射頻識(shí)別系統(tǒng)中標(biāo)簽協(xié)同清點(diǎn)技術(shù)

宋繼偉

摘 要：射頻識(shí)別系統(tǒng)中閱讀器一般首先會(huì)選擇自己感興趣的標(biāo)簽，在清點(diǎn)時(shí)只有選中的標(biāo)簽才參與清點(diǎn)，沒(méi)有被選中的標(biāo)簽則不參與清點(diǎn)。由于會(huì)有多個(gè)標(biāo)簽參與清點(diǎn)，因此存在多個(gè)標(biāo)簽同時(shí)響應(yīng)閱讀器識(shí)別請(qǐng)求，從而發(fā)生沖突。本文提出的射頻識(shí)別系統(tǒng)的標(biāo)簽清點(diǎn)方法，用于在一次標(biāo)簽清點(diǎn)任務(wù)中，需要對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行多輪清點(diǎn)時(shí)，提高標(biāo)簽的清點(diǎn)效率。

關(guān)鍵詞：射頻識(shí)別；RFID；標(biāo)簽；輻射；耦合

1 概述

RFID無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)主要利用無(wú)線的方式對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行識(shí)別，其識(shí)別主要由閱讀器和標(biāo)簽完成。閱讀器可以對(duì)一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽進(jìn)行識(shí)別。閱讀器對(duì)標(biāo)簽的識(shí)別過(guò)程被稱為清點(diǎn)過(guò)程。

閱讀器一般首先會(huì)選擇自己感興趣的標(biāo)簽，在清點(diǎn)時(shí)只有選中的標(biāo)簽才參與清點(diǎn)，沒(méi)有被選中的標(biāo)簽則不參與清點(diǎn)。由于會(huì)有多個(gè)標(biāo)簽參與清點(diǎn)，因此存在多個(gè)標(biāo)簽同時(shí)響應(yīng)閱讀器識(shí)別請(qǐng)求，從而發(fā)生沖突。為了能對(duì)多個(gè)標(biāo)簽進(jìn)行識(shí)別，閱讀器在清點(diǎn)過(guò)程中會(huì)采用防碰撞的方法來(lái)解決多個(gè)標(biāo)簽沖突的問(wèn)題。當(dāng)標(biāo)簽被閱讀器正確識(shí)別后，閱讀器會(huì)給標(biāo)簽進(jìn)行確認(rèn)，標(biāo)簽會(huì)退出清點(diǎn)流程。

在EPC Gen2和ISO18000-6 Type A/B/C標(biāo)準(zhǔn)中，都沒(méi)有對(duì)多輪清點(diǎn)協(xié)同工作進(jìn)行特殊支持。每輪清點(diǎn)獨(dú)自完成清點(diǎn)任務(wù)，因此在進(jìn)行多輪清點(diǎn)完成統(tǒng)一清點(diǎn)任務(wù)時(shí)，會(huì)存在大量的重復(fù)清點(diǎn)情況。

在EPC Gen2中提出了多閱讀器工作的模式，該模式可以允許多個(gè)閱讀器同時(shí)工作，多個(gè)閱讀器之間的清點(diǎn)流程可以不互相影響，獨(dú)自完成清點(diǎn)工作。在該模式下，不能提供多輪清點(diǎn)協(xié)同工作模式。

因此，需要一種技術(shù)方案，能夠在一次標(biāo)簽清點(diǎn)任務(wù)中需要對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行多輪清點(diǎn)時(shí)提高標(biāo)簽的清點(diǎn)效率。

2 技術(shù)思路

要解決的技術(shù)問(wèn)題是RFID閱讀器清點(diǎn)標(biāo)簽時(shí)，多輪清點(diǎn)協(xié)同工作的問(wèn)題，通過(guò)協(xié)同工作避免重復(fù)清點(diǎn)標(biāo)簽，從而減少標(biāo)簽識(shí)別時(shí)的查詢次數(shù)，提高標(biāo)簽清點(diǎn)效率。

這里首先說(shuō)明一下為什么采用多輪清點(diǎn)來(lái)執(zhí)行清點(diǎn)任務(wù)。對(duì)于無(wú)源標(biāo)簽來(lái)說(shuō)，標(biāo)簽工作的能量需要由閱讀器發(fā)送的電磁信號(hào)來(lái)提供，由于電磁場(chǎng)在空間的分布不是均勻的，因此有的地方信號(hào)強(qiáng)，有的地方信號(hào)弱，那么標(biāo)簽在信號(hào)弱的地方，就可能得不到足夠的能量工作，這樣該標(biāo)簽就無(wú)法被閱讀器識(shí)別。在每一輪清點(diǎn)中，電磁場(chǎng)分布會(huì)因閱讀器發(fā)送的電磁信號(hào)參數(shù)改變而改變，因此每一輪能夠清點(diǎn)到的標(biāo)簽和不能清點(diǎn)到的標(biāo)簽都可能不同。采用多輪清點(diǎn)，可以增加覆蓋范圍內(nèi)標(biāo)簽的識(shí)別率。

覆蓋范圍內(nèi)的標(biāo)簽大多數(shù)都會(huì)被重復(fù)清點(diǎn)，而對(duì)于一次清點(diǎn)任務(wù)來(lái)說(shuō)，標(biāo)簽被清點(diǎn)到多次與清點(diǎn)到一次意義相同，因此大量的重復(fù)清點(diǎn)不僅效率低，而且增加了清點(diǎn)任務(wù)執(zhí)行的時(shí)間。目的就是減少或消除標(biāo)簽被重復(fù)清點(diǎn)，提高清點(diǎn)效率，縮短清點(diǎn)任務(wù)時(shí)間。

因此技術(shù)的基本思想是：通過(guò)引入狀態(tài)標(biāo)志，各輪清點(diǎn)間進(jìn)行協(xié)調(diào)，并通過(guò)狀態(tài)標(biāo)志避免已經(jīng)清點(diǎn)的標(biāo)簽被重復(fù)清點(diǎn)，從而達(dá)到協(xié)同的目的，提高清點(diǎn)效率。

為實(shí)現(xiàn)多輪清點(diǎn)的協(xié)同工作，定義狀態(tài)標(biāo)志，該標(biāo)志可以表示三個(gè)狀態(tài)，不妨將三個(gè)狀態(tài)表示成S0、S1和S2。標(biāo)簽中保存這個(gè)狀態(tài)標(biāo)志，三個(gè)狀態(tài)中一個(gè)為初始態(tài)，另兩個(gè)為中間態(tài)，為了后續(xù)的描述方便，不妨設(shè)S0為初始態(tài)，S1和S2為中間態(tài)。標(biāo)簽的該標(biāo)志在供電的情況下，如果沒(méi)有改變狀態(tài)的需求，則標(biāo)簽應(yīng)維持該標(biāo)志的狀態(tài)不變，即S1或S2，在沒(méi)有供電的情況下，該標(biāo)志應(yīng)能在一定持續(xù)時(shí)間內(nèi)保持不變，即S1或S2，當(dāng)沒(méi)有供電超過(guò)了持續(xù)時(shí)間，標(biāo)簽的標(biāo)志狀態(tài)恢復(fù)為初始狀態(tài)，即S0。

3 技術(shù)方案

本文提出的技術(shù)方案目的在于在一次標(biāo)簽清點(diǎn)任務(wù)中，需要對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行多輪清點(diǎn)時(shí)，提高標(biāo)簽的清點(diǎn)效率。

標(biāo)簽清點(diǎn)方法包括以下步驟：

步驟1，在閱讀器側(cè)，設(shè)置清點(diǎn)任務(wù)的清點(diǎn)狀態(tài)標(biāo)志；

步驟2，閱讀器發(fā)送包括標(biāo)簽選擇條件和清點(diǎn)狀態(tài)標(biāo)志的選擇指令，對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行選擇；

步驟3，根據(jù)選擇指令和接收到選擇指令的標(biāo)簽狀態(tài)標(biāo)志，來(lái)判斷標(biāo)簽是否被選中；

步驟4，閱讀器執(zhí)行標(biāo)簽清點(diǎn)流程，被選中的標(biāo)簽參與清點(diǎn)，改變被成功清點(diǎn)的標(biāo)簽狀態(tài)標(biāo)志。

清點(diǎn)狀態(tài)標(biāo)志表示第一中間態(tài)或第二中間態(tài)，標(biāo)簽狀態(tài)標(biāo)志表示初始態(tài)、第一中間態(tài)、和第二中間態(tài)中的一種。

在步驟3中，如果標(biāo)簽符合標(biāo)簽選擇條件，并且標(biāo)簽狀態(tài)標(biāo)志為初始態(tài)或與清點(diǎn)狀態(tài)標(biāo)志相同，則標(biāo)簽被選中。在步驟4中，將被成功清點(diǎn)的標(biāo)簽狀態(tài)標(biāo)志改變?yōu)榈谝恢虚g態(tài)和第二中間態(tài)中與清點(diǎn)狀態(tài)標(biāo)志不同的中間態(tài)。

在步驟3中，如果標(biāo)簽符合標(biāo)簽選擇條件，并且標(biāo)簽狀態(tài)標(biāo)志與清點(diǎn)狀態(tài)標(biāo)志不同，則標(biāo)簽被選中。在步驟4中，將被成功清點(diǎn)的標(biāo)簽狀態(tài)標(biāo)志改變?yōu)榕c清點(diǎn)狀態(tài)標(biāo)志相同的中間態(tài)。

在步驟4之后，還可以包括步驟5，執(zhí)行清點(diǎn)任務(wù)的下一輪清點(diǎn)，重復(fù)步驟2至步驟4，直至指定輪數(shù)的清點(diǎn)完成。在步驟5之后，如果要執(zhí)行另一次不同的清點(diǎn)任務(wù)，則返回至步驟1，并將清點(diǎn)狀態(tài)標(biāo)志設(shè)置為與上一次清點(diǎn)任務(wù)的清點(diǎn)標(biāo)志狀態(tài)不同的清點(diǎn)狀態(tài)標(biāo)志。

4 實(shí)施方案

下圖所示是同一閱讀器由不同天線執(zhí)行標(biāo)簽清點(diǎn)任務(wù)的示意圖。圖中所示的清點(diǎn)任務(wù)由兩輪清點(diǎn)來(lái)完成，閱讀器的兩個(gè)天線各執(zhí)行一輪清點(diǎn)。P200是閱讀器，P210與P230是連接在閱讀器P200上的兩個(gè)天線。P220是天線P210的標(biāo)簽識(shí)別覆蓋范圍，P240是天線P230的標(biāo)簽識(shí)別覆蓋范圍。P250是天線P210和天線P230都能清點(diǎn)到的標(biāo)簽范圍。標(biāo)簽A是僅第一輪清點(diǎn)能清點(diǎn)到的標(biāo)簽，即只能被P210清點(diǎn)到。標(biāo)簽C是僅第二輪能清點(diǎn)到的標(biāo)簽，即只能被P230清點(diǎn)到。標(biāo)簽B是第一輪和第二輪都能清點(diǎn)到的標(biāo)簽，即能被P210和P230清點(diǎn)到。

另一種情況是不同閱讀器完成標(biāo)簽清點(diǎn)任務(wù)。如下圖所示，圖中所示的清點(diǎn)任務(wù)由兩輪清點(diǎn)來(lái)完成，分別由不同閱讀器的天線各執(zhí)行一輪清點(diǎn)完成。P300和P330是閱讀器，P310是與閱讀器P300連接的天線，P340是與閱讀器P330連接的天線。P320是天線P310的標(biāo)簽識(shí)別覆蓋范圍，P350是天線P340的標(biāo)簽識(shí)別覆蓋范圍。P360是天線P310和天線P340都能清點(diǎn)到的標(biāo)簽范圍。標(biāo)簽A是僅第一輪清點(diǎn)能清點(diǎn)到的標(biāo)簽，即只能被P310清點(diǎn)到。標(biāo)簽C是僅第二輪能清點(diǎn)到的標(biāo)簽，即只能被P340清點(diǎn)到。標(biāo)簽B是第一輪和第二輪都能清點(diǎn)到的標(biāo)簽，即能被P310和P340清點(diǎn)到。

5 結(jié)論

通過(guò)使用標(biāo)志位，使得后面清點(diǎn)過(guò)程中可以避免對(duì)前面已經(jīng)被清點(diǎn)成功的標(biāo)簽進(jìn)行重復(fù)清點(diǎn)，因此會(huì)減少大量的標(biāo)簽清點(diǎn)次數(shù)，從而大大提高清點(diǎn)效率，縮短每次清點(diǎn)任務(wù)的時(shí)間。這種方法通過(guò)協(xié)同工作避免重復(fù)清點(diǎn)標(biāo)簽，從而減少標(biāo)簽識(shí)別時(shí)的查詢次數(shù)，提高標(biāo)簽清點(diǎn)效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]駱斌.基于RFID技術(shù)的洗衣管理用大口徑衣物清點(diǎn)隧道的研究與實(shí)現(xiàn)[D].上海交通大學(xué)，2012.

[2]周沫.超高頻射頻識(shí)別系統(tǒng)標(biāo)簽檢測(cè)性能研究[D].南京郵電大學(xué)，2013.

[3]雷旭.UHF射頻識(shí)別系統(tǒng)中的天線分析與設(shè)計(jì)[D].西安電子科技大學(xué)，2013.

項(xiàng)目：2016年智能制造綜合標(biāo)準(zhǔn)化項(xiàng)目（項(xiàng)目號(hào)：2016ZXFB01001）