CN109784115B - Rfid移动阅读器防碰撞资源自适应分配与动态再竞争方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种RFID移动阅读器防碰撞资源自适应分配与动态再竞争方法，本方法包含识别时间估计阶段、全局通信资源竞争阶段和局部通信资源再竞争配置阶段。本发明从RFID阅读器通信资源最优化分配的角度出发，RFID阅读器根据识别范围内的RFID标签数量情况，获取和释放通信资源，以实现通信资源的高效利用，最大化RFID阅读器网络识别RFID标签效率。

Description

RFID移动阅读器防碰撞资源自适应分配与动态再竞争方法

技术领域

本发明涉及射频通信领域，更具体的，涉及一种RFID移动阅读器防碰撞资源自适应分配与动态再竞争方法。

背景技术

射频识别技术（Radio Frequency Identification，RFID）是支持物联网发展的重要技术之一，广泛地被运用于物流仓储、公共服务、智慧城市等行业中。在一个RFID系统中，往往包含多个RFID移动阅读器（简称阅读器）和多个RFID电子标签（简称标签）。多个阅读器识别标签时，可能因为阅读器使用相同的通信资源，导致识别标签的阅读器互相干扰，导致阅读器识别标签失败。这种现象称为阅读器碰撞，阅读器碰撞严重的限制了阅读器网络识别标签效率。因此，阅读器防碰撞方法应运而生。

一般地，人们在设计阅读器防碰撞协议时，总是认为阅读器网络中的阅读器是同构的并且每个阅读器识别范围内的标签数量相同，在设计的阅读器防碰撞协议中，会给每个竞争成功的阅读器相同的识别时间去识别标签，当识别标签时间用完时，阅读器才会释放通信资源，以供其他阅读器识别标签使用。显然，阅读器识别范围内标签数量较多时，识别标签时所花费的时间较长，而标签数量较少时，识别标签所花费的时间较短，由此造成了阅读器的效率低下，对通信资源占用大的不足。

发明内容

为了解决现有技术阅读器网络的识别标签效率低，阅读器对通信资源的无效占用大的不足，本发明提供了一种RFID移动阅读器防碰撞资源自适应分配与动态再竞争方法。

为实现以上发明目的，采用的技术方案是：

RFID移动阅读器防碰撞资源自适应分配与动态再竞争方法，所述方法包括每轮依次执行的三个连续的阶段，分别是识别时间估计阶段、全局通信资源竞争阶段和局部通信资源再竞争阶段；

识别时间估计阶段：每个RFID移动阅读器首先对识别范围内的标签数量进行估计，从而估算出识别完识别范围内所有电子标签的总时间；

全局通信资源竞争阶段：RFID移动阅读器在轮训服务器广播同步信号的条件下，通过竞争通信资源规则进行资源竞争，竞争资源成功的RFID移动阅读器识别标签，竞争资源失败的RFID移动阅读器进行休眠；

局部通信资源再竞争阶段：识别标签的RFID移动阅读器识别完覆盖范围内标签之后，调整再竞争优先级并向邻居RFID移动阅读器发送激活信号，处于休眠状态的RFID移动阅读器根据接收到的激活信号数量，来设定竞争优先级，然后RFID移动阅读器根据竞争优先级进行通信资源的再竞争。

优选的，所述的识别时间估计阶段的具体步骤如下：

首先，RFID移动阅读器根据RFID电子标签估计算法对识别范围内的RFID电子标签数量进行估计，再根据估计的RFID电子标签数量和RFID移动阅读器识别标签能力，估算出每个RFID移动阅读器识别完识别范围内所有RFID电子标签的总时间。

优选的，在全局通信资源竞争阶段的竞争通信资源规则如下：

RFID移动阅读器向邻居RFID移动阅读器发送碰撞侦测信号，等待一段时间，若RFID移动阅读器没有侦测到邻居RFID移动阅读器发送的碰撞侦测信号，则RFID移动阅读器获得通信资源并识别RFID电子标签，同时向邻居RFID移动阅读器发送屏蔽信号，接收到屏蔽信号的RFID移动阅读器进入休眠状态；如果RFID移动阅读器侦测到邻居RFID移动阅读器发送的碰撞侦测信号，则进入休眠状态。

优选的，在所述的局部通信资源竞争阶段，识别标签的RFID移动阅读器将识别电子标签的时间设置为估算的询问时间，若估算的询问时间大于方法设定的执行一轮的时间，则RFID移动阅读器在局部通信资源竞争阶段识别RFID电子标签，下一轮开始时，再释放通信资源；否则，RFID移动阅读器识别完标签结束后，释放通信资源，进入休眠状态，再向邻居RFID移动阅读器发送激活信号。

优选的，所述的优先级设置方法的具体如下：

局部通信资源竞争阶段开始时，初始化休眠RFID移动阅读器的再竞争优先级，再竞争优先级分为3级；

当收到的屏蔽信号数量和激活信号数量相等时，休眠RFID移动阅读器的再竞争优先级设置为3；

当收到的屏蔽信号数量和激活信号数量不相等时，休眠RFID移动阅读器再竞争优先级设置为2；

在局部通信资源竞争阶段，若识别标签的RFID移动阅读器估算的询问时间小于或等于方法设定的执行一轮的时间，RFID移动阅读器识别完标签结束后，释放通信资源，进入休眠状态，并将RFID移动阅读器的再竞争优先级设置为1。

优选的，所述的优先级为3的休眠RFID移动阅读器无需等待，可以立即开始通信资源的再竞争；如果RFID移动阅读器再竞争成功，会向邻居RFID移动阅读器发送屏蔽信号；再竞争优先级为2和1的休眠RFID移动阅读器在等待一段时间后，再根据接收到的激活信号数量和屏蔽信号数量重新确定再竞争优先级，优先级为1的休眠RFID移动阅读器等待时间比再竞争优先级为2的休眠RFID移动阅读器长。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明从阅读器通信资源最优化分配的角度出发，阅读器根据识别范围内的标签数量，获取和释放通信资源，以实现通信资源的高效利用，最大化阅读器网络识别标签效率。

附图说明

图1为阅读器防碰撞算法的框架图。

图2为RFID的系统部署图。

图3为阅读器估计识别时间框图。

图4为阅读器全局通信资源竞争时序图。

图5为阅读器局部通信资源再竞争时序图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

实施例1

如图1所示，RFID移动阅读器防碰撞资源自适应分配与动态再竞争方法，所述方法包括每轮依次执行的三个连续的阶段，分别是识别时间估计阶段、全局通信资源竞争阶段和局部通信资源再竞争阶段；

识别时间估计阶段：每个RFID移动阅读器首先对识别范围内的标签数量进行估计，从而估算出识别完识别范围内所有电子标签的总时间；

全局通信资源竞争阶段：RFID移动阅读器在轮训服务器广播同步信号的条件下，通过竞争通信资源规则进行资源竞争，竞争资源成功的RFID移动阅读器识别标签，竞争资源失败的RFID移动阅读器进行休眠；

局部通信资源再竞争阶段：识别标签的RFID移动阅读器识别完覆盖范围内标签之后，调整再竞争优先级并向邻居RFID移动阅读器发送激活信号，处于休眠状态的RFID移动阅读器根据接收到的激活信号数量，来设定竞争优先级，然后RFID移动阅读器根据竞争优先级进行通信资源的再竞争。

优选的，所述的识别时间估计阶段的具体步骤如下：

首先，RFID移动阅读器根据RFID电子标签估计算法对识别范围内的RFID电子标签数量进行估计，再根据估计的RFID电子标签数量和RFID移动阅读器识别标签能力，估算出每个RFID移动阅读器识别完识别范围内所有RFID电子标签的总时间。

优选的，在全局通信资源竞争阶段的竞争通信资源规则如下：

RFID移动阅读器向邻居RFID移动阅读器发送碰撞侦测信号，等待一段时间，若RFID移动阅读器没有侦测到邻居RFID移动阅读器发送的碰撞侦测信号，则RFID移动阅读器获得通信资源并识别RFID电子标签，同时向邻居RFID移动阅读器发送屏蔽信号，接收到屏蔽信号的RFID移动阅读器进入休眠状态；如果RFID移动阅读器侦测到邻居RFID移动阅读器发送的碰撞侦测信号，则进入休眠状态。

优选的，在所述的局部通信资源竞争阶段，识别标签的RFID移动阅读器将识别电子标签的时间设置为估算的询问时间，若估算的询问时间大于方法设定的执行一轮的时间，则RFID移动阅读器在局部通信资源竞争阶段识别RFID电子标签，下一轮开始时，再释放通信资源；否则，RFID移动阅读器识别完标签结束后，释放通信资源，进入休眠状态，再向邻居RFID移动阅读器发送激活信号。

优选的，所述的优先级设置方法的具体如下：

局部通信资源竞争阶段开始时，初始化休眠RFID移动阅读器的再竞争优先级，再竞争优先级分为3级；

当收到的屏蔽信号数量和激活信号数量相等时，休眠RFID移动阅读器的再竞争优先级设置为3；

当收到的屏蔽信号数量和激活信号数量不相等时，休眠RFID移动阅读器再竞争优先级设置为2；

在局部通信资源竞争阶段，若识别标签的RFID移动阅读器估算的询问时间小于或等于方法设定的执行一轮的时间，RFID移动阅读器识别完标签结束后，释放通信资源，进入休眠状态，并将RFID移动阅读器的再竞争优先级设置为1。

优选的，所述的优先级为3的休眠RFID移动阅读器无需等待，可以立即开始通信资源的再竞争；如果RFID移动阅读器再竞争成功，会向邻居RFID移动阅读器发送屏蔽信号；再竞争优先级为2和1的休眠RFID移动阅读器在等待一段时间后，再根据接收到的激活信号数量和屏蔽信号数量重新确定再竞争优先级，优先级为1的休眠RFID移动阅读器等待时间比再竞争优先级为2的休眠RFID移动阅读器长。

实施例2

如图1、图2、图3、图4以及图5所示，图1是本实施例中的阅读器防碰撞算法的框架图，阅读器在服务器的同步信号下统一工作。当阅读器接收到服务器发送的轮开始信号时候，每个阅读器估计识别完识别范围内所有标签所需的时间。然后，服务器发出竞争同步信号，阅读器进入竞争状态，竞争成功的阅读器识别标签，竞争失败的阅读器休眠，等待被激活。当服务器发送最后一个同步信号后，进入局部通信资源再竞争配置阶段，初始化休眠阅读器的再竞争优先级。再竞争优先级分为3级。收到的屏蔽信号数量和激活信号数量相等时，休眠阅读器的再竞争优先级设置为3。当收到的屏蔽信号数量和激活信号数量不相等时，休眠阅读器再竞争优先级设置为2。优先级为3的休眠阅读器无需等待，可以立即开始通信资源的再竞争。如果阅读器再竞争成功，会向邻居阅读器发送屏蔽信号。再竞争优先级为2和1的休眠阅读器，等待一段时间后，再根据接收到的激活信号数量和屏蔽信号数量重新确定再竞争优先级。识别标签的阅读器将识别标签的时间设置为估算的询问时间。如果估算的询问时间大于本方法一轮的时间，则阅读器在本轮中一直识别电子标签。下一轮开始时，再释放通信资源。否则，阅读器识别标签结束后，释放通信资源，进入休眠状态并将再竞争优先级调整为1，再向邻居阅读器发送激活信号。

图2是本实施例中的RFID系统部署图。本实施例的RFID系统是由1个服务器、7个阅读器和若干标签组成。所有的阅读器都工作在服务器的轮询范围内，阅读器1处于阅读器2的干扰范围内，同样的，阅读器2也处于阅读器1的干扰范围内。那么如果阅读器1和阅读器2同时读取标签时，阅读器1和阅读器2会相互干扰，导致阅读器1和阅读器2读取标签失败。同理，阅读器6和阅读器7，阅读器3和阅读器4，阅读器4和阅读器5同时读取标签也会相互干扰，导致读取标签失败。此时阅读器1的邻居阅读器为阅读器2，阅读器2的邻居阅读器为阅读1，阅读器3的邻居阅读器为阅读器4，阅读器4的邻居阅读器为阅读器3和阅读器5，阅读器5的邻居阅读器为阅读器4，阅读器6的邻居阅读器为阅读器7，阅读器7的邻居阅读器为阅读器6。并且每个阅读器识别范围内标签的数量也不相同。阅读器1识别范围内的标签最少只有1个，阅读器4识别范围内标签数量最多有14个。

图3是本实施例中的阅读器估计识别时间框图。每个阅读器识别标签时，每个阅读器会将时间分解成若干个时隙，标签在时隙中响应阅读器的识别。如果一个时隙中，没有任何标签响应阅读器的识别，那么这种时隙被称为空闲时隙。如果一个时隙中，只有1个标签响应阅读器的识别，那么这种时隙被称为成功时隙。如果一个时隙中，有2个或者多个标签响应阅读器的识别，那么这种时隙称为碰撞时隙。根据这3种时隙的数量通过标签数量估计算法就可以获得估计的标签数量。根据估计的标签数量和阅读器的识别能力，就可以估计阅读器识别完识别范围内所有标签需要花费的时间。

图4是本实施例的阅读器全局竞争通信资源时序图，首先由服务器向所有的阅读器发送轮开始信号。当阅读器接收到轮开始信号后，所有阅读器开始估计标签数量并估计识别完识别范围内标签需要花费的时间，每个阅读器选择一个时隙进行竞争。并且阅读器2和阅读器4选择在接收到竞争同步信号1后，开始竞争。阅读器1、阅读器3、阅读器5、阅读器6和阅读器7选择在接收到竞争同步信号2后开始竞争。随后，服务器广播了竞争同步信号1，阅读器2接收到后，向邻居阅读器1发送碰撞侦测信号，当没有检测到碰撞侦测信号碰撞后，接着向邻居阅读器1发送屏蔽信号，此时，阅读器2开始识别标签，阅读器1接收到了来自阅读器2的屏蔽信号，进入休眠。同理阅读器4识别标签，阅读器3和阅读器5接收到阅读器4的屏蔽信号后，进入休眠。之后，服务器发送竞争同步信号2，阅读器6和阅读器7发送碰撞侦测信号，阅读器6和阅读器7检测到了碰撞侦测信号碰撞。阅读器6和阅读器7竞争失败，都进入休眠。

图5是本实施例中阅读器局部通信资源再竞争时序图。在局部通信资源再竞争阶段开始时，阅读器1、阅读器3、阅读器5、阅读器6和阅读器7为休眠阅读器。因为阅读器6和阅读器7接收到的屏蔽信号和激活信号都为0，阅读器6和阅读器7的再竞争优先级设置为3。那么阅读器6和阅读器7随机设置一个竞争退避时间，当等待时间长度与竞争退避时间相等时，发送碰撞侦测进行通信资源的再竞争。本实施例中阅读器6的竞争退避时间小于阅读器7的竞争退避时间，阅读器6再竞争成功。阅读器1、阅读器3和阅读器5的由于接收到的屏蔽信号数量为1且激活信号数量为0，设置再竞争优先级为2。阅读器1、阅读器3和阅读器5需要等待一段时间后，再重新确定再竞争优先级。在这段时间内，阅读器2识别完标签，发送激活信号。随后，阅读器1、阅读器3和阅读器5重新确定再竞争优先级。阅读器3和阅读器5由于没有接收到激活信号，所以设置再竞争优先级为2，继续等待。阅读器1由于接收到阅读器2的激活信号，阅读器1接收到的激活信号和屏蔽信号数量相等，阅读器1的再竞争优先级设置为3，立即开始再竞争，随机退避一段时间后，发送碰撞侦测信号，竞争成功，识别标签。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.RFID移动阅读器防碰撞资源自适应分配与动态再竞争方法，其特征在于，所述方法包括每轮依次执行的三个连续的阶段，分别是识别时间估计阶段、全局通信资源竞争阶段和局部通信资源再竞争阶段；

识别时间估计阶段：每个RFID移动阅读器首先对识别范围内的标签数量进行估计，从而估算出识别完识别范围内所有电子标签的总时间；

全局通信资源竞争阶段：RFID移动阅读器在轮训服务器广播同步信号的条件下，通过竞争通信资源规则进行资源竞争，竞争资源成功的RFID移动阅读器识别标签，竞争资源失败的RFID移动阅读器进行休眠；

局部通信资源再竞争阶段：识别标签的RFID移动阅读器识别完覆盖范围内标签之后，调整再竞争优先级并向邻居RFID移动阅读器发送激活信号，处于休眠状态的RFID移动阅读器根据接收到的激活信号数量，来设定再竞争优先级，然后RFID移动阅读器根据再竞争优先级进行通信资源的再竞争；

所述的优先级设置方法的具体如下：

局部通信资源竞争阶段开始时，初始化休眠RFID移动阅读器的再竞争优先级，再竞争优先级分为3级；

当收到的屏蔽信号数量和激活信号数量相等时，休眠RFID移动阅读器的再竞争优先级设置为3；

当收到的屏蔽信号数量和激活信号数量不相等时，休眠RFID移动阅读器再竞争优先级设置为2；

在局部通信资源竞争阶段，若识别标签的RFID移动阅读器估算的询问时间小于或等于方法设定的执行一轮的时间，RFID移动阅读器识别完标签结束后，释放通信资源，进入休眠状态，并将RFID移动阅读器的再竞争优先级设置为1；

所述的优先级为3的休眠RFID移动阅读器无需等待，可以立即开始通信资源的再竞争；如果RFID移动阅读器再竞争成功，会向邻居RFID移动阅读器发送屏蔽信号；再竞争优先级为2和1的休眠RFID移动阅读器在等待一段时间后，再根据接收到的激活信号数量和屏蔽信号数量重新确定再竞争优先级，优先级为1的休眠RFID移动阅读器等待时间比再竞争优先级为2的休眠RFID移动阅读器长。

2.根据权利要求1所述的RFID移动阅读器防碰撞资源自适应分配与动态再竞争方法，其特征在于，所述的识别时间估计阶段的具体步骤如下：

首先，RFID移动阅读器根据RFID电子标签估计算法对识别范围内的RFID电子标签数量进行估计，再根据估计的RFID电子标签数量和RFID移动阅读器识别标签能力，估算出每个RFID移动阅读器识别完识别范围内所有RFID电子标签的总时间。

3.根据权利要求2所述的RFID移动阅读器防碰撞资源自适应分配与动态再竞争方法，其特征在于，在全局通信资源竞争阶段的竞争通信资源规则如下：

RFID移动阅读器向邻居RFID移动阅读器发送碰撞侦测信号，等待一段时间，若RFID移动阅读器没有侦测到邻居RFID移动阅读器发送的碰撞侦测信号，则RFID移动阅读器获得通信资源并识别RFID电子标签，同时向邻居RFID移动阅读器发送屏蔽信号，接收到屏蔽信号的RFID移动阅读器进入休眠状态；如果RFID移动阅读器侦测到邻居RFID移动阅读器发送的碰撞侦测信号，则进入休眠状态。

4.根据权利要求2所述的RFID移动阅读器防碰撞资源自适应分配与动态再竞争方法，其特征在于，在所述的局部通信资源竞争阶段，识别标签的RFID移动阅读器将识别电子标签的时间设置为估算的询问时间，若估算的询问时间大于方法设定的执行一轮的时间，则RFID移动阅读器在局部通信资源竞争阶段识别RFID电子标签，下一轮开始时，再释放通信资源；否则，RFID移动阅读器识别完标签结束后，释放通信资源，进入休眠状态，再向邻居RFID移动阅读器发送激活信号。

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