[发明专利]一种有源电子标签防碰撞方法

说明书

技术领域

本发明涉及物联网RFID（无线射频识别）电子标签系统技术领域，尤其是涉及有源RFID电子标签系统的防碰撞方法。

背景技术

随着微电子，互联网与无线通信技术的巨大发展，相别于一般计算机，物品也期望通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，以实现智能化识别和管理而形成物联网。物联网技术的核心在于物与物之间广泛而普遍的互联。这是通过对物理世界的信息化和网络化，对传统上分离的物理世界和信息世界实现互联和整合。物联网是一个基于互联网，传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。它具有普通对象设备化，自治终端互联化和普适服务智能化3个重要特征。

物联网是一种非常复杂，形式多样的系统技术。根据信息生成，传输，处理和应用的原则，可以把物联网抽象为四层结构：感知识别层，网络构建层，管理服务层和综合应用层。

其中感知识别是联系物理世界和信息世界的纽带。感知识别层包括射频识别，无线传感器等信息自动生成设备，也包括各种智能电子产品用来人工生成信息。RFID电子标签中存储着规范而具有互用性的信息，通过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统，实现物品的识别和管理。另外无线传感器网络主要通过各种类型的传感器对物理性质，环境状态，行为模式等信息展开大规模，长期，实时的获取。网络构建层的主要作用是把下层（感知识别层）数据接入互联网，供上层服务使用。

感知识别层和网络构建层是物联网的核心，也是物联网区别于其他网络及应用的关键部分。例如，电子标签和读写器之间形成一个相对独立的无线通信子系统。本发明将重点研究于这个RFID电子标签子系统。传感器也常常被集成在电子标签中，同时无线传感网也是一个相对独立的无线通信子系统，通常也可以抽象为读写器和电子标签通信的模式，因此也可以使用本发明的方法。为描述方便起见，本发明将侧重描述在RFID电子标签系统的应用方法。

RFID电子标签可以分为两种，一种是无源标签，其内部的集成电路通过接收由读写器发出的电磁波进行驱动，向读写器发送数据，本质上是反射电磁能量，作用距离比较近；第二种为有源标签，采用电池供电，通信距离比较远，广泛地应用于传感器数据传输，定位等应用领域。目前国内外有源电子标签有两种基本工作方式：

1.标签不断地向外发送自身ID号等信息；

2.系统通过低频激励器天线发射出强的低频唤醒信号，从而使电子标签进入工作状态发送自身ID号，之后再进入休眠状态。

第二种方式由于标签中的低频检波系统是无源的，因而这种低频激活天线的发射功率必须要很大，而标签的低频检波器的体积也比较大，造成设备的体积和成本都难以接受。同时标签需要低频检波器唤醒，故反应时间偏大，数据传输速率和效率都偏小。由于低频唤醒范围较小，故使用范围也非常有限，系统工作灵活性受到很大限制，同时第二种方式在和功能和应用场合上和无源标签是有一定重合的。由于方式1较方式2有很多的优势，除了在特殊要求的场合下，当前绝大部分的有源电子标签使用的都是方式1。

我们将重点研究方式1下的有源标签。此后提及的有源电子标签系统或者电子标签系统将特指此种有源标签系统。在这种系统中，关键的技术难点是大量电子标签需要短时间内和读写器通信并被识别。由于读写器和所有标签公用一个无线信道，当两个或以上标签同时向读写器发送标识信号时，将产生冲突，导致读写器不能正常解析信号。这个难点本质上是一个多址访问（Multiple Access），或者是介质访问控制（MAC，Media Access Control）的问题。一般来说无线网络中解决冲突的方法有四种类型，即空间分多址（SDMA，Space Division Multiple Access）、码分多址（CDMA，Code Division Multiple Access）、频分多址（FDMA，Frequency Division Multiple Access）和时分多址（TDMA，Time Division Multiple Access）。从RFID系统的通信形式，系统复杂性以及成本考虑，TDMA是最有实际应用价值，也是最常见的一类防碰撞方法。即在同一频率，读写器在不同时间分别与不同标签通信。防碰撞算法是电子标签系统的核心难点，它直接决定系统的读写速度，系统容量，碰撞发生几率，系统功耗以及实现复杂度和成本。另外，由于标签无线信号发射频繁，通常使用一次性电池，无法或难以低成本更换，有源电子标签存在耗电较快和使用寿命短的致命缺陷。