CN105117669A - 一种基于rfid阅读器自适应调度的无设备目标追踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于RFID阅读器自适应调度的无设备目标追踪方法。将阅读器覆盖区域划分为频率冲突域和频率非冲突域，采用静态抽样与追踪抽样相结合的方式，最小化阅读器之间的干扰，实时追踪移动目标。解决了多个阅读器之间存在标签访问冲突，进而导致标签扫描频率不稳定，造成目标追踪丢失等问题。应用在基于RFID监控场景中，实现了对无设备目标进行准确高效的追踪。

Description

一种基于RFID阅读器自适应调度的无设备目标追踪方法

技术领域

本发明提出一种基于RFID阅读器自适应调度的无设备目标追踪方法。该方法将阅读器覆盖区域划分为频率冲突域和频率非冲突域，采用静态抽样与动态追踪抽样相结合的方式，最小化阅读器之间的干扰，并且利用可中断调度抽样方法，减小了抽样标签数量，缩短了追踪周期。应用在基于RFID监控场景中，能够实现对无设备目标进行准确高效的追踪。同时，对于基于RFID设备的目标追踪方案，也有积极的借鉴价值。

背景技术

无线射频识别技术(RFID:RadioFrequencyIdentification)是一种基于无线射频信号进行通信的技术，属于非接触式自动识别技术范畴。与已经广泛使用的条形码技术相比，RFID技术具有存储信息量大、一读多响应、较远的读写距离、可重复进行多次读写、读写速度快等特性，且可以实现物品的定位和轨迹追踪。系统中的数据存储介质RFID标签，具有成本低、体积小、信息存储量大、可多次重复读写、生命周期长等特点。如今，在门禁、超市、物流、汽车、公交等领域，已经随处可见RFID的身影，随着信息技术的发展，RFID技术必将得到更加广泛的应用。

RFID在应用领域，最初的出现目的是为了替代条形码。条形码由于其自身的缺陷，存在着不可写、访问距离短、信息量小、速度慢等问题。RFID与条形码相比，有着信息量大、访问距离远、可多次读写、访问速度快等优势，且随着技术的发展，RFID的存在不仅仅是代替条形码，它极有可能催生一场新的信息革命，颠覆人们传统的生活方式。

在室内场景中，射频识别(RFID)技术凭借其低成本、可重用等优点，被广泛应用于定位和追踪领域。基于RFID的定位追踪原理是：在二维场景中部署有超高频RFID阅读器网络，贴有超高频RFID标签的移动目标进入该场景后，经过位置的阅读器会接收到该标签发送的标识信息(RSSI)，从而获得该移动目标的位置。RFID追踪技术有许多应用场景，比如医院中实现对患者的追踪，大型商场的导航等。

然而，大量阅读器部署监控场景中，对每一个移动目标进行标签捆绑并不可行。阅读器之间的冲突现象导致无法对无设备目标进行实时追踪。利用阅读器网络进行无设备目标的追踪过程中，由于RFID天线传播模型的特殊性，使得多个阅读器之间存在标签访问冲突，而且阅读器的物理部署方案无法完全解决此类问题，进而导致标签扫描频率不稳定，造成目标追踪丢失。对于缺乏监管的仓储环境，非法人员便有可乘之机进入禁行场所，为所欲为。因此，需要建立健全基于无设备目标追踪的一套高效机制，解决关键问题并集成系统研发，才能为仓储安全提供有力保障。例如，采用RFID技术监测一个未经授权的人员进入机要场所，以及动物出行规律的研究等。

在RFID定位场景中，将未携带阅读器或者标签的待定位或追踪的目标定义为无设备目标。研究基于RFID的无设备目标追踪技术，能够有效地检测并跟踪二维场景中的非法人员。因此，对无设备目标进行追踪研究，具有重要的意义。

发明内容

本发明提出一种基于RFID阅读器自适应调度的无设备目标追踪方法，采用自适应阅读器调度机制，实现对无设备目标的追踪。机制采用静态调度抽样和动态追踪抽样相结合的阅读器调度方式，有效地减小了阅读器之间的干扰。利用可中断调度抽样方法，减小了抽样标签数量，缩短了追踪周期。本发明应用在基于RFID监控场景中，能够实现对无设备目标进行准确高效的追踪。同时，本发明对于基于RFID设备的目标追踪方案，也有积极的借鉴价值。

首先完成阅读器网络与参考标签网络的部署，选择合适的“阅读器—标签”交互方式，对相关基准信息进行采样与保存；然后进行静态抽样，在没有目标进入监控环境时，阅读器根据频率冲突分时抽样参考标签，实时监控二维场景。当有目标进入场景中时，改变阅读器调度策略，进入动态追踪抽样模式，此时目标经过区域的阅读器具有最高调度优先级，做到对无设备目标的实时追踪。

附图说明

图1是覆盖模型图，矩形区域为待监管区域，大的虚线圈对应标签检测域。小的实线圈表示参考标签，其中深色的代表位于频率冲突域之中，浅色的位于频率冲突域之外。

图2是阅读器与标签之间的两种交互方式，描述了阅读器与标签之间的交互方式Inventory与Select协议过程。

图3是频率波动示意图，当多个阅读器的询问命令在同一个时隙内到达时，阅读器冲突便会出现。此刻，标签可能拒绝其中一条询问命令，也有可能同时拒绝多条命令，不同的时刻表现不尽相同。因此，频率波动便会出现，如图3所示。

图4是阅读器网络的着色方案，是对阅读器网络进行着色的方案图。

图5是自适应调度原理图，图中，假设目标沿着绿色的轨迹移动，对应的受影响的标签序列标记为红色。因此，按照自适应调度模型，根据目标的动态移动方向，阅读器的调度次序依次为A→B→F→J→K。

图6是标签抽样原理图，假设在一台阅读器的标签识别范围内部署有26个参考标签，依次命名为A到Z。当不采取任何标签抽样策略时，为完成一个抽样周期，阅读器按照线性时间顺序依次访问A到Z，共计花费26个时间单元。

图7静态抽样执行流程图。

图8是阅读器分时调度执行流程图。

图9是参考标签抽样及频率异常处理执行流程图。

图10目标追踪执行流程图。

Claims (7)

1.一种基于RFID阅读器自适应调度的无设备目标追踪方法，其特征在于：

该方法是指一种自适应RFID阅读器网络调度方法，该方法将阅读器覆盖区域划分为频率冲突域和频率非冲突域，采用静态抽样与动态追踪抽样相结合的方式，最小化阅读器之间的干扰，并且利用可中断调度抽样方法，减小抽样标签数量，缩短追踪周期，该方法实现了各种在基于RFID监控场景中，对无设备目标进行准确高效的追踪。

2.如权利要求1所述，自适应调度是指其能够根据监控环境的实时变化采取相应的调度策略，即在没有目标进入监控环境时，采用静态抽样模式，阅读器根据频率冲突分时抽样参考标签，实时监控二维场景；当有目标进入场景中时，改变阅读器调度策略，进入动态追踪抽样模式，此时目标经过区域的阅读器具有最高调度优先级，做到对无设备目标的实时追踪。

3.如权利要求1所述，无设备目标是在RFID定位场景中，未携带阅读器或者标签的待定位或追踪的目标。

4.如权利要求1所述，频率冲突域是指多个阅读器或者一个阅读器的多个天线之间的频率覆盖域之间存在重叠，进而出现标签访问冲突的区域，频率冲突域是频率覆盖域的子集；而频率覆盖域是指阅读器功率能够覆盖到该区域，但不能检测到该区域内的标签，也不能与它们进行通信的区域。

5.如权利要求1所述，静态抽样模式采用一种基于时间的线性调度方法，静态抽样模型的整个过程如下：

(1)将标签阵列分为两部分，一部分位于频率冲突域中，另一部分不在频率冲突域中；

(2)令所有阅读器并行工作，抽样不在频率冲突域中的标签；

(3)对阅读器网络进行分阶段调度，完成抽样工作，减小碰撞。

6.如权利要求1所述，动态追踪抽样模式是指当阅读器网络中的某台阅读器检测到某些参考标签的频率出现异常时，将静态抽样模式修改为追踪抽样的模式，该抽样模式由如下3步组成：

(1)停止抽样模式，使所有阅读器工作在静态抽样模式中的阶段2，然后将频率冲突域中的参考标签放入检测到频率异常的阅读器抽样队列中，记录该队列中出现频率变化的标签i及其频率变化值Δfi；

(2)当该阅读器的标签检测域内所有标签频率恢复正常后，从抽样队列中移除频率冲突域内的参考标签，然后选择与该阅读器共享最后恢复频率的参考标签对应的阅读器邻居，重复执行步骤1，当所有的阅读器抽样频率均恢复正常后，跳转到步骤3；

(3)恢复静态抽样模式。

7.如权利要求1所述，可中断调度抽样方法是指根据目标影响范围的区域性特点，优化抽样机制的方法，假设检测到参考标签D是离移动目标最近的标签，A是上一个抽样周期中离移动目标最近的参考标签，认定该目标的移动方向为AàD，因此选择I(沿AàD直线方向上的且距离D最近的一个参考标签)作为下一抽样周期的最初抽样标签；接下来则沿逆时针方向，依次进行抽样，随后是更外一层，以此类推，当某一圈内所有标签均未出现频率异常时，停止后面的抽样工作，否则继续直至完成对标签检测域内所有标签的抽样。