CN102243702A - 多个无源射频读码器操作时序的配置方法及其中间件系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供多个无源射频读码器操作时序的配置方法及其中间件系统，涉及无源射频识别技术领域。所述每个读码器分别包括多个天线；所述配置方法包括：第一步：将不同读码器下属的天线分成若干个互不干扰的天线组；第二步：设置一个时间上限，获取读码器在所述时间上限里可读取的最大标签数量，从而获取在该时间上限内所述最大标签数量所对应的每组读码器读取的时间，即多个读码器的操作时序；第三步：控制不同读码器，从而控制每个读码器按照上述操作时序在不同的时间内工作。本发明通过预先测试多个天线而优化读码器控制天线读取操作，使基于无源超高频无源射频技术的解决方案在开环式物联网中得到应用和推广。

Description

多个无源射频读码器操作时序的配置方法及其中间件系统

技术领域

本发明涉及无源射频识别技术领域，尤其涉及多个无源射频读码器操作时序的配置方法以及采用该配置方法的中间件系统。

背景技术

无源射频识别标签是无电源的设备，其功能必须经由无源射频读码器天线的电磁场激活才能发挥。在单个天线的理想情况下，每个标签和天线的关系为一对一，不存在干扰。实际应用中，为了增加覆盖面积和提高读取率，在同一区域配置了多个天线，即每个标签和天线的关系为一对多。一个标签如果同时收到多个天线激活操作，通常这个标签就无法工作，这个现象又称为标签干扰(tag jamming)。能使标签受干扰的区域，称为干扰区或者静区(dead zone)。位于干扰区的标签，读取率严重下降，甚至可能无法读取。

请参阅图1，显示了两个天线对同一个标签的激活操作，天线A和天线B离标签的距离相当接近，如果没有无源射频中间件或其他协调机制的干预，两个天线很可能同时向标签发出问询信号(interrogation)，造成标签干扰，从而降低了该标签的读取率。

请参阅图2，图2为一个典型的仓库双门进出口，一般装有2台读码器和8个读码器天线，其中每个读码器拖带4个天线。在这种环境中，每个进出口的四个天线一般会对在其通道上的标签产生标签干扰(例如，天线A、B、C、D会对标签T1产生干扰，但是天线E、F、G、H则不会对T1产生标签干扰)。也就是说，天线A、B、C、D不应该同时操作，但是，天线A、B、C、D中的任何一个，可以和天线E、F、G、H中的任何一个同时操作，而不干扰对标签T1的读写操作。

在实际的物联网无源射频识别应用案例中，天线的数量由几十个到上千个不等，在同一个系统中的天线干扰也是因地而异，因此无法用简单循环排序策略来予以解决，因为循环排序虽然可以保证没有标签干扰，但是大大降低了整个系统的读码效率，使整机系统响应时间变得不适合需求。

发明内容

为了克服上述传统系统及方法的缺点，本发明的目的是提供一种多个无源射频读码器操作时序的配置方法及其中间件系统，使得所有读码器在固定时间内，可以读取最大数量的标签。

本发明通过这样的技术方案解决上述的技术问题：

一种多个无源射频读码器操作时序的配置方法，所述每个读码器分别包括多个天线；所述配置方法包括：

第一步、将不同读码器下属的天线分成若干个互不干扰的天线组；

第二步：设置一个时间上限，获取读码器在所述时间上限里可读取的最大标签数量，进而获取在该时间上限内所述最大标签数量对应的每组读码器读取的时间，即多个读码器的操作时序；

第三步、控制不同读码器，从而控制每个读码器按照上述操作时序在不同的时间内工作。

作为本发明的进一步改进，所述第一步还进一步包括如下步骤：

步骤一、首先获取读码器下属不同天线随着时间增长读取的标签累计数量和读码器下属的两两天线随时间增长重复读取的标签累计数量；

步骤二、测试两两天线是否读到重复的标签，读到重复的标签的两个天线就是有干扰的，然后通过将天线进行不同的分组排列组合，得到各种不同的分配方式下互不干扰的天线组；

步骤三、读码器能读取的最大标签数量所用的天线组即为最优分配方式的天线组。

作为本发明的进一步改进，所述步骤一中，在天线的周围散布多个标签来持续测试单个天线在随时间增长过程中读取的标签累计数量，从而获取不同的两两天线随着时间增长读取的标签累计数量增长趋势。

作为本发明的进一步改进，所述步骤二中，在天线的周围布置标签，将天线两两为一组，同时启动，查看两个天线读到的标签有没有重复，有重复的表示有干扰，没有重复的，表示两个天线没有干扰；通过依次训练两两一组的天线，得到各种不同的分配方式下互不干扰的天线组。

作为本发明的进一步改进，所述步骤三中，所述天线组表示为X₁、X₂......、X_k，其中，X代表互不干扰的天线个数，k代表天线组的个数，根据如下条件从各种不同的分配方式下互不干扰的天线组中选择最优分配方式的天线组：

条件1：k最小；

条件2：如果k相同，则判断每个天线组内包含的天线个数最均衡，即X₁、X₂......、X_k相互之间差值最小。

作为本发明的进一步改进，所述第二步还进一步包括如下步骤：

步骤1、在设置的时间上限内，获取不同读码器控制所属天线读取时间的各种时间分配组合；

步骤2、在各种时间分配组合下，获取读码器能读取的标签数量；

步骤3、读码器能读取的最大标签数量所用时间分配组合即为最优的时间段分配。

本发明还提供一种所述配置方法的中间件系统，中间件系统至少包括依次串连的分组模块、时间分配模块以及控制模块，其中，中间件系统的控制模块连接多个读码器，每个读码器又分别连接多个天线。

作为本发明的进一步改进，所述的分组模块用于获取每个读码器所属各个天线随着时间增长读取到标签累计数量的增长趋势以及所有读码器下属的天线两两重复读取到标签累计数量的增长趋势，根据获得的增长趋势将多个天线分成互不干扰的天线组，即一个天线组内包含的所有天线可同时启动。

作为本发明的进一步改进，所述时间分配模块在一个给定的时间上限内，对时间分配方式进行排列组合，依次分配不同的时间给不同的天线组，并记录读码器在时间上限内读取的标签累计数量；最终得到在给定的时间上限内读码器读取的标签累计数量最多对应时间分配组合为最佳时间分配组合，即是多个读码器的操作时序。

作为本发明的进一步改进，所述控制模块根据时间分配模块根据所述操作时序控制多个读码器在不同的时间内工作或者停止工作，进而控制读码器下属的不同天线的工作时序。

本发明可以使基于无源超高频无源射频技术的解决方案在更广泛的开环式物联网中得到应用和推广。

附图说明

图1是2个天线读取标签的示意图。

图2是在仓库双门进出口应用中多个天线读取标签的示意图。

图3是多个读码器覆盖面重叠示意图。

图4是本发明中间件系统与读码器及天线的连接框架示意图。

图5是任意两个读码器天线读取标签的累计数目对于时间的函数示意图和两两重复读到标签的累计数目对于时间的函数示意图。

具体实施方式

本发明提出了以实用环境中无源射频对样本标签在各个位置上读取的实用数据来训练和调整多个读码器操作天线读取标签，意在优化多个读码器的读取时间的配置，使得多个读码器在最少的时间内读到最大量的标签。本发明提出的“配置→测试→运算→使用”的方式，是对第二代无源射频中间件的“配置→使用”方式的一个重要改进(参考表1的比较)。

表1

功能比较	第一、二两代无源射频中间件	本发明
			读码器配置	有	有
对环境的灵敏度	无	通过测试获得
			训练	无	有，采用benchmark标签
使用方式	“配置→使用”	“配置→测试→运算→使用”

每个天线都有其读取标签的覆盖范围。在一定时间内，天线所读取的标签数量会随着时间的增长而增长，但当到了它的时间限额，天线就已经达到其读取标签所达到的范围极限，那么所能读取的标签数额就不会再随着时间的增长而增长。一般天线所覆盖的读取范围是以天线为基准的一个扇形的空间，所能读到的标签都分布在这个扇形区间内。那么读码器控制天线读取标签的过程就可以表示为，随着读取时间的推移，天线由扇心到边缘逐步读取标签，直到扫完所有的标签。如图3所示，在有多个天线的情况下，天线的设置需要覆盖所有标签，这样就常常出现两个或多个天线覆盖面的重叠。

请参阅图4，本发明提供多个无源射频读码器操作时序的配置方法及其中间件系统。中间件系统100连接多个读码器，每个读码器又分别连接多个天线。中间件系统100至少还进一步包括分组模块110、时间分配模块130以及控制模块150。

两个天线同时发出信号给标签，标签有可能被干扰，进而无法准确回复信号给相应的读码器。造成标签被干扰的两个或多个天线称作有相互干扰的天线。

所述的分组模块110用于获取每个读码器下属天线随着时间增长读取到标签累计数量的增长趋势以及所有读码器下属的两两天线重复读取到标签累计数量的增长趋势，根据获得的增长趋势将多个天线分成互不干扰的天线组；这些天线组内包含的天线互不干扰，则天线可按照组别启动，即一个天线组内包含的所有天线可同时启动。

所述时间分配模块130在一个给定的时间上限内，依次分配不同的时间给不同的天线组，并记录读码器在时间上限内读取的标签累计数量，对时间分配方式进行排列组合，最终得到在固定的时间上限内多个读码器读取的标签累计数量最多的一种时间分配方式，上述的时间分配方式即是多个读码器的操作时序。

所述控制模块150根据时间分配模块130选择的最佳读码器操作时序控制多个读码器在不同的时间段内工作或者停止工作，进而控制读码器下属的不同天线的工作时序。

本发明提供多个无源射频读码器操作时序的配置方法，所述配置方法包括如下步骤：

第一步、将不同读码器下属的天线分成若干个互不干扰的天线组；

第二步：设置一个时间上限，获取读码器在所述时间上限里可读取的最大标签数量，从而获取在该时间上限内所述最大标签数量所对应的每组天线的读取的时间，即多个读码器的操作时序；

第三步、控制不同读码器，从而控制每个读码器按照上述操作时序在不同的时间段内工作。

下面将针对上述步骤进行详细的说明。

第一步：

上述第一步中进一步包括如下步骤：

步骤1、首先要获取不同天线随着时间增长读取的标签累计数量和读码器下属的两两天线随时间增长重复读取的标签累计数量。

获取每个天线随着时间的增长读取的标签累计数量增长趋势，所述的增长趋势可以用一个天线读取标签累计数量对于时间的函数来表示，假设一共有N个天线，任意一个天线i(i≤N)读取标签的累计数目对于时间的函数可以表示为：

$F_i\left(t\right)=\left\{\begin{array}{c}0,t<0;\\ F_i\left(t\right),0\&le;t\&le;T_i;\\ F_i\left(T_i\right),t\&GreaterEqual;T_i\end{array}\right.$

请参阅图5a、5b，通过不断测试获取任意一个天线i随着时间增长读取的标签的累计数量，例如，在t在0-30s过程中，天线i读到标签的累计数量随着时间增长一直在增长，当超过30s后，天线i读到的标签的累计数量就不再增加。

获取不同天线随着时间增长重复读取的标签累计数量增长趋势，请参阅图5c，此增长趋势可以用两个天线重复读取的标签累计数量相对于时间的函数来表征，因为覆盖范围的重叠，有些标签会被多个天线读到。为了兼顾到真实的覆盖重叠，此方法将把发生于两个天线之间的重叠考虑进去，而对多于两个天线覆盖范围的重叠忽略不计。假设有两个天线i和j(i，j ≤N)，它们重复读到标签的累计数目对于时间的函数可以表示为：

$C_{\mathrm{ij}}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{c}0,t<0;\\ C_{\mathrm{ij}}\left(t\right),0\&le;t<T_{\mathrm{ij}}\\ C_{\mathrm{ij}}\left(T_{\mathrm{ij}}\right),t\&GreaterEqual;T_{\mathrm{ij}}\end{array}\right.$

在实际操作中，在天线的周围散布足够多的标签来持续测试单个天线以及两两一组的天线在随时间增长过程中读取的标签累计数量，从而获取不同天线随着时间增长读取的标签累计数量增长趋势以及重复读取的标签累计数量增长趋势。

如果分别用读码器启动每一个天线，并且给予每个天线足够的时间t≥T_i，那么在总体时

时，读码器能够读到所有覆盖的标签：

${\mathrm{Tag}}_{\mathrm{total}}=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}(F_i\left(T_i\right)-\underset{j<i}{\mathrm{\&Sigma;}}{C}_{\mathrm{ij}}\left(T_{\mathrm{ij}}\right))---\left(1\right)$

该公式(1)表征是每个天线读取所有的累计标签数量，减去两两天线之间重复读取到标签累计数量，获得所有读码器最终时间读取的标签数量。

步骤2、通过将天线两两分组排列组合，测试每组天线是否读取到重复的标签，通过依次训练两两一组的天线，得到分配方式互不干扰的天线组；

在天线的周围布置标签，把天线两两为一组，同时启动，读一段时间后，当读码器停止再读到新的标签为止，查看两个天线读到的标签有没有重叠，有重叠的就是表示有干扰，没有重叠的，表示两个天线没有干扰。通过依次训练两两一组的天线，得到多个分配方式不同的互不干扰的天线组。

例如，读码器一带2个天线A、B；读码器二带2个天线C、D；在四个天线周围均布置标签，并将四个天线两两分组(例如、ab、ac、ad、bc、bd)，将5组天线同时启动，依次查询每组天线内是否读到重复的标签，如果有重复，则是有干扰，如果没有重复，则说明2个天线没有干扰，通过上述训练后，得到有多个分配方式不同的互不干扰的天线组。

在本发明较佳实施例中，采用上面的分组方法N个天线分成有多个分配方式不同的互不干扰的k个天线组，每个天线组包括不同数量的天线。

步骤3、选择分配方式最优的天线组。

本发明通过以下两个条件选择分配方式最优的天线组：

条件1：k最小，即使得分成的天线组的数量最小。

条件2：在k相同的情况下，选择每个天线组内包含的天线个数最均衡，即使得分成的组与组之间长度最接近，每个天线组包含的天线个数最均衡。

譬如，第一种分配方法得到的组的长度是：5，4，3(即第一种分配方式包括3个天线组，3个天线组内包含的天线个数依次为5个、4个、3个)。第二种分配方法得到的组长度是1，5，6。第三种分配方法得到的组的长度是3，2，3，4。第三种分组因为有4个组(k＝4)，那么就被最先剔除掉。而第一种分组比第二种分组得到的组与组之间的天线个数更均衡，所以被选为分配方式最优的天线组。

第二步：

几个天线在没有互相干扰的情况下是可以被同时启动的。如果总共N个天线被分成K个组

每个组内的天线个数是N_k，组内的天线之间没有互相干扰，所以可以在同一个时间段内被启动读取。整个组内所有的天线完成读取自己所覆盖的标签数所需的时间是max_T_K＝max(T_K0，T_K1，...)。那么在总体时间

时，天线就可以读取到如式(1)中表示的所有覆盖的标签。

在相当多的情况下，譬如当有物品以一定的速度穿过读码器覆盖的空间时，对天线的读取时间就有上限的限制。在一个固定的时间内如何安排每个天线的读取时间就成为一个优化的问题。

步骤1、在设置的时间上限内，获取不同读码器控制天线读取时间段的所有时间段分配组合；

如果用S_k来表示第k组里的读码器控制的天线的集，用N_k来表示S_k所拥有的读码器控制的天线的个数。那么这K个组的天线就可以表达为

$S=\underset{k=1}{\overset{K}{\&cup;}}{S}_k,$ 和 $N=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\&Sigma;}}}{N}_k$

(3)根据实际应用情况，设定所有天线整体读取时间的上限t_thresh.

组内的天线之间无干扰，但不同的组之间有干扰，第一组内的所有天线可同时开启，依次是第二组，直到第K组。每一组天线的读取时间为t_k，所以所有天线整体读取时间为

步骤2、在每个不同的分配组合下，计算读码器能读取的标签数量；

在每种时间分配下，根据每组天线读取标签的函数，以及组与组之间的重叠读取的标签函数，把每组在自己得到的分配的时间段内读到的标签数加起来，并减去组与组之间的重叠读取的标签数量，得到在所设置的时间上限内读取的标签总量。

步骤3、读码器能读取的最大标签数量所用的时间分配组合即为最优的时间段分配。

依次测试不同的时间分配，获取读取最多的标签的时间分配。这个读取时间配置就是最优配置。最优的时间段分配，即是每个读码器在具体哪个时间段控制下属的天线开始工作，此为多个读码器操作时序。

第三步：

根据第二步中得到的最优的多个读码器操作时序，控制模块150通过发送控制指令给不同读码器，不同读码器控制相应的天线在不同的时间段工作，以获取在固定的时间上限内可读取到最大的标签累计数量。

综上所述，本发明提出了一种无源射频读码器读取时间的配置方法以及中间件系统，使得所有读码器在固定时间内，可以读取最大数量的标签，可以使基于无源超高频无源射频技术的解决方案在更广泛的开环式物联网中得到应用和推广。

以上通过具体实施方式对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围。

Claims (10)

1.一种多个无源射频读码器操作时序的配置方法，所述每个读码器分别包括多个天线；其特征在于，所述配置方法包括：

第一步、将不同读码器下属的天线分成若干个互不干扰的天线组；

第二步：设置一个时间上限，获取读码器在所述时间上限里可读取的最大标签数量，进而获取在该时间上限内所述最大标签数量对应的每组读码器读取的时间，即多个读码器的操作时序；

第三步、控制不同读码器，从而控制每个读码器按照上述操作时序在不同的时间内工作。

2.根据权利要求1所述的配置方法，其特征在于，所述第一步还进一步包括如下步骤：

步骤一、首先获取读码器下属不同天线随着时间增长读取的标签累计数量和读码器下属的两两天线随时间增长重复读取的标签累计数量；

步骤二、测试两两天线是否读到重复的标签，读到重复的标签的两个天线就是有干扰的，然后通过将天线进行不同的分组排列组合，得到各种不同的分配方式下互不干扰的天线组；

步骤三、读码器能读取的最大标签数量所用的天线组即为最优分配方式的天线组。

3.根据权利要求2所述的配置方法，其特征在于，所述步骤一中，在天线的周围散布多个标签来持续测试单个天线在随时间增长过程中读取的标签累计数量，从而获取不同天线随着时间增长读取的标签累计数量增长趋势。

4.根据权利要求2所述的配置方法，其特征在于，所述步骤二中，在天线的周围布置标签，将天线两两为一组，同时启动，查看两个天线读到的标签有没有重复，有重复的表示有干扰，没有重复的，表示两个天线没有干扰；通过依次训练两两一组的天线，得到各种不同的分配方式下互不干扰的天线组。

5.根据权利要求4所述的配置方法，其特征在于，所述步骤三中，所述天线组表示为X₁、X₂......、X_k，其中，X代表互不干扰的天线个数，k代表天线组的个数，根据如下条件从各种不同的分配方式下互不干扰的天线组中选择最优分配方式的天线组：

条件1：k最小；

条件2：如果k相同，则判断每个天线组内包含的天线个数最均衡，即X₁、X₂......、X_k相互之间差值最小。

6.根据权利要求1所述的配置方法，其特征在于，所述第二步还进一步包括如下步骤：

步骤1、在设置的时间上限内，获取不同读码器读取时间的各种时间分配组合；

步骤2、在各种时间分配组合下，获取读码器能读取的标签数量；

步骤3、读码器能读取的最大标签数量所用时间分配组合即为最优的时间段分配。

7.一种采用权利要求1所述配置方法的中间件系统，其特征在于，中间件系统至少包括依次串连的分组模块、时间分配模块以及控制模块，其中，中间件系统的控制模块连接多个读码器，每个读码器又分别连接多个天线。

8.根据权利要求7所述的中间件系统，其特征在于，所述的分组模块用于获取每个读码器所属各个天线随着时间增长读取到标签累计数量的增长趋势以及所有读码器下属的天线两两重复读取到标签累计数量的增长趋势，根据获得的增长趋势将多个天线分成互不干扰的天线组，即一个天线组内包含的所有天线可同时启动。

9.根据权利要求7所述的中间件系统，其特征在于，所述时间分配模块在一个给定的时间上限内，对时间分配方式进行排列组合，依次分配不同的时间给不同的天线组，并记录读码器在时间上限内读取的标签累计数量；最终得到在给定的时间上限内读码器读取的标签累计数量最多对应时间分配组合为最佳时间分配组合，即是多个读码器的操作时序。

10.根据权利要求7所述的中间件系统，其特征在于，所述控制模块根据时间分配模块根据所述操作时序控制多个读码器在不同的时间内工作或者停止工作，进而控制读码器下属的不同天线的工作时序。

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