本发明涉及无线通信中射频识别技术领域，特别涉及一种基于能量预测的无源可计算rfid防冲突方法。
背景技术：
射频识别(rfid)是一种无线通信技术，可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。rfid系统主要由电子标签、阅读器、后端数据库、天线等部分构成。rfid根据电子标签供电形式分有源rfid、半有源rfid、无源rfid。无源可计算rfid（crfid）是无源rfid的一类，无源crfid采用超低功耗微控制器，利用采集射频（rf）能量来实现无线节点感知，计算和通信。无源crfid与电池供电的有源rfid系统不同，它把感应的阅读器发射的射频能量储存到电容中来完成传感器感测，微控制器运算以及反向链路数据传输。无源crfid与传统无源rfid系统相比，它们能够感测，计算和存储，而不仅仅是识别。
在rfid的使用场合中，一般是标签存储了物品的相关信息，然后利用一个阅读器来识别这个场合的多个标签，即阅读器与标签的数量关系一般是一对多的，这样更容易发生标签冲突。基于时隙防冲突算法和基于帧的时隙防冲突算法是基于时分多路法（tdma）技术的防冲突算法，是目前研究较为成熟的标签防冲突算法。基于时隙防冲突算法是把一个给定的发送时间段均等的划分为多个小的时间段，这个小的时间段被称为时隙(slot)，每个时隙长度绝对大于标签的一个数据包传输所需的时间t。而每个标签发送数据包的时隙由rfid系统的时钟电路来控制的。基于帧的时隙防冲突算法在时隙防冲突算法的基础上把f个时隙组成一帧，标签在每帧内随机选择一个时隙发送数据。当阅读器发生了询问请求信号后，标签利用耦合电流，激活自身，来响应阅读器的请求。
基于tdma技术的防冲突算法都是假定标签一旦和阅读器通信，都能成功完成整个通信过程。对于无源crfid，因需要进行感知，计算和反向通信，能量消耗较大，当充电时间较短，电容存储的能量较少时，很大概率不能成功完成与阅读器的通信，数据传输失败，需要重新建立通信，这将大大增加阅读器传输开销，后续标签之间的冲突大大增加。
技术实现要素：
本发明避免了无源可计算rfid标签与阅读器无效的通信，减少了无源可计算rfid标签之间的冲突，提高了无源可计算rfid标签与阅读器的传输效率。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
基于能量预测的无源可计算rfid防冲突方法：将无源可计算rfid标签需要成功完成一次数据通信所需要的充电时间转换为该标签的时隙数或帧数，在所述的时隙数或帧数内，该标签与阅读器不进行任何数据通信，超过所述的时隙数或帧数，阅读器与该标签进行通信。
优选的所述阅读器采用基于时隙防冲突算法或帧时隙防冲突算法与标签进行通信。
优选的预先测试阅读器和无源可计算rfid标签成功进行一次数据传输所需要的能量e，以及该阅读器和无源可计算rfid标签之间的距离d，建立关系式来计算在此距离d下所需要的充电时间tcharge。
通过假定阅读器和无源可计算rfid标签数据传输时隙tslot，将该标签需要成功完成一次数据通信所需要的充电时间tcharge转换为该标签的时隙数或帧数。
所采用的具体的技术方案为。
a）预先测试阅读器和无源可计算rfid标签成功进行一次数据传输所需要的能量e，以及该阅读器和无源可计算rfid标签之间的距离d，建立充电时间tcharge，距离d与成功完成一次通信所需要的能量e的关系式（ӏ），计算在此距离d下所需要的充电时间tcharge。
其中，
b）通过假定阅读器和无源可计算rfid标签数据传输时隙tslot，将该标签需要成功完成一次数据通信所需要的充电时间tcharge转换为该标签的时隙数或帧数。
c）计算所有无源可计算rfid标签所需要等待的时隙数或帧数，在阅读器端可以建立距离d与等待时隙数或帧数的查找表。
d）根据查找表，在所述的时隙数或帧数内，该标签与阅读器不进行任何数据通信，超过所述的时隙数或帧数，阅读器采用基于时隙防冲突算法或帧时隙防冲突算法与标签进行通信。
与现有技术相比本发明具有以下有益效果：本发明通过对阅读器和无源可计算rfid标签成功进行一次数据传输所需要的能量e的预测，最终得到了无源可计算rfid标签所需要等待的时隙数或帧数，在等待的时隙数或帧数进行通信不仅会造成无效的通信，并且会造成标签之间的冲突，在等待的时隙数或帧数内停止通信，避免了无源可计算rfid标签与阅读器无效的通信，有效的减少了无源可计算rfid标签之间的冲突，提高了无源可计算rfid标签与阅读器的传输效率。
具体实施方式
下面结合实施例详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。
实施例1
在无源可计算rfid标签数较少情况下。
（1）对阅读器和无源可计算rfid标签成功进行一次数据传输所需要的能量e进行估算。（2）阅读器和该标签之间的距离d是固定值情况下，建立充电时间tcharge，距离d与成功完成一次通信所需要的能量e的关系式：
其中，
假定阅读器和该标签数据传输时隙为tslot，进行m=tcharge/tslot运算，得到该标签需要等待的时隙数m。计算所有标签所需要等待的时隙数，在阅读器端可以建立距离d与等待时隙的静态查找表。
阅读器和该标签之间的距离d是动态变化情况下，首先确定所有标签与阅读器距离变化范围。建立充电时间tcharge最小值，距离d最小值与成功完成一次通信所需要的能量e的关系式；建立充电时间tcharge最大值，距离d最大值与成功完成一次通信所需要的能量e的关系式。根据关系式可以计算距离d最小值下所需要的充电时间tminchargen和距离d最大值下所需要的充电时间tmaxchargen。
假定阅读器和标签数据传输时隙为tslot，进行mmin=tminchargen/tslot运算，得到需要等待的时隙数最小值mmin；进行mmax=tmaxchargen/tslot运算，得到需要等待的时隙数最大值mmax。
在mmin和mmax之间，每隔一个时隙，进行反推，得到对应的距离di，这样就可以得到在此距离范围内不同距离与等待时隙的查找表。
（3）根据查找表，在等待时隙数内，标签与阅读器不进行任何数据通信，超过等待时隙数，阅读器采用基于时隙防冲突算法与标签进行通信。
实施例2
在无源可计算rfid标签数较多情况下。
（1）对阅读器和无源可计算rfid标签成功进行一次数据传输所需要的能量e进行估算。（2）阅读器和该标签之间的距离d是固定值情况下，建立充电时间tcharge，距离d与成功完成一次通信所需要的能量e的关系式：
其中，
假定阅读器和标签数据传输时隙为tslot，每一帧有n个时隙，进行l=tcharge/(n*tslot)的运算，得到该标签需要等待的帧数l。计算所有标签所需要等待的帧数，在阅读器端可以建立距离d与等待帧的静态查找表。
阅读器和该标签之间的距离d是动态变化情况下，首先确定所有标签与阅读器距离变化范围。建立充电时间tcharge最小值，距离d最小值与成功完成一次通信所需要的能量e的关系式；建立充电时间tcharge最大值，距离d最大值与成功完成一次通信所需要的能量e的关系式。根据关系式可以计算距离d最小值下所需要的充电时间tminchargen和距离d最大值下所需要的充电时间tmaxchargen。
假定阅读器和标签数据传输时隙为tslot，每一帧有n个时隙，进行lmin=tminchargen/(n*tslot)运算，得到需要等待的帧数最小值lmin；进行lmax=tmaxchargen/(n*tslot)运算，得到需要等待的帧数最大值lmax。
在lmin和lmax之间，每隔一个帧数，进行反推，得到对应的距离di，这样就可以得到在此距离范围内不同距离与等待帧数的查找表。
（3）根据查找表，在等待帧数内，该标签与阅读器不进行任何数据通信，超过等待帧数，阅读器采用基于帧时隙防冲突算法与标签进行通信。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。