[發明專利]一種基于盲分離的幀時隙超高頻RFID系統防碰撞方法

有效

• 申請號: 201410219110.7
• 申請日: 2014-05-22
• 公開（公告）號: CN103955657B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 張小紅;穆宇超;鐘小勇
• 申請（專利權）人: 江西理工大學
• 主分類號: G06K7/00
• 分類號: G06K7/00
• 代理公司: 南昌新天下專利商標代理有限公司36115
• 代理人: 施秀瑾

技術領域

本發明屬于通信領域中的多標簽讀取技術，涉及標簽的防碰撞方法。

背景技術

射頻識別(Radio Frequency Identification,RFID)是一種非接觸式自動識別技術，與傳統的識別方式相比，它可在非接觸、非光學可視、非人工干預情況下完成信息輸入和處理，具有操作方便、存儲量大、保密性好、反應時間短、對環境適應性強等優點，現已廣泛應用于門禁、交通、食品安全及物流等領域。在RFID通信系統中，閱讀器的作用范圍內往往有多個標簽共存，若閱讀器發送查詢命令，會引起多個標簽同時響應，造成標簽的響應信號不能被閱讀器快速識別，導致了RFID系統的識別效率的降低。標簽的防碰撞算法可以實現多個標簽和閱讀器之間的正常通信，而算法的優劣與閱讀器的標簽吞吐率密切相關。常見的RFID系統防碰撞算法可以分為確定性和非確定性兩種。基于概率統計的ALOHA防碰撞算法是非確定性的，標簽通過隨機選擇發送信息的時隙減少碰撞，且只有在標簽數量與時隙數相當時，算法才能保持較高的識別率，最大值為36.8％。即使是改進型的可自適應調整幀長的動態幀時隙ALOHA算法的最大識別率也僅為58％；確定性算法中識別率較高的基于分組機制的跳躍式動態二進制防碰撞算法的最大識別率也只是剛超過50％。EPC Gen2規定了基于動態幀時隙隨機算法的Q算法用于解決標簽碰撞問題，具有一定的自適應性并表現出良好的吞吐率性能。Q算法可以在一個盤存周期的任意時刻通過調整Q值改變時隙數，使未被識別的標簽重新選擇響應的時隙，進入下一幀的響應中，但Q值可能發生的反復變化會影響算法的識別效率，標簽識別率也基本維持在50％左右。因此，為了進一步提高防碰撞算法的標簽識別率，必須尋求一種可以在同一時刻識別多個標簽的新型算法，本算法由此應運而生。

信號的盲源分離(Blind Source Separation,BSS)是指從若干觀測到的混合信號中恢復出無法直接觀測的原始信號。由于原始信號分別來自不同的信號源，因此可以認為原始信號之間是相互獨立的。獨立成分分析(Independent Component Analysis,ICA)是20世紀80年代發展的一種統計和計算機技術，是當前盲源分離中最為流行的方法之一。

發明內容

本發明針對頻率范圍在860-960MHz內的超高頻(UHF)RFID系統，結合幀時隙ALOHA算法，通過建立閱讀器的盲源分離天線系統模型，用簡單但有效的FastICA算法(快速ICA算法)對標簽混合信號進行盲源分離，提出了一種基于盲分離的幀時隙超高頻RFID系統防碰撞算法(Blind Separation and Framed-slot Algorithm,BSFA)，達到了同一時刻識別多個標簽的目的。本發明相比于現有的標簽防碰撞算法具有較高的標簽識別率且用時較少，性能優異，在中大型企業的倉庫、物流中具有較強的應用價值。

1.RFID系統與盲源分離技術相結合

1.1RFID系統的FastICA算法步驟分析

設閱讀器的作用范圍內有n個標簽，標簽向閱讀器發送的響應信號(原始信號)為S＝[s₁,s₂,…,s_n]^T，其中s_j＝[s_j1,s_j2,…,s_jL]，1≤j≤n為第j個標簽發送信號的采樣值，采樣數為L。閱讀器有m個天線，天線接收到的混合信號為X＝[x₁,x₂,…,x_m]^T，其中x_i＝[x_i1,x_i2,…,x_iL]，1≤i≤m是第i個天線的采樣值，混合信號與標簽信號的關系為：

其中i＝1,2,…,m。a_ij為混合系數，n_i為觀測噪聲。該式可以用矢量表示為：

X＝AS+N (2)

忽略噪聲時，RFID系統的FastICA算法模型如圖1所示。

標簽信號的盲源分離問題就是利用觀測到的混合信號X與原始信號S之間的統計獨立性，同時借助于原始信號概率分布的先驗知識來恢復出原始信號。為了使盲源分離問題可解，一般需要滿足以下兩個條件：

(1)混合信號數目m大于等于原始信號數目n，即A為m×n階列滿秩隨機矩陣。

(2)原始信號S中不允許有兩個以上的信號是高斯信號。