是则跳转到步骤S54,否则进入步骤 S53 ；
[0089] S53、令Qf=Q+Cf，令9。,,=Qf并根据第二配置表得到n^t对应的最小值ni和最大 值叫，计算空闲时隙数和碰撞时隙数；Ne(叫)/化(叫）=bi，Ne(叫)/化(叫）=a;，其中
[009引 其中，F= 2Q;
[009引空闲时隙数Ne与碰撞时隙数化的关系为；a;*化《Ne《bi*化1，然后Q++，i++， 并返回S52 ;
[0094] S54、对所有的a及bi分别求平均值，得到空闲时隙数Ne和碰撞时隙数Nc的约束 关系；为了保证化sel~化se5中约束的连续性，对任意两个相邻的约束取平均值。
[00巧]进一步地，所述命令为如ery/QueryAdj/QueryR巧命令，其广播规则为；步骤S2中 第一帖广播如ery命令，W后每一帖均广播如eryAdj命令；步骤S4中广播QueryRep命令。
[0096] 进一步地，上述步骤S2中，读写器向其工作域内的待识别标签广播一个命令后， 工作域内的待识别标签接收到读写器广播的命令后，提取命令中的Q值和Sc值，并在[1，円 中产生一个随机数加载到标签内的计数器上，并比较标签内计数器的值与当前的时隙计数 器Sc的值，若二者相等，则标签响应读写器的命令并向读写器回复自己的ID，否则不予响 应。所述的步骤S4中，读写器向其工作域内的待识别标签广播一个命令后，工作域内的待 识别标签接收到读写器广播的命令后，提取命令中的Sc值，并比较标签内计数器的值与当 前的时隙计数器Sc的值，若二者相等，则标签响应读写器的命令并向读写器回复自己的 ID，否则不予响应。
[0097] 为了本领域技术人员能够理解并且实施本发明技术方案，下面将结合具体实施例 对本发明申请方案作进一步说明：
[009引下面W10个标签的识别过程为例，如图2所示，具体实施步骤如下：
[0099] 步骤1 ;读写器初始化清零，读写器时隙计算器Sc，空闲时隙数Ne、碰撞时隙数化 W及成功时隙数化的值均为0 ;
[0100] 步骤2 ;读写器向其工作域内的标签广播一个如ery命令，Query命令所规定的此 时帖长F= 16,子帖F日血=4,Sc=Sc+1 ;
[0101] 步骤3 ;第一轮识别；当读写器读完F,ub个时隙后，统计出Ne、Ns、化分别为2、2、 0 ;由于化为0,根据化se2,读写器判断出系统内待识别标签数n为当前帖大小的1/2,估 计出的剩余标签数为nwt=F/2-化=6,根据第二配置表读写器设定下一帖的帖长为8 ;
[0102] 步骤4 ;第二轮识别；本轮识别过程，帖长为8,子帖长为F,ub= 4,当读写器读完4 个时隙之后，统计出Ne，Ns，化分别为1，2，1 ;Ne，化的关系满足表化se3,读写器判断出系 统内待识别的标签数n等于当前帖长，估计出的剩余标签数为nwt=F-化=6,根据第二配 置表读写器设定下一帖的帖长为8 ;
[0103] 步骤5 ;第S轮识别：读写器在读完子帖后统计出，Ne，Ns，化分别为1，3,0 ;同步 骤3类似，化=0,根据化se2,读写器判断出系统内待识别标签数n为当前帖大小的1/2， 估计出的剩余标签数为nwt=F/2-化=1，根据第二配置表读写器设定下一帖的帖长为2 ;
[0104] 步骤6 ;第四轮识别；读写器在读完子帖后统计出，Ne，化，化分别为0,1，1 ;Ne，Nc 的关系满足化se5,读写器判断出系统内待识别标签数n为当前帖长的4倍，估计出的剩余 标签数为nwt= 4F-化=7,根据第二配置表读写器设定下一帖的帖长为8 ;
[01化]步骤7 ;第五轮识别；本轮识别过程，帖长为8,子帖长为F,ub= 4,在读完子帖后， 读写器统计出Ne，Ns，化分别为2,2,0 ;化为0,根据化se2,读写器判断出系统内待识别标 签数n为当前帖大小的1/2,估计出的剩余标签数为n,,t=F/2-化=2,根据第二配置表读 写器设定下一帖的帖长为2;
[0106] 步骤8 ;第六轮识别；本轮识别过程中，Ne，Ns，化均为0,读写器判断出所有标签 均被成功识别，整个识别过程结束。
[0107] 从本实施例中可W看出，读写器采用本发明方法共需要六轮，22个时隙来识别全 部标签，吞吐率性能为0. 4545。除了第五轮，其余识别过程对帖长的设置均是准确而合理 的。第五轮的帖长的合理设置应该是2,由于出现估计错误导致帖长设置为2,然而本发明 方法识别过程中均采用了子帖，从而减少了估计错误对识别过程的影响。
[0108] 如图3所示为采用经典ALOHA-based算法schoute'S方法识别图2中10个标签 的过程，此部分为本领域技术人员的公知常识，在此不作详细描述。由图2、图3对比可知， 本发明基于子帖观测的防碰撞算法相对于经典算法减少了所需的总时隙数，提高了识别效 率。
[0109] 图4~图14给出了本发明方法与现有经典防碰撞算法的比较，从图中可W看出， 本发明在吞吐率、时间效率（n个成功时隙所需的时间比上识别n个标签所需的总时间），识 别速度上的优势，其中；Q-algorithm为EPCglobalC1Gen2标准规定的Q值算法，MAP为基 于最大后验概率的防碰撞算法，FEIA为一种可行的便于实现的防碰撞算法，ILCM为基于增 强型线性融合模型的防碰撞算法。
[0110] 表=和表四给出了本发明方法与现有经典防碰撞算法相比，在复杂度W及综合性 能上的优势。
[01川表立 [0112]
[0115] 本领域的普通技术人员将会意识到，该里所述的实施例是为了帮助读者理解本发 明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于该样的特别陈述和实施例。本领域的 普通技术人员可w根据本发明公开的该些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各 种具体变形和组合，该些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
【主权项】
1. 一种基于子帧观测的动态帧时隙ALOHA防碰撞算法，其特征在于，在每一轮识别过 程中采取设定的子帧观测，并依据空闲时隙数与碰撞时隙数的关系查找设定的第一配置表 给出系统内的待识别标签数，并得到剩余标签数，然后根据剩余标签数查找设定的第二配 置表给出下一轮的时隙帧帧长进行下一轮识别过程，根据上述方法循环识别过程至工作区 域内的标签识别完毕。2. 根据权利要求1所述的基于子帧观测的动态时隙ALOHA防碰撞算法，其特征在于，具 体包括以下步骤： 51、 读写器初始化清零：将读写器的时隙计数器Sc、空闲时隙数Ne、碰撞时隙数Nc以及 成功时隙数Ns均清零； 52、 读写器向其工作域内的待识别标签广播一个命令，发起命令的同时时隙计数器加 I :Sc = Sc+1 ;所述命令包括时隙帧F = 2Q、子帧Fsub以及时隙计数器值，其中F sub的大小满 足Fsub= F/2k，k为非负整数； 53、 读写器接收待识别标签的响应，同时时隙计数器加 I :Sc = Sc+1 ; 若读写器接收到标签的回复且无碰撞发送，则表示成功识别该标签，Ns = Ns+1 ; 若读写器接收到标签的回复且发生碰撞，则表示当前时隙内有多个标签同时响应，Ne =Nc+1 ； 若读写器没有接收到标签的回复，则说明当前时隙为空闲时隙，Ne = Ne+l ; 54、 判断当前时隙计数器Sc的值是否小于等于子帧长度Fsub，若Sc彡Fsub，则读写器 向其工作域内的待识别标签广播一个命令，然后返回步骤S3,所述命令包括时隙计数器值； 若Sc>F sub，执行步骤S5 ; 55、 判断成功时隙数Ns、碰撞时隙数Nc是否同时为0,若是，则整个识别过程结束；否则 读写器根据统计出的Ne和Nc的结果，查找第一配置表给出当前的待识别标签数，并根据待 识别标签数得到剩余标签数； 56、 根据得到的剩余标签数查找第二配置表更新下一帧帧长Fnxt= 2 Qmt;令Q = Q mt，Sc =0返回步骤S1。3. 根据权利要求2所述的基于子帧观测的动态帧时隙ALOHA防碰撞算法，其特征在于， 所述的待识别标签数表示当前识别过程开始前的所有标签数，剩余标签数表示指本轮识别 后剩下的标签数，它们的关系为：剩余标签数=待识别标签数-Ns。4. 根据权利要求2所述的基于子帧观测的动态帧时隙ALOHA防碰撞算法，其特征在 于，所述步骤S6中的第二配置表为剩余标签数和下一帧帧长的关系表，根据剩余标签数 可以找出对应的下一帧帧长；所述剩余标签数和下一帧帧长的关系根据常规动态帧时隙 ALOHA (DFSA)算法推导出。5. 根据权利要求4所述的基于子帧观测的动态帧时隙ALOHA防碰撞算法，其特征在于， 所述剩余标签数nest和下一帧帧长F nxt的具体关系为： I neSt^= 3, F nxt= 2 Qnxt= 2, Q mt= I ； 4 nest^： 5, F nxt= 2 Qnxt= 4, Q mt= 2 ； 6. nest< 11，P nxt= 2 Qnxt= 8, Q mt= 3 ; 12 nest^ 22, Fnxt= 2 Qnxt= 16, Q mt= 4 ； 23. nest< 44, Fnxt= 2 Qmt= 32, Qmt= 5 ; 45. nest< 89, Fnxt= 2 Qmt= 64, Qmt= 6 ; 90. nest< 177, Fnxt= 2 Qmt= 128, Qmt= 7 ; 178. nest< 355, Fnxt= 2 Qmt= 256, Qmt= 8 ; 356. nest< 710, Fnxt= 2 Qmt= 512, Qmt= 9 ; 711. nest< 1420, Fnxt= 2Qmt= 1024, Qmt= 10 ; 1421 彡 nest< 2839, Fnxt= 2 Qmt= 2048, Qmt= 11 ; 2840 彡 nest< 5678, Fnxt= 2 Qmt= 4096, Qmt= 12 ; 5679 彡 nest彡 11357, Fnxt= 2 Qnxt= 8192, Qmt= 13 ; 11358 彡 nest彡 22713, Fnxt= 2 Qnxt= 16384, Qmt= 14 ; 22714 彡 nest彡 45426, Fnxt= 2 Qnxt= 32768, Qmt= 15。6. 根据权利要求5所述的基于子帧观测的动态帧时隙ALOHA防碰撞算法，其特征在于， 所述的步骤S5中第一配置表为不同帧长F和待识别标签数η关系下，空闲时隙数Ne和碰 撞时隙数Nc的关系配置表，具体包括以下几种关系： Casel ：n = F/4,15. lNc<Ne ^ 63. 8Nc ； Case2 ：n = F/2,3. 2Nc<Ne ^ 15. INc ； Case3 ：n = F,0. 6Nc<Ne 3. 2Nc ； Case4 :n = 2F，0. 08Nc〈Ne 彡 0· 6Nc ; Case5 :n = 4F，0 彡 Ne 彡 0· 08Nc ; 如果监测到Ne为0,按Case2执行。7. 根据权利要求6所述的基于子帧观测的动态帧时隙ALOHA防碰撞算法，其特征在于， 所述不同帧长F和待识别标签数η关系下，空闲时隙数Ne和碰撞时隙数Nc的关系推导方 法包括以下步骤： 551、 定义 Cf= log2(n/F)，初始化 Q = Qini= 4, i = 1 ; 552、 判断当前Q值是否超过设定的最大值，若是则跳转到步骤S54,否则进入步骤 S53 ； 553、 令Qf=Q+Cf，令Qnxt=Qf并根据第二配置表得到n est对应的最小值n1和最大值 n2，计算空闲时隙数和碰撞时隙数：Ne (η)/Ne Oi1) = IvNe(Ii2)/Ne (n2) = Si，其中 Nc(Ai)=^(I-IZF)"1, Ns(/7,)=(/7.,/Ff(I-IZF),，rl, Ncfc1) =F-Ne(H1)-Ns(Ii1)； Nc(/?2)=^(1-1/F),,:, Ns(/?2)=(/;：/F)^(1-1/F),,:'1, Nc(n2) = F-Ne (n2)-Ns (n2)； 其中，F = 2q; 空闲时隙数Ne与碰撞时隙数Ne的关系为：ajNc彡Ne彡bi*NCi，然后Q++，i++，并返 回 S52 ; 554、 对所有的％及b i分别求平均值，得到空闲时隙数Ne和碰撞时隙数Nc的约束关 系；为了保证Casel~Case5中约束的连续性，对任意两个相邻的约束取平均值。8. 根据权利要求2所述的基于子帧观测的动态帧时隙ALOHA防碰撞算法，其特征在于， 所述命令为Query/QueryAdj/QueryRep命令，其广播规则为：步骤S2中第一帧广播Query 命令，以后每一帧均广播QueryAdj命令；步骤S4中广播QueryRep命令。9. 根据权利要求2-8任一所述的基于子帧观测的动态时隙ALOHA防碰撞算法，其特征 在于，所述的步骤S2中，读写器向其工作域内的待识别标签广播一个命令后，工作域内的 待识别标签接收到读写器广播的命令后，提取命令中的Q值和Sc值，并在[1，F]中产生一 个随机数加载到标签内的计数器上，并比较标签内计数器的值与当前的时隙计数器Sc的 值，若二者相等，则标签响应读写器的命令并向读写器回复自己的ID，否则不予响应。10.根据权利要求2-8任一所述的基于子帧观测的动态时隙ALOHA防碰撞算法，其特征 在于，所述的步骤S4中，读写器向其工作域内的待识别标签广播一个命令后，工作域内的 待识别标签接收到读写器广播的命令后，提取命令中的Sc值，并比较标签内计数器的值与 当前的时隙计数器Sc的值，若二者相等，则标签响应读写器的命令并向读写器回复自己的 ID，否则不予响应。
【专利摘要】本发明公开了一种基于子帧观测的动态帧时隙ALOHA防碰撞算法，在每一轮识别过程中采取设定的子帧观测，并依据空闲时隙数与碰撞时隙数的关系查找设定的第一配置表给出系统内的待识别标签数，并得到剩余标签数，然后根据剩余标签数查找设定的第二配置表给出下一轮的时隙帧帧长进行下一轮识别过程，根据上述方法循环识别过程至工作区域内的标签识别完毕。本发明利用系统中剩余标签数为下一轮识别设定一个合适的帧长；能够根据更新的帧长来开启下一轮识别，提高了系统的识别效率和稳定性；对标签数的估计都是基于最简单的数学运算，避免了传统防碰撞算法中的复杂估计算法对硬件平台较高的要求和依赖，极大的降低了系统复杂度。
【IPC分类】G06K17/00
【公开号】CN104881693
【申请号】CN201510221342
【发明人】苏健, 文光俊, 李建
【申请人】电子科技大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月4日