步進時隙脈衝檢測防衝突方法及其電路的製作方法
2023-10-08 16:04:19
專利名稱：步進時隙脈衝檢測防衝突方法及其電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及數據讀取技術領域，特別是一種步進時隙脈衝檢測防衝突方法及其電路實現。
背景技術：
射頻標籤(RFID，Radio Frequency IDdentification)產品現已廣泛用於商品流通、製造業成品和零部件管理、物品和人員的跟蹤等多種領域。在物流控制方面工作在甚高頻(UHF，Ultra High Frequency)頻段(900MHz和2.4GHz)的射頻標籤(RFID)由於其工作距離遠(＞1米)將成為該方面的主流。隨著射頻標籤(RFID)工作距離及晶片標識碼(ID)位數的增加，讀卡器對大量射頻標籤(RFID)讀取時所面臨的標籤間數據相互幹擾[即衝突]問題成為其發展的瓶頸。
國際上對射頻標籤(RFID)的研究一方面是增加其工作距離，另一方面集中在防衝突方法的研究上。國外對防衝突方法的研究開展較早，且已經有比較成熟的方法商用。但高效、快速地讀取大量、長標識碼(ID)位數標籤的要求並沒有得到較好的解決。雖然目前由EPC[Electric ProductCode]組織提出的EPC Gen2 Class1標準中的防衝突方法，功能較為強大，安全性較好。但實現手段比較複雜，射頻標籤(RFID)晶片及相關讀卡器的設計難度較高，從而造成研發及生產成本，甚至使用成本都相對較高。
為有效地降低成本實現RFID的廣泛應用，必須在RFID系統中實現簡單高效的防衝突方法。因此我們提出了步進時隙脈衝檢測防衝突(Step Aloha anti collision)方法，它具有以下優點1)協議簡單，邏輯電路易於實現；2)硬體資源需求較少；3)讀取穩定性好；4)讀取效率較高。
發明內容
本發明的目的在於，為提高目前射頻標籤(RFID)系統中，讀卡器讀取標籤的速率。該方法的基本思路為利用標籤內置在晶片中的標識碼(ID)數據，按照讀卡器的要求通過步進方式按順序選取相應的標識碼(ID)段[長度等於步進長度]。設步進長度為N(通常為2的整數倍)，讀卡器設定其接收幀包含2N個時隙，讀卡器在送出讀取命令後發送幀起始信號，標籤接收到幀起始信號後，根據標籤選取的標識碼(ID)段值所對應的時隙序列位置送出0、1隨機數[類似通信系統中常用的linN編碼方式]。讀卡器通過檢測各個時隙位置出現的0、1數據，一方面可以獲取相應標識碼(ID)段值，一方面可以通過時隙位置是否發生碰撞[通過相應編碼使得讀卡器識別0、1信息碰撞]來確定是否進行下一步的步進。直至成功區分並讀出單個標籤的標誌碼(ID)或完成整個標誌碼(ID)段的遍歷，從而讀出各個標籤的標誌碼(ID)。
步進時隙脈衝檢測防衝突方法，具備以下特徵和優點一，利用射頻標籤(RFID)晶片中標誌碼(ID)作為實現防衝突方法的基礎；二，採用可變步進的方式，標籤根據讀卡器的命令選取不同的步進長度以及改變其標誌碼(ID)段位值；三，採用類linN編碼的方式，標籤根據其標誌碼(ID)段位值對應段的標誌碼(ID)段值，在讀卡器送出幀[大小由步進長度N決定]的相應位置送出0、1隨機數信號；四，標籤送出的脈衝為採用特定編碼的0、1隨機數，可以實現同一位置兩個及以上標籤的衝突檢測；五，讀卡器根據響應信號出現的位置做相應處理，讀取標籤標誌碼(ID)。
一，利用射頻標籤晶片的標識碼作為防衝突方法中標籤的響應控制依據；二，硬體資源需求較少，電路實現比較簡單，晶片成本較低；三，協議簡單，使得讀卡器讀取效率較高，且讀取時間隨標誌碼(ID)位數及標籤數目增加變化相對比較穩定，大致呈線性增長；
四，該方法亦可方便地用於大量標籤的數量統計。
本發明用於解決射頻標籤(RFID)系統中，讀卡器讀取大量標籤時出現數據碰撞而導致讀取效率低下的問題。尤其是可用於目前甚高頻(UHF)頻段、低成本的射頻標籤(RFID)設計及製造。
圖1是本發明在RFID系統中的工作流程圖。
圖2是本實現發明所需電路邏輯框圖。
具體實施例方式
圖1所示為本發明在射頻標籤(RFID)系統中執行流程圖，射頻標籤(RFID)在系統中工作流程如下步驟一標籤上電復位，初始狀態為Ready狀態等待首次讀取命令到來，收到首次讀取命令後根據命令要求計算出時隙數，在相應的時隙位置送出0、1隨機數信號，並從Ready狀態轉為Arbitrate狀態；步驟二接收到讀取命令後，首先判斷參數(段位值和時隙數)是否匹配，不匹配則不做響應繼續等待下次讀取命令；如果匹配則判斷該命令是否為完全讀取命令，如果不是完全讀取命令則根據命令要求計算時隙數在相應時隙位置送出0、1信號並轉向Reply狀態；如果是完全讀取命令則射頻標籤送出剩餘ID並等待ACK命令；步驟三如果接收到ACK命令則表示讀卡器完成對射頻標籤的讀取；如果收到衝突命令或超時未收到ACK命令，標籤轉入Reply狀態並繼續等待下次讀取命令的到來。
讀卡器與標籤執行該方法的詳細工作步驟如下設有m個標籤，步進長度為n，令N＝2n-1，N為幀大小(即包含的時隙數)，標識碼長度為L，那麼需要步進的深度D＝L/n，步驟1讀卡器面對m個標籤，送出讀取底n bit位的讀取命令，所有標籤接到命令後，等幀起始信號到來時，根據自己底n bit標識碼的值，設為x，決定在第x個時隙到來時，通過反射方式送出其0、1隨機數發生器產生的0、1數據；
步驟2讀卡器同過檢測時隙x是否有0、1數據來判斷是否有底n bit值為x的標籤存在，如果沒有，則表明第一段值底nbit等於x的標籤不存在，則轉向第x+1位進行判斷，該段讀取結束；步驟3如果時隙x有0、1數據存在，則需判斷僅有一位0或者1存在還是有0、1數據的衝突，如果僅有一位0或1存在證明該段段值為x的標籤僅有一個，那麼就直接送出完全讀取命令，匹配值為x，段位值為1，讀取其剩餘標識碼值；步驟4如果時隙x出現衝突則表明該段段值為x的標籤有兩個以上，那麼送出讀取命令[匹配值為x，段位值為1]命令第一段值為x的標籤在下一幀中根據其第二段段值在相應的時隙位置繼續送出0、1隨機數；步驟5讀卡器再次根據各個時隙位置出現0、1信號的情況進行判斷；決定是否直接讀取符合第一段值為x且第二段值為y的剩餘標識碼，還是需繼續步進，直至讀完所有標識碼段或讀完所有標籤的標識碼。
如圖2本發明的電路實現框圖各模塊功能介紹如下模塊1射頻前端電路(1)用於接收來自於讀卡器的射頻信號；模塊2時鐘恢復時鐘同步電路(2)用於從射頻前端電路接收到的射頻信號中提取時鐘信息，同時提供給時鐘產生電路及用於時鐘同步，保證0、1隨機數在正確的時隙內發送；模塊3解調器(3-1)調製器電路(3-2)分別從射頻信號中解調出數位訊號及將數位訊號調製到射頻信號；模塊4命令解析單元(4)解析來自於讀卡器的命令並執行相應的操作，即方法的協議解析單元；模塊5時鐘產生電路(5)用於產生命令解析單元的工作時鐘；模塊60、1隨機數發生器(6)用於產生0、1隨機數信號，在合適的時隙內發送至讀卡器端；模塊7段位值計數器(7)用於記錄該標籤目前所被讀取的標誌碼(ID)段位位置；模塊8存儲器讀取接口段位指針(8)通過段位指針的值讀取存儲器單元中相應位置的標誌碼(ID)數值；模塊9非易失存儲器(9)用於存儲標籤的標誌碼(ID)數據。
步進時隙脈衝檢測防衝突電路，由射頻前端電路(1)、時鐘恢復時鐘同步電路(2)、解調器調製器電路(3)、命令解析單元(4)、時鐘產生電路(5)、0、1隨機數發生器(6)、段位值計數器(7)、存儲器讀取接口段位指針電路(8)、非易失存儲器(9)組成，射頻前端電路(1)連接於時鐘恢復時鐘同步電路(2)、解調器(3-1)、調製器(3-2)，命令解析單元(4)分別連接於時鐘恢復時鐘同步電路(2)、解調器(3-1)、調製器(3-2)、時鐘產生電路(5)、0、1隨機數發生器(6)和段位值計數器(7)，命令解析單元(4)與存儲器讀取接口段位指針電路(8)互聯，存儲器讀取接口段位指針電路(8)與非易失存儲器(9)互聯。
權利要求
1.步進時隙脈衝檢測防衝突方法，其步驟如下一，利用射頻標籤晶片中標識碼作為實現防衝突方法的基礎；二，採用可變步進的方式，標籤根據讀卡器的命令選取不同的步進長度以及改變其標識碼段位值；三，採用類1inN編碼的方式，標籤根據其標識碼段位值對應段的標識碼值，在讀卡器送出幀的相應位置送出0、1隨機數信號；四，標籤送出的脈衝為採用特定編碼的0、1隨機數，可以實現同一位置兩個及以上標籤在該幀內的衝突檢測；五，讀卡器根據響應信號出現的位置做相應處理，讀取標籤該段標識碼。
2.根據權利要求1所述的步進時隙脈衝檢測防衝突方法，其特徵在於一，利用射頻標籤晶片的標識碼作為防衝突方法中標籤的響應控制依據；二，硬體資源需求較少，電路實現比較簡單，晶片成本較低；三，協議簡單，使得讀卡器讀取效率較高，且讀取時間隨標識碼位數及標籤數目增加變化相對比較穩定，大致呈線性增長；四，該方法亦可方便地用於大量標籤的數量統計。
3.根據權利要求1所述的步進時隙脈衝檢測防衝突方法，射頻標籤在系統中工作流程如下步驟一標籤上電復位，初始狀態為Ready狀態等待首次讀取命令到來，收到首次讀取命令後根據命令要求計算出時隙數，在相應的時隙位置送出0、1隨機數信號，並從Ready狀態轉為Arbitrate狀態；步驟二接收到讀取命令後，首先判斷參數是否匹配，不匹配則不做響應繼續等待下次讀取命令；如果匹配則判斷該命令是否為完全讀取命令，如果不是完全讀取命令則根據命令要求計算時隙數在相應時隙位置送出0、1信號並轉向Reply狀態；如果是完全讀取命令則射頻標籤送出剩餘ID並等待ACK命令；步驟三如果接收到ACK命令則表示讀卡器完成對射頻標籤的讀取；如果收到衝突命令或超時未收到ACK命令，標籤轉入Reply狀態並繼續等待下次讀取命令的到來。
4.根據權利要求1或3所述的步進時隙脈衝檢測防衝突方法，讀卡器與標籤執行該方法的詳細工作步驟如下設有m個標籤，步進長度為n，令N＝2n-1，N為幀大小，標識碼長度為L，那麼需要步進的深度D＝L/n，步驟1讀卡器面對m個標籤，送出讀取底n bit位的讀取命令，所有標籤接到命令後，等幀起始信號到來時，根據自己底n bit標識碼的值，設為x，決定在第x個時隙到來時，通過反射方式送出其0、1隨機數發生器產生的0、1數據；步驟2讀卡器同過檢測時隙x是否有0、1數據來判斷是否有底n bit值為x的標籤存在，如果沒有，則表明第一段值底nbit等於x的標籤不存在，則轉向第x+1位進行判斷，該段讀取結束；步驟3如果時隙x有0、1數據存在，則需判斷僅有一位0或者1存在還是有0、1數據的衝突，如果僅有一位0或1存在證明該段段值為x的標籤僅有一個，那麼就直接送出完全讀取命令，匹配值為x，段位值為1，讀取其剩餘標識碼值；步驟4如果時隙x出現衝突則表明該段段值為x的標籤有兩個以上，那麼送出讀取命令[匹配值為x，段位值為1]命令第一段值為x的標籤在下一幀中根據其第二段段值在相應的時隙位置繼續送出0、1隨機數；步驟5讀卡器再次根據各個時隙位置出現0、1信號的情況進行判斷；決定是否直接讀取符合第一段值為x且第二段值為y的剩餘標識碼，還是需繼續步進，直至讀完所有標識碼段或讀完所有標籤的標識碼。
5.步進時隙脈衝檢測防衝突電路，由射頻前端電路(1)、時鐘恢復時鐘同步電路(2)、解調器調製器電路(3)、命令解析單元(4)、時鐘產生電路(5)、0、1隨機數發生器(6)、段位值計數器(7)、存儲器讀取接口段位指針電路(8)、非易失存儲器(9)組成，射頻前端電路(1)連接於時鐘恢復時鐘同步電路(2)、解調器(3-1)、調製器(3-2)，命令解析單元(4)分別連接於時鐘恢復時鐘同步電路(2)、解調器(3-1)、調製器(3-2)、時鐘產生電路(5)、0、1隨機數發生器(6)和段位值計數器(7)，命令解析單元(4)與存儲器讀取接口段位指針電路(8)互聯，存儲器讀取接口段位指針電路(8)與非易失存儲器(9)互聯。
全文摘要
本發明涉及數據讀取技術領域，特別是一種步進時隙脈衝檢測防衝突方法及其電路實現。主要用於通用射頻標籤(RFID)系統中作為數據防衝突的方法，該方法用於解決射頻標籤系統中讀卡器[Reader]與標籤[Tag]之間通信時由於標籤數目過多而造成的數據衝突，以致於讀卡器無法快速讀取大量、長ID位數的標籤。方法步驟1.利用射頻標籤晶片中標識碼(ID)作為實現防衝突方法的基礎；2.採用可變步進的方式；3.採用類1inN編碼的方式；4.標籤送出的脈衝為採用特定編碼的0、1隨機數；5.讀卡器根據響應信號出現的位置做相應處理，讀取標籤標識碼。
文檔編號G06K7/00GK1897011SQ20051001217
公開日2007年1月17日 申請日期2005年7月14日 優先權日2005年7月14日
發明者楊志超, 周盛華, 吳南健, 李美雲 申請人:中國科學院半導體研究所