CN111401091B - 考虑邻居探测的rfid阅读器防碰撞方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种考虑邻居探测的RFID阅读器防碰撞方法，其包括每轮依次执行的邻居探测、资源竞争、碰撞协调三个阶段。本发明从提高阅读器利用率的角度，阅读器根据邻居数量来选择竞争时序序号，使相对稀疏的邻居阅读器优先参与竞争，减少资源竞争阶段阅读器之间的碰撞。同时设计碰撞后的协调机制，使竞争阶段发生碰撞的阅读器通过交换和比较彼此的邻居数量，来决定胜出的阅读器。邻居数量较少的阅读器竞争成功，使更多的阅读器有机会被利用。本发明方法通过在邻居阅读器之间共享邻居阅读器数量信息，使更多的阅读器得到利用，从而提高RFID系统的标签识别效率。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，更具体的，涉及一种考虑邻居探测的RFID阅读器防碰撞方法。
背景技术
射频识别技术(Radio Frequency Identification，RFID)是一种短距离的自动识别技术，它通过读取附着在目标对象上的标签信息，实现对目标的追踪与管理。作为物联网的重要内容和关键核心技术之一。在一个大规模的RFID应用系统中，一般包含多个RFID阅读器和大量RFID电子标签。相邻的阅读器同时识读标签时，将相互干扰从而导致标签识别错误，这称为阅读器碰撞问题。因此，阅读器防碰撞方法应运而生。
为了避免阅读器碰撞，同一时间段内相互干扰的阅读器只有一个可以识别标签，因而邻居阅读器相对密集的阅读器竞争成功而获得标签识别机会，将会使多个邻居阅读器无法识别标签。反之，如果相对稀疏的邻居阅读器竞争成功，那么受影响的阅读器较少。因此，若使稀疏阅读器拥有更高的通信优先权，则在整个系统中，可同时工作的阅读器增多。现有的RFID阅读器防碰撞方法中，阅读器拥有相同的标签识别机会，而并未考虑阅读器的邻居阅读器数量。
另外，现有的RFID阅读器防碰撞方法中，阅读器在一个周期中只有一次竞争通信资源的机会，由于同时竞争而发生碰撞的阅读器未经协调就全部退出竞争，所以在一定概率上造成通信资源的浪费，降低了阅读器的利用率。
发明内容
本发明为了解决现有技术中RFID阅读器网络标签识别效率低，阅读器竞争规则不合理导致资源浪费、阅读器利用率低的问题，提供了一种考虑邻居探测的RFID阅读器防碰撞方法，其能有效的提高阅读器的利用率。
为实现上述本发明目的，采用的技术方案如下：一种考虑邻居探测的RFID阅读器防碰撞方法，所述的方法包括每轮依次执行的邻居探测、资源竞争、碰撞协调三个阶段；
其中邻居探测阶段：每一个RFID移动阅读器发送信标信号来探测邻居阅读器，并对邻居阅读器数量进行估计；
资源竞争阶段：所述RFID阅读器根据邻居阅读器的数量来选择竞争时序序号，并在自身的竞争时序序号与服务器发送的同步竞争命令的时序序号相等时，竞争通信资源；竞争成功的RFID阅读器开始识别标签，竞争失败且在资源竞争阶段所有邻居阅读器都竞争失败的RFID阅读器退避至碰撞协调阶段；
碰撞协调阶段：进入碰撞协调阶段的RFID阅读器向邻居阅读器发送包含邻居阅读器数量的协调信号，等待一段时间后，若所述RFID阅读器未接收到其邻居阅读器发送的协调信号，则获取通信资源并进入识别状态；若所述RFID阅读器接收到其邻居阅读器发送的协调信号，则根据约定的协调规则决定胜出的阅读器，胜出的阅读器进入识别状态，被淘汰的阅读器进入休眠状态。
优选地，在所述邻居探测阶段，所述的RFID阅读器获取服务器的帧长信息，所述帧长信息包括邻居探测阶段的探测时隙数和资源竞争阶段的竞争时隙数；
邻居探测阶段划分为多个邻居探测时隙，每个阅读器随机选择一个所述邻居探测时隙向邻居阅读器发送信标信号，同时记录每个时隙内接收到的信标信号，在最后一个邻居探测时隙结束时，对邻居阅读器的数量进行估计。
进一步地，所述的邻居探测阶段还包括在估计邻居阅读器的数量之后，邻居阅读器的数量为1的RFID阅读器发送一个额外的信标信号来判断自己与邻居阅读器是否互为对方的唯一的邻居。
再进一步地，在资源竞争阶段，所述RFID阅读器根据邻居阅读器的数量来选择竞争时序序号，其具体选择规则如下：
邻居阅读器数量为1且是其邻居阅读器唯一邻居的RFID阅读器随机地选择竞争时序序号；其余邻居阅读器数量小于或者等于1的RFID阅读器的竞争时序序号为1；而邻居阅读器数量大于或者等于2的RFID阅读器从给定区间中随机地选择竞争时序序号。
再进一步地，若RFID阅读器的邻居阅读器数量大于最大竞争时序序号，则其竞争时序序号为最大竞争时序序号。
再进一步地，所述的碰撞协调阶段的协调规则为：
相互交换协调信号的两个邻居阅读器比较其邻居阅读器的数量，邻居阅读器数量少的阅读器胜出，获取通信资源并识别标签，邻居数量多的阅读器进入休眠状态；若所述RFID阅读器接收到多个协调信号，则无法协调，进入休眠状态。
本发明的有益效果如下：
本发明从提高阅读器利用率的角度，阅读器根据邻居阅读器的数量来选择竞争时序序号，使相对稀疏的邻居阅读器优先参与竞争，减少资源竞争阶段阅读器之间的碰撞。同时设计碰撞后的协调机制，使竞争阶段发生碰撞的阅读器通过交换和比较彼此的邻居阅读器数量，来决定胜出的阅读器。邻居阅读器数量较少的阅读器竞争成功，使更多的阅读器有机会被利用。本发明方法通过在邻居阅读器之间共享邻居阅读器数量信息，使更多的阅读器得到利用，从而提高RFID系统的标签识别效率。
附图说明
图1是本实施例RFID阅读器防碰撞方法的流程图。
图2是本实施例中的RFID网络阅读器部署图。
图3是本实施例中的邻居阅读器数量估计方法流程图。
图4是本实施例中的阅读器竞争时序序号选择方法流程图。
图5是本实施例中的阅读器在一轮中资源竞争与协调的时序图。
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，一种考虑邻居探测的RFID阅读器防碰撞方法，所述的方法包括每轮依次执行的邻居探测、资源竞争、碰撞协调三个阶段；
其中邻居探测阶段：每一个RFID移动阅读器发送信标信号来探测邻居阅读器，并对邻居阅读器数量进行估计，具体的如下：
步骤S101:所述阅读器获取服务器的帧长信息，所述帧长信息包括邻居探测阶段的探测时隙数和资源竞争阶段的竞争时隙数；
步骤S102:所述阅读器在邻居探测阶段估计邻居阅读器数量。
资源竞争阶段：
步骤S201：所述RFID阅读器根据邻居阅读器的数量来选择竞争时序序号N；
步骤S202：所述阅读器在第N个资源竞争时隙竞争通信资源，具体是在自身的竞争时序序号与服务器发送的同步竞争命令的时序序号相等时，竞争通信资源；
步骤S203：所述阅读器判断是否竞争成功；
步骤S204：若竞争成功，则RFID阅读器开始识别标签；
步骤S205：竞争失败且在资源竞争阶段所有邻居阅读器都竞争失败的RFID阅读器退避至碰撞协调阶段；
步骤S206：若所述阅读器竞争失败，但在资源竞争阶段检测到有邻居阅读器竞争成功，所述阅读器进行休眠状态。
碰撞协调阶段：
步骤S301：进入碰撞协调阶段的RFID阅读器向邻居阅读器发送包含邻居阅读器数量的协调信号；
步骤S302：所述阅读器判断是否接收到邻居阅读器的协调信号；
步骤S303：若所述RFID阅读器未接收到其邻居阅读器发送的协调信号，则获取通信资源并进入识别状态；
步骤S304：若所述RFID阅读器接收到其邻居阅读器发送的协调信号，则根据约定的协调规则决定胜出的阅读器，胜出的阅读器进入识别状态，被淘汰的阅读器进入休眠状态。
本实施例1中的一种虑邻居探测的RFID阅读器防碰撞方法的流程图，所述方法还包括：所有进入识别状态的阅读器在标签识别阶段有较长的时间充分地读取标签信息。
在一个具体的实施例中，如图2所示，为本实施例中的RFID系统部署图，在服务器指令的覆盖区域内，部署了9个阅读器，每个阅读器的干扰覆盖范围大小一致，用圆形区域表示，处于某个阅读器干扰覆盖范围内的阅读器称为该阅读器的邻居阅读器。其中，阅读器3为阅读器1的邻居阅读器，同理阅读器5为阅读器2的邻居阅读器，阅读器1，4，5为阅读器3的邻居阅读器，阅读器3，5，6为阅读器4的邻居阅读器，阅读器2，3，4，6为阅读器5的邻居阅读器，阅读器4，5为阅读器6的邻居阅读器，而阅读器7和8互为邻居阅读器。互为邻居的阅读器同时识别标签时，会发生阅读器碰撞，导致标签识别错误，因此互为邻居的阅读器不能同时识别标签。
图3是本实施例中的邻居阅读器数量估计方法流程图。邻居探测阶段划分为多个邻居探测时隙，目标阅读器和其邻居阅读器分别随机地选择一个邻居探测时隙，并在所选探测时隙内向邻居阅读器发送信标信号，同时目标阅读器持续地记录每个探测时隙内接收到的信标信号数量。目标阅读器的邻居阅读器数量初始值为0，若其未在邻居探测阶段收到信标信号，则其邻居阅读器数量为0。若目标阅读器在一个邻居探测时隙中接收到一个可识别的信标信号，则其邻居阅读器数量加1。若目标阅读器在一个邻居探测时隙中接收到一个不可识别的混合信号，则其邻居阅读器数量加2。在最后一个邻居探测时隙结束时，目标阅读器得到邻居阅读器数量的估计值。
在一个具体的实施例中，所述的邻居探测阶段还包括在估计邻居阅读器的数量之后，邻居阅读器的数量为1的RFID阅读器发送一个额外的信标信号来判断自己与邻居阅读器是否互为对方的唯一的邻居。
在一个具体的实施例中，如图4所示，为本实施例中的阅读器竞争时序序号选择的方法流程图。将目标阅读器的邻居阅读器数量记为Nb。若Nb>1，则目标阅读器从区间[Nb，最大竞争时序序号]中随机地选择竞争时序序号；若Nb＝1且目标阅读器也是其邻居阅读器的唯一邻居，则目标阅读器的竞争时序序号区间[1，最大竞争时序序号]中随机地选择；若Nb＝1，但目标阅读器不是其邻居阅读器的唯一邻居，则目标阅读器的竞争时序序号为1；若Nb＝0，则目标阅读器的竞争时序序号也为1。
特别地，若阅读器的邻居阅读器数量大于最大竞争时序序号，则所述阅读器竞争时序序号为最大竞争时序序号。每个阅读器在一轮中有且只有一次机会选择竞争时序序号。
在一个具体的实施例中，如图5所示，为本实施例中的阅读器在一轮中竞争与协调的时序图。所述的碰撞协调阶段的协调规则为：
首先，服务器向所有阅读器广播轮开始命令，开始命令中包含服务器的帧长信息，包括邻居探测阶段的探测时隙数和竞争阶段的竞争时隙数，其中探测时隙数为2，竞争时隙数为4。9个阅读器随机地选择其中的一个邻居探测时隙向其干扰覆盖范围内广播信标信号。根据接收到的信标信号情况，阅读器1～9的邻居阅读器数量估计值分别为1，1，3，3，4，2，1，1，0，因此阅读器1，阅读器2，阅读器7，阅读器8分别发送一个额外的信标信号。根据信标信号的接收情况，阅读器7和阅读器8判断出互为对方唯一的邻居阅读器。根据邻居阅读器数量，阅读器1-9所选竞争时序序号分别为1，1，4，3，4，3，2，3，1。在接收到服务器发送的同步竞争命令1时，阅读器1，阅读器2，阅读器9发送侦测信号。阅读器1，阅读器2，阅读器9未发生侦测信号碰撞，因而向邻居阅读器广播禁止信号并开始识别标签，阅读器1的邻居阅读器3和阅读器2的邻居阅读器5由于接收到禁止信号而进入休眠状态。阅读器7在第二个资源竞争时隙竞争成功，而阅读器8进入休眠状态。阅读器4和阅读器6在竞争时隙3中同时发送侦测信号，发生碰撞，退避至协调阶段。在获取服务器发送的协调命令后，阅读器4和阅读器6进入协调阶段，通过发送协调信号来交换和比较邻居阅读器数量。由于阅读器6有2个邻居阅读器而阅读器4有3个邻居阅读器，因而阅读器6胜出，并获取通信资源进入识别状态。而阅读器4被淘汰后进入休眠状态。在这一轮中，一共有5个阅读器，即阅读器1，阅读器2，阅读器6，阅读器7和阅读器9，成功地识别标签。若所述RFID阅读器接收到多个协调信号，则无法协调，进入休眠状态。
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 (5)
1.一种考虑邻居探测的RFID阅读器防碰撞方法，其特征在于：所述的方法包括每轮依次执行的邻居探测、资源竞争、碰撞协调三个阶段；
其中邻居探测阶段：每一个RFID移动阅读器发送信标信号来探测邻居阅读器，并对邻居阅读器数量进行估计；
资源竞争阶段：所述RFID阅读器根据邻居阅读器的数量来选择竞争时序序号，并在自身的竞争时序序号与服务器发送的同步竞争命令的时序序号相等时，竞争通信资源；竞争成功的RFID阅读器开始识别标签，竞争失败且在资源竞争阶段所有邻居阅读器都竞争失败的RFID阅读器退避至碰撞协调阶段；
碰撞协调阶段：进入碰撞协调阶段的RFID阅读器向邻居阅读器发送包含邻居阅读器数量的协调信号，等待一段时间后，若所述RFID阅读器未接收到其邻居阅读器发送的协调信号，则获取通信资源并进入识别状态；若所述RFID阅读器接收到其邻居阅读器发送的协调信号，则根据约定的协调规则决定胜出的阅读器，胜出的阅读器进入识别状态，被淘汰的阅读器进入休眠状态；
在资源竞争阶段，所述RFID阅读器根据邻居阅读器的数量来选择竞争时序序号，其具体选择规则如下：
邻居阅读器数量为1且是其邻居阅读器唯一邻居的RFID阅读器随机地选择竞争时序序号；其余邻居阅读器数量小于或者等于1的RFID阅读器的竞争时序序号为1；而邻居阅读器数量大于或者等于2的RFID阅读器从给定区间中随机地选择竞争时序序号。
2.根据权利要求1所述的考虑邻居探测的RFID阅读器防碰撞方法，其特征在于：在所述邻居探测阶段，所述的RFID阅读器获取服务器的帧长信息，所述帧长信息包括邻居探测阶段的探测时隙数和资源竞争阶段的竞争时隙数；
邻居探测阶段划分为多个邻居探测时隙，每个阅读器随机选择一个所述邻居探测时隙向邻居阅读器发送信标信号，同时记录每个时隙内接收到的信标信号，在最后一个邻居探测时隙结束时，对邻居阅读器的数量进行估计。
3.根据权利要求2所述的考虑邻居探测的RFID阅读器防碰撞方法，其特征在于：所述的邻居探测阶段还包括在估计邻居阅读器的数量之后，邻居阅读器的数量为1的RFID阅读器发送一个额外的信标信号来判断自己与邻居阅读器是否互为对方的唯一的邻居。
4.根据权利要求3所述的考虑邻居探测的RFID阅读器防碰撞方法，其特征在于：若RFID阅读器的邻居阅读器数量大于最大竞争时序序号，则其竞争时序序号为最大竞争时序序号。
5.根据权利要求4所述的考虑邻居探测的RFID阅读器防碰撞方法，其特征在于：所述的碰撞协调阶段的协调规则为：
相互交换协调信号的两个邻居阅读器比较其邻居阅读器数量，邻居阅读器数量少的阅读器胜出，获取通信资源并识别标签，邻居数量多的阅读器进入休眠状态；若所述RFID阅读器接收到多个协调信号，则无法协调，进入休眠状态。
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