基于Hash函数的RFID读卡器时隙分组或映射多目标标签的识别方法技术

本发明专利技术提出一种基于Hash函数的RFID读卡器时隙分组或映射多目标标签的识别方法，包括：根据未识别的标签数量来判断所采用的标签识别过程；一种是构造Hash函数进行标签识别；另一种是对标签进行分组，再对每组标签随机分配时隙进行标签识别；读卡器根据识别结果，当有剩余未识别的标签时，根据未识别的标签数量和帧长，继续进行识别。本发明专利技术就物联网射频识别系统标签碰撞问题出发，通过判断标签数量的方式，用Hash函数进行映射或进行分组的方法对现有的通信机制下的TCS算法进行了改进，优化了标签识别过程，提高了系统的吞吐量，降低了系统的标签碰撞率。

Identification method of RFID card reader's slot grouping or mapping multi target tag based on Hash function

The invention proposes a method for RFID card reader slot grouping or mapping multi-target tag recognition based on Hash function, which includes: judging the tag recognition process according to the number of unrecognized tags; constructing Hash function for tag recognition; and grouping tags and randomly dividing each group of tags. Label recognition is carried out with time slots, and the reader continues to recognize the remaining unrecognized labels according to the number of unrecognized labels and frame length. The invention improves the TCS algorithm under the existing communication mechanism by judging the number of tags, mapping or grouping the Hash function, optimizes the tag identification process, improves the throughput of the system, and reduces the tag collision of the system. Rate.

【技术实现步骤摘要】
基于Hash函数的RFID读卡器时隙分组或映射多目标标签的识别方法
本专利技术属于无线射频识别(RFID)
，涉及一种基于Hash函数的RFID读卡器多目标时隙分组或映射的多目标标签的识别方法，用于解决RFID多目标的防碰撞识别问题。
技术介绍
作为一种发展较早的自动识别技术，RFID技术凭借其简单实用、数据容量大、使用寿命长等优点，并和无线传感网络技术、无线通信技术融合，在生产、交通和公共管理等各个方面取得了广泛地应用，已经形成了一个重要的物联系统，然而在该系统中，当一个读卡器在同一时间识别多个标签时，在同一信道上同时发送的信号之间会相互抵消或形成干扰，导致读卡器无法正确识别出标签。所以研究RFID多目标的防碰撞识别问题是RFID技术需要解决的关键问题。如图1所示，是RFID多目标的防碰撞识别问题的一个应用场景简化图，描述了通信标签识别的过程。在此场景中，读卡器具有一定的识别范围，当读卡器没有任务时，通信标签处于睡眠模式，标签中的传感器从标签本身获取主要信息，当系统需要收集标签数据时，读卡器向标签发送信号，唤醒睡眠标签，标签之间使用读卡器的射频能量开始进行通信。现有的RFID多目标不确定性标签防碰撞方法，主要包括纯ALOHA算法，时隙ALOHA算法，帧时隙ALOHA算法(FSA)和动态帧时隙ALOHA算法(DFSA)等。在传统DFSA算法中，每一帧分为多个时隙，标签随机选择时隙做出响应，两个或两个以上标签选择相同时隙时系统就会发生碰撞，相应的标签就会退出，等待下一轮的识别。DFSA可根据阅读器读取状况估计出标签数量，同时若知道初始帧长和参与识别标签数量，可以计算出所需时隙数。DFSA算法的核心是估计出每帧中未被识别的标签数量，使帧长近似等于未被识别的标签数并动态调整下一帧的帧长，直到系统中的标签完全被识别。但DFSA算法中，由于硬件条件和制作成本的限制，动态设置的帧长不能随标签数量的增大而一直增加，当标签数量大于最大帧长时正确识别率会急剧下降，并且在每一帧中每个标签只能传送一次数据，该标签所选择的时隙也是随机的，这表明标签的碰撞也是随机的。参考文献：张晶.基于动态帧时隙ALOHA的标签防碰撞算法研究[D].河北工业大学,2015。现有的TCS(TagCommunicationSlot，标签通信时隙)算法是在传统的DFSA算法的基础上通过使用标签通信时隙和对相关硬件的设计，使标签之间可以相互通信，TCS算法的改善之处是在标签的数量估计和标签的识别过程之间添加了一个标签通信时隙，该通信时隙由标签的配对和信息传递两个部分组成，标签之间使用读卡器的射频能量进行通信，在配对过程中，标签选择用最少的能量在最短路径中进行配对，通过组合数据的方式来减少参与识别过程的标签数量。若信号传播速度为v，时间为T，则两标签间距离S＝v·T。配对进行两轮，配对成功的标签传送信息，传递信息的标签数量为NS，标签退出识别过程，未配对成功的标签和接收信息的标签进行接下来的识别过程。根据阅读器的阅读情况估计出标签参加下一轮识别的标签数量为NE。在估计的标签数量的基础上计算出下一轮DFSA动态调整的帧长N＝NE-NS。若系统内仍有标签未被识别，则从配对过程开始进行以上步骤，直到系统内的标签完全被识别。TCS参考文献：LiM,XieH,WangW,etal.AnAdvancedAnti-CollisionAlgorithmBasedonInter-TagCommunicationMechanisminRFID-SensorNetwork[C]//IEEE,InternationalConferenceonMobileAdHocandSensorSystems.IEEE,2015:618-623。结果显示TCS算法在标签数量较大的情况下可以有效地提高正确识别率，但是当参与识别过程标签数量较少时，系统的吞吐量反馈显示比传统的DFSA算法还要低，并且参与识别的标签到达一定的数量后，随着标签数量的增加，吞吐量下降过快。综上，为了解决多目标的防碰撞问题，较多的学者和技术人员不断地探索和研究更为高效、安全的防碰撞技术，尝试了多种防碰撞算法，但是现有的防碰撞算法中依旧存在很多问题。现有的TCS算法是在DFSA算法的基础上通过使用标签通信时隙和对相关硬件的设计，使标签之间可以相互通信，虽然TCS算法相对于DFSA算法有所改进，但仍然存在标签数量较少时系统正确识别率较低以及标签数量较多时吞吐量下降较快的问题。
技术实现思路
针对现有传统DFSA算法与TCS算法在解决RFID系统里的多目标的防碰撞识别问题时存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于Hash函数的RFID读卡器时隙分组或映射多目标标签的识别方法，通过对标签数量的判断选择用Hash函数进行映射或进行分组，优化了标签识别过程，提高了系统的吞吐量，降低了系统的标签碰撞率。本专利技术提供的RFID读卡器时隙分组或映射的多目标标签识别的方法，在识别开始后，阅读器向标签发送查询命令，根据时隙标签的碰撞估计标签总数量；然后将所估计的标签总数量作为未识别的标签总量N的初始值，然后调用读卡器中的识别模块进行多目标标签识别，包括：(1)判断未识别的标签数量N是否小于K，若是，则调用识别模块中的标签识别过程1；否则，进行Hash分组，设置每组帧长L＝N/256，调用识别模块中的标签识别过程2；K为正整数，取值范围为[355,709]。(2)标签识别过程1具体是：构造哈希函数其中ID为标签的ID号码，w为阅读器发送给标签参与Hash运算的正整数，L为帧长；当运算溢出时，改变参数，扩展w＝w×L，带入Hash(ID)式中再进行计算；标签识别过程2是：对每组标签随机分配时隙，进行标签识别；(3)读卡器判断是否还有未被识别的标签，若没有则结束本方法；若还有标签未识别，则根据识别模块的识别结果，更新剩余未识别的标签数量N，然后动态调整下一帧的帧长L等于未识别的标签数量N，继续转(1)执行。本专利技术的优点与积极效果在于：(1)本专利技术方法解决了在阅读器识别范围内的多个应答要求通信而发生的碰撞问题，同时也提高了多目标标签的正确识别率，提高了整个系统的稳定性。(2)相对于传统DFSA算法和TCS算法，本专利技术方法采用一种机制使标签在帧内分散，既可以降低标签的碰撞率，又可以提高系统的吞吐量。(3)本专利技术方法降低了读卡器识别过程中标签间的碰撞率，同时也提高了读卡器的正确识别率。附图说明图1是通信标签识别过程示意图；图2是本专利技术的RFID读卡器多目标标签识别的整体流程示意图；图3是本专利技术的RFID读卡器在识别模块中进行识别的流程示意图；图4(a)、(b)分别是标签数量为[0,400]和[400,2000]时，本专利技术方法与传统DFSA算法、TCS算法在系统吞吐量的对比性能示意图；图5(a)、(b)分别是标签数量为[0,400]和[400,2000]时，本专利技术方法与传统DFSA算法、TCS算法在系统标签时隙损耗的对比示意图。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术技术方案作进一步的详细说明。为了解决现有标签防碰撞识别处理方法中存在的问题，本专利技术基于物联网RFID通信标签机制下TCS算法，与哈希函数结合，提出一种新的标签防碰撞方法，用以提高系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Hash函数的RFID读卡器的多目标标签识别方法，在识别开始后，阅读器向标签发送查询命令，根据时隙标签的碰撞估计标签总数量；其特征在于，将所估计的标签总数量作为未识别的标签总量N的初始值，然后调用读卡器中的识别模块进行多目标标签识别，包括：(1)判断未识别的标签数量N是否小于K，若是，则调用识别模块中的标签识别过程1；否则，进行Hash分组，设置每组帧长L＝N/256，调用识别模块中的标签识别过程2；K为正整数(2)标签识别过程

【技术特征摘要】
1.一种基于Hash函数的RFID读卡器的多目标标签识别方法，在识别开始后，阅读器向标签发送查询命令，根据时隙标签的碰撞估计标签总数量；其特征在于，将所估计的标签总数量作为未识别的标签总量N的初始值，然后调用读卡器中的识别模块进行多目标标签识别，包括：(1)判断未识别的标签数量N是否小于K，若是，则调用识别模块中的标签识别过程1；否则，进行Hash分组，设置每组帧长L＝N/256，调用识别模块中的标签识别过程2；K为正整数(2)标签识别过程1具体是：构造哈希函数其中ID为标签的ID号码，w为阅读器发送给标签参与Hash运算的正整数，L为帧长；当运算溢出时，改变参数，扩展w＝w×L，带入Hash(ID)式中再进行计算；标签识别过程2是对每组标签随机分配时隙，进行标签识...

【专利技术属性】
技术研发人员：王朝炜，张素墁，王卫东，张子文，李陈生，秦彩，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京,11