CN109145665B - 基于rfid的双路处理智能门式通道系统及其处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于RFID的双路处理智能门式通道系统及其处理方法，该系统包括两组天线门，每组天线门包括若干个天线门，探测仓库门内侧和外侧的RFID标签数据；位于仓库门内侧和外侧的两台RFID读写器，RFID读写器与同侧的天线门相连，驱动仓库门内侧和外侧的天线门工作，获取内侧和外侧天线门探测到的RFID标签数据，并上传至信息处理服务器；信息处理服务器接收RFID读写器获取的标签数据并对其进行处理，识别标签来源，记录读取时间，并将数据计入“写缓存”中；然后采用异步方式读取“写缓存”中数据，并将其写入数据库。本发明克服数据库磁盘操作性能瓶颈，提高了数据接收和处理的效率，降低了漏报率和系统实现难度。

Description

基于RFID的双路处理智能门式通道系统及其处理方法

技术领域

本发明涉及RFID技术领域，具体涉及一种基于超高频RFID的双路处理智能门式通道系统及其处理方法。

背景技术

实现物品智能、高效、安全的仓储管理是现代物流业的核心环节。传统的仓储管理系统多采用人工录入或条形码录入的方式，无法实现批量自动采集，数据录入速度慢、效率低，且受人为因素影响较大，存在较大的安全隐患，制约了现代物流业的进一步发展。无线射频识别(RFID：Radio Frequency Identification)技术是一种非接触式的自动识别技术，它利用读写器驱动天线发射射频信号读取与目标对象相关联标签的标识性信息及其他相关数据，识别过程自动完成无需人工干预，读取距离远、支持批量读取且成本较低，能够识别高速运动目标。RFID技术已成为解决传统仓储管理系统问题的关键，被新型的仓储管理系统广泛采用，成为仓储管理系统的主要发展方向。

无线射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它利用射频信号读取目标对象的标识性信息及其他相关数据，识别过程自动完成无需人工干预，能够识别高速运动的批量标签。RFID标签按供电方式主要可分为无源、有源、半有源三类。无源RFID标签：无需专门电源进行供电，利用接收天线的电磁波驱动内部集成电路工作，向读写器回传标签标识、用户自定义信息等数据，也可以接收读写器传入的数据并将其存入标签内的存储器中。由于无源标签具有成本低、体积小、无需电源的优点，因此应用广泛，是RFID标签的主流产品。无源标签按其工作频率可分为低频、高频和超高频3类，其中前两类标签识别距离近(低频标签不超过50厘米，高频通常不超过1米)、多标签识别能力弱，主要应用于门禁卡、公交卡等低端领域，超高频RFID标签，读写距离远(最远可达15米)可同时识别多个标签，适用于仓储、物流领域。有源RFID标签：具有内部电源(通常是电池)，因此读写距离较长(采用微波波段的有源标签可达几百米)、存储容量较大，但标签体积大、价格高，需定期更换电池，因此应用限制较大，难以大规模使用，主要用于收费站和集装箱上。半有源RFID标签：性能、特点界于无源和有源标签之间，也需要电池供电，因此存在与有源标签类似的问题。

综合各类标签的工作原理和主要特点，在仓储管理系统中首选采用无源超高频RFID标签，在获得较高性能的情况下，提高系统可维护性，降低系统成本。但由于超高频信号在穿透金属、电解质等导电材料时衰减迅速，因此为避免信号被遮挡，方便天线的安装，通常采用门式通道方式。RFID门式通道主要由出入通道和立于通道两侧的天线门组成，典型的如图书馆、超市等出口处的门式通道，天线门由天线、读写器、红外传感器等设备和用于安装设备的门式框架构成。基于RFID的门式通道，包括封闭式和开放式两类，二者的相同之处是需在通道出入口处布置若干天线门，不同之处在于前者还配置有闸机。封闭式门式通道，由于配置了闸机，大大降低了人员或物资出入通道的效率，只适用于传统的门禁系统或出入库物资规模较小的仓储管理系统。而开放式门式通道，对物资出入库效率基本无影响，适用于大多数仓储系统。当前的开放式RFID门式通道，多在出入口处设置单组天线门，由人工设定出入方向，存在一定的安全隐患。

发明内容

为了解决当前RFID门式通道存在的不足，本发明提供了一种基于超高频RFID的双路处理智能门式通道系统及其处理方法。

本发明所采用的技术方案是：

本发明的第一目的是提供一种基于超高频RFID的双路处理智能门式通道系统，该系统包括：

两组天线门，每组天线门包括若干设置在仓库门的内侧或外侧的天线门，用于探测仓库门内侧或外侧的RFID标签数据；

位于仓库门内侧和外侧的两台RFID读写器，所述RFID读写器通过射频电缆与同侧的天线门相连，用于驱动仓库门内侧和外侧的天线门工作，获取内侧和外侧天线门探测到的RFID标签数据，实现双路读取与处理，并通过连接线缆将标签数据上传至信息处理服务器；

信息处理服务器，用于接收RFID读写器获取的RFID标签数据，识别RFID标签的数据来源，记录读取时间，用以确定标签的出入库状态，并将标签信息写入数据库。

作为本发明的进一步限定，同侧的天线门相对安装并向内侧或外侧偏转一定角度，构成门式通道。

作为本发明的进一步限定，所述天线门包括底座、固定设置在底座上的门框架和若干个由上至下顺序安装在门框架上的RFID圆极化天线，所述RFID读写器安装在天线门的门框架内，或安装在天线门外部，通过射频电缆与同侧天线门上的所有RFID圆极化天线连接，所述RFID圆极化天线在RFID读写器的驱动下发射和接收电磁波，所述门框架的前部设置有门板。

作为本发明的进一步限定，所述信息处理服务器包括硬件接口层、数据处理层和数据层；

所述硬件接口层，用于初始化RFID读写器，驱动RFID读写器以轮训方式控制指定天线工作，循环实时读取读写器获取的RFID标签数据；

所述数据处理层，用于接收硬件接口层获取的RFID标签数据，根据读写器地址，识别RFID标签数据来源，记录读取时间，RFID标签数据与RFID标签的标识信息一起被计入数据缓存，对于同一RFID标签只记录其最新数据，然后以多线程异步方式将数据缓存中的数据写入关系数据库；

所述数据层，通过关系数据库存储和共享标签及其出入库状态信息，其他业务系统根据数据库中存储的内侧和外侧RFID读写器最新一次读取到同一标签数据的时间顺序确定该标签出入库状态，内侧时间大于外侧时间为入库，否则为出库。

本发明的第二目的是提供一种基于超高频RFID的双路处理智能门式通道系统的处理方法，该方法包括以下步骤：

循环读取RFID读写器所获取的标签数据，识别标签来源，记录读取时间，将数据计入“写缓存”中；

采用异步方式读取“写缓存”中数据，并写入数据库。

作为本发明的进一步限定，所述读取RFID读写器所获取的标签数据的步骤包括：

采用阻塞读方式读取RFID读写器所获取的RFID标签数据；

“写缓存”加锁；

若“写缓存”加锁失败，再次竞争“写缓存”锁，直到加锁成功；

若“写缓存”加锁成功，则根据RFID读写器地址识别数据来源，记录当前标签数据的读取时间。

作为本发明的进一步限定，所述将数据计入“写缓存”中的步骤包括：

判断“写缓存”中是否已有该标签数据的缓存项；

对于已有缓存项的标签，则更新该已有缓存项的标签读取时间；

对于没有缓存项的标签，则新建缓存项，并将标签标识信息、数据来源信息和当前读取时间信息记入该标签所对应的缓存项；

释放“写缓存”上的锁。

作为本发明的进一步限定，所述采用异步方式读取“写缓存”中数据并写入数据库的步骤包括：

“写缓存”加锁，若加锁失败，再次竞争“写缓存”锁，直到加锁成功；

若“写缓存”加锁成功，则将“写缓存”中数据赋值给“读缓存”，重置“写缓存”；

释放“写缓存”上的锁；

判断“读缓存”中数据是否遍历完；

若已遍历完，“读缓存”重置，等待指定时间后，再次执行读取“写缓存”中数据并写入数据库的过程；

若“读缓存”中数据未遍历完，则读取当前缓存数据；

判断数据库出入库表中是否已有该标签数据的数据项；

若有该标签数据的数据项，则更新该标签数据项的标签读取时间；

若没有该标签数据的数据项，则新建数据项，并将标签标识信息、数据来源信息和当前读取时间信息记入该数据项；

返回再次判断“读缓存”中数据是否遍历完。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明设置内外两组独立工作的天线门，通过遮挡和角度偏转实现内外读取信号的隔离并增大有效读取距离，根据两组天线最新探测到同一RFID标签的时序关系，能够高效、精确判断仓储物品出入库的实时状态，系统自动完成RFID标签数据的读取和处理，能同时处理物品的批量出库和入库；

(2)本发明采用多线程、双缓存的RFID标签数据接收与处理方法，提高门式通道系统的性能、降低漏报率、简化实现过程、提高系统稳定性，实现读写分离，有效克服数据库磁盘操作性能瓶颈，大大提高了数据接收和处理的效率；

(3)本发明提高了门式通道的实用性，在逼真模拟实际场景的实验测试中实现了的无漏读，对于智能安全的仓储管理系统的实际运用具有重要意义。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明实施例一公开的基于超高频RFID的双路处理智能门式通道系统结构图；

图2是天线门结构示意图；

图3是信息处理服务器系统架构图；

图4是本发明实施例二公开的基于超高频RFID的双路处理智能门式通道系统的处理方法流程图；

图4(a)是“读线程”流程图；

图4(b)是“写线程”流程图；

图5是本发明的方法及参数优化针对1秒钟内多标签识别的对比实验结果；

图6是本发明的方法及参数优化针对1秒钟内标签读取次数的对比实验结果；

图7是本发明的方法及参数优化针对5秒钟内多标签识别的对比实验结果；

图8是本发明的方法及参数优化针对5秒钟内标签读取次数的对比实验结果；

图9是本发明双天线与四天线对比实验结果。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，RFID门式通道主要由出入通道和立于通道两侧的天线门组成，典型的如图书馆、超市等出口处的门式通道，天线门由天线、读写器、红外传感器等设备和用于安装设备的门式框架构成。基于RFID的门式通道，包括封闭式和开放式两类，二者的相同之处是需在通道出入口处布置若干天线门，不同之处在于前者还配置有闸机。封闭式门式通道，由于配置了闸机，大大降低了人员或物资出入通道的效率，只适用于传统的门禁系统或出入库物资规模较小的仓储管理系统。而开放式门式通道，对物资出入库效率基本无影响，适用于大多数仓储系统。当前的开放式RFID门式通道，多在出入口处设置单组天线门，由人工设定出入方向，存在一定的安全隐患。

为了解决如上的技术问题，本发明实施例一提出了一种基于超高频RFID的双路处理智能门式通道系统。如图1所示，该基于超高频RFID的双路处理智能门式通道系统包括四扇天线门、两台RFID标签读写器和一台信息处理服务器。

具体地，四扇天线门分为两组，每组两扇天线门，分别位于仓库门的内侧和外侧，内侧天线门用于探测仓库门内侧的RFID标签，外侧天线门用于探测仓库门外侧的RFID标签。本发明中若无明确说明，RFID标签特指无源超高频RFID标签。

该系统通过同一标签被内侧与外侧天线门最近读到的时序关系自动判断标签的出入库状态，因此，为了实现内外侧天线门有效作用区域的隔离，消除内外侧天线的相互干扰，提高天线有效作用距离，确保标签出入库状态判断的准确性和有效性，同侧两扇天线门相对安装并向内(内侧门)或外(外侧门)偏转一定角度，构成物资出入库的门式通道。天线门底边与仓库门地面中轴线呈一定夹角，该夹角通常为15～45度。

所述天线门用于探测RFID标签数据，通过遮挡和角度偏转实现内外天线门读取信号的隔离并增大有效读取距离。

图2是天线门的主视图和侧视图，如图2所示，所述天线门包括底座和固定设置在底座上的门框架，利用螺栓将底座固定于地面，所述门框架通过焊接固定在底座上，所述门框架包括设备安装位，用于安装RFID圆极化天线、RFID读写器等设备，自门顶部至底部预设大量固定点用于天线等设备的安装，可根据出入库物品的特点调整天线的安装位置以获得最好的读取效果；所述RFID圆极化天线在RFID读写器的驱动下发射和接收电磁波；本实施例中，在每扇天线门的门框架上由上至下顺序安装有两部RFID圆极化天线，在内侧和外侧各安装一个所述RFID读写器(通常安装在门框架内)，所述RFID读写器通过射频电缆与四部RFID圆极化天线连接，内侧读写器与外侧读写器独立地以轮询方式驱动内外侧天线工作实现超高频RFID标签的批量、快速读取，构成两路处理的RFID读取处理架构，确保各天线不相互影响，大大提高了标签读取的可靠性；RFID圆极化天线，用于发射电磁波，读取标签数据，通过螺栓固定于门框架上，每个天线门中可布置多部圆极化天线(通常是两个)，以从更多角度对标签进行读取，克服超高频RFID标签易被金属或液体遮蔽的缺陷，提高读取的可靠性。

所述门框架前部设置有门板，所述门板通过螺栓固定安装在门框架前部，易于拆卸，可维护性好。所述门板采用亚克力PMMA材质制成，具有透波能力好的优点。所述底座和门框架的侧边、背板分别采用金属材质制成，以提高强度并遮挡不必要的信号，较坚固且对超高频电磁波具有良好屏蔽作用，进一步屏蔽天线侧向和后向的电磁波，实现更好的隔离。

由于门式通道系统通过同一标签最近一次被内外天线门读取到的时间判断其出入库状态，因此能否在保证有效读取范围的同时，隔离内外天线的有效读取空间是提高标签出入库状态识别准确性的关键。在通过金属材质背板和侧边将天线的有效读取角度限制于正前方180度内的基础上，在长度较短的通道中，可采用将内外侧天线门分别向内或外偏转一定角度的方式实现较好的隔离，偏转角度θ(见图1)可按以下公式计算。

θ＝arcsin(d_BC/d_AB)

如图1，θ为天线门长底边与通道水平轴向的锐角夹角，d_AB为通道地面中心A与天线门底面中心B的距离，d_BC为天线门底面中心B与通道地面水平轴的距离。通过按上述方法进行偏转，可使内外侧天线读取范围沿中轴线在中点处实现分离，同时保证较大的有效读取空间。

若天线门露天布置，可在天线门外部加罩具有防晒、防水和保温等功能的保护套。

RFID标签读写器通过百兆以太网络与信息处理服务器相连，当读取到标签后，将标签的信息发送到信息处理服务器，由信息处理服务器根据数据包的IP地址对数据源进行识别，记录相关数据并处理。

信息处理服务器，运行系统管理及信息处理软件系统，接收RFID读写器获取的RFID标签数据，识别数据来源，记录读取时间，以精确确定标签的出入库状态，通过将上述信息写入数据库表，为其他软件系统实时提供标签出入库数据服务。

具体地，所述信息处理服务器中信息处理系统包括硬件接口层、数据处理层和数据层，如图3所示。

所述硬件接口层包括RFID读写器驱动组件，用于RFID读写器等硬件设备的初始化，驱动、控制读写器按指定模式工作，使读写器以轮训方式控制指定天线工作，注册数据读取的回调函数，系统启动运行后，循环调用回调函数实时读取RFID标签数据。

所述数据处理层包括数据读取与处理组件，用于接收硬件接口层获取的RFID标签数据，根据读写器的IP地址，获取数据来源，如某通道(库房)的内或外读写器，确定RFID标签的读取时间，并以多线程异步方式将上述数据写入数据库。

所述数据层，利用关系数据库存储标签的信息(如标识)及其出入库信息如通道标识、内侧或外侧天线最后探测到该标签的时间等。

系统通过关系数据库与其他业务系统共享标签的出入库信息，使系统可以充分利用现有数据库管理系统强大的数据查询功能和并发处理能力，简化系统实现，提高系统的易用性和健壮性。

对于某个RFID标签，可根据门式通道内侧和外侧读写器最近读取到同一标签的时间顺序确定其出入库状态。具体的讲，如果内侧读取时间大于外侧读取时间则认为标签入库，否则认为标签出库。若只有一侧读取到标签则认为标签在库房的内或外部，尚未形成有效的出入库操作。某次出入库过程结束，由业务系统根据需求清除数据库内标签的出入库信息。可将RFID标签出入库表直接嵌入业务系统的数据库，通过关联查询直接查询出标签关联对象的详细信息。

门式通道系统通常并不独立应用，而是作为仓储、门禁等应用系统的重要组件。为了向其他系统或组件提供RFID标签实时出入库信息，系统采用关系数据库存储共享的标签实时出入库信息，这样既可以充分利用关系数据库标准化、高并发、高可靠、用途广的优势从而简化系统实现、提高可靠性，也易于与其它系统集成，因此被许多类似系统广泛采用。但是，由于关系数据库将数据存放在磁盘上，存取数据时需要进行磁盘读写，虽然主流的关系数据库系统通过缓存技术进行了充分优化，但与直接内存读写方式在速度上仍存在明显差距，另外，在多应用频繁并发读写数据库时，数据库系统易成为系统的瓶颈。

为了解决上述问题，本发明实施例二提供一种基于超高频RFID的双路处理智能门式通道系统的处理方法，如图4所示。该方法实现了多线程、双缓冲RFID标签数据接收与处理，通过多线程、双缓存技术将读写过程进行分离，有效克服数据库磁盘操作性能瓶颈，大大提高了数据接收与处理的。如图4所示的方法包括以下步骤：

S101，RFID数据接收线程，即“读线程”，如图4(a)所示。

实时接收读写器获取RFID标签信息，并将其缓存于内存的“写缓存”中，由于系统判断标签的出入库状态时只关心标签最后一次被读写器探测到的时间，因此无需保存历史数据，可通过哈希表或查找树的数据结构实现，对于已有缓存项的标签只需更新标签时间，对于没有缓存项的标签则需要新建缓存项，并将标签标识、数据来源、当前时间的信息记入缓存项。采用哈希表实现，最坏情况下一次读取标签信息并处理的时间复杂度为O(N)，空间复杂度为O(N)，N为“写线程”一次休眠期间天线探测到的最大标签数。该过程在回调函数中实现。

如图4(a)所示的RFID数据接收线程的具体实现方法为：

S1011，读取RFID标签数据，此时无数据线程阻塞，有数据唤醒线程。

该“读线程”采用阻塞读方式驱动RFID读写器读取标签数据，RFID标签数据读取成功并送至信息处理服务器时线程被唤醒。

S1012，“写缓存”加锁。

S1013，若“写缓存”加锁失败，则线程阻塞，直至线程唤醒，返回步骤S1012；若“写缓存”加锁成功，则根据读写器IP地址判断数据来源(如哪个通道，内侧还是外侧)，记录当前标签数据的读取时间。

S1014，判断“写缓存”中是否已有该标签数据的缓存项。

S1015，对于已有缓存项的标签，则更新该已有缓存项的标签读取时间；对于没有缓存项的标签，则新建缓存项，并将标签标识信息、数据来源信息和当前读取时间信息记入该标签所对应的缓存项。

S1016，释放“写缓存”上的锁，返回S1011。

S102，RFID数据处理线程，即“写线程”，如图4(b)所示。

“写线程”，用于将“写缓存”中的数据写入数据库，首先将“写缓存”中的数据转移至“读缓存”，具体实现时可将“写缓存”的引用直接赋值给“读缓存”，然后重置“写缓存”，其目的是为了减少锁住“写缓存”的时间，并减少“写缓存”的大小，然后将“读缓存”数据写入数据库，此过程结束后“写线程”休眠指定时间(如：500毫秒)，唤醒后重复上述过程。

线程一次数据处理运行的时间复杂度和空间复杂的均为O(N)，N为线程一次休眠期间天线探测到的最大标签数，具有很高的效率。由于实现读写分离，“读线程”只进行内存操作，能够及时处理和存储数据，而“写线程”虽然由于磁盘操作导致处理速度较慢，但由于系统只关心某标签最后一次被读取时的信息，因此丢失几次中间结果并不影响系统使用，而且能够有效减少数据库的访问频率，提高算法效率，减少对其他应用程序的影响。数据库中的标签出入库记录由于与具体业务(如一次出入库流程)关联紧密，所以由业务系统负责清除。

如图4(b)所示的RFID数据处理线程的具体实现方法为：

S1021，“写缓存”加锁。

S1022，若“写缓存”加锁失败，则线程阻塞，直至线程唤醒，返回步骤S1021；若“写缓存”加锁成功，则将“写缓存”的数据赋值于“读缓存”，然后重置“写缓存”。

“写线程”与“读线程”需要共享“写缓存”，访问时需要竞争“写缓存”锁，由于“读缓存”的引入，“写线程”占用“写缓存”时间非常短，时间复杂度为O(1)，因此对“写线程”影响很小。

S1023，释放“写缓存”上的锁。

S1024，判断“读缓存”中数据是否遍历完，若已遍历完，重置“读缓存”，线程休眠指定时间，休眠结束后返回步骤S1021；若未遍历完，则读取当前缓存数据项。

S1025，判断数据库出入库表中是否已有该标签数据的数据项。

S1026，若有该标签数据的数据项，则更新该标签数据的数据项的读取时间；若没有该标签数据的数据项，则新建数据项，并将标签标识信息、数据来源信息和当前读取时间信息记入该标签所对应的数据项。

S1027，返回S1024。

图5～图8是本发明提出的实施例三，为本发明的门式通道系统针对不同算法和参数的对比实验结果。主要用于测试天线门短时间内对批量标签的读取和识别能力，这是门式通道系统有效工作的关键。

实验环境：天线门两部，布置方式同图1所示的外侧两部天线门，每部天线门安装两部圆极化天线，配置一台4口RFID读写器，信息处理服务器为一台单路Intel E3-1220v3服务器，安装Window Server 2012操作系统、SQL Server2012数据库管理系统和本系统专用的系统管理及信息处理软件系统。标签采用ISO18000-6C标准的抗金属标签，在天线作用范围内布置20个。对比的参数与算法包括4个维度，一是读取频率，包括“普通读取”模式和“密集读取”模式，后者具有更高的有效读取频率；二是读取数据内容，“EPC”是指只读取标签的EPC区数据，“全数据”是指读同时取读取标签EPC区、TID区和UserData区数据；三是是否进行读写器端过滤，“过滤”是指单位时间(如1秒)内只要某标签被读取并上传服务器过就不再上传，“未过滤”是指只要能够读到标签就上传服务器；四是采用算法，“多线程”即为本发明实施例二提出的算法(见图4)，“单线程”即当系统接收到标签信息后立刻将其写入数据库，不进行缓存，然后重复驱动读写器读取数据，这是同类系统常用的方法。评价指标包括：指定时间段(1秒、5秒)内系统识别标签数，同一标签无论被信息处理服务器读取几次只计数一次；指定时间段内标签读取数，信息处理服务器每读取标签一次计数一次。每组参数与算法的组合重复实验10次并求解平均值。图5～图8分别是1秒钟和5秒钟内系统识别标签数和标签读取数。由图5～图8可得以下结论：

(1)标签的有效读取次数越多，标签的识别率越高。由图6和图8可见，5秒内标签读取次数远高于1秒内的标签读取次数，约为后者的5倍，与读取时间的关系一致，由图5和图7可见，与之相对应5秒内识别的标签数在许多参数设置下远高于1秒内的识别的标签数，无论何种组合都能达到或接近达到20个(实验中的最大值)，因此使标签在天线有效读取范围内停留较长时间有助于提高识别率。但在实际出入库操作时，为提高效率，标签出入库的速度越快越好，1秒钟的测试时间更具实际意义。

(2)“密集读取”优于“普通读取”。若其他参数相同而读取方式不同，由图5、图6的中的平均值可见，由于有效读取频率高，“密集读取”模式标签读取次数比“普通读取”模式平均约高27％，识别标签数平均约高10％。

(3)只读EPC的方法在读取效率上优于全数据读取，若其他参数相同而读取内容不同，由图5、图6的中的平均值可见，只读EPC数据的方法比读取全数据的方法标签读取次数平均约高78％，识别标签数平均约高20％。特别是由于“非过滤”读取模式只要读取到数据，就要处理和传输，全数据读取大大加重读写器负担并增加数据碰撞的可能，两方法读取效率差距更为明显，前者比后者标签读取次数平均高约136％，当然全量读取可以读到更多信息，但在实际应用中通常只读取EPC数据就足够了，其他数据存放于数据库中，通过EPC值检索即可。

(4)“过滤”读取模式总体上优于“非过滤”读取模式。“过滤”读取模式在单位时间内(如1秒)对已读取的标签不再进行处理，而“非过滤”读取模式只要读到标签就进行处理。若其他参数相同只有“过滤”和“非过滤”设置不同，由图5、图6的中的平均值可见，“非过滤”模式比“过滤”模式标签读取次数平均约高128％，但识别标签数平均只约高0.2％(考虑实验误差，二者基本相同)，“过滤”读取模式在保证标签识别率的情况下，大大减少了读写器的负担。但是，如果通道只使用单个读写器，则不能使用“过滤”模式，因为单位时间内读写器对某个标签只处理1次，可能导致内外侧天线组只有一侧探测到标签，无法正确判断标签的出入库状态，这也是发明中通道采用双读写器实现双路处理的原因。另外，有些读写器不支持“过滤”模式。

(5)“多线程”算法优于传统“单线程”算法，若参数相同而数据处理算法不同，由图5、图6中的平均值可见，“多线程”算法比“单线程”算法标签读取次数平均约高24％，识别标签数平均约高2％，对于“过滤”模式，由于读写器进行了标签的过滤，使标签的读取速度降低，信息处理服务器基本能够及时处理读取的标签数据，因此两类算法的标签读取次数和识别标签数相当。但在实际使用中，由于数据库为多个系统或组件共享易成为性能瓶颈，“多线程”算法仍然具有较高的实用价值。而对于“非过滤”模式，由于标签的读取速率高，数据库操作成为明显瓶颈，两类算法性能差异明显，前者比后者标签读取次数平均高48％，识别标签数平均高3％。综合上述结果，当前硬件配置下，通道的最优方案为采用多线程算法+密集读取+只读取EPC数据+读写器端过滤，即图5～图8中的第二个方法，该配置下10次实验20枚标签1秒内无漏读。另一个无漏读的方法是多线程算法+密集读取+只读取EPC数据+读写器端不过滤，但该方法读写器负担相对较重，但若读写器不支持过滤或只采用一个读写器可使用此方法。

图9为本发明双天线与四天线对比实验结果。实验环境与图5～图8相同，算法采用图4算法，参数设置为“密集读取”+EPC+“过滤”，天线分别采用四天线(每个天线门安装两部天线)和两天线(每个天线门安装一部天线)配置，对5秒和1秒内的标签读取数和识别标签数进行对比。由图9可见，在所有的对比中，四天线方案均优于2天线方案，5秒的读取数、识别数、1秒的读取数、识别数分别高15.4％、18.3％、26.5％、25％，由于读写器采用轮询方式驱动天线工作，某一时刻只有一个天线工作，因此读写器读取频率与天线个数无关，但从结果看四天线方案均远优于两天线方案，特别是识别可靠性很高的5秒实验，两天线方案的识别标签数10次测试有9次为17、1次为16，说明有至少3个标签由于信号遮挡无法有效读取，而四天线方案由于天线的读取角度更广所有的标签都能读到，1秒实验也是如此，因此在实际使用时优先采用四天线方案。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

(1)本发明设置内外两组独立工作的天线门，通过遮挡和角度偏转实现内外读取信号的隔离并增大有效读取距离，根据两组天线最近探测到同一RFID标签的时序关系，能够高效、精确判断仓储物品出入库的实时状态，系统自动完成RFID标签数据的读取和处理，能同时处理物品的批量出库和入库；

(2)本发明采用多线程、双缓存的RFID标签数据接收与处理方法，提高门式通道系统的性能、降低漏报率、简化实现过程、提高系统稳定性，实现读写分离，有效克服数据库磁盘操作性能瓶颈，大大提高了数据接收和处理的效率；

(3)实验结果表明，通过本发明提出的门式通道系统，大大提高了门式通道的实用性，在逼真模拟实际场景的实验测试中实现了的无漏读，对于智能安全的仓储管理系统的实际运用具有重要意义。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种基于超高频RFID的双路处理智能门式通道系统，其特征包括：

两组天线门，每组天线门包括若干个设置在仓库门的内侧或外侧的天线门，用于探测仓库门内侧或外侧的RFID标签数据；所述的内侧或外侧的天线门有效读取角度限制于正前方180度内；

位于仓库门内侧和外侧的两台RFID读写器，所述RFID读写器通过射频电缆与同侧的天线门相连，内侧读写器与外侧读写器独立地以轮询方式驱动仓库门内侧和外侧的天线门工作，获取内侧和外侧天线门探测到的RFID标签数据，实现双路读取与处理，并通过连接线缆将标签数据上传至信息处理服务器；

信息处理服务器，用于接收RFID读写器获取的RFID标签数据，识别RFID标签的数据来源，记录读取时间，根据门式通道内侧和外侧读写器最近读取到同一标签的时间顺序用以确定标签的出入库状态，通过多线程、双缓存技术将读写过程进行分离，并将标签信息写入数据库。

2.根据权利要求1所述的基于超高频RFID的双路处理智能门式通道系统，其特征是，同侧的天线门相对安装并向内侧或外侧偏转一定角度，构成门式通道。

3.根据权利要求1所述的基于超高频RFID的双路处理智能门式通道系统，其特征是，所述天线门包括底座、固定设置在底座上的门框架和若干个由上至下顺序安装在门框架上的RFID圆极化天线，所述RFID读写器安装在天线门的门框架内，或安装在天线门外部，通过射频电缆与同侧天线门上的所有RFID圆极化天线连接，所述RFID圆极化天线在RFID读写器的驱动下发射和接收电磁波，所述门框架的前部设置有门板。

4.根据权利要求1所述的基于超高频RFID的双路处理智能门式通道系统，其特征是，所述信息处理服务器包括硬件接口层、数据处理层和数据层；

所述硬件接口层，用于初始化RFID读写器，驱动RFID读写器以轮训方式控制指定天线工作，循环实时读取读写器获取的RFID标签数据；

所述数据处理层，用于接收硬件接口层获取的RFID标签数据，根据读写器地址，识别RFID标签数据来源，记录读取时间，RFID标签数据与RFID标签的标识信息一起被计入数据缓存，对于同一RFID标签只记录其最新数据，然后以多线程异步方式将数据缓存中的数据写入关系数据库；

所述数据层，通过关系数据库存储和共享标签及其出入库状态信息，其他业务系统根据数据库中存储的内侧和外侧RFID读写器最新一次读取到同一标签数据的时间顺序确定该标签出入库状态，内侧时间大于外侧时间为入库，否则为出库。

5.如权利要求1所述的基于超高频RFID的双路处理智能门式通道系统的处理方法，其特征是，通过多线程、双缓存技术将读写过程进行分离，包括以下步骤：

内侧读写器与外侧读写器独立地以轮询方式循环读取RFID读写器所获取的标签数据，识别标签来源，记录读取时间，将数据计入“写缓存”中；根据门式通道内侧和外侧读写器最近读取到同一标签的时间顺序确定其出入库状态；

采用异步方式读取“写缓存”中数据，并写入数据库。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征是，所述读取RFID读写器所获取的标签数据的步骤包括：

采用阻塞读方式读取RFID读写器所获取的RFID标签数据；

“写缓存”加锁；

若“写缓存”加锁失败，再次竞争“写缓存”锁，直到加锁成功；

若“写缓存”加锁成功，则根据RFID读写器地址识别数据来源，记录当前标签数据的读取时间。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征是，所述将数据计入“写缓存”中的步骤包括：

判断“写缓存”中是否已有该标签数据的缓存项；

对于已有缓存项的标签，则更新该已有缓存项的标签读取时间；

对于没有缓存项的标签，则新建缓存项，并将标签标识信息、数据来源信息和当前读取时间信息记入该标签所对应的缓存项；

释放“写缓存”上的锁。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征是，所述采用异步方式读取“写缓存”中数据并写入数据库的步骤包括：

“写缓存”加锁，若加锁失败，再次竞争“写缓存”锁，直到加锁成功；

若“写缓存”加锁成功，则将“写缓存”中数据赋值给“读缓存”，重置“写缓存”；

释放“写缓存”上的锁；

判断“读缓存”中数据是否遍历完；

若已遍历完，“读缓存”重置，等待指定时间后，再次执行读取“写缓存”中数据并写入数据库的过程；

若“读缓存”中数据未遍历完，则读取当前缓存数据；

判断数据库出入库表中是否已有该标签数据的数据项；

若有该标签数据的数据项，则更新该标签数据的 数据项的标签读取时间；

若没有该标签数据的数据项，则新建数据项，并将标签标识信息、数据来源信息和当前读取时间信息记入该数据项；

返回再次判断“读缓存”中数据是否遍历完。

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