射頻識別系統中標簽協同清點技術

宋繼偉

摘 要：射頻識別系統中閱讀器一般首先會選擇自己感興趣的標簽，在清點時只有選中的標簽才參與清點，沒有被選中的標簽則不參與清點。由于會有多個標簽參與清點，因此存在多個標簽同時響應閱讀器識別請求，從而發生沖突。本文提出的射頻識別系統的標簽清點方法，用于在一次標簽清點任務中，需要對標簽進行多輪清點時，提高標簽的清點效率。

關鍵詞：射頻識別；RFID；標簽；輻射；耦合

1 概述

RFID無線射頻識別技術主要利用無線的方式對標簽進行識別，其識別主要由閱讀器和標簽完成。閱讀器可以對一個或多個標簽進行識別。閱讀器對標簽的識別過程被稱為清點過程。

閱讀器一般首先會選擇自己感興趣的標簽，在清點時只有選中的標簽才參與清點，沒有被選中的標簽則不參與清點。由于會有多個標簽參與清點，因此存在多個標簽同時響應閱讀器識別請求，從而發生沖突。為了能對多個標簽進行識別，閱讀器在清點過程中會采用防碰撞的方法來解決多個標簽沖突的問題。當標簽被閱讀器正確識別后，閱讀器會給標簽進行確認，標簽會退出清點流程。

在EPC Gen2和ISO18000-6 Type A/B/C標準中，都沒有對多輪清點協同工作進行特殊支持。每輪清點獨自完成清點任務，因此在進行多輪清點完成統一清點任務時，會存在大量的重復清點情況。

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閱讀器同時工作，多個閱讀器之間的清點流程可以不互相影響，獨自完成清點工作。在該模式下，不能提供多輪清點協同工作模式。

因此，需要一種技術方案，能夠在一次標簽清點任務中需要對標簽進行多輪清點時提高標簽的清點效率。

2 技術思路

要解決的技術問題是RFID閱讀器清點標簽時，多輪清點協同工作的問題，通過協同工作避免重復清點標簽，從而減少標簽識別時的查詢次數，提高標簽清點效率。

這里首先說明一下為什么采用多輪清點來執行清點任務。對于無源標簽來說，標簽工作的能量需要由閱讀器發送的電磁信號來提供，由于電磁場在空間的分布不是均勻的，因此有的地方信號強，有的地方信號弱，那么標簽在信號弱的地方，就可能得不到足夠的能量工作，這樣該標簽就無法被閱讀器識別。在每一輪清點中，電磁場分布會因閱讀器發送的電磁信號參數改變而改變，因此每一輪能夠清點到的標簽和不能清點到的標簽都可能不同。采用多輪清點，可以增加覆蓋范圍內標簽的識別率。

覆蓋范圍內的標簽大多數都會被重復清點，而對于一次清點任務來說，標簽被清點到多次與清點到一次意義相同，因此大量的重復清點不僅效率低，而且增加了清點任務執行的時間。目的就是減少或消除標簽被重復清點，提高清點效率，縮短清點任務時間。

因此技術的基本思想是：通過引入狀態標志，各輪清點間進行協調，并通過狀態標志避免已經清點的標簽被重復清點，從而達到協同的目的，提高清點效率。

為實現多輪清點的協同工作，定義狀態標志，該標志可以表示三個狀態，不妨將三個狀態表示成S0、S1和S2。標簽中保存這個狀態標志，三個狀態中一個為初始態，另兩個為中間態，為了后續的描述方便，不妨設S0為初始態，S1和S2為中間態。標簽的該標志在供電的情況下，如果沒有改變狀態的需求，則標簽應維持該標志的狀態不變，即S1或S2，在沒有供電的情況下，該標志應能在一定持續時間內保持不變，即S1或S2，當沒有供電超過了持續時間，標簽的標志狀態恢復為初始狀態，即S0。

3 技術方案

本文提出的技術方案目的在于在一次標簽清點任務中，需要對標簽進行多輪清點時，提高標簽的清點效率。

標簽清點方法包括以下步驟：

步驟1，在閱讀器側，設置清點任務的清點狀態標志；

步驟2，閱讀器發送包括標簽選擇條件和清點狀態標志的選擇指令，對標簽進行選擇；

步驟3，根據選擇指令和接收到選擇指令的標簽狀態標志，來判斷標簽是否被選中；

步驟4，閱讀器執行標簽清點流程，被選中的標簽參與清點，改變被成功清點的標簽狀態標志。

清點狀態標志表示第一中間態或第二中間態，標簽狀態標志表示初始態、第一中間態、和第二中間態中的一種。

在步驟3中，如果標簽符合標簽選擇條件，并且標簽狀態標志為初始態或與清點狀態標志相同，則標簽被選中。在步驟4中，將被成功清點的標簽狀態標志改變為第一中間態和第二中間態中與清點狀態標志不同的中間態。

在步驟3中，如果標簽符合標簽選擇條件，并且標簽狀態標志與清點狀態標志不同，則標簽被選中。在步驟4中，將被成功清點的標簽狀態標志改變為與清點狀態標志相同的中間態。

在步驟4之后，還可以包括步驟5，執行清點任務的下一輪清點，重復步驟2至步驟4，直至指定輪數的清點完成。在步驟5之后，如果要執行另一次不同的清點任務，則返回至步驟1，并將清點狀態標志設置為與上一次清點任務的清點標志狀態不同的清點狀態標志。

4 實施方案

下圖所示是同一閱讀器由不同天線執行標簽清點任務的示意圖。圖中所示的清點任務由兩輪清點來完成，閱讀器的兩個天線各執行一輪清點。P200是閱讀器，P210與P230是連接在閱讀器P200上的兩個天線。P220是天線P210的標簽識別覆蓋范圍，P240是天線P230的標簽識別覆蓋范圍。P250是天線P210和天線P230都能清點到的標簽范圍。標簽A是僅第一輪清點能清點到的標簽，即只能被P210清點到。標簽C是僅第二輪能清點到的標簽，即只能被P230清點到。標簽B是第一輪和第二輪都能清點到的標簽，即能被P210和P230清點到。

另一種情況是不同閱讀器完成標簽清點任務。如下圖所示，圖中所示的清點任務由兩輪清點來完成，分別由不同閱讀器的天線各執行一輪清點完成。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的標簽識別覆蓋范圍，P350是天線P340的標簽識別覆蓋范圍。P360是天線P310和天線P340都能清點到的標簽范圍。標簽A是僅第一輪清點能清點到的標簽，即只能被P310清點到。標簽C是僅第二輪能清點到的標簽，即只能被P340清點到。標簽B是第一輪和第二輪都能清點到的標簽，即能被P310和P340清點到。

5 結論

通過使用標志位，使得后面清點過程中可以避免對前面已經被清點成功的標簽進行重復清點，因此會減少大量的標簽清點次數，從而大大提高清點效率，縮短每次清點任務的時間。這種方法通過協同工作避免重復清點標簽，從而減少標簽識別時的查詢次數，提高標簽清點效率。

參考文獻：

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項目：2016年智能制造綜合標準化項目（項目號：2016ZXFB01001）