CN111339794B - 基于标签数量的防撞资源竞争方法、移动阅读器、可读存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于标签数量的防撞资源竞争方法、移动阅读器、可读存储介质，其中所述的方法轮回执行以下阶段：竞争权值确定阶段、竞争权值交换阶段、通信资源竞争阶段。本发明从RFID系统通信资源最优化分配的角度出发，阅读器根据询问范围内的标签数量来确定竞争权值，通过与邻居阅读器的竞争权值比较来确定是否参与对通信资源的竞争，参与竞争的阅读器再通过一定的规则对通信资源进行竞争，以提升通信资源的利用效率，最大化RFID系统的标签询问效率。

Description

基于标签数量的防撞资源竞争方法、移动阅读器、可读存储 介质
技术领域
本发明涉及RFID射频识别技术领域，更具体的，涉及一种基于标签数量的防撞资源竞争方法、移动阅读器、可读储存介质。
背景技术
射频识别技术(Radio Frequency Identification，RFID)是支撑物联网发展的关键技术之一，它具有成本低，部署简单等特点，广泛地被运用于智慧仓储、供应链管理、智慧农业等行业中。一个典型的RFID系统一般包含多个RFID移动阅读器(简称阅读器)和多个RFID电子标签(简称标签)。距离较近的阅读器使用相同的通信资源询问标签时，阅读器之间可能会相互干扰，导致标签不能被正确询问，这种现象称为阅读器碰撞。随着物联网规模的爆发式增长，一个RFID系统中的阅读器数量越来越多，阅读器碰撞问题愈发严重，阅读器识别标签效率受到严重影响。因此，阅读器防碰撞方法应运而生。
现有的阅读器防碰撞协议在设计的时候，总是忽略阅读器询问范围内标签数量对RFID应用系统性能的影响。因此，现有的阅读器防碰撞协议对于询问范围内标签数量少的阅读器和标签数量多的阅读器没有加以区分，在它们竞争成功后，阅读器防碰撞协议会给它们分配同样的通信资源。显然，询问范围内标签数量少的阅读器在利用相同的通信资源时，通信资源不能得到有效的利用，且降低RFID系统的标签询问效率。
发明内容
本发明为了解决现有的阅读器防碰撞协议，忽略阅读器询问范围内标签数量对RFID应用系统性能的影响，导致通信资源利用率低下，标签询问效率低的问题，提供了一种基于标签数量的防碰撞资源竞争方法、移动阅读器、可读存储介质，其有效的提高RFID系统的标签询问效率，高效利用通信资源。
为实现上述本发明目的，采用的技术方案如下：一种基于标签数量的防碰撞资源竞争方法，所述的方法轮回执行以下阶段：竞争权值确定阶段、竞争权值交换阶段、通信资源竞争阶段；
其中，所述的竞争权值确定阶段：每一个RFID移动阅读器对询问范围内的RFID电子标签数量进行估计；并根据估计的RFID电子标签数量设定阅读器的竞争权值；
所述的竞争权值交换阶段：RFID移动阅读器在轮询服务器广播竞争权值交换信号的条件下，RFID移动阅读器通过竞争规则与邻居RFID移动阅读器交换和比较权值信息；并根据竞争权值的比较结果来判断阅读器是否进入通信资源竞争阶段；确定不进入通信资源竞争阶段的RFID移动阅读器本轮保持静默，下一轮接收到轮信号后，再重新参与竞争；
所述的通信资源竞争阶段：RFID移动阅读器在轮询服务器广播竞争同步信号的条件下，对通信资源进行竞争，获得通信资源的RFID移动阅读器开始询问RFID电子标签，没有获得通信资源的RFID移动阅读器本轮保持静默，下一轮接收到轮信号后，再重新参与竞争。
优选地，在竞争权值确定阶段，每一个RFID移动阅读器采用RFID电子标签数量估计算法对询问范围内的RFID电子标签数量进行估计。
进一步地，在RFID移动阅读器的竞争权值交换阶段，每一个RFID移动阅读器根据轮询服务器的竞争权值交换信号，随机地选择一个竞争权值交换时隙向邻居RFID移动阅读器发送竞争权值信息，在其他竞争权值交换时隙中，每一个RFID移动阅读器侦听来自邻居RFID移动阅读器发送的竞争权值信息。
再进一步地，在RFID移动阅读器的竞争权值交换阶段，每一个RFID移动阅读器通过竞争规则与所有邻居RFID移动阅读器的竞争权值进行比较，根据比较结果来判断阅读器是否进入通信资源竞争阶段。
基于以上所述的基于标签数量的防碰撞资源竞争方法，本发明还提供了一种移动阅读器，所述的移动阅读器在询问电子标签时实现以上所述的防碰撞资源竞争方法的步骤。
基于以上所述的基于标签数量的防碰撞资源竞争方法，本发明还提供了一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以上所述的防碰撞资源竞争方法的步骤。
本发明的有益效果如下：
本发明从RFID系统通信资源最优化分配的角度出发，阅读器根据询问范围内的标签数量来确定竞争权值，通过与邻居阅读器的竞争权值比较来确定是否参与对通信资源的竞争，参与竞争的阅读器再通过一定的规则对通信资源进行竞争，以提升通信资源的利用效率，最大化RFID系统的标签询问效率。
附图说明
图1是实施例1中的阅读器防碰撞方法的框架图。
图2是实施例1中的RFID系统部署图。
图3是实施例1中的阅读器确定是否进入通信资源竞争阶段流程图。
图4是实施例1中的阅读器权值确定阶段和权值交换阶段时序图。
图5是实施例1中的阅读器通信资源竞争阶段时序图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做详细描述。
实施例1
如图1所示，一种基于标签数量的防碰撞资源竞争方法，所述的方法轮回执行以下阶段：竞争权值确定阶段、竞争权值交换阶段、通信资源竞争阶段；
其中，所述的竞争权值确定阶段：每一个RFID移动阅读器对询问范围内的RFID电子标签数量进行估计；并根据估计的RFID电子标签数量设定阅读器的竞争权值；
所述的竞争权值交换阶段：RFID移动阅读器在轮询服务器广播竞争权值交换信号的条件下，RFID移动阅读器通过竞争规则与邻居RFID移动阅读器交换和比较权值信息；并根据竞争权值的比较结果来判断阅读器是否进入通信资源竞争阶段；确定不进入通信资源竞争阶段的RFID移动阅读器本轮保持静默，下一轮接收到轮信号后，再重新参与竞争；
所述的通信资源竞争阶段：RFID移动阅读器在轮询服务器广播竞争同步信号的条件下，对通信资源进行竞争，获得通信资源的RFID移动阅读器开始询问RFID电子标签，没有获得通信资源的RFID移动阅读器本轮保持静默，下一轮接收到轮信号后，再重新参与竞争。
在本实施例子中，阅读器的同步信息由轮询服务器(以下简称服务器)提供，阅读器询问标签时的状态由询问范围和干扰范围表示，询问范围指阅读器的询问信号能够正确抵达的范围，阅读器询问范围内标签能够正确接收到阅读器的询问信号，在询问范围外的标签不能正确接收到阅读器的询问信号。干扰范围指阅读器在询问标签时所产生的干扰信号能够抵达的范围，处于对方干扰范围内的两个或多个阅读器同时询问标签时，它们会相互干扰，造成询问标签失败。那么，同时询问时，会相互产生干扰且造成询问标签失败的阅读器称为邻居阅读器。在实施例中，所有阅读器都是同构的。本实施例所述的通信资源包括但不限于用于通信的频率、时隙。
在一个具体的实施例中，在竞争权值确定阶段，每一个RFID移动阅读器采用RFID电子标签数量估计算法对询问范围内的RFID电子标签数量进行估计。
在一个具体的实施例中，在RFID移动阅读器的竞争权值交换阶段，每一个RFID移动阅读器根据轮询服务器的竞争权值交换信号，随机地选择一个竞争权值交换时隙向邻居RFID移动阅读器发送竞争权值信息，在其他竞争权值交换时隙中，每一个RFID移动阅读器侦听来自邻居RFID移动阅读器发送的竞争权值信息。
在一个具体的实施例中，在RFID移动阅读器的竞争权值交换阶段，每一个RFID移动阅读器通过竞争规则与所有邻居RFID移动阅读器的竞争权值进行比较，根据比较结果来判断阅读器是否进入通信资源竞争阶段。其中所述的竞争规则包括但不限于采取相互发送信号的方式交换权值信息。
在一个具体的实施例中，如图2所示。本实施例的RFID系统是由5个阅读器和若干电子标签组成。所有的阅读器都工作在服务器的轮询范围内，阅读器5的干扰范围内没有其他阅读器，在询问的时候，不会受到其他阅读器的干扰，能够自由询问标签。阅读器1、阅读器3或阅读器4都处于阅读器2的干扰范围内，同理，阅读器2也处于阅读器1、阅读器3或阅读器4的干扰范围内。那么，当阅读器2询问电子标签的时候，阅读器1、阅读器3或阅读器4都不能正确询问电子标签。阅读器2的询问将会干扰阅读器1，阅读器3或阅读器4的询问，导致阅读器1，阅读器3或阅读器4询问电子标签失败。同理，阅读器1，阅读器3或阅读器4的询问也会干扰阅读器2的询问，造成阅读器2询问电子标签失败。因此，阅读器2的邻居阅读器为阅读器1，阅读器3和阅读器4。阅读器1的邻居阅读器为阅读器2，阅读器3的邻居阅读器为阅读器2，阅读器4的邻居阅读器为阅读器2，阅读器5没有邻居阅读器。每一个阅读器询问范围内标签的数量也不相同。阅读器1、阅读器3、阅读器4询问范围内的标签数量为1，阅读器2询问范围内的标签数量为5，阅读器5询问范围内的标签数量为4。
在一个具体的实施例中，如图3所示，是实施例中的阅读器确定是否进入通信资源竞争阶段流程图，每一个阅读器计算在权值交换阶段接收到的权值的最大值wmax。将自身的权值w与wmax进行比较。如果w≥wmax/α(α>1)，则权值为w的阅读器确定进入竞争通信资源阶段，如果w<wmax/α(α>1)，则权值为w的阅读器本轮保持静默，退出本轮对通信资源的竞争。
在一个具体的实施例中，如图4所示，是实施例中的阅读器权值确定阶段和权值交换阶段时序图，轮询服务器首先广播轮信号，阅读器接收到轮信号后，立即开始估计询问范围内的标签数量，本例中，将阅读器询问范围内标签数量作为阅读器的竞争权值。因此，阅读器1、阅读器3、阅读器4的竞争权值为1，阅读器2询问范围内的竞争权值为5，阅读器5的竞争权值为4。随后，阅读器进入权值交换阶段，轮询服务器首先广播权值交换信号0。阅读器接收到值交换信号0后，每一个阅读器选择一个时隙发送自己的权值，在其他时隙监听接收邻居阅读器的权值。在本例中，阅读器2和阅读器5选择了第一个时隙发送权值。那么，当阅读器2和阅读器5接收权值交换信号1后，向邻居阅读器发送权值。与此同时，阅读器1，阅读器3和阅读器4接收到来自阅读器2的权值。阅读器1，阅读器3和阅读器4在第2个时隙向邻居阅读器发送权值，与此同时，阅读器2接收到来自阅读器1、阅读器3和阅读器4的权值信号。随后，根据是否进入通信资源竞争阶段的判断条件，阅读器2和阅读器5进入竞争通信资源阶段，其余阅读器保持静默。
在一个具体的实施例中，如图5所示，是实施例中的阅读器竞争通信资源阶段时序图，阅读器2和阅读器5竞争通信资源阶段，它们收到竞争同步信号0之后，阅读器2和阅读器5选择第一个时隙对通信资源进行竞争。当收到服务器广播的竞争同步信号1之后，阅读器2与阅读器5向邻居阅读器发送碰撞侦测信号，发现没有邻居阅读器竞争之后，再向邻居阅读器发送屏蔽信号。随后，阅读器2与阅读器5开始询问标签。
实施例2
基于以上所述的基于标签数量的防碰撞资源竞争方法，本实施例还提供了一种RFID移动阅读器，所述的移动阅读器在询问电子标签时实现的防碰撞资源竞争方法步骤如下：
轮回执行以下阶段：竞争权值确定阶段、竞争权值交换阶段、通信资源竞争阶段；
其中，所述的竞争权值确定阶段：每一个RFID移动阅读器对询问范围内的RFID电子标签数量进行估计；并根据估计的RFID电子标签数量设定阅读器的竞争权值；
所述的竞争权值交换阶段：RFID移动阅读器在轮询服务器广播竞争权值交换信号的条件下，RFID移动阅读器通过竞争规则与邻居RFID移动阅读器交换和比较权值信息；并根据竞争权值的比较结果来判断阅读器是否进入通信资源竞争阶段；确定不进入通信资源竞争阶段的RFID移动阅读器本轮保持静默，下一轮接收到轮信号后，再重新参与竞争；
所述的通信资源竞争阶段：RFID移动阅读器在轮询服务器广播竞争同步信号的条件下，对通信资源进行竞争，获得通信资源的RFID移动阅读器开始询问RFID电子标签，没有获得通信资源的RFID移动阅读器本轮保持静默，下一轮接收到轮信号后，再重新参与竞争。
实施例3
基于以上所述的基于标签数量的防碰撞资源竞争方法，本实施例还提供了一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现的防碰撞资源竞争方法步骤如下：
轮回执行以下阶段：竞争权值确定阶段、竞争权值交换阶段、通信资源竞争阶段；
其中，所述的竞争权值确定阶段：每一个RFID移动阅读器对询问范围内的RFID电子标签数量进行估计；并根据估计的RFID电子标签数量设定阅读器的竞争权值；
所述的竞争权值交换阶段：RFID移动阅读器在轮询服务器广播竞争权值交换信号的条件下，RFID移动阅读器通过竞争规则与邻居RFID移动阅读器交换和比较权值信息；并根据竞争权值的比较结果来判断阅读器是否进入通信资源竞争阶段；确定不进入通信资源竞争阶段的RFID移动阅读器本轮保持静默，下一轮接收到轮信号后，再重新参与竞争；
所述的通信资源竞争阶段：RFID移动阅读器在轮询服务器广播竞争同步信号的条件下，对通信资源进行竞争，获得通信资源的RFID移动阅读器开始询问RFID电子标签，没有获得通信资源的RFID移动阅读器本轮保持静默，下一轮接收到轮信号后，再重新参与竞争。
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。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)

1.一种基于标签数量的防碰撞资源竞争方法，其特征在于：所述的方法轮回执行以下阶段：竞争权值确定阶段、竞争权值交换阶段、通信资源竞争阶段；
其中，所述的竞争权值确定阶段：每一个RFID移动阅读器对询问范围内的RFID电子标签数量进行估计；并根据估计的RFID电子标签数量设定阅读器的竞争权值；
所述的竞争权值交换阶段：RFID移动阅读器在轮询服务器广播竞争权值交换信号的条件下，RFID移动阅读器通过竞争规则与邻居RFID移动阅读器交换和比较权值信息；并根据竞争权值的比较结果来判断阅读器是否进入通信资源竞争阶段；确定不进入通信资源竞争阶段的RFID移动阅读器本轮保持静默，下一轮接收到轮信号后，再重新参与竞争；
所述的通信资源竞争阶段：RFID移动阅读器在轮询服务器广播竞争同步信号的条件下，对通信资源进行竞争，获得通信资源的RFID移动阅读器开始询问RFID电子标签，没有获得通信资源的RFID移动阅读器本轮保持静默，下一轮接收到轮信号后，再重新参与竞争；
在RFID移动阅读器的竞争权值交换阶段，每一个RFID移动阅读器根据轮询服务器的竞争权值交换信号，随机地选择一个竞争权值交换时隙向邻居RFID移动阅读器发送竞争权值信息，在其他竞争权值交换时隙中，每一个RFID移动阅读器侦听来自邻居RFID移动阅读器发送的竞争权值信息；
在RFID移动阅读器的竞争权值交换阶段，每一个RFID移动阅读器通过竞争规则与所有邻居RFID移动阅读器的竞争权值进行比较，根据比较结果来判断阅读器是否进入通信资源竞争阶段。
2.根据权利要求1所述的基于标签数量的防碰撞资源竞争方法，其特征在于：在竞争权值确定阶段，每一个RFID移动阅读器采用RFID电子标签数量估计算法对询问范围内的RFID电子标签数量进行估计。
3.一种移动阅读器，其特征在于：所述的移动阅读器在询问电子标签时实现权利要求1～2任一项所述的防碰撞资源竞争方法的步骤。
4.一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1～2中任一项所述的防碰撞资源竞争方法的步骤。
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