[發明專利]一種超低功耗有源電子標簽讀寫系統和方法

有效

• 申請號: 201210389714.7
• 申請日: 2012-10-15
• 公開（公告）號: CN103729661B
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發明（設計）人: 廖應成
• 申請（專利權）人: 成都西谷曙光數字技術有限公司
• 主分類號: G06K17/00
• 分類號: G06K17/00
• 代理公司: 深圳市世聯合知識產權代理有限公司44385
• 代理人: 汪琳琳

技術領域

本發明涉及無線微功率通信，特別是低占空比無線微功率通信，本發明還涉及RFID及無線傳感網，以及物聯網底層包括物的身份信息，位置信息，傳感器信息以及控制指令信息在內的各種物的基本信息的采集和傳輸；特別涉及在對海量有源電子標簽進行讀寫，或者僅只需要對海量標簽中的一部分進行讀寫操作的情況下，如何降低標簽功耗的問題。

技術背景

ISO-18000-7國際標準（以后簡稱美軍標）是一個公認成熟和具有廣泛影響的433兆有源電子標簽國際標準，并已在美軍中廣泛使用；我國也剛剛公布了有源電子標簽的試用國家標準。對海量標簽的讀寫方法是這些標準所涉及的最重要的一個部分，因為無論物流倉儲，智能交通，超市智能化管理等各個領域都涉及對海量電子標簽的讀寫問題。而標準中所采用的對海量有源電子標簽的讀寫的技術方法無疑也反映了當前國內外的相關水平。其中所涉及的關鍵技術問題如下：

首先，由于環境電磁污染以及信號碰撞的考慮，這些標準都規定有源電子標簽必須采用在需要時，通過讀寫器發射喚醒信號先將標簽喚醒后再工作，并在工作完成后回到休眠狀態的工作方式。即“按需工作”的方式。這就涉及標簽的睡眠喚醒技術。（由于采用低頻無源喚醒的方式距離非常近，普遍應用的意義非常有限，因而我們在這里不加討論）。

其次，由于成本的考慮，現有的有源電子標簽都是半雙工的，即發射信號和接收信號不能同時進行。而由于標簽采用的是間歇性工作方式，讀寫器必須在一段時間內連續不間斷發射喚醒信號，這無疑給讀寫器和標簽之間的通信帶來許多問題。如何處理這個問題，是有源電子標簽系統，特別是對海量有源電子標簽進行讀寫所面臨的另一個關鍵問題。

另外，單一讀寫器對海量標簽的讀寫必然涉及的另一個問題，則是如何有效解決讀寫過程中出現的，多個標簽同時向一個讀寫器發射信號時所造成信號碰撞問題，這包括防碰撞處理速度和標簽在整個過程中的能耗問題。

下面以現有有源電子標簽主要標準，美軍標和我國剛剛公布的有源電子標簽國家標準來加以具體說明。

現有主要標準是這樣來實現對海量標簽的讀寫的：讀寫器在一段時間內通過廣播的方式，連續不間斷地向標簽發射喚醒信號，先將所有在讀寫器信號覆蓋范圍內的標簽喚醒，使其進入一種等待隨后接收來自讀寫器指令信號的狀態。先蘇醒的標簽在接收到指令信號后將繼續保持這種接收狀態直到所有標簽都被喚醒，并在接收到指令信號后繼續保持這種接收狀態至少30秒鐘，除非在這個期間標簽完成了需要完成的各種任務，并接收到讀寫器進入休眠狀態的命令。

當所有的標簽先后在這2.35–4.8秒期間內被喚醒并全都進入接收信號的等待狀態時，讀寫器將首先以廣播的方式向所有標簽發射采集標簽ID信息的指令，在這個指令中，包含有傳給標簽的時間窗口信息，和初始時隙數量N（由于系統并不知道被喚醒的標簽的總的數量，這里的N也是一個經驗值）的信息。每個標簽在收到這個指令信息后，都將產生一個≦N的屬于自己的隨機整數I，同時進行時間同步，并在讀寫器安排的N個通信時隙中的第I個時隙向讀寫器發射信息；由于I是隨機產生的，其不可能與讀寫器提供的N個時隙一一對應，因而，在N個時隙中，可能出現多個標簽在同一時隙中發射信息從而造成碰撞的情況，同時又有一些時隙輪空而沒有標簽發射信號的狀況.讀寫器將根據每次窗口中發生碰撞和輪空的幾率，調整時隙窗口的數量。每個標簽每次在接收到讀寫器采集信息的指令后，只發射一次信號。在該采集期末尾接收到讀寫器返回的發射ID成功的回執信息后，將根據讀寫器的指令（取決于標簽本身的類型和應用需要）要么進入睡眠狀態，要么繼續處于接收狀態等待讀寫器發射新的點對點信息讀寫指令。

對于那些在該輪信息采集過程中因為信號碰撞的原因沒有發射成功的標簽，則需要等待讀寫器以廣播方式發布的新一輪標簽ID信息 采集指令，再次進行時間同步并產生新的隨機數，并在讀寫器新提供的M個時隙窗口中對應的時隙位置發射，如此反復進行，直到完成對所有被喚醒標簽的ID信息采集為止。（參見美軍標）

這里存在的問題是：

睡眠喚醒問題：

為了省電的目的，標簽平常處于一種使用內部時鐘進行控制的周期性睡眠，蘇醒后監聽喚醒信號一瞬間的狀態，由于內部時鐘的誤差及其它各種原因，標簽在一個睡眠周期中蘇醒的時間是隨機的。讀寫器通過向標簽連續發射一定時間（美軍標是2.35–4.8秒）的喚醒信號，抓住標簽睡眠蘇醒的瞬間與之建立起通信聯系，向其傳達要求標簽進入等待接收讀寫器工作指令信號的指令。