CN111444736A - 基于分簇竞争的防碰撞方法、移动阅读器、可读存储介质 - Google Patents

基于分簇竞争的防碰撞方法、移动阅读器、可读存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于分簇竞争的防碰撞方法、移动阅读器、可读存储介质，所述防撞方法是每一轮执行包括以下阶段：竞争簇首RFID移动阅读器阶段、簇间通信资源竞争阶段、簇内通信资源竞争阶段、RFID移动阅读器换簇阶段。本发明从RFID系统通信资源最优化分配的角度出发，先确定簇首阅读器，簇首阅读器代表本簇竞争簇通信资源，簇内的阅读器竞争再对本簇的通信资源进行再竞争。从而实现对通信资源的分层竞争，提高了竞争通信资源的效率，也提升了通信资源的利用效率，最大化RFID系统的标签询问效率。

Description

基于分簇竞争的防碰撞方法、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，涉及一种基于分簇竞争的防碰撞方法、移动阅读器、可读存储介质。
背景技术
射频识别技术(Radio Frequency Identification，RFID)被广泛认为是21世纪最具发展潜力的信息技术之一，同时也是支撑物联网发展的关键技术。利用RFID技术构建的系统价格低廉，部署简单，环境适应能力强，被广泛应用于供应链管理、智能门禁、智能仓库等行业中。一个典型的RFID系统一般包含RFID阅读器(简称阅读器)、服务器、RFID电子标签(简称标签)和中间件等部件。当使用相同通信资源的阅读器同时询问标签时，阅读器之间可能会相互干扰，导致不能正确读取标签中的信息，这种现象称为阅读器碰撞。随着物联网的蓬勃发展，RFID系统中的阅读器数量也会大规模的增加，阅读器碰撞将会制约标签识别效率的大幅度提高。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一般由阅读器竞争通信资源阶段和阅读器询问标签阶段组成。由于现有的阅读器防碰撞协议将每个阅读器视为同构和平等的，阅读器之间会在阅读器竞争通信资源阶段发送大量控制信号以竞争通信资源。这就造成了大量的控制信号碰撞，使得阅读器防碰撞协议的效果大打折扣。
发明内容
本发明为了解决现有RFID系统的标签询问效率低下，同时阅读器在竞争通信资源时的损耗大的问题，提出一种基于分簇竞争的防碰撞方法、移动阅读器、可读存储介质，该方法能实现对通信资源的分层竞争，提高标签询问效率，减少阅读器在竞争通信资源时的损耗。
为实现上述本发明目的，采用的技术方案如下：一种基于分簇竞争的防碰撞方法，所述防撞方法是每一轮执行包括以下阶段：竞争簇首RFID移动阅读器阶段、簇间通信资源竞争阶段、簇内通信资源竞争阶段、RFID移动阅读器换簇阶段；
其中所述竞争簇首RFID移动阅读器阶段：RFID移动阅读器在服务器广播簇首竞争信号的同步下通过相互随机发送竞争信号的形式对簇首RFID移动阅读器进行竞争，成为簇首的RFID移动阅读器向通信范围内的阅读器广播簇信息，接收到簇信息的RFID移动阅读器加入到簇中；
所述簇间通信资源竞争阶段：簇首RFID移动阅读器代表本簇竞争通信资源，各个簇首RFID移动阅读器根据竞争规则对各类通信资源信息进行竞争，竞争结束后，簇首RFID移动阅读器向本簇的阅读器广播簇间竞争获得的通信资源信息；
所述簇内通信资源竞争阶段：簇内的RFID移动阅读器通过竞争规则对在簇间获得的通信资源进行竞争，竞争成功并获得通信资源的阅读器开始询问标签；
RFID移动阅读器换簇阶段：在簇内竞争通信资源失败或由于移动性远离本簇簇首通信范围的RFID移动阅读器在本簇和相邻簇首阅读器的辅助下，进行换簇操作；换簇成功之后，根据新簇通信资源的利用情况对通信资源展开再竞争，以实现对通信资源的高效利用。
优选地，所述对簇首RFID移动阅读器进行竞争，具体如下：
所有的RFID移动阅读器在相同信道随机选择一个时隙广播竞争簇首信号，如果一个阅读器发送簇首竞争信号并且簇首信号没有产生碰撞，那么这个阅读器就为簇首阅读器；然后，成为簇首阅读器向通信范围内的阅读器广播簇信息，接收到簇信息的RFID移动阅读器加入到簇中。
优选地，所述的通信资源信息包括频率、时隙。
进一步地，所述的竞争规则，具体如下：采取随机选择竞争时隙，并在竞争时隙中广播信号，最先广播信号的阅读器竞争成功。
优选地，所述的换簇操作，具体包括以下步骤：
步骤1：切换信道，接收其他簇首发送的换簇辅助信息；
步骤2：根据换簇辅助信息加入其他簇，并竞争簇内通信资源。
基于以上所述的基于分簇竞争的防碰撞方法，本发明还提供了一种RFID移动阅读器，所述的移动阅读器在询问电子标签时实现上述所述的防碰撞方法的步骤。
基于以上所述的基于分簇竞争的防碰撞方法，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，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上述所述的防碰撞方法的步骤。
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，先确定簇首阅读器，簇首阅读器代表本簇竞争簇通信资源，簇内的阅读器竞争再对本簇的通信资源进行再竞争，从而实现对通信资源的分层竞争，提高了竞争通信资源的效率，也减少阅读器在竞争通信资源时的损耗，最大化RFID系统的标签询问效率。
附图说明
图1是实施例1中的防碰撞方法的框架图。
图2是实施例1中的RFID系统的部署图。
图3是实施例1中的阅读器竞争簇首阅读器的时序图。
图4是实施例1中的簇首阅读器竞争簇间通信资源竞争的时序图。
图5是实施例1中的簇内阅读器竞争簇内通信资源竞争的时序图。
图6是实施例1中阅读器换簇的时序图。
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，一种基于分簇竞争防碰撞方法，每一轮执行包括竞争簇首阅读器阶段、簇间通信资源竞争阶段、簇内通信资源竞争阶段和阅读器换簇阶段：
其中所述竞争簇首RFID移动阅读器阶段：RFID移动阅读器在服务器广播簇首竞争信号的同步下通过相互随机发送竞争信号的形式对簇首RFID移动阅读器进行竞争，各阅读器对簇首竞争；竞争簇首成功的阅读器为簇首阅读器，竞争簇首失败的阅读器为非簇首阅读器；成为簇首RFID移动阅读器向通信范围内的阅读器广播簇信息，接收到簇信息的RFID移动阅读器加入到簇中；
所述簇间通信资源竞争阶段：簇首阅读器接收到来自服务器的簇间竞争信号后对簇间通信资源进行竞争。簇首RFID移动阅读器代表本簇竞争通信资源，各个簇首RFID移动阅读器根据竞争规则对各类通信资源信息进行竞争，竞争结束后，簇首阅读器获得通信资源后，进入簇内通信资源竞争阶段，且簇首RFID移动阅读器向本簇的阅读器广播簇间竞争获得的通信资源信息；
所述簇内通信资源竞争阶段：簇内的RFID移动阅读器通过竞争规则对在簇间获得的通信资源进行竞争，竞争成功并获得通信资源的阅读器开始询问标签；没有获得通信资源的阅读器进入阅读器换簇阶段。
RFID移动阅读器换簇阶段：在簇内竞争通信资源失败或由于移动性远离本簇簇首通信范围的RFID移动阅读器在本簇和相邻簇首阅读器的辅助下，进行换簇操作；换簇成功之后，根据新簇通信资源的利用情况对通信资源展开再竞争，以实现对通信资源的高效利用。
在本实施例子中，在竞争簇首阅读器阶段和簇间通信资源竞争阶段。阅读器竞争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干扰范围表示，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。同时询问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。簇首阅读器广播簇内竞争信号的范围使用簇首广播范围表示。在本实施例中，所有阅读器都是同构的。
在一个具体的实施例中，所述对簇首RFID移动阅读器进行竞争，具体如下：
所有的RFID移动阅读器在相同信道随机选择一个时隙广播竞争簇首信号，如果一个阅读器发送簇首竞争信号并且簇首信号没有产生碰撞，那么这个阅读器就为簇首阅读器；然后，成为簇首阅读器向通信范围内的阅读器广播簇信息，接收到簇信息的RFID移动阅读器加入到簇中。
在一个具体的实施例中，所述的通信资源信息包括频率、时隙。
在一个具体的实施例中，所述的竞争规则，具体如下：采取随机选择竞争时隙，并在竞争时隙中广播信号，最先广播信号的阅读器竞争成功。
在一个具体的实施例中，所述的换簇操作，具体包括以下步骤：
步骤1：切换信道，接收其他簇首发送的换簇辅助信息；
步骤2：根据换簇辅助信息加入其他簇，并竞争簇内通信资源。
在一个具体的实施例中，如图2所示，是实施例中的RFID系统部署图。本实施例的RFID系统是4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，同时阅读器2也处于阅读器1的干扰范围内。如果阅读器1和阅读器2同时询问标签，将会发生阅读器碰撞。因此，阅读器1和阅读器2互为邻居阅读器。同理，阅读器3和阅读器4也互为邻居阅读器。此外，图中阅读器1和阅读器4为簇首阅读器，阅读器2同时处于阅读器1和阅读器4簇首广播范围内。
在一个具体的实施例中，如图3所示，所述竞争簇首RFID移动阅读器的时序图。所有阅读器在接收到服务器广播的簇首竞争信号0后，每个阅读器选择竞争簇首的时隙，阅读器1选择时隙1竞争簇首，阅读器4选择时隙2竞争簇首。阅读器2和阅读器3选择了时隙3竞争簇首。因此，当阅读器1接收到来自服务器的簇首竞争信号1时，向周围的阅读器广播竞争簇首信号，发现没有其他阅读器竞争簇首，阅读器1竞争簇首阅读器成功，并向周围的阅读器广播簇信息。阅读器2接收到来自阅读器1的簇信息后，加入阅读器1的簇，不再竞争簇首。同理，阅读器4竞争簇首成功，阅读器3加入阅读器4为簇首的簇。
在一个具体的实施例中，如图4所示，是实施例中的簇间通信资源竞争的时序图。与竞争簇首相似，簇首阅读器1和阅读器4接收到来自服务器广播的簇间竞争信号0后，簇首阅读器1选择时隙1竞争资源。簇首阅读器1收到簇间竞争信号1后，广播竞争资源信号，没有其他簇首阅读器竞争资源，簇首阅读器1竞争资源成功并向其他簇首阅读器广播竞争成功信号。其他簇首阅读器接收到来自簇首阅读器1的竞争成功信号，从信号中获取已经被簇首阅读器1占用的通信资源。其他簇首阅读器在随后的竞争中，不再对已经占用的通信资源进行竞争。
在一个具体的实施例中，如图5所示，是实施例中的所述簇内通信资源竞争的时序图。簇首阅读器1和簇首阅读器4向本簇的阅读器广播簇内竞争信号0，阅读器2和阅读器3接收到信号后，选择时隙1竞争簇内资源。当阅读器2和阅读器3接收到簇内竞争信号1时，发送竞争资源信号，对通信资源进行竞争，发现没有其他阅读器竞争。阅读器2和阅读器3竞争成功，并向其他阅读器发送竞争成功信号以表明已经占用的通信资源。接收到竞争成功信号的阅读器就不会对已经占用的通信资源进行再竞争。
在一个具体的实施例中，如图6所示，是实施例中RFID移动阅读器换簇的时序图。阅读器3在本簇内竞争成功开始询问标签。阅读器2在簇中竞争失败并开始侦听探测周围的换簇辅助信号，当它接收到来自阅读器4的换簇辅助信号后，更新自身的簇信息，加入簇首为阅读器4的簇再次竞争通信资源。
实施例2
基于以上所述的基于分簇竞争的防碰撞方法，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方法的步骤如下：
每一轮执行包括竞争簇首阅读器阶段、簇间通信资源竞争阶段、簇内通信资源竞争阶段和阅读器换簇阶段：
其中所述竞争簇首RFID移动阅读器阶段：RFID移动阅读器在服务器广播簇首竞争信号的同步下通过相互随机发送竞争信号的形式对簇首RFID移动阅读器进行竞争，各阅读器对簇首竞争；竞争簇首成功的阅读器为簇首阅读器，竞争簇首失败的阅读器为非簇首阅读器；成为簇首RFID移动阅读器向通信范围内的阅读器广播簇信息，接收到簇信息的RFID移动阅读器加入到簇中；
所述簇间通信资源竞争阶段：簇首阅读器接收到来自服务器的簇间竞争信号后对簇间通信资源进行竞争。簇首RFID移动阅读器代表本簇竞争通信资源，各个簇首RFID移动阅读器根据竞争规则对各类通信资源信息进行竞争，竞争结束后，簇首阅读器获得通信资源后，进入簇内通信资源竞争阶段，且簇首RFID移动阅读器向本簇的阅读器广播簇间竞争获得的通信资源信息；
所述簇内通信资源竞争阶段：簇内的RFID移动阅读器通过竞争规则对在簇间获得的通信资源进行竞争，竞争成功并获得通信资源的阅读器开始询问标签；没有获得通信资源的阅读器进入阅读器换簇阶段。
RFID移动阅读器换簇阶段：在簇内竞争通信资源失败或由于移动性远离本簇簇首通信范围的RFID移动阅读器在本簇和相邻簇首阅读器的辅助下，进行换簇操作；换簇成功之后，根据新簇通信资源的利用情况对通信资源展开再竞争，以实现对通信资源的高效利用。
实施例3
基于以上所述的基于分簇竞争的防碰撞方法，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方法步骤如下：
每一轮执行包括竞争簇首阅读器阶段、簇间通信资源竞争阶段、簇内通信资源竞争阶段和阅读器换簇阶段：
其中所述竞争簇首RFID移动阅读器阶段：RFID移动阅读器在服务器广播簇首竞争信号的同步下通过相互随机发送竞争信号的形式对簇首RFID移动阅读器进行竞争，各阅读器对簇首竞争；竞争簇首成功的阅读器为簇首阅读器，竞争簇首失败的阅读器为非簇首阅读器；成为簇首RFID移动阅读器向通信范围内的阅读器广播簇信息，接收到簇信息的RFID移动阅读器加入到簇中；
所述簇间通信资源竞争阶段：簇首阅读器接收到来自服务器的簇间竞争信号后对簇间通信资源进行竞争。簇首RFID移动阅读器代表本簇竞争通信资源，各个簇首RFID移动阅读器根据竞争规则对各类通信资源信息进行竞争，竞争结束后，簇首阅读器获得通信资源后，进入簇内通信资源竞争阶段，且簇首RFID移动阅读器向本簇的阅读器广播簇间竞争获得的通信资源信息；
所述簇内通信资源竞争阶段：簇内的RFID移动阅读器通过竞争规则对在簇间获得的通信资源进行竞争，竞争成功并获得通信资源的阅读器开始询问标签；没有获得通信资源的阅读器进入阅读器换簇阶段。
RFID移动阅读器换簇阶段：在簇内竞争通信资源失败或由于移动性远离本簇簇首通信范围的RFID移动阅读器在本簇和相邻簇首阅读器的辅助下，进行换簇操作；换簇成功之后，根据新簇通信资源的利用情况对通信资源展开再竞争，以实现对通信资源的高效利用。
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 (7)

1.一种基于分簇竞争的防碰撞方法，其特征在于：所述防撞方法是每一轮执行包括以下阶段：竞争簇首RFID移动阅读器阶段、簇间通信资源竞争阶段、簇内通信资源竞争阶段、RFID移动阅读器换簇阶段；
其中所述竞争簇首RFID移动阅读器阶段：RFID移动阅读器在服务器广播簇首竞争信号的同步下通过相互随机发送竞争信号的形式对簇首RFID移动阅读器进行竞争，成为簇首的RFID移动阅读器向通信范围内的阅读器广播簇信息，接收到簇信息的RFID移动阅读器加入到簇中；
所述簇间通信资源竞争阶段：簇首RFID移动阅读器代表本簇竞争通信资源，各个簇首RFID移动阅读器根据竞争规则对各类通信资源信息进行竞争，竞争结束后，簇首RFID移动阅读器向本簇的阅读器广播簇间竞争获得的通信资源信息；
所述簇内通信资源竞争阶段：簇内的RFID移动阅读器通过竞争规则对在簇间获得的通信资源进行竞争，竞争成功并获得通信资源的阅读器开始询问标签；
RFID移动阅读器换簇阶段：在簇内竞争通信资源失败或由于移动性远离本簇簇首通信范围的RFID移动阅读器在本簇和相邻簇首阅读器的辅助下，进行换簇操作；换簇成功之后，根据新簇通信资源的利用情况对通信资源展开再竞争，以实现对通信资源的高效利用。
2.根据权利要求1所述的基于分簇竞争的防碰撞方法，其特征在于：所述对簇首RFID移动阅读器进行竞争，具体如下：
所有的RFID移动阅读器在相同信道随机选择一个时隙广播竞争簇首信号，如果一个阅读器发送簇首竞争信号并且簇首信号没有产生碰撞，那么这个阅读器就为簇首阅读器；然后，成为簇首阅读器向通信范围内的阅读器广播簇信息，接收到簇信息的RFID移动阅读器加入到簇中。
3.根据权利要求1所述的基于分簇竞争的防碰撞方法，其特征在于：所述的通信资源信息包括频率、时隙。
4.根据权利要求3所述的基于分簇竞争的防碰撞方法，其特征在于：所述的竞争规则，具体如下：采取随机选择竞争时隙，并在竞争时隙中广播信号，最先广播信号的阅读器竞争成功。
5.根据权利要求1所述的基于分簇竞争的防碰撞方法，其特征在于：所述的换簇操作，具体包括以下步骤：
步骤1：切换信道，接收其他簇首发送的换簇辅助信息；
步骤2：根据换簇辅助信息加入其他簇，并竞争簇内通信资源。
6.一种移动阅读器，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1～5任一项所述的防碰撞方法的步骤。
7.一种可读存储介质，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1～5中任一项所述的防碰撞方法的步骤。
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