СПОСОБ ИСКЛЮЧЕНИЯ КОНФЛИКТОВ В ТЕХНОЛОГИИ РАДИОЧАСТОТНОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ
METHOD OF PREVENTING CONFLICTS IN RADIO FREQUENCY IDENTIFICATION TECHNOLOGY

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к способу определения информационного канала обмена данными в системе связи, в частности к способу исключения коллизий в технологии радиочастотной идентификации.
Уровень техники
Обмен информацией между системами связи применяется в различных областях промышленности по мере развития науки и техники.
Когда используется система радиочастотной идентификации для обмена данными, то внутри радиочастотного диапазона работы устройства считывания и записи часто может быть расположен более чем один ретранслятор, в системе радиочастотной идентификации необходимо, чтобы устройство считывания и записи одновременно поддерживало связь с несколькими ретрансляторами для обмена данными, то есть связь с множественным доступом.
Обычно имеются четыре различных способа связи с множественным доступом: способ множественного доступа с пространственным разделением (SDMA), способ множественного доступа с частотным разделением (FDMA), способ множественного доступа с временным разделением каналов (TDMA) и способ множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA). Использование этих способов позволяет непрерывно передавать потоки данных в приемные терминалы, пропускная способность выделенного канала может сохраняться в течение достаточно длительного периода времени (например, в течение всего процесса вызова), однако для систем радиочастотной идентификации необходимо, чтобы человек или оборудование не ощущали время резервирования, в то же время должна надежно предотвращаться невозможность считывания или записи данных ретрансляторов из-за конфликта друг с другом в устройстве считывания и записи.
Имеются в основном два способа исключения конфликтов в технологии радиочастотной идентификации, согласно уровню техники.
Во-первых, побитовый способ исключения конфликтов, в котором порядковый номер идентификатора пользователя (UID) в качестве ответа ретранслятора обнаруживается устройством считывания и записи бит за битом, и те биты, которые конфликтуют, устанавливаются бит за битом равными соответствующим величинам для селекции. Поскольку выполняется обнаружение бит за битом в способе исключения конфликтов, то недостатками в практической работе являются: в условиях существования нескольких ретрансляторов время для повторного запроса и повторного ответа в побитовом способе исключения конфликтов, который выполняет обнаружение бит за битом, явно увеличивается, за счет чего уменьшается не только скорость работы, но и задействуется множество схемных ресурсов.
Во-вторых, способ исключения конфликтов с использованием случайного числа, для которого имеется множество путей осуществления, при этом различие между соответствующими способами основывается на способе получения случайного числа: например, псевдослучайное число создается с помощью различных параметров, таких как время возврата в исходное состояние, рабочее напряжение и т.п., при этом недостатками являются: сложность схем и невозможность исключения условий, в которых два ретранслятора синхронно создают псевдослучайное число, за счет чего создается условие, при котором нельзя различить два ретранслятора.
Сущность изобретения
Задачей данного изобретения является создание способа исключения конфликтов технологии радиочастотной идентификации, в которой используется способ исключения конфликтов способа множественного доступа с разделением времени (TDMA) для обеспечения способности устройства считывания и записи распознавать и идентифицировать с высокой эффективностью множество ретрансляторов в поле действия устройства считывания и записи, и создавать соответствующие каналы связи, которые не создают помех друг другу, за счет чего достигается цель исключения конфликтов.
Задача решается, согласно изобретению, тем, что способ исключения конфликтов технологии радиочастотной идентификации содержит стадии:
стадия 1, устройство считывания и записи выбирает приемлемое полное число интервалов времени на основе различных условий применения, определяет величину указателя в качестве параметра команды для передачи в ретранслятор;
стадия 2, ретранслятор передает величины своего полного собственного порядкового номера идентификатора пользователя внутри сегмента времени, предписываемого интервалами времени на основе величины указателя, и величину своего собственного порядкового номера идентификатора пользователя;
стадия 3, устройство считывания и записи обнаруживает порядковый номер идентификатора пользователя ретранслятора и определяет, будет ли конфликтовать порядковый номер идентификатора пользователя ретранслятора или нет;
стадия 4, устройство считывания и записи передает команду подтверждения в обнаруженный ретранслятор, который не будет конфликтовать;
стадия 5, после приема команды подтверждения ретранслятором ретранслятор определяется как выбранный посредством сравнения и проверки, и ему присваивается канал связи, который осуществляет взаимно однозначную связь.
В указанном способе исключения конфликтов технологии радиочастотной идентификации ретранслятор для возврата величин своего собственного порядкового номера идентификатора пользователя в указанной стадии 2 использует следующие стадии:
2-1, ретранслятор вычисляет 8-битовое число с помощью регистра контроля с использованием избыточного кода (CRC) на основе величины указателя и величины своего собственного порядкового номера идентификатора пользователя,
2-2, ретранслятор выбирает сегмент числа из указанного 8-битового числа на основе полного числа интервалов времени в качестве своего собственного числа интервалов времени, т.е. логический адрес,
2-3, ретранслятор передает величины своего полного собственного порядкового номера идентификатора пользователя в сегмент времени, заданный указанным числом интервала времени.
В указанном способе исключения конфликтов технологии радиочастотной идентификации в котором устройство считывания и записи для обнаружения и определения, будет ли конфликтовать порядковый номер идентификатора пользователя ретранслятора или нет, выполняет в указанной стадии 3 следующие стадии:
3-1, устройство считывания и записи обнаруживает порядковый номер идентификатора пользователя ретранслятора,
3-2, устройство считывания и записи определяет, будет ли конфликтовать порядковый номер идентификатора пользователя ретранслятора или нет,
3-21, если порядковый номер идентификатора пользователя не будет конфликтовать, то осуществляется переход на стадию 4,
3-22, если порядковый номер идентификатора пользователя будет конфликтовать, то устройство считывания и записи выполняет следующие стадии:
(1) изменяет величину указателя, изменяет при необходимости полное число интервалов времени,
(2) повторно передает модифицированное число интервалов времени и величину указателя в ретранслятор в качестве параметров команды,
(3) после повторения второй стадии и третьей стадии выполняет стадию 4.
В указанном способе исключения конфликтов технологии радиочастотной идентификации устройство считывания и записи для передачи команды подтверждения в ретранслятор в указанной стадии 4 выполняет следующие стадии:
4-1, устройство считывания и записи вычисляет 8-битовую величину проверки на основе обнаруженной величины порядкового номера идентификатора пользователя ретранслятора,
4-2, устройство считывания и записи передает вычисленную 8-битовую величину проверки в ретранслятор вместе с командой подтверждения.
В указанном способе исключения конфликтов технологии радиочастотной идентификации ретранслятор для приема команды подтверждения, сравнения и проверки в указанной стадии 5 выполняет следующие стадии:
5-1, после приема команды подтверждения ретранслятором сравнивает и проверяет проверочную величину, предоставленную устройством считывания и записи, и проверочную величину, предоставленную самим ретранслятором с использованием того же алгоритма,
5-2, если две проверочные величины являются одинаковыми, то выбирается указанный ретранслятор и определяются взаимно однозначные каналы связи для передачи и сохранения данных,
5-3, если две проверочные величины различаются, то на команду задачи не дается ответ, и ретранслятор устраняет промежуточное состояние и переходит в предварительное состояние.
Поскольку в способе исключения конфликтов технологии радиочастотной идентификации согласно изобретению используется указанная техническая схема, то он имеет следующие преимущества и положительные результаты по сравнению с уровнем техники.
1. За счет нескольких переменных, таких как указатель, число интервалов времени и т.п., указываемых в команде, согласно изобретению можно приспосабливать различные ретрансляторы, расположенные в разных местах, для сокращения времени для исключения конфликтов, можно создавать взаимно однозначные каналы между устройством считывания и записи и ретранслятором в течение короткого времени.
2. Поскольку в способе добавлена стадия передачи команды подтверждения и стадия повторной проверки, повышается надежность передачи данных.
3. Поскольку выполнение схем, согласно изобретению, является простым и приемлемым, то в нем требуется меньше затрат, обеспечивается высокая скорость и надежность, что делает его очень практичным.
Краткое описание чертежей
Цель, конкретные признаки структуры и преимущества изобретения следуют из приведенного ниже подробного описания варианта выполнения способа исключения конфликтов технологии радиочастотной идентификации, согласно изобретению, со ссылками на чертежи, на которых изображено:
фиг.1 - блок-схема способа исключения конфликтов технологии радиочастотной идентификации согласно изобретению;
фиг.2 - схема базовой структуры способа исключения конфликтов технологии радиочастотной идентификации согласно изобретению;
фиг.3 - схема структуры указателя, имеющего величину указателя, равную десятичному числу 18, способа исключения конфликтов технологии радиочастотной идентификации согласно изобретению;
фиг.4 - схема структуры указателя, имеющего величину указателя, равную десятичному числу 60, способа исключения конфликтов технологии радиочастотной идентификации согласно изобретению; и
фиг.5 - схема структуры указателя, имеющего величину указателя, равную десятичному числу 10, способа исключения конфликтов технологии радиочастотной идентификации согласно изобретению.
Подробное описание предпочтительных вариантов выполнения
На фиг.1 показана блок-схема способа исключения конфликтов технологии радиочастотной идентификации согласно изобретению. Способ исключения конфликтов технологии радиочастотной идентификации, согласно изобретению, имеет следующие стадии:
стадия 1, устройство считывания и записи выбирает приемлемое полное число интервалов времени на основе различных условий применения, определяет величину указателя в качестве параметра команды для передачи в ретранслятор;
стадия 2, ретранслятор передает величины своего полного собственного порядкового номера идентификатора пользователя внутри сегмента времени, предписываемого интервалами времени на основе величины указателя, и величину своего собственного порядкового номера идентификатора пользователя, выполняя при этом специальные стадии:
2-1, ретранслятор вычисляет 8-битовый номер с помощью регистра контроля с использованием избыточного кода на основе величины указателя и величины своего собственного порядкового номера идентификатора пользователя,
2-2, ретранслятор выбирает сегмент числа из указанного 8-битового числа на основе полного числа интервалов времени в качестве своего собственного числа интервалов времени, т.е. логический адрес,
2-3, ретранслятор передает величины своего полного собственного порядкового номера идентификатора пользователя в сегмент времени, заданный указанным числом интервалов времени,
стадия 3, устройство считывания и записи обнаруживает порядковый номер идентификатора пользователя ретранслятора и определяет, будет ли конфликтовать порядковый номер идентификатора пользователя ретранслятора или нет, выполняя специальные стадии:
3-1, устройство считывания и записи обнаруживает порядковый номер идентификатора пользователя ретранслятора,
3-2, устройство считывания и записи определяет, будет ли конфликтовать порядковый номер идентификатора пользователя ретранслятора или нет,
3-21, если порядковый номер идентификатора пользователя не будет конфликтовать, то переходит на стадию 4,
3-22, если порядковый номер идентификатора пользователя будет конфликтовать, то устройство считывания и записи выполняет следующие стадии:
(1) изменяет величину указателя, изменяет при необходимости полное число интервалов времени,
(2) повторно передает модифицированное число интервалов времени и величину указателя в ретранслятор в качестве параметров команды,
(3) после повторения второй стадии и третьей стадии выполняет стадию 4,
стадия 4, устройство считывания и записи передает команду подтверждения в обнаруженный ретранслятор, который не будет конфликтовать, выполняя специальные стадии:
4-1, устройство считывания и записи вычисляет 8-битовую величину проверки на основе обнаруженной величины порядкового номера идентификатора пользователя ретранслятора,
4-2, устройство считывания и записи передает вычисленную 8-битовую величину проверки в ретранслятор вместе с командой подтверждения,
стадия 5, после приема команды подтверждения ретранслятором, ретранслятор определяется как выбранный посредством сравнения и проверки и ему присваивается канал связи, который осуществляет взаимно однозначную связь, выполняя специальные стадии:
5-1, после приема команды подтверждения ретранслятором ретранслятор сравнивает и проверяет проверочную величину, предоставленную устройством считывания и записи, и проверочную величину, предоставленную самим ретранслятором с использованием того же алгоритма,
5-2, если две проверочные величины являются одинаковыми, то выбирается указанный ретранслятор и определяются взаимно однозначные каналы связи для передачи и сохранения данных,
5-3, если две проверочные величины различаются, то на команду задачи не дается ответ, и ретранслятор устраняет промежуточное состояние и переходит в предварительное состояние.
Ниже приводится подробное описание структуры изобретения на основе условий осуществления.
На фиг.2 показана схема основной структуры способа исключения конфликтов технологии радиочастотной идентификации согласно изобретению. Модуляционные сигналы, которыми модулируются несущие сигналы устройства считывания и записи, предельно ограничены в технологии связи, основанной на стандарте FCC (Федеральная комиссия связи США), поэтому используется протокол интервалов времени на основе TIMESLOT, т.е. процесс после окончания команды устройства считывания и записи разделяется на несколько сегментов времени, и обуславливается, что ретранслятор может отвечать на команду лишь внутри одного из сегментов времени, и этот сегмент времени называется сегментом времени TIMESLOT ретранслятора, при этом величина интервала времени TIMESLOT зависит от уникального порядкового номера идентификатора пользователя ретранслятора.
На фиг.2 позицией RX обозначена команда или сигнал подтверждения, которая передается из устройства считывания и записи в электронный ретранслятор; позицией TX обозначен ответ электронного ретранслятора на команду из устройства считывания и записи. Число (1, 4, 8, 16, 32, 64, 128 или 256) интервалов времени TIMESLOT, которые могут использоваться ретранслятором, определяется соответствующими параметрами соответствующих команд (например, ANTI-COLLISION/SELECT, UNSELECTED READ) устройства считывания и записи. Другие команды (ANTI-COLLISION/SELECT, WRITE, HALT), передаваемые устройством считывания и записи, могут осуществляться лишь после обнаружения ретранслятором сигнала подтверждения из устройства считывания и записи и проверки его правильности.
В данном варианте выполнения ретранслятор выбирается следующим образом: если несколько ретрансляторов расположены одновременно внутри пределов радиочастотного поля, то устройство считывания и записи должно принимать решение, какой ретранслятор должен отвечать на команду READ (считывание) и какие данные должны записываться в ретрансляторе, этот выбор осуществляется посредством команды ANTI-COLLISION/SELECT (выбор с учетом исключения конфликтов) из ретранслятора, ретранслятор ждет сигнал подтверждения из устройства считывания и записи в сегменте времени, равном одному интервалу времени TIMESLOTE, выбранному командой ANTI-COLLISION/SELECT. Ретранслятор может отвечать на другие команды из устройства считывания и записи лишь после приема имеющего силу сигнала подтверждения из устройства считывания и записи.
Выбранный ретранслятор должен эффективно осуществлять следующие команды: ANTI-COLLISION/SELECT, WRITE (запись), HALT (удерживание); после выбора ретранслятора он больше не отвечает на следующие команды: ANTI-COLLISION/SELECT, UNSELECTED READ (считывание без выбора).
В данном варианте выполнения правильное число интервалов времени TIMESLOTE выбирается следующим образом: указанное выше число (1, 4, 8, 16, 32, 64, 128 или 256) интервалов времени TIMESLOTE, которые могут использоваться указанным ретранслятором, определяется соответствующими параметрами соответствующих команд (например, ANTI-COLLISION/SELECT, UNSELECTED READ) устройства считывания и записи; если число ретрансляторов, которые входят в пределы радиочастотного поля, превосходит число интервалов времени TIMESLOTE, то может возникать множество конфликтов (т.е. более двух ретрансляторов отвечают одновременно в одном интервале времени TIMESLOTE), это приводит к тому, что может быть выбрано лишь малое число ретрансляторов; в противоположность этому, если число набора интервалов времени TIMESLOTE очень велико, то явно будет мало конфликтов, почти все ретрансляторы в радиочастотном поле будут выбраны; недостатком такого условия является потеря времени.
Правильное условие заключается в том, что правильное число интервалов времени TIMESLOTE должно быть в два раза больше числа электронных ретрансляторов в радиочастотном поле. Если число ретрансляторов в радиочастотном поле нельзя оценить, то необходимо начинать с небольшого числа интервалов времени TIMESLOTE, и если устройство считывания и записи обнаруживает большое число конфликтов в это время, то это указывает на то, что число интервалов времени TIMESLOTE необходимо увеличить.
Если число электронных ретрансляторов велико, то возможен другой метод: лишь небольшое количество ретрансляторов выбирается одновременно с помощью команды ANTI-COLLISION/SELECT, и после выполнения выбранными ретрансляторами всех команд и перехода ретрансляторов в режим ожидания HALT (удерживание), выбираются в свою очередь другие ретрансляторы, которые находятся в режиме ожидания; процесс можно выполнять последовательно, пока больше не будет команды ANTI-COLLISION/SELECT устройства считывания и записи, не получившей ответа от ретранслятора. Преимуществом этого метода является то, что можно уменьшить количество конфликтов за счет одновременного выбора небольшого числа ретрансляторов.
Величины интервалов времени TIMESLOTE вычисляются в данном варианте выполнения с помощью указателя HASHVALUE (значение хеш-функции). Вычисление интервалов времени TIMESLOTE ретрансляторами обеспечивается с помощью указателя HASHVALUE, который включен в команды ANTI-COLLISION/SELECT и UNSELECTED READ. Результаты вычисления сохраняются в 8-битовом регистре TIMESLOTE REGISTER. После выбора ретранслятора с помощью команды ANTI-COLLISION/SELECT (имеющая силу команда подтверждения принята ретранслятором), затем определяется величина 8-битового регистра TIMESLOTE REGISTER. Если регистр TIMESLOTE REGISTER предварительно установлен на постоянную величину во время включения и перезагрузки, то он больше не сбрасывается в любое время.
На фиг.3 показана схема структуры указателя, имеющего величину указателя, равную десятичному числу 18 в способе исключения конфликтов технологии радиочастотной идентификации, согласно изобретению. Величину указателя HASHVALUE на чертеже можно использовать в качестве битового адреса, который всегда указывает на первый бит 8-битовых последующих данных (начиная с самого нижнего бита) в уникальном порядковом номере ретранслятора, при этом на фиг.3 величина указателя HASHVALUE составляет 18 (десятичное число).
На фиг.4 показана схема структуры указателя, имеющего величину указателя, равную десятичному числу 60 в способе исключения конфликтов технологии радиочастотной идентификации согласно изобретению. Если 8-битовый порядковый номер, имеющий указатель HASHVALUE в качестве своего первого адреса, достигнет или превзойдет наивысший бит порядкового номера идентификатора пользователя, т.е. когда величина указателя HASHVALUE составляет 57-63, то результаты вычисления последовательно распространяются на данные нижних битов порядкового номера идентификатора пользователя для образования циклической структуры. Как показано на фиг.3, величина указателя HASHVALUE составляет десятичное число 60.
8
В данном варианте выполнения величина интервала времени TIMESLOTE вычисляется следующим образом: сначала задается 8-битовый регистр, называемый CRC8, и регистр CRC8 сначала устанавливается на содержимое регистра TIMESLOTE REGISTER (регистр TIMESLOTE REGISTER устанавливается на постоянную величину при включении и перезагрузке), затем 8-битовый порядковый номер, имеющий указатель HASHVALUE в качестве своего первого адреса, сдвигается в свою очередь в регистр CRC8. Если число интервалов времени TIMESLOTE меньше 256 (2=256), то данные, соответствующие номеру, начиная с самого младшего бита в регистре CRC8, принимаются в качестве результирующей величины интервалов времени TIMESLOTE, например, если число интервалов времени TIMESLOTE равно 16 (24=16), то самые младшие 4 бита в регистре CRC8 принимаются в качестве величины временного интервала TIMESLOTE указанного ретранслятора.
На практике порядковый номер присваивается случайно. Для случайного присвоения порядкового номера наилучшим путем является начать с нулевой величины указателя HASHVALUE, и величина указателя HASHVALUE увеличивается на 8 каждый раз при приходе команды ANTI-COLLISION/SELECT, когда она достигает 56, то начальная величина для следующей команды сбрасывается и устанавливается новой; если следующая начальная величина задается как 4, то аналогичным образом величина указателя HASHVALUE будет увеличиваться на 8 каждый раз при приходе команды ANTI-COLLISION/SELECT; после достижения 60 начальная величина для следующей команды сбрасывается и устанавливается новой, например, следующая начальная величина задается равной 2, при этом величина указателя HASHVALUE увеличивается на 8 каждый раз при приходе команды ANTI-COLLISION/SELECT…, и циклично так далее.
В данном варианте выполнения изобретения сигнал подтверждения вычисляется следующим образом (смотри фиг.5): для обеспечения возможности ответа устройства считывания и записи на имеющий силу сигнал подтверждения после команд, таких как ANTI-COLLISION/SELECT, WRITE, HALT, передаваемых устройством считывания и записи, и после окончания передачи ретранслятором ответа, величина регистра СКС8 сначала устанавливается постоянной. Затем 8-битовый порядковый номер в свою очередь сдвигается в регистр CRC8. Адрес данных первого бита в соответствующих 8-битовых данных должен быть HASHVALUE +8 (поскольку перед сигналом подтверждения определенно была команда).
Лишь когда байты результатов вычисления ретранслятора совпадают с байтами сигнала подтверждения, переданного устройством считывания и записи, соответствующая команда выполняется ретранслятором; например, ретранслятор переводится в выбранное состояние, содержащееся в команде ANTI-COLLISION/SELECT, начинается операция записи с помощью команды WRITE, а команда HALT выполняется посредством перевода ретранслятора в состояние HALT. Когда указатель HASHVALUE является десятичным числом 10, как показано на фиг.5, то стартовый бит исходной величины регистра CRC8, которая создает сигнал подтверждения, равна указателю HASHVALUE +8.
Таким образом, несколько переменных указываются в командах в способе исключения конфликтов технологии радиочастотной идентификации, согласно изобретению, за счет чего приспосабливаются различные условия, в которых положения ретрансляторов являются разными, для сокращения времени для осуществления исключения конфликтов, и можно создавать взаимно однозначный канал между устройством считывания и записи и ретранслятором внутри короткого промежутка времени; в то же время, поскольку добавляется команда подтверждения и стадия повторной проверки, то повышается надежность передачи данных, а выполнение схем является простым и приемлемым, требует меньше ресурсов и имеет повышенную скорость и надежность, т.е. способ является очень практичным.