CN102548033B - 一种可靠性物联网组网布局方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可靠性物联网组网布局方法,基站阅读器以单节点调跳频的形式定时对其定向覆盖范围内的移动标签终端进行扫描并采集移动标签用户ID并进行分析是否需要将信息发送至上位机及实时动态更新所述用户寄存器列表，这种新型组网方式在占用极少频率资源的基础上，实现了空间的极大覆盖率，而且通信信号质量高、误码率低、通信协议简单可靠，同时它在保留了频分多路法多载波调制时信道间高隔离度、定向天线的高定向辐射特性的基础上有效地集成了空分多址、时分多址简单易实施的特性，整个系统的鲁棒性高，结构简单，易于根据不同的应用环境灵活设计和组网，成本低，同时通过简单的端口配置可以与移动网、互联网实施通信。
Description
技术领域
本发明涉及一种物联网组网布局方法，尤其涉及一种可靠性物联网组网布局方法。
背景技术
RFID物联网组网方法，可作为物联网节点组网通信的核心基础，应用于复杂电磁环境下无线通信场合，作为一种应用于物联网领域的组网方法它不仅要解决RFID物联网通信系统频谱匮乏，容量小、通信质量不高及频谱利用率低等问题，而且在一些特殊的场合，则更需要提供一种碰撞率极低的物联网网络节点组织方式。
发明内容
本发明针对上述技术问题，提出一种基于蜂窝组网理论的RFID物联网组网方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种可靠性物联网组网布局方法,包括如下步骤：
1） 基站阅读器以单节点调跳频的形式定时对其定向覆盖范围内的移动标签终端进行扫描并采集移动标签用户ID；
2） 所述基站阅读器将采集得到的所述移动标签用户ID进行分析，若所述移动标签ID存在，则舍去不需要向阅读器基站发送的变更信息，若不存在，则添加所述移动标签ID至用户寄存器列表，并发送变更移动标签ID至上位机；
3） 所述基站阅读器实时动态更新所述用户寄存器列表，同时存储、传递对应于某一个移动标签终端的其他有价值信息；
4） 基站控制器定时轮询访问若干个基站阅读器，若发现有新的有价值信息更新则发送至上位机，若没有，则依旧处于定时扫频状态；
所述基站阅读器包括一个收发机和定性天线，且分布在所述移动标签终端必须经历的路段，所述定向天线的传输方向水平角度为180度 、垂直角度为38度。
作为可选方案，所述基站阅读器内置动态用户信息寄存器，所述动态用户信息寄存器可对采集到的移动标签用户ID进行分析。
一种移动标签终端电池管理方法，当所述移动标签终端处于所述基站阅读器信号覆盖范围之外时，所述上位机的数据库文件中保存所述移动标签终端最近一次同所述基站阅读器通信的对应关系，并处于休眠省电状态，当所述移动标签终端处于所述基站阅读器信号覆盖范围内及被唤醒，同时获得所述基站阅读器扫频广播发送的自身Reader_ID,并与其内置动态用户信息寄存器中的Reader_ID动态列表对比，若有新的对应关系产生，则与新的基站阅读器握手通信并发送相应价值信息，如没有新的对应关系，则依旧处于休眠状态，等待下一次被唤醒。
本发明的有益效果在于：提供一种应用于大面积覆盖，多空间环境里物联网节点通信传输信息的组网方式，这种新型组网方式在占用极少频率资源的基础上，实现了空间的极大覆盖率，而且通信信号质量高、误码率低、通信协议简单可靠，同时它在保留了频分多路法多载波调制时信道间高隔离度、定向天线的高定向辐射特性的基础上有效地集成了空分多址、时分多址简单易实施的特性。整个系统的鲁棒性高，结构简单，易于根据不同的应用环境灵活设计和组网，成本低，同时通过简单的端口配置可以与移动网、互联网实施通信。
附图说明
图1为典型物联网读卡器监控大范围楼宇空间的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对发明做进一步的说明。
本发明是移动标签终端和移动标签终端之间、移动标签终端和基站阅读器之间，能够建立许多信息传输信道的具有高覆盖率、低频谱占用率的新型物联网组网通信方法，该方法基于的硬件系统平台包括无线传输、有线传输和信息的收集、处理和存储等，使用的主要设备有无线基站阅读器（无线收发机）、交换控制设备和移动标签终端。如图1所示在每一个房间或走廊的指定路段，基站阅读器服务区由若干定向辐射小区覆盖形成，呈辐射状，通过接口与控制中心互联。整个物联网网络包括交换分系统，基站阅读器分系统和大量移动标签终端，是一个完整的信息传输实体。基站阅读器分系统包括若干个基站控制器和由其控制的若干个基站收发系统，负责管理无线资源，实现固定基站网络和移动标签终端直接的通信链接，传送系统信号和标签用户信息。
本发明每一个基站阅读器只有一个收发机和定性天线，不需要控制器，且分布在一个房间移动标签终端必须经历的路段。基站阅读器以单节点调跳频的形式定时对其定向覆盖范围内的移动标签进行扫描，内部置有动态用户信息寄存器，可以对采集到的移动标签用户ID进行简单分析，若移动标签ID在动态用户信息寄存器中存在，则舍去并不需要向阅读器基站发送变更信息，若不在用户信息寄存器中存在，则更新信息寄存器中的用户名录添加新用户ID到列表中并发送变更移动标签终端ID至上位机。基站阅读器实时动态更新用户寄存器列表的同时存储、传递对应于某一个移动标签终端的其他有价值信息。若干个固定基站阅读器定时被基站控制器轮询访问，若有新的有价值信息更新则发送至上位机，若没有则依旧处于定时扫频状态。基站阅读器定向天线的传输方向水平角度为180度 、垂直角度为38度，而对天线的增益并无太多要求，以垂直方式分布在每一个楼宇房间的进门入口处或移动标签必经之地，用以完成基站阅读器激活处于省电休眠状态的移动标签终端，进而完成一次完整的简单的对话握手通信，获取相应的价值信息。
移动标签终端的信道分配以基站阅读器的跳频资源为基础，移动标签终端和移动标签终端实现同频复用，同时配以多波道共用技术，这样可以优化提高整个物联网系统的频谱利用率，同时在理论上从有限的原始频率分配中产生几乎无限的可用频率，大大地增加了系统容量。因为移动标签终端采用电池供电，为了优化移动标签终端的用电负载，终端大部分时间处于省电模式即被动休眠状态。在不影响影响基站阅读器读取精度的前提下，当移动标签终端处于阅读器系统覆盖范围之外时，上位机系统的数据库文件中依旧保存着标签最近一次同阅读器通信的对应关系，并处于休眠省电状态。当移动标签终端处于定向基站阅读器覆盖范围及被激活，同时获得基站阅读器扫频广播发送的自身Reader_ID,并与存储器中的寄主阅读器信息寄存器中的Reader_ID动态列表对比，若有新的对应关系产生，则与新的寄主基站阅读器握手通信，汇文相应价值信息，如没有新的对应关系，则依旧处于休眠状态，等待下一次被唤醒。
在实际的物联网通信现场往往有许多基站阅读器设备同时工作，其中一些移动标签终端用户正在使用相同的波道，而另一些用户正在只用邻近波道。来自同波道和邻近波道的干扰，以及外部噪声的影响，可能使通信质量变坏，甚至无法正常工作，更进一步地说，移动标签终端所表现出来的动中通信与固定通信相比，对干扰限制则更为严格，对基站阅读器设备的抗干扰性能要求更高。
基站阅读器与基站阅读器之间由定向天线将其覆盖范围在空间上分开，即相邻的基站阅读器同时读取不同载波频率的移动标签终端时，彼此之间由于频分接入使标签之间正交隔离，互不干扰。即使在间隔数个基站读卡器遇到其他相同载波频率的通信同频干扰时，由于在空间上隔离数个不同载波频率的通信信道，也会远远大于其射频防卫度，不会对正在通信的移动标签和阅读器基站产生同频干扰危害。而对于同一载波频率的多个移动标签通信要同基站阅读器通信的情况，也会由定向天线在空间予以分隔，况且处于同一载波频率的移动标签组内部又分配以不同的地址码再次加强其隔离度，减低误码率，提高系统通信质量，大大减小多移动标签终端对基站阅读器的通信碰撞概率，提高整个物联网系统的鲁棒性。
即使由于各种复杂电磁环境的破坏，在基站阅读器第一轮扫频过程中出现与移动标签终端的恶意中断，那么第二轮甚至第三轮扫频也一定会恢复同处于其读取覆盖范围的标签进行信息握手通信。
通过本发明可以实现：
1 定向覆盖小区制
放弃基站阅读器大范围覆盖，放弃点对点和广播覆盖模式，放弃连跳模式，将整个物联网网络覆盖划分成许多以定向的几何图形的覆盖区域。单一基站阅读器节点采用较低收发功率服务于一个定向覆盖小区，在较小的区域内设置一定数量的有源移动标签终端用户。但单一小区标签数量增大到一定程度而使准用频道数不够用时，采用小区分裂将原小区分裂为更小覆盖范围的小区，低功率发射和大容量覆盖之优势十分明显。
2 频率复用
物联网系统的阅读器工作频率隔一定的时隙处于扫频一次，由于传播损耗提供足够的隔离度，在相隔一定距离的另一个读卡器可以重复使用同一组工作频率，称为频率复用。例如，标签数量超过1000甚至2000的大量标签同读卡器之间通信，若每个标签都有自己的频道频率，则需要极大的频谱资源，且在读卡器与标签通信时也许还可能饱和。频率复用大大地缓解了频率资源匮乏紧缺的矛盾，大大地增加了系统容量。在RFID系统组网通信中，频率复用能够从有限的原始频率分配中产生几乎无限的可用频率，这是实现无限系统容量的极好方法。支持频率复用的事实是，干扰影响并不是与阅读器之间绝对距离有关，而是与阅读器之间距离与阅读器覆盖范围半径比值有关。
3 多波道共用技术
若干基站阅读器和大量主动式移动标签终端组成的物联网感知系统，为更多的用户共同使用而仍能满足通信质量。大量标签以组为单位，重复共用若干信道。多波道共用技术利用波导占用的间断性，使许多标签用户可以任意地、合理地选择波导，提高波道利用率。
4 转移整个系统的用电负载
移动标签终端采用电池供电，而基站阅读器采用市电经过AC/DC直接供给。标签终端绝大部分时间处于休眠省电状态，将扫频、跳频、向上位机传递信息等耗电功能转移到基站阅读器，大大减轻标签电池用电负载，使得整个系统能够长时间稳定可靠运行。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围内。
Claims (3)
1.一种可靠性物联网组网布局方法, 其特征在于，包括如下步骤：
基站阅读器以单节点调跳频的形式定时对其定向覆盖范围内的移动标签终端进行扫描并采集移动标签用户ID ；
所述基站阅读器将采集得到的所述移动标签用户ID 进行分析，若所述移动标签用户ID存在，则不需要向阅读器基站发送的变更信息，若不存在，则添加所述移动标签用户ID至用户寄存器列表，并发送变更移动标签用户ID至上位机；
所述基站阅读器实时动态更新所述用户寄存器列表，同时存储、传递对应于某一个移动标签终端的其他有价值信息；
基站控制器定时轮询访问若干个基站阅读器，若发现有新的有价值信息更新则发送至上位机，若没有，则依旧处于定时扫频状态；
所述基站阅读器包括一个收发机和定向天线，且分布在所述移动标签终端必须经历的路段，所述定向天线的传输方向水平角度为180 度 、垂直角度为38 度。
2.根据权利要求1所述的一种可靠性物联网组网布局方法，其特征在于，所述基站阅读器内置动态用户信息寄存器，所述动态用户信息寄存器可对采集到的移动标签用户ID进行分析。
3.根据权利要求1所述的一种可靠性物联网组网布局方法，其特征在于，基站阅读器以移动标签终端进行扫描并采集移动标签用户ID的方法包括：当所述移动标签终端处于所述基站阅读器信号覆盖范围之外时，所述上位机的数据库文件中保存所述移动标签终端最近一次同所述基站阅读器通信的对应关系，并处于休眠省电状态，当所述移动标签终端处于所述基站阅读器信号覆盖范围内及被唤醒，同时获得所述基站阅读器扫频广播发送的自身Reader_ID, 并与其内置动态用户信息寄存器中的Reader_ID 动态列表对比，若有新的对应关系产生，则与新的基站阅读器握手通信并发送相应价值信息，如没有新的对应关系，则依旧处于休眠状态，等待下一次被唤醒。
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