CN101216875A - 基于图染色法的rfid多读写器防冲突方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于图染色算法的射频识别(RFID)多读写器防冲突方法,通过执行图染色算法为每个RFID读写器分配合适的频率(信道)和时间(时隙),使得存在频率冲突的读写器之间,使用不同信道工作,以避免频率冲突;同时,使得存在标签冲突的读写器之间在不同的时隙阅读标签,以避免标签冲突。本发明通过结合频分和时分的基于图染色法的多读写器防冲突方法,可以在使用较少的信道和时隙资源的情况下有效地避免多读写器之间的冲突(包括标签冲突和频率冲突),使得读写器的平均识别速度得到提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种RFID读写器防冲突方法,涉及一种基于图染色法的RFID多读写器防冲突技术方案,属于射频识别技术领域。
背景技术
随着RFID技术的日益成熟,电子标签将会在供应链管理、资产管理、生产管理和安全防伪等领域获得广泛的应用。在上述许多应用场合中,大多会使用两个或两个以上的RFID读写器进行多目标的识别,称多读写器应用。在实际应用中发现,在多读写器应用环境下,读写器之间的相互干扰十分严重(称为读写器冲突问题),从而导致整个RFID系统的识别效率严重下降。读写器冲突已经称为RFID发展应用的主要问题之一。经过分析表明,读写器之间的冲突分为标签冲突和频率冲突。标签冲突是指当标签同时处于多个读写器的阅读范围内时,不能被任何一个读写器正确识别的冲突,如图1所示,R1,R2分别表示两个RFID读写器,R表示读写器的阅读半径,I表示读写器的干扰半径,D表示读写器R1、R2之间的距离;频率冲突是指读写器在识别标签时,处于其它读写器的干扰范围内,由于它们的工作频率相同或者频率间隔太小导致不能正常识别标签的冲突,如图2所示。由于大多数电子标签的功能简单,不能区分不同读写器的信号,故标签冲突只能通过分时工作的方法解决。频率冲突可以通过为每个读写器分配不同的信道来解决。
国内外对于RFID多读写器的冲突问题及其解决方案进行了研究,其中基于时分多址的算法包括:DCS,colowave,Pulse,Dica,Random Backoff,CSMA等;基于空分多址的算法包括:LLCR,w-LLC,w-LCR等;基于时分频分结合的方案有Hi-Q。这些算法在一定程度上避免了读写器之间的冲突问题,但是仍然存在各自的不足。其中基于时分多址的虽然可以同时消除频率冲突和标签冲突,但在同一时刻仅有一个读写器工作,导致系统整体的识别效率不高;基于空分多址的方法通过调节辐射的角度或者发射能量的大小能够在一定程度上减轻标签冲突,但是不能有效避免频率冲突;Hi-Q虽然是时分频分相结合的方案,由于它是基于人工智能的算法,算法复杂度高,系统在达到最优状态前学习时间比较长,导致系统的总体效率仍然不高。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足,提出一种基于图染色算法的频分、时分结合的RFID多读写器防冲突方法。通过图染色算法为每个RFID读写器分配合适的频率(信道)和时隙,使得存在频率冲突的读写器之间,使用不同信道工作,以避免频率冲突;同时,存在标签冲突的读写器之间在不同时间(时隙)阅读标签,以避免标签冲突。该技术方案通过使用较少的信道和时隙资源,在理论上可以避免所有的读写器冲突,使得读写器的平均识别速度得到提高。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的:
一种基于图染色法的RFID多读写器防冲突方法,包括:
步骤一,以二维坐标(x,y)表示每个读写器的位置,并向中央控制器输入每个读写器天线坐标的分布信息;
步骤二,中央控制器计算读写器之间的标签冲突矩阵T、频率冲突矩阵F;
步骤三,根据图染色理论,及标签冲突矩阵T,计算参数约束数t(v)、度数d(v);
步骤四,调用时隙分配算法,计算所需最大时隙数max_slot,并为每个读写器分配相应的时隙编号slot_num;
步骤五,根据图染色理论、频率冲突矩阵F,及相关参数约束数t(v),度数d(v);
步骤六,调用信道分配算法,为每个读写器分配相应的信道编号channel_num;
步骤七,将时隙分配算法、信道分配算法的计算结果(最大时隙数max_slot、每个读写器分配所得的时隙编号slot_num,每个读写器分配所得的信道编号channel_num)发送给每个读写器。
所述时隙分配算法和信道分配算法的执行顺序可以互换,即先进行信道分配,再进行时隙分配,或者两种分配算法同时进行。
所述步骤一的标签冲突矩阵T,用于描述任意两个读写器之间是否存在标签冲突,假设读写器数目为n,则该矩阵为n×n,当读写器i,j之间存在标签冲突时,即当读写器i,j之间的距离D(I,j)<2R,则元素T(i,j)=1;否则,T(i,j)=0;其中,R为读写器阅读标签的半径。
所述步骤一的频率冲突矩阵F,表示存在且仅存在频率冲突的读写器之间的最小信道约束数,假设读写器数目为n,则该矩阵为n×n,。频率距离约束条件为,相隔就n个信道,两读写器不发生频率冲突的距离为dn,
读写器i,j的距离d1<D(i,j),则F(i,j)=0,表示读写器i,j之间不存在频率冲突;读写器i,j的距离d2<D(i,j)<=d1,则F(i,j)=1;读写器i,j的距离d3<D(i,j)<=d2,则 F(i,j)=2;读写器i,j的距离d4<D(i,j)<=d3,则F(i,j)=3;读写器i,j的距离D(i,j)<=d4,则F(i,j)=4;
所述步骤二中约束数t(v)为1,度数d(v)为与顶点v相连的边的条数。
所述步骤四中时隙分配算法包括,
步骤一,根据读写器分布和标签冲突矩阵T,将存在标签冲突的读写器之间用边e连接起来,边的取值为1;根据约束数t(v)对读写器进行排序;
步骤二,给约束数t(v)最大的读写器选择时隙编号1,若不止一个,则选择其中度数d(v)最大的,若还不止一个,则任意选一个读写器,并且更新相应的参数,包括:可用时隙集R(v)、可用时隙个数r(v)、不可用时隙集Uf(v)、不可用时隙个数1f(v)、读写器的序号n(v);
步骤三,在未着色的读写器中,不可用颜色个数1f(v)最大的,若不止一个,选择约束数t(v)最大的,若还不止一个,选择度数d(v)最大的,若还不止一个,则任意选一个读写器,设该读写器为v;
步骤四,若读写器v的着色序号n(v)≤4,则转至步骤五;否则,n(v)>4,判断读写器v的类型:若r(v)>=1,则执行步骤五,否则,执行回溯换色子程序;
步骤五,对选出的读写器v着以可选用的,色号尽可能小的颜色,若R(v)不为空集合,则R(v)中的颜色优先;
步骤六,若所有的读写器都已着色,则停止;否则,返回步骤三。
所述步骤五中约束数t(v)为与顶点v相连的边中取值最大的边的值,度数d(v)为与顶点v相连的边的条数。
所述步骤六中信道分配算法包括,
步骤一,根据读写器分布和频率冲突矩阵F,将存在频率冲突的读写器之间用边e连接起来;根据约束数t(v)对读写器进行排序;
步骤二,给约束数t(v)最大的读写器在可选用的信道集合中随机选择一个信道,若约束数t(v)最大的读写器不止一个,这选择其中度数d(v)最大的,若还不止一个,则任意选一个读写器,并且更新相应的参数,包括:可用信道集R(v)、可用信道个数r(v)、不可用信道集Uf(v)、不可用信道个数1f(v)、读写器的序号n(v);
步骤三,在未着色的读写器中,不可用信道个数1f(v)最大的,若不止一个,选择约束数t(v)最大的,若还不止一个,选择度数d(v)最大的,若还不止一个,则任意选一个读写器,设该读写器为v;
步骤四,若读写器v的着色序号n(v)≤4,则转至步骤五;否则,n(v)>4,判断读写器v的类型:若r(v)>=1,则执行步骤五,否则,执行回溯换色子程序;
步骤五,对选出的读写器v着以可选用的,色号尽可能小的颜色,若R(v)不为空集合,则R(v)中的颜色优先;
步骤六,若所有的读写器都已着色,则停止;否则,返回步骤三。
所述回溯换色子程序,包括,
在n(v)>4的情况下,设读写器v的前一着色读写器为u,则n(u)=n(v)-1;判断读写器u的类型:
若r(u)<=1,则用读写器u代替v,返回回溯换色子程序,继续回溯;
若r(u)>1,则对读写器u换色,设其原着色为A(u),因为r(u)>1,则R’(u)=R(u)-A(u),R’(u)不为空集合,设其中色号最小的颜色为A’(u),给读写器u换色,着以颜色A’(u),并用R’(u)代替R(u),r(u)-1代替r(u),退出回溯换色子程序,返回,继续对未着色的读写器进行着色。
本发明的独到优势在于:在多读写器工作环境下,通过引入中央控制单元,利用图染色算法分别为每个读写器分配合适的信道和时隙。通过中央控制器的集中调度,存在频率冲突的读写器可以使用不同信道工作,以避免频率冲突;存在标签冲突的读写器可以在不同时隙阅读标签,以避免标签冲突。该技术方案通过使用较少的信道和时隙资源,可以避免所有的多读写器冲突,使得所有的读写器的平均识别速度得到提高,理论上系统的识别效率可以达到100%。
附图说明
图1标签冲突示意图;
图2频率冲突示意图;
图3中央控制器工作流程示意图;
图4ISO 18000-6C协议对多读写器工作模式下读写器发射能量的频率规范;
图5时隙分配算法流程示意图;
图6信道分配算法流程示意图;
图7读写器工作流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图具体描述本发明的实施方案。
在多读写器工作场景下,读写器工作效率十分低下,读写器之间的干扰主要包括频率冲突和标签冲突,本发明的多读写器防冲突技术方案通过给存在标签冲突的读写器分配不同的时隙来解决标签冲突,通过给存在频率冲突的读写器分配不同的频率(信道)来解决频率冲突。
本发明涉及的基于图染色法的RFID多读写器防冲突技术方案主要包括:中央控制器,多个RFID读写器,待识别的电子标签。中央控制器可以是读写器工作区域内的一台计算机,主要的作用是执行时隙分配算法、频率分配算法,并且将算法的执行结果,最大时隙数max_slot、每个读写器分配所得的时隙编号slot_num,每个读写器分配所得的信道编号channel_hum,发送给每个读写器,从而使多个读写器协调工作;RFID读写器是算法分配的对象,读写器根据接收到中央控制器发送的时隙、频率分配结果,在指定的时隙(slot_num)内使用指定的信道(channel_num)阅读标签;电子标签是读写器识别的对象。本发明的RFID多读写器防冲突技术方案适用于任何协议的RFID系统,以ISO 18000-6C为例进行说明。
基于图染色法的RFID多读写器防冲突方法,由于要求读写器的位置固定,所以适用于静态系统;
首先,当读写器的天线位置固定后,向中央控制器输入每个读写器天线的位置信息,以二维坐标(x,y)表示;
然后,中央控制器根据输入的天线位置信息、读写器兼容的空中接口协议和当地无线电规范等计算RFID系统的标签冲突矩阵T和频率冲突矩阵F;
利用基于图染色法的时隙分配算法为每个读写器分配工作时隙;利用基于改进图染色法的信道分配算法为每个读写器分配工作信道;
接着,中央控制器将时隙、信道分配结果发送给所有读写器;
最后,读写器根据所分配的信道和时隙阅读标签。
本发明涉及的技术方案的实现流程如下,分为中央控制器工作流程和读写器工作流程两个方面。
中央控制器工作流程如图3所示:
步骤一,根据实际应用确定读写器天线的分布,并向中央控制器输入该信息。在实际应用场景中,固定好每个读写器以及读写器的天线,以二维坐标(x,y)表示每个读写器的天线的位置(注:为了描述方便,在后文中不区分读写器的位置和读写器天线的位置),向中央控制器输入每个读写器位置信息,即天线的坐标(x,y);
步骤二,中央控制器计算读写器之间的标签冲突矩阵T、频率冲突矩阵F。
(一)计算标签冲突矩阵T
中央控制器根据输入的读写器位置信息,读写器阅读标签的半径R(假设每个阅读器的发射能量相同,则它们的阅读半径大小相等),计算标签冲突矩阵T。该标签冲突矩阵用于描述任意读写器之间是否存在标签冲突,假设读写器数目为n,则该矩阵为n×n,当读写器i,j之间存在标签冲突时,即当读写器i,j之间的距离D(I,j)<2R,则元素T(i,j)=1;否则,T(i,j)=0。
(二)计算频率冲突矩阵F
中央控制器根据EPC globalC1G2协议多读写器工作模式下,对发射能量在相邻信道的抑制约束条件如图4所示,即在第一、二、三、四及以上邻近信道的能量抑制分别为:-20dB,-50dB,-60dB,-65dB,读写器发射功率36dBm,基于ISO 18000-6C协议计算的频率距离约束,结果如下表所示,
信道 | +/-1 | +/-2 | +/-3 | +/-4及以上 |
距离(衰减) | d1=942m | d2=29m | d3=9.3m | d4=4.7m |
(1)当读写器i,j的距离D(i,j)<d4时,读写器i,j占用的信道间隔|channel_num(i)-channel_num(j)|>=4;
(2)当读写器i,j的距离d4<=D(i,j)<d3时,读写器i,j占用的信道间隔|channel_num(i)-channel_num(j)|>=3;
(3)当读写器i,j的距离d3<=D(i,j)<d2时,读写器i,j占用的信道间隔|channel_num(i)-channel_num(j)|>=2;
(4)当读写器i,j的距离d2<=D(i,j)<d1时,读写器i,j占用的信道间隔|channel_num(i)-channel_num(j)|>=1;
中央控制器输入的读写器位置信息和上面计算所得的频率距离约束条件计算频率约束矩阵F。频率约束矩阵表示存在且仅存在频率冲突的读写器之间的最小信道约束数,假设读写器数目为n,则该矩阵为n×n,。即:
(1)读写器i,j的距离d1<D(i,j),则F(i,j)=0,表示读写器i,j之间不存在频率冲突;
(2)读写器i,j的距离d2<D(i,j)<=d1,则F(i,j)=1;
(3)读写器i,j的距离d3<D(i,j)<=d2,则F(i,j)=2;
(4)读写器i,j的距离d4<D(i,j)<=d3,则F(i,j)=3;
(5)读写器i,j的距离D(i,j)<=d4,则F(i,j)=4;
步骤三,根据标签冲突矩阵T,计算相关参数t(v),d(v)。
根据图染色理论,将每个RFID读写器视为一个顶点v,存在标签冲突的读写器i,j之间,即T(i,j)=1,用边e(i,j)连接起来,在时隙分配算法中,所有边的取值都为1,即e(i,j)=1。将时隙视为颜色,用不同数字表示。时隙分配算法就是在满足标签冲突矩阵T的约束下,为每个顶点分配合适的时隙编号slot_num,使得存在标签冲突的读写器在不同时间内识别标签,以解决标签冲突。
当前已经着色的顶点使用的颜色集合用G表示;顶点v的禁色集Uf(v)表示在集合G中,顶点v不能使用的颜色的集合;Uf(v)元素个数称为顶点v的禁色数1f(v);顶点v的可用颜色集R(v)表示当要给顶点v着色时,在集合G中,顶点v可以使用的颜色集合,其元素个数称为r(v);顶点v的着色序号用n(v)表示。顶点v的度数d(v)表示与顶点v相连的边的条数;顶点v的约束数t(v)表示与顶点v相连的边中取值最大的边的值;在时隙分配算法中,t(v)的最大值为1。
所有的读写器V,和所有的边E1(表示标签冲突)构成了图G(V,E1),中央控制器根据图G(V,E1)计算每个读写器v的约束数t(v),度数d(v)。
在标签分配算法中,颜色就表示时隙,禁色集Uf(v)表示不可用的时隙集,禁色数1f(v)表示不可用时隙个数,可用颜色集R(v)表示可用时隙集,r(v)表示可用颜色个数,更换颜色就是更换时隙。
步骤四,调用时隙分配算法,计算所需最大时隙数max_slot,并为每个读写器分配相应的时隙编号slot_num。
图5为时隙分配算法的流程图。
(一)根据读写器分布和标签冲突矩阵,将存在频率冲突的读写器之间用边e连接起来,边的取值为1;求出每个读写器的约束数t(v),d(v)。
(二)给约束数t(v)最大的读写器选择时隙编号1,若不止一个,则选择其中度数d(v)最大的,若还不止一个,则任意选一个读写器,并且更新相应的参数,包括:R(v),r(v),Uf(v),1f(v),n(v)。
(三)在未着色的读写器中,选择禁色数1f(v)最大的,若不止一个,选择约束数t(v)最大的,若还不止一个,选择度数d(v)最大的,若还不止一个,则任意选一个读写器,设该读写器为v。
(四)假如读写器v的着色序号n(v)≤4,则执行步骤(五);否则,n(v)>4,判断读写器v的类型:若r(v)>=1,则执行步骤(五),否则,执行回溯换色子程序;
设读写器v的前一着色读写器为u,则n(u)=n(v)-1。判断读写器u的类型:
若r(u)<=1,n(u)>4,用读写器u代替v,返回,继续回溯,
若r(u)>1,n(u)>=4,对读写器u换色,即更换读写器u的时隙,设其原着色为A(u),
因为r(u)>1,则R’(u)=R(u)-A(u),R’(u)不为空集合,设其中色号最小的颜色为A’(u),给读写器u换色,着以颜色A’(u),并用R’(u)代替R(u),r(u)-1代替r(u),退出回溯换色子程序,返回执行主程序步骤(三)。
(五)对选出的读写器v着以可选用的,色号尽可能小的颜色,若R(v)不为空集合,则R(v)中的颜色优先。
(六)若所有的读写器都已着色,则停止;否则,则执行步骤(三)。
在上述的着色步骤中,如果序号大于4的读写器要使用新的颜色,程序会进行一系列判断,先返回上一步更换颜色,通过调整,在满足约束得条件下,使读写器使用得颜色尽可能少,也就是占用得资源尽可能少。使用图染色法原理的目的在于,使用较少的信道和时隙资源,可以避免所有的多读写器冲突,使得所有的读写器的平均识别速度得到提高。
步骤五,根据频率冲突矩阵F,计算相关参数t(v),d(v)。
跟时隙分配算法相同,将每个RFID读写器视为一个顶点v,将存在频率冲突的读写器i,j之间,即满足F(i,j)>=1的读写器i,j之间,用边e(i,j)连接起来。在频率分配算法中,边的取值大于等于1,即e(i,j)>=1,其取值的大小表示存在频率冲突的读写器之间的最小信道间隔数。将信道视为颜色,用不同数字表示。信道分配算法就是在满足频率冲突矩阵F的约束条件下,为每个顶点(读写器)分配合适的信道编号channel_num,使得存在频率冲突的读写器使用不同的信道识别标签,以解决频率冲突。
信道分配算法中的参数定义与时隙分配算法保持一致,包括t(v),d(v),R(v),r(v),Uf(v),1f(v),n(n)等。
所有的读写器V,和所有的边E2(表示频率冲突)构成了图G(V,E2),中央控制器根据图G(V,E2)计算每个读写器v的约束数t(v),度数d(v)。
步骤六,调用信道分配算法,为每个读写器分配相应的信道编号channel_num。
图6为信道分配算法的流程图,其流程与时隙分配算法基本一致,不同点在于第一个被着色的读写器,算法为其分配的颜色不是1,而是在可用颜色(信道)中随机选择一个颜色,如图6虚线框中所述。这里第一个着色读写器采用随机着色机制的原因在于:中国频率规范指出,RFID读写器在一个信道上停留的时间不得超过2秒,读写器在占用分配所得的信道slot_num一定时间后,必须要跳到另一个信道,即读写器必须能够跳频。但是,通过对时隙分配算法的分析和仿真发现,读写器通过时隙分配算法所分配得到的时隙编号可能不会发生变化,即时隙分配算法不能直接用于信道分配算法,故在信道分配算法中第一个被着色读写器采用随机着色机制。其它读写器的着色过程不变,由于读写器之间着色的相关性,其它读写器每次执行算法分配所得的信道编号也会发生变化,能够满足读写器跳频的需求。
(一)根据读写器位置和频率冲突矩阵,求出每个读写器的约束数t(v),d(v),根据t(v)对读写器进行排序。
(二)选出约束数t(v)最大的读写器在可用信道集合中随机选择一个信道分配给该读写器,若约束数t(v)最大的读写器不止一个,则选择其中度数d(v)最大的,若还不止一个,则任意选一个读写器,并且更新相应的参数,包括:R(v),r(v),Uf(v),1f(v),n(v)。
(三)在未着色的读写器中,选择禁色数1f(v)最大的,若不止一个,选择约束数t(v)最大的,若还不止一个,选择度数d(v)最大的,若还不止一个,则任意选一个读写器,设该读写器为v。
(四)假如读写器v的着色序号n(v)≤4,则执行步骤(五);否则,n(v)>4,判断读写器v的类型:若r(v)>=1,则执行步骤(五),否则,执行回溯换色子程序;
设读写器v的前一着色读写器为u,则n(u)=n(v)-1。判断读写器u的类型:
若r(u)<=1,n(u)>4,用读写器u代替v,返回,继续回溯,
若r(u)>1,n(u)>=4,对读写器u换色,即更换读写器u的信道,设其原着色为A(u),
因为r(u)>1,则R’(u)=R(u)-A(u),R’(u)不为空集合,设其中色号最小的颜色为A’(u),给读写器u换色,着以颜色A’(u),并用R’(u)代替R(u),r(u)-1代替r(u),退出回溯换色子程序,返回执行主程序步骤(三)。
(五)对选出的读写器v着以可选用的,色号尽可能小的颜色,若R(v)不为空集合,则R(v)中的颜色优先。
(六)若所有的读写器都已着色,则停止;否则,则执行步骤(三)。。
步骤七,将时隙分配算法、信道分配算法的计算结果(最大时隙数max_slot、每个读写器分配所得的时隙编号slot_num,每个读写器分配所得的信道编号channel_num)发送给每个读写器。
上述时隙分配算法和信道分配算法的先后顺序可以调换,也可以同时进行,改变前后顺序并不影响本发明的实现。
图7为读写器工作流程:
步骤一,读写器与中央控制器连接,进行初始化,全局时隙编号slot_id初始化为0。注意,每个读写器的全局时隙编号slot_id都必须保持同步。
步骤二,每个读写器接收中央控制器发送的时隙信息(最大时隙数max_slot、时隙编号slot_num)和信道信息(channel_num)。
步骤三,当前时隙开始,每个读写器的全局时隙编号slot_id加一,判断条件:slot_id%max_slot==slot_num(%表示求模运算)是否满足,满足,则该读写器就在本时隙内阅读标签,阅读标签时使用的信道为当前中央控制器为该读写器分配的信道;否则,该读写器就处于空闲状态。
步骤四,如果当前时隙结束,对于处于空闲的读写器转到步骤三;对于正在阅读标签的读写器,先进行如下判断:如果标签识别完毕,则退出程序;否则,转到步骤三。
最后所应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种基于图染色法的RFID多读写器防冲突方法,其特征在于,包括:
步骤一,以二维坐标(x,y)表示每个读写器的位置,并向中央控制器输入每个读写器天线坐标的分布信息;
步骤二,中央控制器计算读写器之间的标签冲突矩阵T、频率冲突矩阵F;
步骤三,根据图染色理论,及标签冲突矩阵T,计算参数约束数t(v)、度数d(v);
步骤四,调用时隙分配算法,计算所需最大时隙数max_slot,并为每个读写器分配相应的时隙编号slot_num;
步骤五,根据图染色理论、频率冲突矩阵F,及相关参数约束数t(v),度数d(v);
步骤六,调用信道分配算法,为每个读写器分配相应的信道编号channel_num;
步骤七,将时隙分配算法、信道分配算法的计算结果(最大时隙数max_slot、每个读写器分配所得的时隙编号slot_num,每个读写器分配所得的信道编号channel_num)发送给每个读写器。
2.根据权利要求1所述的基于图染色法的RFID多读写器防冲突方法,所述步骤一的标签冲突矩阵T,其特征在于:用于描述任意两个读写器之间是否存在标签冲突,假设读写器数目为n,则该矩阵为n×n,当读写器i,j之间存在标签冲突时,即当读写器i,j之间的距离D(I,j)<2R,则元素T(i,j)=1;否则,T(i,j)=0;其中,R为读写器阅读标签的半径。
3.根据权利要求1所述的基于图染色法的RFID多读写器防冲突方法,所述步骤一的频率冲突矩阵F,其特征在于:表示存在且仅存在频率冲突的读写器之间的最小信道约束数,假设读写器数目为n,则该矩阵为n×n,。频率距离约束条件为,相隔就n个信道,两读写器不发生频率冲突的距离为dn,
读写器i,j的距离d1<D(i,j),则F(i,j)=0,表示读写器i,j之间不存在频率冲突;
读写器i,j的距离d2<D(i,j)<=d1,则F(i,j)=1;
读写器i,j的距离d3<D(i,j)<=d2,则F(i,j)=2;
读写器i,j的距离d4<D(i,j)<=d3,则F(i,j)=3;
读写器i,j的距离D(i,j)<=d4,则F(i,j)=4。
4.根据权利要求1所述的基于图染色法的RFID多读写器防冲突方法,所述步骤二中约束数t(v)为1,度数d(v)为与顶点v相连的边的条数。
5.根据权利要求1所述的基于图染色法的RFID多读写器防冲突方法,所述步骤四中时隙分配算法包括,
步骤一,根据读写器分布和标签冲突矩阵T,将存在标签冲突的读写器之间用边e连接起来,边的取值为1;根据约束数t(v)对读写器进行排序;
步骤二,给约束数t(v)最大的读写器选择时隙编号1,若不止一个,则选择其中度数d(v)最大的,若还不止一个,则任意选一个读写器,并且更新相应的参数,包括:可用时隙集R(v)、可用时隙个数r(v)、不可用时隙集Uf(v)、不可用时隙个数1f(v)、读写器的序号n(v);
步骤三,在未着色的读写器中,不可用颜色个数1f(v)最大的,若不止一个,选择约束数t(v)最大的,若还不止一个,选择度数d(v)最大的,若还不止一个,则任意选一个读写器,设该读写器为v;
步骤四,若读写器v的着色序号n(v)≤4,则转至步骤五;否则,n(v)>4,判断读写器v的类型:若r(v)>=1,则执行步骤五,否则,执行回溯换色子程序;
步骤五,对选出的读写器v着以可选用的,色号尽可能小的颜色,若R(v)不为空集合,则R(v)中的颜色优先;
步骤六,若所有的读写器都已着色,则停止;否则,返回步骤三。
6.根据权利要求1所述的基于图染色法的RFID多读写器防冲突方法,所述步骤五中约束数t(v)为与顶点v相连的边中取值最大的边的值,度数d(v)为与顶点v相连的边的条数。
7.根据权利要求1所述的基于图染色法的RFID多读写器防冲突方法,所述步骤六中信道分配算法包括,
步骤一,根据读写器分布和频率冲突矩阵F,将存在频率冲突的读写器之间用边e连接起来;根据约束数t(v)对读写器进行排序;
步骤二,给约束数t(v)最大的读写器在可选用的信道集合中随机选择一个信道,若约束数t(v)最大的读写器不止一个,这选择其中度数d(v)最大的,若还不止一个,则任意选一个读写器,并且更新相应的参数,包括:可用信道集R(v)、可用信道个数r(v)、不可用信道集Uf(v)、不可用信道个数1f(v)、读写器的序号n(v);
步骤三,在未着色的读写器中,不可用信道个数1f(v)最大的,若不止一个,选择约束数t(v)最大的,若还不止一个,选择度数d(v)最大的,若还不止一个,则任意选一个读写器,设该读写器为v;
步骤四,若读写器v的着色序号n(v)≤4,则转至步骤五;否则,n(v)>4,判断读写器v的类型:若r(v)>=1,则执行步骤五,否则,执行回溯换色子程序;
步骤五,对选出的读写器v着以可选用的,色号尽可能小的颜色,若R(v)不为空集合,则R(v)中的颜色优先;
步骤六,若所有的读写器都已着色,则停止;否则,返回步骤三。
8.根据权利要求5或7所述的基于图染色法的RFID多读写器防冲突方法,所述回溯换色子程序,包括,
n(v)>4的情况下,设读写器v的前一着色读写器为u,则n(u)=n(v)-1;判断读写器u的类型:
若r(u)<=1,则用读写器u代替v,返回回溯换色子程序,继续回溯;
若r(u)>1,则对读写器u换色,设其原着色为A(u),因为r(u)>1,则R’(u)=R(u)-A(u),R’(u)不为空集合,设其中色号最小的颜色为A’(u),给读写器u换色,着以颜色A’(u),并用R’(u)代替R(u),r(u)-1代替r(u),退出回溯换色子程序,返回,继续对未着色的读写器进行着色。
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