CN101452519A

CN101452519A - 一种用于射频识别中间件的数据调度方法

Info

Publication number: CN101452519A
Application number: CNA2008102368050A
Authority: CN
Inventors: 程文青; 袁巍; 伍振伟; 邹恺; 韩磊
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2008-12-10
Filing date: 2008-12-10
Publication date: 2009-06-10

Abstract

一种用于射频识别中间件的标签调度方法，涉及射频识别(RFID)技术领域。本发明为各标签缓冲队列配置优先级和优先权值，其大小与实时处理要求和标签丢失率要求相关，再按照优先级别由高到低的顺序依次进行标签调度。对于同一优先级别的标签缓冲对列，按照优先权值比值确定各队列被调度的标签数量。另外，对于有实时处理需求的标签缓冲队列，若队列中某标签等待时间超过其实时处理要求，则立即丢弃该标签；对于有丢失率要求的标签缓冲队列，若其队列长度大于用户指定值，则随机丢弃标签。本发明合理安排标签的处理顺序，满足标签的实时要求和丢失率要求，通过标签丢弃策略有效抑制实时标签处理超时的恶性传播，避免连续数据丢失。

Description

一种用于射频识别中间件的数据调度方法

技术领域

本发明涉及射频识别(RFID)技术领域，具体涉及标签数据能被RFID中间件优先调度处理的方法，特别适合标签数据处理量大，部分数据有实时要求而需要被优先处理的RFID中间件系统。

背景技术

随着RFID技术应用的不断推广，电子标签的数据量急剧增大，而中间件的处理速度总是有一定的限制。这样，阅读器发送的数据量与中间件的数据吞吐量间存在着矛盾，各阅读器间数据争用中间件资源的情况就会发生。而且，根据实际情况，阅读器的分布方式和服务的对象会有所区别，因为这些服务对象的区别，采集的数据对时延、丢失率的要求也不同。在实际应用中，为了保证关键数据的处理，RFID中间件必须应用优先处理机制。

现有的RFID系统中间件结构，主要分为三个层次，自底向上依次为设备层、数据处理层、业务层。标签数据进入中间件后在存储表中按照先进先出(FIFO)的形式进行排列，中间件的处理按照数据的排列顺序依次取出数据进行处理。在现有的系统中，标签数据是没有优先级区分的，先读取的数据先处理，有时延要求的的标签数据只有等到排在队列前面的其他标签数据被处理完后才能进行处理。如果存储区有较多的数据排队等待调度处理，那么有时延要求的数据就可能需要等待较长时间才能利用中间件资源；同时，如果标签数据总的采集量大于中间件的数据存储容量，部分标签数据将被丢弃或覆盖。

在该RFID中间件中，标签数据实时处理要求表示该标签在一定时延内需要被处理；标签丢弃率表示缓冲队列丢弃或覆盖的标签数目与标签数据总的采集数目的比值。现有的RFID中间件没有考虑标签数据的实时处理要求和最大丢失率要求。因此，我们很有必要提供一种中间件数据调度方法，对中间件的资源进行合理、公平的分配。

在此基础上，一种现有的中间件优先级服务方法(模型如图1)为：根据预定的策略(例如中间件连接的不同读写器)，建立一些不同的标签缓冲队列，同时根据需求给每个缓冲区分配一个预定义的优先级。每当一个标签进入对应的标签缓冲队列的时候，优先级管理器会检查该队列的优先级，如果该优先级高于其他队列的优先级，那么标签会优先传递给应用级别事件ALE(ApplicationLevel Event)进行处理，否则只能在队列中进行等候。数据在等候过程中，时间管理器计算等待时间，缓冲尺寸管理器计算标签缓冲的大小。如果某缓冲中数据的等待时间超过限定时间，或者缓冲大小超过限定的值，那么该缓冲的优先级将会被提高到最高级别，该缓冲区中的标签数据会被传送给ALE进行处理。每个缓冲区的数据时间和存储的数据大小都会被检查，直到所有的标签都被处理完毕。

上述方案的缺点在于：

1、该方法在某缓冲中数据的等待时间超过限定时间时，提高该缓冲队列优先级到最高级别，并试图将该队列全部数据交ALE处理，该队列中部分尚不急迫处理的标签数据，比其他队列已经即将超时的标签数据更早得到ALE的处理，导致其他队列紧迫数据的超时。

2、该方法在调整标签缓冲队列优先级时，仅以缓冲队列等待时间和队列长度为依据，未考虑标签数据的丢失率需求。

3、采用默认数据队列尾部丢弃的策略，对于有实时处理需求的标签数据会造成处理超时的恶性传播，对于普通数据导致连续数据丢失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于射频识别中间件的数据调度方法，合理安排标签的处理顺序，满足标签的实时要求和丢失率要求。

一种用于射频识别中间件的标签调度方法，调度前为各标签缓冲队列配置有优先级和优先权值，具体调度方法如下：

(1)对于优先级别为高的标签缓冲队列，如果各标签缓冲队列的标签数量总和小于等于轮询调度队列当前可容纳标签数量，则将所有标签缓冲队列中的标签放入轮询调度队列，进入步骤(2)；否则，各标签缓冲队列放入轮询调度队列的标签数量比值等于各标签缓冲队列对应的优先权值比值，此轮调度结束；

(2)对于优先级别为中的标签缓冲队列，如果各标签缓冲队列的标签数量总和小于等于轮询调度队列当前可容纳标签数量，则将所有标签缓冲队列中的标签放入轮询调度队列，进入步骤(3)；否则，各标签缓冲队列放入轮询调度队列的标签数量比值等于各标签缓冲队列对应的优先权值比值，此轮调度结束；

(3)对于优先级别为低的标签缓冲队列，将各标签缓冲队列按照优先权值由大到小排序，依序将各标签缓冲队列中的标签存入轮询调度队列，直到所有优先级别为低的标签缓冲队列为空或者轮询调度队列已满，此轮调度结束。

所述优先级和优先权值配置具体为：

对于同时具有实时处理要求和标签丢失率要求的标签缓冲队列，设定其优先级级别为高，优先权值映射函数为high(1/rt，1/ρ)；只具有实时处理要求的标签缓冲队列，设定其优先级级别为中，优先权值映射函数为mid(1/rt)；只具有丢失率要求的队列，设定其优先级级别为低，优先权值映射函数为low(1/ρ)；rt为队列最大限制处理时间，ρ为队列最大限制丢失率；优先权值映射函数均为单调递增函数，且满足以下关系：

Max(low(1/ρ))<Min(mid(1/rt))<＝Max(mid(1/rt))<Min(high(1/rt，1/ρ))；

其中，Max表示函数取极大值，Min表示函数取极小值。

本发明的有益效果体现在以下几个方面：

1、本发明采用轮询调度方式，轮询间隔时间小于所有数据缓冲的最大限制实时处理时间，因此使各实时标签队列最紧迫数据在超时前得到调度，确保硬实时数据的实时要求。

2、根据标签缓冲队列实时要求和数据丢失率要求，设定缓冲队列的优先级别和优先权值，依据此二项进行数据调度，均衡公平分配资源。

3、对实时数据缓冲队列中的标签数据采取超时即时丢弃策略，有效抑制实时标签处理超时的恶性传播；对有数据丢失率要求的标签缓冲队列中的数据，只有在缓冲队列长度超过阈值时，采取随机丢弃数据的策略，避免尾部丢弃和头部丢弃数据时产生的连续数据丢失。

附图说明

图1为传统中间件优先调度模型；

图2为标签调度处理流程；

图3为标签调度方法实例1；

图4为标签调度方法实例2。

具体实施方式：

本发明为各读写器配置了一个标签数据缓冲队列，为了合理安排数据处理顺序，为各缓冲队列进行优先级配置，再按照优先级配置状态对数据进行调度。优先级配置是以实时处理要求和标签丢失率要求为基础。

标签数据进入到RFID中间件系统中，会首先进入到各自的数据缓冲队列等待处理。根据实际需要把标签数据缓冲队列的优先级分为三个层次，即高、低、中。各队列还对应有一个优先权值，对丢失率敏感的队列，优先权值与该队列的最大限制丢失率反向相关；对有实时需求的队列，优先权值与该队列的最大容忍处理时间反向相关。

在以下说明中，用rt代表队列最大限制处理时间，ρ代表最大限制丢失率：

对于同时具有实时处理要求和标签丢失率要求的标签数据缓冲队列，设定其优先级级别为高，优先权值映射函数为high(1/rt，1/ρ)；只具有实时处理要求的标签数据缓冲队列，设定其优先级级别为中；优先权值映射函数为mid(1/rt)；只具有丢失率要求的队列，设定其优先级级别为低，优先权值映射函数为low(1/ρ)；

以上优先权值映射函数都是单调递增函数，且满足以下关系：

Max(low(1/ρ))<Min(mid(1/rt))<＝Max(mid(1/rt))<Min(high(1/rt，1/ρ))；

Max表示函数取极大值，Min表示函数取极小值。

本发明的优先级配置为一种分层式配置方式，即具有同一优先级别的标签数据缓冲队列可能具有不同的优先权值，在调度过程中，需要同时考虑队列的优先级别和优先权值。调度前设置了轮询调度队列，用于依序存放调度得到的待处理标签数据，本发明采用轮询调度方式，轮询周期略小于具有最大限制实时要求队列的处理时间，调度方式如图2所示，具体如下：

1.从优先级别为高的标签缓冲队列中挑选数据，存入轮询调度队列。

对于优先级别为高的缓冲队列，如果各队列的标签数据数量总和小于等于轮询调度队列当前可容纳标签数据数量，则将队列中的所有数据放入轮询调度队列，进入步骤2；否则，各队列放入轮询调度队列的数据数量比值等于各队列对应的优先权值比值，调度结束。

图3和图4中，显示了在优先级别为高的标签缓冲队列中使用的调度方法。该优先级层次上有标签缓冲队列1、队列2和队列3，权值分别是k₁＝1、k₂＝1、k₃＝2，标签缓冲队列1中包含标签11，12，标签缓冲队列2中包含标签21，22，标签缓冲队列3中包含标签31，32，该优先级层次所有标签缓冲队列上共有6个数据。如果轮询调度队列此时能容纳8个数据，那么可以将所有数据全部调度进入轮询调度队列，如图3所示。如果调度轮询队列此时只能容纳4个数据，少于该层次数据缓冲队列标签数据数量总和，那么按照各标签缓冲队列优先权值比例调度各队列数据。该示例中优先权值比为1:1:2，那么该调度算法在该调度轮询周期中为队列1调度1个数据，队列2调度1个数据，队列3调度2个数据，如图4所示。根据优先权值比例对各队列进行公平处理，避免了绝对的优先级排队策略中低优先级队列可能出现的队列“饥饿”现象。

2.从优先级别为中的标签缓冲队列中挑选数据，存入轮询调度队列。

如果各标签缓冲队列的标签数量总和小于等于轮询调度队列当前可容纳标签数量，则将所有标签缓冲队列中的标签放入轮询调度队列，进入步骤3；否则，各标签缓冲队列放入轮询调度队列的标签数量比值等于各标签缓冲队列对应的优先权值比值，此轮调度结束；

3.从优先级别为低的标签缓冲队列中挑选数据，存入轮询调度队列。在该级别中，首先将优先权值最高的缓冲队列的数据加入到处理队列中，然后继续添加优先权值次高的数据缓冲队列，直到所有数据缓冲队列为空或者轮询调度队列已满，结束。

在调度过程中，对于有实时处理需求的数据，若其数据等待时间超过其实时要求，则立即丢弃，避免超时处理的恶性传播。对于有丢失率要求的队列，在缓冲队列过长时，采取随机丢弃的策略，减少头部丢弃或尾部丢弃带来的连续数据丢失。

与一般的数据缓冲队列头部丢弃或者尾部丢弃不同，本发明标签丢弃方案采用实时数据即时丢弃和普通数据随机丢弃相结合的丢弃策略，该方案能够有效抑制实时标签处理超时的恶性传播，同时防止普通数据连续丢弃。方案如下：

1、每个标签都附有进入系统时间信息。在每一轮调度以后，检查优先级为高和中层次的有实时要求的标签缓冲队列，对已经超时的标签采取立即丢弃，防止影响后面的数据处理时间。

2、对于优先级层次为低的标签缓冲队列，检查其队列的长度，当标签缓冲队列长度大于阈值，对该队列的标签数据进行随机丢弃，阈值由用户根据实际情况确定。

Claims

1.一种用于射频识别中间件的标签调度方法，调度前为各标签缓冲队列配置有优先级和优先权值，具体调度方法如下：

所述优先级和优先权值配置具体为：

Max(low(1/ρ))<Min(mid(1/rt))<＝Max(mid(1/rt))<Min(high(1/rt，1/ρ))；其中，Max表示函数取极大值，Min表示函数取极小值。

2.根据权利要求1所述的用于射频识别中间件的标签调度方法，其特征在于，对于有实时处理需求的标签缓冲队列，若队列中某标签等待时间超过其实时处理要求，则立即丢弃该标签；对于有丢失率要求的标签缓冲队列，若其队列长度大于用户指定值，则随机丢弃队列中的标签。