射频识别系统中标签协同清点技术

宋继伟

摘 要：射频识别系统中阅读器一般首先会选择自己感兴趣的标签，在清点时只有选中的标签才参与清点，没有被选中的标签则不参与清点。由于会有多个标签参与清点，因此存在多个标签同时响应阅读器识别请求，从而发生冲突。本文提出的射频识别系统的标签清点方法，用于在一次标签清点任务中，需要对标签进行多轮清点时，提高标签的清点效率。

关键词：射频识别；RFID；标签；辐射；耦合

1 概述

RFID无线射频识别技术主要利用无线的方式对标签进行识别，其识别主要由阅读器和标签完成。阅读器可以对一个或多个标签进行识别。阅读器对标签的识别过程被称为清点过程。

阅读器一般首先会选择自己感兴趣的标签，在清点时只有选中的标签才参与清点，没有被选中的标签则不参与清点。由于会有多个标签参与清点，因此存在多个标签同时响应阅读器识别请求，从而发生冲突。为了能对多个标签进行识别，阅读器在清点过程中会采用防碰撞的方法来解决多个标签冲突的问题。当标签被阅读器正确识别后，阅读器会给标签进行确认，标签会退出清点流程。

在EPC Gen2和ISO18000-6 Type A/B/C标准中，都没有对多轮清点协同工作进行特殊支持。每轮清点独自完成清点任务，因此在进行多轮清点完成统一清点任务时，会存在大量的重复清点情况。

在EPC Gen2中提出了多阅读器工作的模式，该模式可以允许多个阅读器同时工作，多个阅读器之间的清点流程可以不互相影响，独自完成清点工作。在该模式下，不能提供多轮清点协同工作模式。

因此，需要一种技术方案，能够在一次标签清点任务中需要对标签进行多轮清点时提高标签的清点效率。

2 技术思路

要解决的技术问题是RFID阅读器清点标签时，多轮清点协同工作的问题，通过协同工作避免重复清点标签，从而减少标签识别时的查询次数，提高标签清点效率。

这里首先说明一下为什么采用多轮清点来执行清点任务。对于无源标签来说，标签工作的能量需要由阅读器发送的电磁信号来提供，由于电磁场在空间的分布不是均匀的，因此有的地方信号强，有的地方信号弱，那么标签在信号弱的地方，就可能得不到足够的能量工作，这样该标签就无法被阅读器识别。在每一轮清点中，电磁场分布会因阅读器发送的电磁信号参数改变而改变，因此每一轮能够清点到的标签和不能清点到的标签都可能不同。采用多轮清点，可以增加覆盖范围内标签的识别率。

覆盖范围内的标签大多数都会被重复清点，而对于一次清点任务来说，标签被清点到多次与清点到一次意义相同，因此大量的重复清点不仅效率低，而且增加了清点任务执行的时间。目的就是减少或消除标签被重复清点，提高清点效率，缩短清点任务时间。

因此技术的基本思想是：通过引入状态标志，各轮清点间进行协调，并通过状态标志避免已经清点的标签被重复清点，从而达到协同的目的，提高清点效率。

为实现多轮清点的协同工作，定义状态标志，该标志可以表示三个状态，不妨将三个状态表示成S0、S1和S2。标签中保存这个状态标志，三个状态中一个为初始态，另两个为中间态，为了后续的描述方便，不妨设S0为初始态，S1和S2为中间态。标签的该标志在供电的情况下，如果没有改变状态的需求，则标签应维持该标志的状态不变，即S1或S2，在没有供电的情况下，该标志应能在一定持续时间内保持不变，即S1或S2，当没有供电超过了持续时间，标签的标志状态恢复为初始状态，即S0。

3 技术方案

本文提出的技術方案目的在于在一次标签清点任务中，需要对标签进行多轮清点时，提高标签的清点效率。

标签清点方法包括以下步骤：

步骤1，在阅读器侧，设置清点任务的清点状态标志；

步骤2，阅读器发送包括标签选择条件和清点状态标志的选择指令，对标签进行选择；

步骤3，根据选择指令和接收到选择指令的标签状态标志，来判断标签是否被选中；

步骤4，阅读器执行标签清点流程，被选中的标签参与清点，改变被成功清点的标签状态标志。

清点状态标志表示第一中间态或第二中间态，标签状态标志表示初始态、第一中间态、和第二中间态中的一种。

在步骤3中，如果标签符合标签选择条件，并且标签状态标志为初始态或与清点状态标志相同，则标签被选中。在步骤4中，将被成功清点的标签状态标志改变为第一中间态和第二中间态中与清点状态标志不同的中间态。

在步骤3中，如果标签符合标签选择条件，并且标签状态标志与清点状态标志不同，则标签被选中。在步骤4中，将被成功清点的标签状态标志改变为与清点状态标志相同的中间态。

在步骤4之后，还可以包括步骤5，执行清点任务的下一轮清点，重复步骤2至步骤4，直至指定轮数的清点完成。在步骤5之后，如果要执行另一次不同的清点任务，则返回至步骤1，并将清点状态标志设置为与上一次清点任务的清点标志状态不同的清点状态标志。

4 实施方案

下图所示是同一阅读器由不同天线执行标签清点任务的示意图。图中所示的清点任务由两轮清点来完成，阅读器的两个天线各执行一轮清点。P200是阅读器，P210与P230是连接在阅读器P200上的两个天线。P220是天线P210的标签识别覆盖范围，P240是天线P230的标签识别覆盖范围。P250是天线P210和天线P230都能清点到的标签范围。标签A是仅第一轮清点能清点到的标签，即只能被P210清点到。标签C是仅第二轮能清点到的标签，即只能被P230清点到。标签B是第一轮和第二轮都能清点到的标签，即能被P210和P230清点到。

另一种情况是不同阅读器完成标签清点任务。如下图所示，图中所示的清点任务由两轮清点来完成，分别由不同阅读器的天线各执行一轮清点完成。P300和P330是阅读器，P310是与阅读器P300连接的天线，P340是与阅读器P330连接的天线。P320是天线P310的标签识别覆盖范围，P350是天线P340的标签识别覆盖范围。P360是天线P310和天线P340都能清点到的标签范围。标签A是仅第一轮清点能清点到的标签，即只能被P310清点到。标签C是仅第二轮能清点到的标签，即只能被P340清点到。标签B是第一轮和第二轮都能清点到的标签，即能被P310和P340清点到。

5 结论

通过使用标志位，使得后面清点过程中可以避免对前面已经被清点成功的标签进行重复清点，因此会减少大量的标签清点次数，从而大大提高清点效率，缩短每次清点任务的时间。这种方法通过协同工作避免重复清点标签，从而减少标签识别时的查询次数，提高标签清点效率。

参考文献：

[1]骆斌.基于RFID技术的洗衣管理用大口径衣物清点隧道的研究与实现[D].上海交通大学，2012.

[2]周沫.超高频射频识别系统标签检测性能研究[D].南京邮电大学，2013.

[3]雷旭.UHF射频识别系统中的天线分析与设计[D].西安电子科技大学，2013.

项目：2016年智能制造综合标准化项目（项目号：2016ZXFB01001）