專利名稱：一種用于rfid系統(tǒng)的多標(biāo)簽防碰撞方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于物聯(lián)網(wǎng)通信領(lǐng)域，涉及一種用于射頻識別(RFID)的以16個時隙為基礎(chǔ)的多標(biāo)簽防碰撞方法。
背景技術(shù)：
無線射頻識別系統(tǒng)(RFID)是一種在開放的系統(tǒng)環(huán)境中使用無線射頻進(jìn)行對象識別的技術(shù)。這種開放式識別的優(yōu)點(diǎn)是不需要進(jìn)行物理接觸或其它任何可見的接觸即可識另O，同時還防水、防磁、耐高溫，并且可以工作在惡劣環(huán)境中，使用壽命長。RFID技術(shù)可以追溯到二戰(zhàn)時期，后來慢慢發(fā)展應(yīng)用到了物流、物品管理、超市、軍事以及票證管理、動物識別上，中國的第二代身份證采用的也是射頻識別技術(shù)。它是溝通物理世界與虛擬網(wǎng)絡(luò)的橋梁，
必將對人類的現(xiàn)實(shí)生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。標(biāo)簽碰撞(collision)是RFID系統(tǒng)中不可避免的一類問題。當(dāng)一臺閱讀器的閱讀范圍內(nèi)同時出現(xiàn)了兩個或者兩個以上的標(biāo)簽時，信號就會產(chǎn)生疊加，從而使閱讀器無法正確地解析出標(biāo)簽所發(fā)送的信號，這就是標(biāo)簽的碰撞問題。解決標(biāo)簽碰撞問題的方法有很多，可以分為時分多路法(TDMA)、頻分多路法(FDMA)、空分多路法(SDMA)和碼分多路法(CDMA)。但是考慮到設(shè)備的復(fù)雜性及標(biāo)簽的成本問題，時分多路法最為常用。通常，時分多路法可分為標(biāo)簽控制法和閱讀器控制法。標(biāo)簽控制法最具代表性的是ALOHA方法，這是一種隨機(jī)接入的方法，發(fā)生碰撞的標(biāo)簽在接收到閱讀器發(fā)送的碰撞指令后會隨機(jī)的等待一段時間后再重新發(fā)送自身信息以避免沖突，直到發(fā)送成功為止。ALOHA方法的計算復(fù)雜度較小，對標(biāo)簽要求也較低，但是存在標(biāo)簽永遠(yuǎn)不被識別的風(fēng)險。閱讀器控制法可以分為輪詢法和二進(jìn)制搜索法1)輪詢法原理比較簡單，即閱讀器挨個詢問標(biāo)簽，只有符合條件的標(biāo)簽發(fā)送應(yīng)答。但是輪詢法在標(biāo)簽較多時識別效率不高，且容易受到假冒標(biāo)簽的攻擊。I) 二進(jìn)制搜索法的基本思想是按照遞歸的工作方式將發(fā)生碰撞的標(biāo)簽集合劃分為兩個標(biāo)簽子集，如仍有碰撞則將碰撞的子集繼續(xù)劃分，直到集合中只剩下一個標(biāo)簽為止。優(yōu)點(diǎn)是能夠百分之百地識別標(biāo)簽，但算法復(fù)雜度高，泄露的信息較多而安全性差，且標(biāo)簽在清點(diǎn)開始時發(fā)生碰撞的概率極大，識別效率受到標(biāo)簽ID分布情況的影響變化較大；隨著社會的飛速發(fā)展，標(biāo)簽需要攜帶的信息越來越多，閱讀器與標(biāo)簽之間交互的信息量也越來越大，但是RFID系統(tǒng)使用的環(huán)境卻越來越復(fù)雜。因此，制定出安全、高效的防碰撞接入機(jī)制是非常有意義的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種用于RFID系統(tǒng)的多標(biāo)簽防碰撞新方法。該方法以16個時隙的識別為基礎(chǔ)，將輪詢機(jī)制和隨機(jī)接入機(jī)制有機(jī)結(jié)合，在執(zhí)行2輪16個時隙的輪詢后，若仍然存在碰撞，則轉(zhuǎn)入隨機(jī)接入方式，從而避免了大規(guī)模輪詢，提高了防碰撞性能，可以有效地防止攻擊者利用偽造的假冒標(biāo)簽進(jìn)行的閱讀器攻擊。
其技術(shù)解決方案是—種用于RFID系統(tǒng)的多標(biāo)簽防碰撞方法,包括以下步驟a在初始狀態(tài)下，閱讀器發(fā)給標(biāo)簽的掩碼Mask長度設(shè)置為0，閱讀器不斷發(fā)送清點(diǎn)請求指令，要求在其閱讀范圍內(nèi)的標(biāo)簽給予響應(yīng)；b當(dāng)有標(biāo)簽進(jìn)入閱讀器的閱讀范圍時，標(biāo)簽接收到閱讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應(yīng)電流獲得的能量向閱讀器發(fā)送自身攜帶的信息；閱讀器檢測收到的信息，若對信號解析成功，表示沒有碰撞發(fā)生，清點(diǎn)完畢，完成對標(biāo)簽的讀??；若沒有成功解析出標(biāo)簽發(fā)送的信息，表示標(biāo)簽發(fā)生碰撞，則進(jìn)入防碰撞過程；c在防碰撞過程中，閱讀器將應(yīng)答時間劃分為16個時隙,每個時隙的長度大于一個標(biāo)簽和閱讀器完成數(shù)據(jù)交換所需的時間長度；初始時，Mask值設(shè)為0000，并向所有標(biāo)簽發(fā)送清點(diǎn)請求指令；標(biāo)簽接收到清點(diǎn)請求指令后，將時隙計數(shù)器清0，然后從閱讀器發(fā)送的請求數(shù)據(jù)幀中取出Mask值的有效位；標(biāo)簽比較Mask值的有效位與標(biāo)簽的唯一標(biāo)識符WD
中相同位數(shù)的最低有效位，若兩者相同且符合條件的標(biāo)簽數(shù)只有一個，則成功讀取標(biāo)簽，當(dāng)前Mask值加1，繼續(xù)輪詢；若符合條件的標(biāo)簽數(shù)不止一個，閱讀器記下此時的Mask值XXXX，然后把當(dāng)前Mask值加1，重新發(fā)送清點(diǎn)請求指令，直到16個時隙輪詢完，若此時仍有未被識別的標(biāo)簽，則讀寫器把Mask值設(shè)為0000ΧΧΧΧ，繼續(xù)進(jìn)行下一次16個時隙的輪詢；若進(jìn)行完以上兩次16時隙共32時隙的輪詢后，仍有標(biāo)簽未被識別，則命令剩余的標(biāo)簽隨機(jī)獨(dú)立地在O 15中選擇一個整數(shù)作為自己發(fā)送UID的時隙序號,并將這個序號存在標(biāo)簽寄存器SN中；然后與時隙O至?xí)r隙15進(jìn)行比較，若標(biāo)簽寄存器SN中的值等于時隙值，則發(fā)送自身UID ;若無碰撞發(fā)生，則標(biāo)簽被成功識別；若仍有碰撞，則標(biāo)簽進(jìn)入等待狀態(tài)，在下一個16時隙過程中重復(fù)該步驟，直到執(zhí)行閱讀器的某次清點(diǎn)請求指令發(fā)現(xiàn)不存在碰撞為止，此時標(biāo)簽全部被識別。上述步驟c中，時隙計數(shù)器的計數(shù)范圍為O 15，用來計算當(dāng)前時隙數(shù)以及輪詢的次數(shù)。上述步驟c中，Mask值的位數(shù)分為4位和8位兩種，最大為8位，Mask值為0000 1111，或為 0000 0000 1111 1111。上述步驟c中，在標(biāo)簽之中嵌入時鐘控制部分，各控制單元必須與此時鐘同步，標(biāo)簽發(fā)送信息的起始點(diǎn)為一個時隙的起始處；所有的標(biāo)簽保持同步，均由閱讀器控制。上述步驟a中，讀寫器的清點(diǎn)請求指令包括S0F、標(biāo)志、命令、Mask長度、Mask值、CRC和EOF字段，其中標(biāo)志、命令、Mask長度字段為8位，Mask值、CRC字段為16位，SOF,EOF分別表示數(shù)據(jù)幀的開頭和結(jié)尾；CRC為循環(huán)冗余校驗。上述步驟a中，標(biāo)簽的通用響應(yīng)格式包括S0F、標(biāo)志、參數(shù)、數(shù)據(jù)、CRC和EOF字段，其中標(biāo)志字段為8位，參數(shù)、CRC字段為16位，數(shù)據(jù)段為8字節(jié)。本發(fā)明具有以下有益技術(shù)效果本發(fā)明中，數(shù)據(jù)的調(diào)制、編碼等過程以及涉及到的命令在現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用中有很好的兼容性。本發(fā)明有效地利用16個時隙，采用輪詢機(jī)制和隨機(jī)接入思想相結(jié)合的方式，避免了大規(guī)模輪詢，提高了識別效率，有效地防止了攻擊者利用偽造的假冒標(biāo)簽進(jìn)行的閱讀器攻擊。


下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作更進(jìn)一步說明圖為本發(fā)明一種實(shí)施方式的流程示意框圖。
具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖，本發(fā)明的基本思想是針對RFID系統(tǒng)的實(shí)際使用情況，將整個標(biāo)簽的響應(yīng)過程分為16個時隙。碰撞發(fā)生時，系統(tǒng)首先在閱讀器的控制下進(jìn)行兩次16個時隙共32個時隙的輪詢過程，理論上可讀取的標(biāo)簽數(shù)為28=256個；然后閱讀器再根據(jù)實(shí)際情況判斷是否仍有碰撞發(fā)生。若仍有碰撞，則讓剩余標(biāo)簽隨機(jī)獨(dú)立地在O 15中選擇 一個整數(shù)作為自己發(fā)送WD的時隙序號來發(fā)送自身信息，從而摒棄后面的大規(guī)模輪詢，提高了標(biāo)簽識別效率，可以有效地防止攻擊者利用偽造的假冒標(biāo)簽進(jìn)行的閱讀器攻擊。為了更好地理解本發(fā)明，將涉及到的部分縮略語定義(解釋)為ASK:幅度鍵控CRC :循環(huán)冗余校驗LSB :最低有效位MSB :最聞有效位Mask 閱讀器發(fā)給標(biāo)簽的掩碼UID :標(biāo)簽唯一標(biāo)識符VCD :附近式耦合設(shè)備，即閱讀器VICC :附近式集成電路卡，即標(biāo)簽具體包括以下三個方面(I)對閱讀器和標(biāo)簽之間的通信信號進(jìn)行調(diào)制，采用ASK的調(diào)制原理，使用兩個調(diào)制指數(shù)10%和100%，VICC對兩者都能夠解碼，使用何種調(diào)制指數(shù)由VCD決定；數(shù)據(jù)編碼采用脈沖位置調(diào)制方式，存在256選I和4選I兩種編碼模式，VICC應(yīng)能夠支持兩種數(shù)據(jù)編碼模式，使用何種模式由VCD決定。(2)傳輸協(xié)議定義了 V⑶和VICC之間指令和數(shù)據(jù)雙向交換的機(jī)制，基于“V⑶首先說”的概念，簡單規(guī)則如下協(xié)議基于一個交換從V⑶到VICC的一次請求以及從VICC(S)到V⑶的一次響應(yīng)，每一次請求和每一次響應(yīng)包含在一幀內(nèi)，一幀中傳輸?shù)谋忍財?shù)是8的倍數(shù)，即整數(shù)個字節(jié)。數(shù)據(jù)在傳輸過程中首先傳輸LSB部分。當(dāng)收到來自VCD的一次清點(diǎn)請求指令，VICC將校對清點(diǎn)請求指令中CRC的值是否有效。若有效，則執(zhí)行命令；若無效，VICC將丟掉該幀，并不響應(yīng)。(3)防碰撞過程以16個時隙的識別為基礎(chǔ)，融入了輪詢和隨機(jī)接入的思想，主要分為兩部分。①輪詢部分采用16個時隙，每個時隙的長度稍大于一個標(biāo)簽和閱讀器完成數(shù)據(jù)交換所需的時間長度。該部分以V⑶為主導(dǎo)，閱讀器不斷修改Mask值傳給VICC，標(biāo)簽收到清點(diǎn)請求指令后比較掩碼值與自身UID相對應(yīng)的LSB，若相等則發(fā)送自身UID給閱讀器，完成標(biāo)簽的識別；當(dāng)掩碼值位數(shù)完成8位的輪詢時，即停止輪詢，進(jìn)入隨機(jī)接入部分。②隨機(jī)接入部分采用16個時隙的隨機(jī)接入思想。讓所有在前一部分中沒有被識別的標(biāo)簽隨機(jī)獨(dú)立地在O 15中選擇一個整數(shù)作為自己發(fā)送UID的時隙序號，16個時隙完成后若仍有碰撞，則在閱讀器的控制下再進(jìn)行16個時隙的識別，直至無碰撞發(fā)生為止。上述過程的標(biāo)簽UID格式為
權(quán)利要求
1.一種用于RFID系統(tǒng)的多標(biāo)簽防碰撞方法，其特征在于包括以下步驟 a在初始狀態(tài)下，閱讀器發(fā)給標(biāo)簽的掩碼Mask長度設(shè)置為O，閱讀器不斷發(fā)送清點(diǎn)請求指令，要求在其閱讀范圍內(nèi)的標(biāo)簽給予響應(yīng)； b當(dāng)有標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器的閱讀范圍時，標(biāo)簽接收到閱讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應(yīng)電流獲得的能量向閱讀器發(fā)送自身攜帶的信息；閱讀器檢測收到的信息，若對信號解析成功，表示沒有碰撞發(fā)生，清點(diǎn)完畢，完成對標(biāo)簽的讀??；若沒有成功解析出標(biāo)簽發(fā)送的信息，表示標(biāo)簽發(fā)生碰撞，則進(jìn)入防碰撞過程； c在防碰撞過程中，閱讀器將應(yīng)答時間劃分為16個時隙,每個時隙的長度大于一個標(biāo)簽和閱讀器完成數(shù)據(jù)交換所需的時間長度；初始時，Mask值設(shè)為0000，并向所有標(biāo)簽發(fā)送清點(diǎn)請求指令；標(biāo)簽接收到清點(diǎn)請求指令后，將時隙計數(shù)器清0，然后從閱讀器發(fā)送的請求數(shù)據(jù)幀中取出Mask值的有效位；標(biāo)簽比較Mask值的有效位與標(biāo)簽的唯一標(biāo)識符WD中相同位數(shù)的最低有效位，若兩者相同且符合條件的標(biāo)簽數(shù)只有一個，則成功讀取標(biāo)簽，當(dāng)前Mask值加1，繼續(xù)輪詢；若符合條件的標(biāo)簽數(shù)不止一個，閱讀器記下此時的Mask值XXXX，然后把當(dāng)前Mask值加1，重新發(fā)送清點(diǎn)請求指令，直到16個時隙輪詢完。若此時仍有未被識別的標(biāo)簽，則閱讀器把Mask值設(shè)為0000 XXXX,繼續(xù)進(jìn)行下一次16個時隙的輪詢；若進(jìn)行完以上兩次16時隙共32時隙的輪詢后，仍有標(biāo)簽未被識別，則命令剩余的標(biāo)簽隨機(jī)獨(dú)立地在O 15中選擇一個整數(shù)作為自己發(fā)送WD的時隙序號，并將這個序號存在標(biāo)簽寄存器SN中；然后與時隙O至?xí)r隙15進(jìn)行比較，若標(biāo)簽寄存器SN中的值等于時隙值，則發(fā)送自身UID ;若無碰撞發(fā)生，則標(biāo)簽被成功識別；若仍有碰撞，則標(biāo)簽進(jìn)入等待狀態(tài)；在下一個16時隙過程中重復(fù)該步驟，直到執(zhí)行閱讀器的某次清點(diǎn)請求指令發(fā)現(xiàn)不存在碰撞為止，此時標(biāo)簽全部被識別。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于RFID系統(tǒng)的多標(biāo)簽防碰撞方法，其特征在于所述步驟c中，Mask值的位數(shù)分為4位和8位兩種，最大為8位，Mask值為0000 1111，或為0000 0000 1111 1111。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于RFID系統(tǒng)的多標(biāo)簽防碰撞方法，其特征在于所述步驟c中，時隙計數(shù)器的計數(shù)范圍為O 15，用來計算當(dāng)前時隙數(shù)以及輪詢的次數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于RFID系統(tǒng)的多標(biāo)簽防碰撞方法,其特征在于所述步驟c中，在標(biāo)簽之中嵌入時鐘控制部分，各控制單元必須與此時鐘同步，標(biāo)簽發(fā)送信息的起始點(diǎn)為一個時隙的起始處；所有的標(biāo)簽保持同步，均由閱讀器控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于RFID系統(tǒng)的多標(biāo)簽防碰撞方法,其特征在于所述步驟a中，閱讀器的清點(diǎn)請求指令包括SOF、標(biāo)志、命令、Mask長度、Mask值、CRC和EOF字段，其中標(biāo)志、命令、Mask長度字段為8位，Mask值、CRC字段為16位，SOF,EOF分別表示數(shù)據(jù)幀的開頭和結(jié)尾；CRC為循環(huán)冗余校驗。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于RFID系統(tǒng)的多標(biāo)簽防碰撞方法,其特征在于所述步驟a中，標(biāo)簽的通用響應(yīng)格式包括S0F、標(biāo)志、參數(shù)、數(shù)據(jù)、CRC和EOF字段，其中標(biāo)志字段為8位，參數(shù)、CRC字段為16位，數(shù)據(jù)段為8字節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于RFID系統(tǒng)的多標(biāo)簽防碰撞方法，該方法以16個時隙的識別為基礎(chǔ)，采用輪詢和隨機(jī)接入相結(jié)合的思想將整個標(biāo)簽的響應(yīng)過程分為16個時隙；閱讀器不斷發(fā)送清點(diǎn)請求指令，要求在其閱讀范圍內(nèi)的標(biāo)簽給予響應(yīng)；當(dāng)有標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器的閱讀范圍時，接收到閱讀器發(fā)出的射頻信號后發(fā)送自身攜帶的信息，閱讀器檢測收到的信息，若對信號解析成功，表示沒有碰撞發(fā)生，清點(diǎn)完畢，完成對標(biāo)簽的讀??；若沒有成功解析出標(biāo)簽發(fā)送的信息，則表示標(biāo)簽發(fā)生碰撞。該多標(biāo)簽防碰撞方法避免了大規(guī)模輪詢，提高了識別效率，可以有效防止假冒標(biāo)簽等惡意攻擊。
文檔編號G06K7/00GK102880843SQ20121030386
公開日2013年1月16日 申請日期2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月24日
發(fā)明者石樂義, 王曉蕊 申請人:中國石油大學(xué)(華東)