一种信号占空比无线接入防碰撞方法与流程

本发明涉及低功耗无线通信，尤其涉及一种信号占空比无线接入防碰撞方法。

背景技术：

1、随着信息革命的快速推进，以及越来越广泛的低功耗无线通信技术的应用，海量无线信号的接入和防碰撞技术变得越来越重要。它直接影响到通信效率、时间、功耗以及无线通信频率资源的占用。它涉及当今随处可见的海量电子标签的盘点，仓库物资盘点，人员自动清点等，特别是对清点时间有一定要求的车流量实时信息采集，以及进出门禁人流的盘点管理等。

2、现有的rfid信号接入和防碰撞技术，主要采用的是时隙aloha和二进制接入防碰撞技术，包括现有有源rfid国际标准(iso-18000-7或称美军标)以及中国国家标准等。这两种基本技术都存在接入过程相对复杂，效率低，接入时间长等缺陷。特别是对有源电子标签来讲，还存在功耗高，且根本无法解决快速移动的车流，人流以及物资流的快速清点难题，因而不能满足物联网产业应用的普遍需要。显然，寻找一种简单高效海量电子标签信号接入防碰撞技术就变得非常有意义了。

3、美国工程师们成立了一个dash-7组织，旨在改进iso-18000-7国际标准的工作方法。他们提出了以csma来代替现有的时隙aloha的信号防碰撞接入方式，但他们对如何具体实施csma接入，例如当探测到信道被占用时如何延时来规避碰撞并没提出一种具体的解决方法，而如何延时来减少信号碰撞直接影响到海量电子标签的接入效率。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种信号占空比无线接入防碰撞方法，旨在解决上述全部或部分技术问题。

2、为解决以上技术问题，本发明的技术方案为提供一种信号占空比无线接入防碰撞方法，包括：

3、采用一个电子标签读写器和l个采用周期性睡眠，随机苏醒后监听信号或发射信号的电子标签，以及一个在所述电子标签读写器和所述电子标签之间进行无线通信连接的无线通信信道；所述读写器用于采集每个电子标签的身份id信息及其相关信息；

4、当电子标签与所述电子标签读写器进行通信时，发射一次信号占用通信信道的时间▽t，在两者通信过程中固定不变，所有这些电子标签随机苏醒监听或发射信号的时刻，在统计学上随机均匀分布在长短为t的一段时间内，且 t/▽t>100；

5、针对一组给定数量为l的电子标签，采用csma防碰撞接入方式，在t时间段内每个电子标签只有一次发射信号机会的所述电子标签，通过实验测试或计算机仿真，确认统计学意义上的最佳信号占空比常数b，以及对应的最佳单位时间内成功采集的标签常数值m，根据所述常数值m，计算出读写器完成对这l个电子标签id信息采集所需的最短时间tb=l/m。

6、作为一种实施方式，采用多轮接入的方式，且每一轮接入都将按照保证b值不变的方式进行；随着每轮接入后余下未接入的电子标签数量的减少，根据上一轮接入后计算所得的余下电子标签的数量，动态调整所述电子标签信号发射随机分布区的时间长度t，以使b值尽可能保持不变。

7、作为一种实施方式，对于给定数量l的所述电子标签，在进入最佳信号占空比状态之前，有一个基础的睡眠苏醒监听周期t，根据已知的b值，通过将原来的电子标睡眠苏醒周期t乘以一个整数值k，通过公式t0 =k*t =l/b，其中，k为缩放系数、t为睡眠苏醒监听周期、l为电子标签数量、b为最佳占空比常数，以使所述电子标签在先后接收到盘点指令向读写器返回id信号时，处于最佳信号占空比状态；读写器在向所述电子标签广播盘点指令的同时，通过在每个指令信号包中嵌入该指令信号包发射时来自读写器的一个同步时间，使得先后接收到盘点指令的每一个电子标签，都有一个从读写器发送第一个指令信号包开始计算的统一相对时间ti，和经过调整后的睡眠苏醒时间ti k= ti*k，以使所述电子标签在睡眠苏醒后收到读写器id采集指令，并采用csma先监听后发射的方式向读写器返回信号时，不改变原有电子标签发射信号的随机分布状态。

8、作为一种实施方式，当所述电子标签按照最佳信号占空比要求，将每个电子标签发射信号的时刻ti乘以缩放系数k以后，再加上一个基于所述电子标签彼此之间差异产生的一个微小随机性延时，将原来处于碰撞状态标签的发射时间分散开，使它们的信号发射时间，在整个信号发射分布时间区间内，处于随机均匀分布的状态。

9、作为一种实施方式，在每一轮 csma 接入时，发现信道被占用后需要进入下一轮再发射的电子标签，将按照从低位到高位的次序，包括自身id 最低3个比特位的数值、最末一个比特位算起的最低3个比特位的数值、除去最后两个比特位后算起的3个比特位数值，通过乘以一个延时基数的方式，得到每一轮需要的随机性延时。

10、作为一种实施方式，在所述电子标签每一轮接入过程中，每一个需要发射信号的电子标签，只有不超过一次发射 id 信号的机会。

11、作为一种实施方式，当经过若干轮盘点后，使得剩余电子标签数量l小于一定数值时，在新一轮盘点中，除了t不再改变外，剩余电子标签在采用csma监听发射信号之前，还在原有苏醒时间上加上一个微小时延。

12、作为一种实施方式，对k或b值进行调整的方法被配置为：调整增加m值，使其接近m，并将k值调大或b值调小后来观查m值的变化，其中，b为接入信号占空比。

13、本发明的首要改进之处：不仅简化了海量电子标签的接入过程，还提高了接入速度和效率，同时还降低了电子标签的功耗和提高了频率资源的利用效率。

技术特征：

1.一种信号占空比无线接入防碰撞方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种信号占空比无线接入防碰撞方法，其特征在于，采用多轮接入的方式，且每一轮接入都将按照保证b值不变的方式进行；随着每轮接入后余下未接入的电子标签数量的减少，根据上一轮接入后计算所得的余下电子标签的数量，动态调整所述电子标签信号发射随机分布区的时间长度t，以使b值保持不变。

3.根据权利要求2所述的一种信号占空比无线接入防碰撞方法，其特征在于，对于给定数量l的所述电子标签，在进入最佳信号占空比状态之前，有一个基础的睡眠苏醒监听周期t，根据已知的b值，通过将原来的电子标睡眠苏醒周期t乘以一个整数值k，通过公式t0 =k*t =l/b，其中，k为缩放系数、t为睡眠苏醒监听周期、l为电子标签数量、b为最佳占空比常数，以使所述电子标签在先后接收到盘点指令向读写器返回id信号时，处于最佳信号占空比状态；读写器在向所述电子标签广播盘点指令的同时，通过在每个指令信号包中嵌入该指令信号包发射时来自读写器的一个同步时间，使得先后接收到盘点指令的每一个电子标签，都有一个从读写器发送第一个指令信号包开始计算的统一相对时间ti，和经过调整后的睡眠苏醒时间ti k= ti*k，以使所述电子标签在睡眠苏醒后收到读写器id采集指令，并采用csma先监听后发射的方式向读写器返回信号时，不改变原有电子标签发射信号的随机分布状态。

4.根据权利要求3所述的一种信号占空比无线接入防碰撞方法，其特征在于，还包括：

5.根据权利要求4所述的一种信号占空比无线接入防碰撞方法，其特征在于，在每一轮csma 接入时，发现信道被占用后需要进入下一轮再发射的电子标签，将按照从低位到高位的次序，包括自身id 最低3个比特位的数值、最末一个比特位算起的最低3个比特位的数值、除去最后两个比特位后算起的3个比特位数值，通过乘以一个延时基数的方式，得到每一轮需要的随机性延时。

6.根据权利要求5所述的一种信号占空比无线接入防碰撞方法，其特征在于，在所述电子标签每一轮接入过程中，每一个需要发射信号的电子标签，只有不超过一次发射 id 信号的机会。

7.根据权利要求6所述的一种信号占空比无线接入防碰撞方法，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的一种信号占空比无线接入防碰撞方法，其特征在于，对k或b值进行调整的方法被配置为：调整增加m值，使其接近m，并将k值调大或b值调小后来观查m值的变化，其中，b为接入信号占空比。

技术总结
本发明涉及低功耗无线通信技术领域，尤其涉及一种信号占空比无线接入防碰撞方法。通过利用“最佳工作信道信号占空比原理”，进行实测或计算机仿真，得到一个用于一般电子标签的“最佳工作信道信号占空比”B和与最佳单位时间标签采集数M。利用这两个常数值，通过调整盘点时间窗口保持B值不变，就可以对任意数量的电子标签，以最高效和最快的方式完成标签的盘点。不仅简化了海量电子标签的接入过程，还提高了接入速度和效率，同时还降低了电子标签的功耗和提高了频率资源的利用效率。

技术研发人员：廖应成,郭忠华,符美洲,冉银春
受保护的技术使用者：成都西谷曙光数字技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7