CN110532823B - 一种rfid阅读器防碰撞协议的性能评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及RFID射频识别领域，更具体地，涉及一种RFID阅读器防碰撞协议的性能评估方法。首先，RFID阅读器在服务器的控制下，发送指定信号探测与周围阅读器的碰撞情况。然后，服务器根据所有阅读器的碰撞信息进行图论建模，计算最大独立集。与此同时，所有RFID阅读器安装同一个RFID阅读器防碰撞协议，同时开始执行并记录状态信息。最后，服务器将所有阅读器的状态信息和最大独立集进行比对，计算状态信息和最大独立集的接近程度。根据接近程度，选择出性能最优的RFID阅读器防碰撞协议。本发明从简易部署，快速评估的角度出发，根据图论原理和RFID系统特点，能够针对众多的RFID阅读器防碰撞协议进行性能评估，并能选择出性能最优的协议。
Description
技术领域
本发明涉及RFID射频识别领域，更具体地，涉及一种RFID阅读器防碰撞协议的性能评估方法。
背景技术
射频识别技术(Radio Frequency Identification，RFID)是物联网的技术基础，广泛地被运用于现代物流、智能制造、公共信息服务、智慧医疗等行业中。一个RFID系统由服务器、阅读器和标签组成。RFID阅读器碰撞是指当两个靠的很近的阅读器读取访问标签时，阅读器相互干扰，导致两个阅读器都读取标签失败的现象。RFID阅读器防碰撞协议是用于解决RFID系统中阅读器碰撞问题的算法和协议的统称。随着物联网的迅速发展，为了提升标签识别效率和生产效率，越来越多的阅读器得以应用。RFID阅读器的碰撞问题就愈发严重。RFID阅读器碰撞问题严重地限制了生产效率的提升，制约了生产成本的降低。
目前，学术界已经设计了不同类型的RFID阅读器防碰撞协议。然而，在不同的阅读器部署条件下，各个防碰撞协议的性能各异。比如有的防碰撞协议在阅读器少的情况下表现更好，有的更适合阅读器较多的部署场景。在性能比较上，各个协议又采取了不同的性能指标。总之，这些防碰撞协议缺乏统一的比较标准又各有复杂的限制条件，这给用户选择适合系统的防碰撞协议带来了现实困难。
发明内容
为了解决现有技术中RFID阅读器防碰撞协议缺乏统一的比较标准和存在复杂的限制条件而导致用户选择适合系统的防碰撞协议中存在困难的不足，本发明提供了一种RFID阅读器防碰撞协议的性能评估方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种RFID阅读器防碰撞协议的性能评估方法，包括以下阶段：RFID阅读器碰撞信息收集阶段、RFID服务器图论建模阶段、RFID阅读器防碰撞协议测试阶段以及比对与选择阶段；
RFID阅读器碰撞信息收集阶段：RFID阅读器在RFID服务器的统一协调下，每个RFID阅读器根据读取RFID标签功率向周围发送碰撞侦测信号，接收到碰撞侦测信号的RFID阅读器根据碰撞侦测信号的信号强度判断与发送碰撞侦测信号的RFID阅读器同时读取标签时是否会发生碰撞，并将碰撞信息发送到RFID服务器；
RFID服务器图论建模阶段：RFID服务器汇总所有RFID阅读器的碰撞信息，根据图论知识进行建模，并计算得到当前碰撞信息下的最大独立集；
RFID阅读器防碰撞协议测试阶段：每个RFID阅读器安装相同的防碰撞协议，并同时开始运行，每个RFID阅读器根据RFID阅读器防碰撞协议进行状态转换，状态包括读取标签成功状态、静默状态以及读取标签失败状态，并记录相关状态信息，当测试时间到后，每个RFID阅读器将状态信息上传至RFID服务器，同时每个RFID阅读器安装新的防碰撞协议，重新开始测试；
比对与选择阶段：RFID服务器汇总所有RFID阅读器的状态信息，并与最大独立集进行比对，计算每个协议接近最大独立集的程度，根据接近程度的大小选择出性能最优的RFID阅读器防碰撞协议。
优选的，在RFID阅读器碰撞信息收集阶段，RFID服务器给每一个RFID阅读器分配一个时隙，在一个时隙内，只有一个RFID阅读器发送碰撞侦测信号，其他处于侦听状态的RFID阅读器根据接收到碰撞侦测信号强度判断是否会与发送碰撞侦测信号的RFID阅读器发生碰撞，当碰撞侦测时间到后，RFID阅读器向服务器发送碰撞判断结果。
优选的，在RFID服务器图论建模阶段，RFID服务器汇总所有RFID阅读器的碰撞判断结果，基于图论进行建模，绘制RFID阅读器碰撞图，并根据精确或者启发式算法求解出碰撞图的最大独立集。
优选的，在RFID阅读器防碰撞协议测试阶段，当测试其中的一个协议时，所有RFID阅读器安装好此协议并同时开始测试，每个RFID阅读器记录每个时刻的状态信息，在测试结束后，每个RFID阅读器将状态信息送给RFID服务器。
优选的，在比对与选择阶段，RFID服务器以一定的时间长度对所有RFID阅读器状态进行采样，得到一组包含所有RFID阅读器的状态表，每一组RFID阅读器状态表对应一个RFID阅读器防碰撞协议，比较RFID阅读器状态表中读取标签成功阅读器集合和最大独立集，计算一组读取标签成功的RFID阅读器集合和最大独立集的平均接近程度，最接近最大独立集的RFID阅读器状态表所对应的RFID阅读器防碰撞协议为性能最优协议。
优选的，通过状态表，RFID服务器列举出读取标签成功RFID阅读器数量，计算读取标签成功RFID阅读器数量与最大独立集中元素个数的差值的绝对值作为接近程度指标，接近程度越近，接近程度指标的值越小，协议性能越好。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明的技术方案从简易部署，快速评估的角度出发，根据图论知识和RFID系统特点，统一RFID阅读器防碰撞协议性能评价指标，帮助用户在众多的RFID阅读器防碰撞协议选择出性能最优的协议。
附图说明
图1是本发明的流程框架图。
图2是在阅读器碰撞信息收集阶段服务器为阅读器分配时隙的系统框图。
图3是在阅读器碰撞信息收集阶段阅读器判断碰撞的流程示意图。
图4是在服务器图论建模阶段的系统框图。
图5是在阅读器防碰撞协议测试阶段中阅读器状态判断的流程示意图。
图6是在比对与选择阶段中采样和筛选过程的系统框图。
图7是在比对与选择阶段中与最大独立集比对和选择最优协议的系统框图。
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；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图1所示，一种RFID阅读器防碰撞协议的性能评估方法，包括以下阶段：RFID阅读器碰撞信息收集阶段、RFID服务器图论建模阶段、RFID阅读器防碰撞协议测试阶段以及比对与选择阶段；
RFID阅读器碰撞信息收集阶段：RFID阅读器在RFID服务器的统一协调下，每个RFID阅读器根据读取RFID标签功率向周围发送碰撞侦测信号，接收到碰撞侦测信号的RFID阅读器根据碰撞侦测信号的信号强度判断与发送碰撞侦测信号的RFID阅读器同时读取标签时是否会发生碰撞，并将碰撞信息发送到RFID服务器；
RFID服务器图论建模阶段：RFID服务器汇总所有RFID阅读器的碰撞信息，根据图论知识进行建模，并计算得到当前碰撞信息下的最大独立集；
RFID阅读器防碰撞协议测试阶段：每个RFID阅读器安装相同的防碰撞协议，并同时开始运行，每个RFID阅读器根据RFID阅读器防碰撞协议进行状态转换，状态包括读取标签成功状态、静默状态以及读取标签失败状态，并记录相关状态信息，当测试时间到后，每个RFID阅读器将状态信息上传至RFID服务器，同时每个RFID阅读器安装新的防碰撞协议，重新开始测试；
比对与选择阶段：RFID服务器汇总所有RFID阅读器的状态信息，并与最大独立集进行比对，计算每个协议接近最大独立集的程度，根据接近程度的大小选择出性能最优的RFID阅读器防碰撞协议。
作为一个优选的实施例，在RFID阅读器碰撞信息收集阶段，RFID服务器给每一个RFID阅读器分配一个时隙，在一个时隙内，只有一个RFID阅读器发送碰撞侦测信号，其他处于侦听状态的RFID阅读器根据接收到的碰撞侦测信号强度判断是否会与发送碰撞侦测信号的RFID阅读器发生碰撞，当碰撞侦测时间到后，RFID阅读器向服务器发送碰撞判断结果。
作为一个优选的实施例，在RFID服务器图论建模阶段，RFID服务器汇总所有RFID阅读器的碰撞判断结果，基于图论进行建模，绘制RFID阅读器碰撞图，并根据精确或者启发式算法求解出碰撞图的最大独立集。
作为一个优选的实施例，在RFID阅读器防碰撞协议测试阶段，当测试其中的一个协议时，所有RFID阅读器安装好此协议并同时开始测试，每个RFID阅读器记录每个时刻的状态信息，在测试结束后，每个RFID阅读器将状态信息送给RFID服务器。
作为一个优选的实施例，在比对与选择阶段，RFID服务器以一定的时间长度对所有RFID阅读器状态进行采样，得到一组包含所有RFID阅读器的状态表，每一组RFID阅读器状态表对应一个RFID阅读器防碰撞协议，比较RFID阅读器状态表中读取标签成功阅读器集合和最大独立集，计算一组读取标签成功RFID阅读器集合和最大独立集的平均接近程度，最接近最大独立集的RFID阅读器状态表所对应的RFID阅读器防碰撞协议为性能最优协议。
作为一个优选的实施例，通过状态表，RFID服务器列举出读取标签成功的RFID阅读器数量，计算读取标签成功的RFID阅读器数量与最大独立集中元素个数的差值的绝对值作为接近程度指标，接近程度越近，接近程度指标的值越小，协议性能越好。
实施例2
如图1～图7所示，本实施例提出了一种RFID阅读器防碰撞协议性能评估方法，包括RFID阅读器碰撞信息收集阶段、RFID服务器图论建模阶段、RFID阅读器防碰撞协议测试阶段和比对与选择阶段。其中RFID阅读器的具体应用场景可以为仓储识别货物、游乐园识别行人等，其中求解最大独立集的精确或启发式算法可以为穷举算法、Bron-Kerbosch算法、Vertex Support算法等。
图2是在阅读器碰撞信息收集阶段服务器为阅读器分配时隙的系统框图。所有阅读器通过有线或者无线的形式已经连接至服务器，服务器得到所有阅读器的ID并为每个阅读器分配唯一的时隙序号，形成一张阅读器ID和时隙序号对应表，并发送给所有阅读器。
图3是在阅读器碰撞信息收集阶段阅读器判断碰撞的流程示意图。阅读器接收到服务器发送的阅读器ID与时隙序号表后，服务器从1到n顺序发送时隙序号，如果阅读器接收到服务器发送的时隙序号与服务器给阅读器分配的时隙序号相同，那么阅读器发送碰撞侦测信号，否则处于监听其他阅读器的碰撞侦测信号的状态。如果侦测到其他阅读器的碰撞侦测信号并且通过信号强度检测判断会发生碰撞，那么根据阅读器ID与时隙序号对应表，阅读器找到发送碰撞侦测信号的阅读器的ID，并且记录与发送碰撞侦测信号的阅读器会发生碰撞。
图4是在服务器图论建模阶段的系统框图。服务器汇总了所有阅读器的碰撞信息，以阅读器为顶点，根据碰撞信息，如果两个阅读器相互会发生碰撞，那么就在这两个阅读器之间连接一条边，如果不会发生碰撞，则不做任何处理。从而得到一张RFID阅读器碰撞图，利用Bron-Kerbosch算法求解出这个图的最大独立集。
图5是在阅读器防碰撞协议测试阶段阅读器状态判断的流程示意图。将每一个参与测试的候选协议安装在所有的阅读器上，并同时开始执行。阅读器根据协议来决定是否读取标签，如果不读取标签，则为静默状态。如果读取标签并检测到阅读器碰撞，则为读取标签失败状态，如果没有检测到阅读器的碰撞，那么为读取标签成功状态。阅读器对每个时刻的状态进行记录。当一个协议测试完毕后，阅读器将每个时刻的状态信息发送给服务器。
图6在比对与选择阶段采样和筛选过程的系统框图。服务器接收到阅读器执行候选协议的状态信息后，对状态信息进行采样，每个协议对应一组阅读器状态表，表中记录了各个采样时刻每个阅读器的状态。接着进行筛选操作，将每个采样时刻中读取标签成功的阅读器筛选出来。从而，每个协议对应一张成功阅读器集合表。
图7是在比对与选择阶段与最大独立集比对和选择最优协议的系统框图。将最大独立集元素个数与成功阅读器集合表中每一行中阅读器集合的元素个数的差值的绝对值作为接近最大独立集程度。平均接近最大独立集程度定义为m个采样时刻接近最大独立集程度的平均值。平均接近最大独立集程度最小值所对应的协议就为性能最优协议。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
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 (6)
1.一种RFID阅读器防碰撞协议的性能评估方法，其特征在于，包括以下阶段：RFID阅读器碰撞信息收集阶段、RFID服务器图论建模阶段、RFID阅读器防碰撞协议测试阶段以及比对与选择阶段；
RFID阅读器碰撞信息收集阶段：所有RFID阅读器在RFID服务器的统一协调下，每个RFID阅读器根据读取RFID标签功率向周围发送碰撞侦测信号，接收到碰撞侦测信号的RFID阅读器根据碰撞侦测信号的信号强度，判断与发送碰撞侦测信号的RFID阅读器同时读取标签时是否会发生碰撞，并将碰撞信息发送到RFID服务器；
RFID服务器图论建模阶段：RFID服务器汇总所有RFID阅读器的碰撞信息，根据图论知识进行建模，并计算得到当前碰撞信息下的最大独立集；
RFID阅读器防碰撞协议测试阶段：每个RFID阅读器安装相同的防碰撞协议，并同时开始运行，每个RFID阅读器根据RFID阅读器防碰撞协议进行状态转换，状态包括读取标签成功状态、静默状态以及读取标签失败状态，并记录相关状态信息，当测试时间到后，每个RFID阅读器将状态信息上传至RFID服务器，同时每个RFID阅读器安装新的防碰撞协议，重新开始测试；
比对与选择阶段：RFID服务器汇总所有RFID阅读器的状态信息，并与最大独立集进行比对，计算每个协议接近最大独立集的程度，根据接近程度的大小选择出性能最优的RFID阅读器防碰撞协议。
2.根据权利要求1所述的一种RFID阅读器防碰撞协议的性能评估方法，其特征在于，在RFID阅读器碰撞信息收集阶段，RFID服务器给每一个RFID阅读器分配一个时隙，在一个时隙内，只有一个RFID阅读器发送碰撞侦测信号，其他处于侦听状态的RFID阅读器根据接收到的碰撞侦测信号强度判断是否会与发送碰撞侦测信号的RFID阅读器发生碰撞，当碰撞侦测时间到后，所有RFID阅读器向服务器发送碰撞判断结果。
3.根据权利要求2所述的一种RFID阅读器防碰撞协议的性能评估方法，其特征在于，在RFID服务器图论建模阶段，RFID服务器汇总所有RFID阅读器的碰撞判断结果，基于图论进行建模，绘制RFID阅读器碰撞图，并根据精确算法或者启发式算法求解出碰撞图的最大独立集。
4.根据权利要求3所述的一种RFID阅读器防碰撞协议的性能评估方法，其特征在于，在RFID阅读器防碰撞协议测试阶段，当测试其中的一个协议时，所有RFID阅读器安装好此协议并同时开始测试，每个RFID阅读器记录每个时刻的状态信息，在测试结束后，每个RFID阅读器将状态信息送给RFID服务器。
5.根据权利要求4所述的一种RFID阅读器防碰撞协议的性能评估方法，其特征在于，在比对与选择阶段，RFID服务器以一定的时间长度对所有RFID阅读器状态进行采样，得到一组所有RFID阅读器的状态表，每一组RFID阅读器状态表对应一个RFID阅读器防碰撞协议，比较RFID阅读器状态表中读取标签成功的阅读器集合和最大独立集，计算一组读取标签成功的RFID阅读器集合和最大独立集的平均接近程度，最接近最大独立集的RFID阅读器状态表所对应的RFID阅读器防碰撞协议为性能最优协议。
6.根据权利要求5所述的一种RFID阅读器防碰撞协议的性能评估方法，其特征在于，通过状态表，RFID服务器列举出读取标签成功RFID阅读器数量，计算读取标签成功的RFID阅读器数量与最大独立集中元素个数的差值的绝对值作为接近程度指标，接近程度越近，接近程度指标的值越小，协议性能越好。
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