快捷搜索:  as  2018  FtCWSyGV  С˵  test  xxx  Ψһ  w3viyKQx

凯发k8官网下载是手机:超高频RFID读写器组网与协调技术是怎样的



1 小序

射频识别( radio frequency identification, RFID) 技巧, 是一种使用射频通信实现的非打仗式自动识别技巧, RFID标签具有体积小、容量大年夜、寿命长、可重复应用等特征, 可支持快速读写、非可视识别、移动识别、多目标识别、定位及经久跟踪治理, 在浩繁领域得到了广泛利用。

RFID 系统由电子标签( tag) 、读写器( reader) 和数据治理系统构成。RFID 标签具有3 种类型: 主动、被动和半主动, 被动标签具有资源低的特征, 因而利用广泛。本文的钻研范围为被动标签。

在利用时, 必要适当的筹划来进行读写器的支配, 它直接影响着读写器收集的覆盖和识别效果。合理有效的读写器支配规划可以削减收集搭建光阴, 周全覆盖目的区域。相宜的和谐措施可以削减读写器之间的滋扰, 适应收集的变更, 包管全部收集的读取率。本文从这一角度启程,探究了读写器收集的组网和和谐技巧, 指出读写器收集的支配和和谐面临的问题和寻衅, 在周全和系统地归纳、总结已有的钻研的根基上, 提出了读写器收集的组网和和谐技巧的成长偏向, 为进一步深入钻研奠定了根基。

2 读写器收集的筹划和支配

读写器收集筹划和支配的目标是: 以最低的资源建造相符近期和远期读取需求、具有必然办事质量的读写器收集, 即达到目标区域最大年夜程度的覆盖, 满意要求的通信概率; 尽可能地削减滋扰, 达到所要求的办事质量; 只管即便削减读写器数量, 以低落资源。

读写器组网有以下特征。

RFID 收集系统布局出现严重的非对称性, 无源电子标签的机能对照弱, 标签之间无法相互通信, 无源标签无法主动发送通信旌旗灯号, 只能经由过程反向散射要领与读写器进行通信。

RFID 系统中的无线传输情况相称繁杂, 多半环境下, RFID 系统事情在室内情况, 此时必须斟酌多径衰减效应。同时, 读写器—标签通信的范例间隔小于10 m, 属于短间隔通信。因为射频旌旗灯号的本色特点, 并且为了包管覆盖, 读写器识别区域之间的交叉弗成避免。

移动读写器的存在, 会使收集变得繁杂。今朝对读写器组网的钻研有以下几种。

在已有的无线蜂窝收集优化模型根基上, 根据RFID 系统的特点, 提出了一种读写器收集支配的离散模型r=(site, antenna, TIlt, Au), 此中TIlt 表示天线倾斜角, Au 表示衰减。在覆盖约束、标签反射旌旗灯号约束、最小化资源约束、最小化滋扰约束的环境下, 采纳遗传算法来求最优解。这些参考文献未斟酌有移动读写器存在的环境下读写器收集的支配问题。

Anusha 设计了一个自动覆盖筹划对象RFIDcover,该对象适用于必要周期性完全覆盖的场合, 即可在每个光阴段内将所有标签都覆盖一遍, 确定必凯发k8官网下载是手机要的固定和移动读写器数目, 并确定移动读写器的运动模式以及该园地的结构图。但参考文献[4]只对对象的布局和功能进行了先容。

3 读写器和谐技巧

读写器和谐的目的是包管全部系统的通信需求, 主要避免读写器冲突以及节制功率。读写器冲突[5,6]是指由一个读写器检测到的由另一个读写器引起的滋扰, 包孕两种环境: 读写器频率冲突和标签冲突。读写器频率冲突发生在两个或两个以上读写器同时应用相同的频率与标签通信时; 标签冲突是指两个或更多读写器同时与一个标签通信时发生的冲突。

读写器冲突的特征如下: 无源标签的低机能特点, 使其在与多个读写器通信历程中无法发挥防冲突感化; 读写器冲突在手持式移动读写器大年夜量应用时, 会大年夜大年夜加剧。

3.1 现有的钻研

3.1.1 EPC C-1 2 代标准

EPC C-1 2 代标准[7]是EPC Global 拟订的860~960 MHz空中接口协议。该标准采纳频谱筹划( 指FDMA) 的措施划分读写器传输和标签传输频谱, 一方面使得标签冲突与读写器无关, 另一方面使得读写器冲突与标签无关。经由过程在不合频率信道进行读写器传输和标签传输, 办理了读凯发k8官网下载是手机写器—读写器频率滋扰问题。但因为标签不具有频率选择性, 是以当两个读写器用不合频率同时与标签进行通信时, 标签都将相应并导致在标签处发生冲突。是以, 在这个标准中多个读写器与标签的滋扰仍旧存在。

3.1.2 ETSI EN 302 208 标准

对付读写器冲突问题, ETSI 302 208 标准[8]采纳了基于载波侦听( CSMA) 的“listen before talk( LBT) ”措施, 详细内容为: 在传送旌旗灯号之前, 读写器必须侦听在它要应用的信道内是否有其他涉猎器的旌旗灯号, 假如通道余暇, 将涉猎标签; 假如通道忙, 将随机选择一段退避光阴, 再继承。然则在密集读写器情况下, LBT 使全部读写器收集不能事情在最优模式[6], 由于LBT 会使很多原先能用的通道关闭。

3.1.3 Colorwave 算法

Colorwave 算法[9]是一种散播式在线TDMA 算法。基础思路是: 对付每个读写器, 在0~maxColors 范围随机选择一个时隙( 颜色) 进行通信, 假如发生冲突, 则随机选择另一个时隙( 颜色) 并看护左近的读写器; 假如相邻读写器内有同样的时隙( 颜色) , 则该读写看从新选择一个新的时隙( 颜色) ; 读写器同时跟踪当前时隙的颜色。在Colorwave 算法中, 每个读写器监测数据的发送成功率, 若跨越了安然限值, 则改动maxColors 值; 若仅是局部某个读写器跨越了安然限值, 则其他读写器仍旧维持其maxColors 值不变; 若读写器普遍跨越了安然限值, 则孕育发生一个色度跳变波, 该色度跳变波从肇真个读写器传遍全部系统, 使得大年夜部分读写器改变自身的maxColors 值。

该算法要求读写器同步, 同时假设读写器能够检测冲突。然则仅仅由读写器检测发明冲突是弗成行的, 假如有读写器移动, 可能会导致整个读写看从新分配时隙( 颜色) , 使得全部系统效率低落。

3.1.4 Q 进修算法

Q 进修算法[10]为一种多层、在线的强化进修措施。该算法为多层布局, 由Q-Server、R-Server 和读写器层构成, 经由过程对读写器冲突模式的进修, 动态地分配频率和光阴给读写器, 可以削减读写器冲突。然则该算法的多层布局, 使得系统开销大年夜, 也不得当读写器收集拓扑变更较大年夜的场合。

3.1.5 PULSE 算法

PULSE 算法[11,12]将读写器的通信信道分为节制信道和数据信道, 要求节制信道的通信范围比数据信道大年夜很多。节制信道用来发送忙音旌旗灯号, 用于读写器之间的互相通信; 数据信道用于读写器与标签间的通信。当读写器与标签通信时, 先检测节制信道, 假如有忙音旌旗灯号, 则随即延迟等待; 假如无忙音旌旗灯号, 其随机延迟后与标签进行通信, 并在节制信道广播忙音旌旗灯号, 看护左近的读写器, 这样就避免了冲突。该算法较得当收集拓扑变更对照快的读写器收集, 但其假设读写器能够同时在节制信道和数据信道长进行通信, 增添了额外的硬件资源。

3.1.6 REQ-BUSY 算法

REQ-BUSY 算法[13]和DiCa 算法[14]为类似于PULSE 的算法, 这两种算法中通信信道分为节制信道和数据信道,读写器必要通信时, 先随机延迟一段光阴, 然后在节制信道发送哀求旌旗灯号, 假如左近读写器中有正在通信的, 将返回忙旌旗灯号, 该读写器接管到忙旌旗灯号后, 随机延迟, 然后从新发送哀求旌旗灯号; 假如该读写器没收到忙旌旗灯号, 那么其将与标签进行通信。这两种算法中读写器使用单信道与标签通信, 没有有效使用频谱资本。

3.1.7 基于IRCM的反碰撞算法

读写器碰撞模型( IRCM) [15] 建立在读写器碰撞收集( RCN) 根基上, RCN 将RFID 系统建模成一个无向图, 若两个读写器有交叉覆盖范围, 则其之间有连线。IRCM定义了读写器的碰撞相邻表和路由表, 碰撞相邻表内为能与该读写器发生冲突的相邻读写器, 路由表内为不会与其发生冲突的读写器。在识别标签的历程中, 每个读写器谋略自己的精确读取率(QT) , 并将其发送给碰撞相邻表和路由表中的读写器, 收到此值的读写看从新预计整体碰撞的环境, 调剂自身的QT 阈值以改变对标签的读取速率, 缓解全部收集的碰撞。参考文献[15]中只给出了IRCM及算法思惟, 未具体阐明若何调剂QT 阈值以改变读取速率。

3.1.8 RRE 算法

参考文献[16]对RFID 收集中的冗余读写器问题进行了钻研, 提出了一种随机、散播式的算法RRE( redundant reader eliminaTIon) , 在包管覆盖的根基上辨别出冗余的读写器, 可以将这些冗余读写器安然关闭, 以节约移动读写器的电能以及削减读写器冲突。该算法的步骤为: 首先由读写器探测周围的标签聚拢; 其次每个读写器将其覆盖的标签数目写入其覆盖范围内的标签, 在多个读写器覆盖范围内的标签, 只吸收数值较大年夜的标签数目的写入, 写入数值最大年夜的读写器被觉得定了此标签; 着末每个读写器顺序扣问其覆盖范围内的标签, 查找被其锁定的标签。没有锁定任何标签的读写器被觉得是冗余的。

3.1.9 LLC(W-LCR) 算法

J. Kim 等[17, 18]将RFID 读写器收集分成具有必然层次的读写器簇布局, 根据必然的权值动态调剂每一簇间的问询半径, 在包管区域内所有标签均被覆盖的条件下, 削减读写器簇间的问询重叠区域, 从而使读写器收集中读写器冲突的孕育发生最小化。但该规划的毛病在于: 因为情况的繁杂性, 读写器簇间问询半径的动态调剂策略难以确定, 乃至于在现实中难以实施。

3.1.10 TPA-CA 算法

TPA-CA 算法[19]假设有一个RFID 节制器知道所有的读写器位置。该算法由3 部分组成: 收集拓扑设置设置设备摆设摆设(NTC)部分、读写范围调节( IAR) 部分以及迭代部分。NTC 部分最小化读写器间的重叠覆盖范围, IAR 经由过程节制读写器的功率来调节读写范围, 因为有移动读写器的存在, 读写器间拓扑会变更, 以是必要赓续地进行迭代重复谋略。但实际有移动读写器时, 正确的位置确定和读写器间重叠覆盖范围的谋略都对照艰苦, 并且该算法必要一个节制器。

3.1.11 DAPC 和P凯发k8官网下载是手机PC 功率节制算法

Kainan Cha[20]在包管系统的周全覆盖和维持必然的期望读取率根基上, 提出了2 种读写器功率节制规划: 散播式自适应功率节制(DAPC) 措施和随机功率节制( PPC) 措施。DAPC 由两个模块构成: 自适应功率修正( adapTIvepower update) 和选择性退却撤退( selective back-off) 。自适应功率修正模块根据冲突环境和信噪最近修正功率, 然则在密集读写器情况下, 自适应功率的修正每每使得互相滋扰的读写器发射功率达到最大年夜。选择性退却撤退模块让一部分读写器先低落功率或者关闭, 使得其他读写器能正常读写, 该历凯发k8官网下载是手机程在全部读写器收集中重复进行。

PPC 选择了一种随机散播( Beta 散播) , 读写器按照此散播并根据时隙内的冲突环境动态调剂发射功率, 使读写器达到最大年夜的读写范围并具有优越的覆盖半径。

3.2 算法对照

以上的读写器和谐措施采取了不合的思路来对读写器进行节制和调节, 可以按照频分多址( FDMA) 、时分多址( TDMA) 、空分多址( SDMA) 分类, 也可依据是否采纳载波侦听( CSMA) ; 是否采纳集中式节制或散播式节制; 是否支持移动读写器; 是否采取功率节制; 是否属于聚类( clustering) 等措施分类。表1 对这些算法进行了对照。今朝除了EPC C-1 2 代标准和EN 302 208 标准已在实际中利用外, 其他的措施均为理论钻研, 有的只是模型( 例如: IRCM) 。Colorwave 算法基于图论的染色理论, 但染色理论本身便是个NP( nondeterministic polynomial) 问题。

Q 进修算法基于多层布局, 实用性不高。PULSE 算法、REQ-BUSY 算法和DiCa 算法为一类, 后面两种算法为PULSE 算法的改进, 该类算法简单, 然则都未有效使用频谱资本。LLC(W-LCR) 算法和TPA-CA 算法均可调节读写器间重叠覆盖范围, 但在实际利用中难正确确定读写器的位置。RRE 算法采纳关闭冗余读写器的要领, 但冗余读写器切实着实定对照艰苦, 并可能会漏读标签。采纳DAPC 和PPC 功率节制算法后仍会存在标签冲突。

4 钻研偏向

4.1 包孕移动读写器的读写器收集的支配

在包孕移动读写器的读写器收集中,凯发k8官网下载是手机 读写器冲突以及变更的拓扑布局是其显明特征, 也是从成长角度钻研读写器收集支配必须办理的问题。曩昔对读写器收集支配的钻研一样平常是针对固定读写器, 是以, 没有太多斟酌包孕移动读写器的环境。包孕移动读写器的读写器收集支配涉及到移动和固定读写器的数量、移动读写器的运动线路和运动速率、移动读写器的运动引起的固定读写器的拓扑布局变更、移动读写器的周期性覆盖范围的鉴定等。

覆盖时的功率节制也是包孕移动读写器的读写器收集支配的钻研偏向。移动读写器一样平常靠电池供给电源, 这就使得节能问题显得很紧张, 并且进行功率节制也可以削减读写器间的滋扰。

4.2 读写器和谐

今朝读写器收集布局的改进有两种趋势。一种是低落Q 进修算法基于多层布局, 实用性不高。PULSE 算法、REQ-BUSY 算法和DiCa 算法为一类, 后面两种算法为PULSE 算法的改进, 该类算法简单, 然则都未有效使用频谱资本。LLC(W-LCR) 算法和TPA-CA 算法均可调节读写器间重叠覆盖范围, 但在实际利用中难正确确定读写器的位置。RRE 算法采纳关闭冗余读写器的要领, 但冗余读写器切实着实定对照艰苦, 并可能会漏读标签。采纳DAPC 和PPC 功率节制算法后仍会存在标签冲突。

读写器的功能, 读写器间互相不能通信, 寄托集中节制器( 系统) 来进行和谐。对付这种收集, 读写器间的和谐类似于无线蜂窝系统中的频率分配及功率节制问题, 往后的钻研偏向是综合斟酌频谱、光阴及空间资本, 根据实际利用中的通信需求, 采纳组合优化的措施来进行办理。

另一种是增强读写器的功能, 寄托读写器本身来进行读写器间和谐。这种收集类似于传感器收集和ad hoc 收集[2], 可参考这些通信收集中的和谐技巧, 根据RFID 读写器收集的特征, 钻研用散播式措施来办理读写器和谐问题。

对付标签冲突问题, 因为无源标签的特点, 办理措施只能采纳时分多址, 即有重叠覆盖范围的读写器只能同时有一个对重叠覆盖范围内的标签进行读写, 这是读写器和谐中必须斟酌的。

责任编辑:ct

您可能还会对下面的文章感兴趣: