一種rfid系統(tǒng)閱讀器智能規(guī)劃方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種RFID系統(tǒng)閱讀器智能規(guī)劃方法，RFID系統(tǒng)生命周期包含RFID系統(tǒng)的規(guī)劃部署階段和運(yùn)行維護(hù)階段，從多閱讀器協(xié)同工作時(shí)的防碰撞資源分配角度出發(fā)。在規(guī)劃部署階段，基于RFID系統(tǒng)可用的信道和時(shí)隙資源及所部署的物理工作空間范圍，獲得最優(yōu)的閱讀器數(shù)量、位置及其相應(yīng)的時(shí)隙和信道資源分配方案，最優(yōu)的閱讀器數(shù)量即為RFID系統(tǒng)的參考閱讀器數(shù)量N*；在運(yùn)行維護(hù)階段，將參考閱讀器數(shù)量N*與RFID系統(tǒng)的當(dāng)前閱讀器數(shù)量N進(jìn)行比較，根據(jù)N*和N的大小關(guān)系，通過保持閱讀器當(dāng)前數(shù)量不變或增援閱讀器工作或者禁止冗余閱讀器工作來實(shí)現(xiàn)RFID系統(tǒng)閱讀器智能規(guī)劃，使得系統(tǒng)標(biāo)簽識讀效率達(dá)到最優(yōu)或者保持在較高水平。
【專利說明】—種RFID系統(tǒng)閱讀器智能規(guī)劃方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及RFID領(lǐng)域，更具體地，涉及一種RFID系統(tǒng)閱讀器智能規(guī)劃方法。
【背景技術(shù)】
[0002]RFID閱讀器廣泛應(yīng)用于倉儲(chǔ)管理、運(yùn)輸物流系統(tǒng)中，很大程度地提高了貨物信息的識讀效率。在標(biāo)簽分布密集的系統(tǒng)中，閱讀器的標(biāo)簽識讀效率成為系統(tǒng)高效工作的關(guān)鍵所在，因此，通常部署多個(gè)閱讀器來確保標(biāo)簽識讀效率。然而，在多閱讀器協(xié)同工作的RFID系統(tǒng)中，閱讀器之間往往會(huì)存在相互干擾，其標(biāo)簽詢問范圍、標(biāo)簽識讀能力往往會(huì)受到其他閱讀器的影響。因此，閱讀器碰撞是我們衡量RFID系統(tǒng)標(biāo)簽識讀效率的關(guān)鍵因素之一。通常的RFID閱讀器防碰撞方法，致力于最大化閱讀器的覆蓋范圍或者最優(yōu)化通信資源的調(diào)度利用，對閱讀器的時(shí)隙資源和信道資源等進(jìn)行優(yōu)化分配，從而達(dá)到提升RFID系統(tǒng)標(biāo)簽識讀能力的目的。
[0003]一般地，在一個(gè)新的RFID應(yīng)用系統(tǒng)部署時(shí)需要確定閱讀器的數(shù)量、位置以及相關(guān)技術(shù)參數(shù)；而在一個(gè)既有的RFID應(yīng)用系統(tǒng)中，往往會(huì)由于使用環(huán)境的變化而偏離原有的期望性能，如標(biāo)簽識讀效率。顯然，不管是新的RFID系統(tǒng)還是既有的RFID系統(tǒng)，若能對閱讀器的部署進(jìn)行科學(xué)的規(guī)劃，則會(huì)使得系統(tǒng)的時(shí)隙與信道資源得到更為充分的利用，從而有利于保持或者提高RFID系統(tǒng)閱讀器的標(biāo)簽識讀效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了保持RFID系統(tǒng)閱讀器具有高效的標(biāo)簽識讀效率，本發(fā)明提出一種RFID系統(tǒng)閱讀器智能規(guī)劃方法，是從閱讀器防碰撞的角度出發(fā)，對一個(gè)全新的或者既有的RFID系統(tǒng)進(jìn)行閱讀器數(shù)量、位置及其時(shí)隙、信道資源的最優(yōu)規(guī)劃，從而為RFID系統(tǒng)的閱讀器部署或者維護(hù)調(diào)整提供理論和工程依據(jù)，且對于提高RFID系統(tǒng)標(biāo)簽識讀效率有著十分明顯的現(xiàn)實(shí)意義和工程價(jià)值。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0006]一種RFID系統(tǒng)閱讀器智能規(guī)劃方法，RFID系統(tǒng)生命周期包含RFID系統(tǒng)的規(guī)劃部署階段和運(yùn)行維護(hù)階段，是從多閱讀器協(xié)同工作時(shí)的防碰撞資源分配角度出發(fā)；
[0007]在RFID系統(tǒng)的規(guī)劃部署階段，基于RFID系統(tǒng)可用的信道和時(shí)隙資源以及所部署的物理工作空間范圍，利用智能優(yōu)化方法獲得最優(yōu)的閱讀器數(shù)量、位置及其相應(yīng)的時(shí)隙和信道資源分配方案，其中，最優(yōu)的閱讀器數(shù)量即為RFID系統(tǒng)的參考閱讀器數(shù)量N* ；
[0008]在運(yùn)行維護(hù)階段，將參考閱讀器數(shù)量N*與RFID系統(tǒng)的當(dāng)前閱讀器數(shù)量N進(jìn)行比較，根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)閱讀器數(shù)量和參考閱讀器數(shù)量的大小關(guān)系，通過保持閱讀器當(dāng)前數(shù)量不變或增援閱讀器工作或者禁止冗余閱讀器工作來實(shí)現(xiàn)RFID系統(tǒng)閱讀器智能規(guī)劃，并重新評估RFID系統(tǒng)的標(biāo)簽識讀效率。
[0009]在規(guī)劃部署階段，基于可用的信道和時(shí)隙資源以及所部署的物理工作空間范圍，對一個(gè)全新RFID系統(tǒng)進(jìn)行閱讀器智能規(guī)劃，獲得最優(yōu)的閱讀器數(shù)量、位置及其相應(yīng)的時(shí)隙和信道資源分配方案。在運(yùn)行維護(hù)階段，通過比較當(dāng)前系統(tǒng)閱讀器數(shù)量和參考閱讀器數(shù)量的大小關(guān)系，確定增援更多閱讀器或者禁止冗余閱讀器工作，以期改善和提高系統(tǒng)的標(biāo)簽識讀效率。
[0010]本發(fā)明從不同應(yīng)用階段的RFID系統(tǒng)進(jìn)行全生命周期閱讀器智能規(guī)劃，以期改善和提聞系統(tǒng)的標(biāo)簽識讀效率，獲得最佳的RFID系統(tǒng)標(biāo)簽識讀效率。
[0011]其中，當(dāng)N* > N時(shí)，確定需要新增的閱讀器數(shù)量，然后通過智能優(yōu)化方法為這些新增的閱讀器分配時(shí)隙和信道資源。
[0012]上述確定需要新增的閱讀器數(shù)量最多為N*_N。
[0013]其中，當(dāng)N* < N時(shí)，確定需要禁止的閱讀器數(shù)量并禁止對應(yīng)數(shù)量的閱讀器，然后通過智能優(yōu)化方法重新為RFID系統(tǒng)內(nèi)剩余可用的閱讀器重新分配時(shí)隙和信道資源。
[0014]上述確定需要禁止的閱讀器數(shù)量最多為N-N*。
[0015]同時(shí)，若當(dāng)N* = N時(shí)，即為最優(yōu)的閱讀器數(shù)量部署方案時(shí)，不需要進(jìn)行評估性閱讀器規(guī)劃。
[0016]本發(fā)明的有益效果是，瞄準(zhǔn)RFID系統(tǒng)，從閱讀器防碰撞的角度出發(fā)，進(jìn)行閱讀器數(shù)量、位置和時(shí)隙、信道資源的最優(yōu)化分配，以期使得RFID系統(tǒng)的標(biāo)簽識別效率達(dá)到最佳。尤其是，對于分配好的RFID系統(tǒng)，通過增援更多閱讀器或者使部分冗余閱讀器停止工作，可以使得系統(tǒng)標(biāo)簽識讀效率達(dá)到最優(yōu)或者保持在較高水平，這為閱讀器部署不合理或者應(yīng)用場合發(fā)生較大變化的情況提供了一種可行的解決方案。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為在部署階段RFID系統(tǒng)閱讀器規(guī)劃的系統(tǒng)框圖。
[0018]圖2為在運(yùn)行維護(hù)階段對RFID系統(tǒng)閱讀器進(jìn)行規(guī)劃的流程圖。
[0019]圖3為在運(yùn)行維護(hù)階段對RFID系統(tǒng)閱讀器進(jìn)行規(guī)劃的系統(tǒng)框圖(增援更多閱讀器)。
[0020]圖4為在運(yùn)行維護(hù)階段對RFID系統(tǒng)閱讀器進(jìn)行規(guī)劃的系統(tǒng)框圖(禁止冗余閱讀器)。
[0021]圖5為RFID系統(tǒng)閱讀器智能規(guī)劃性能的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不限于此。
[0023]一個(gè)完整的RFID應(yīng)用系統(tǒng)包括服務(wù)器、閱讀器、標(biāo)簽。RFID應(yīng)用系統(tǒng)通過服務(wù)器控制各個(gè)閱讀器識讀標(biāo)簽，以獲得存儲(chǔ)在標(biāo)簽內(nèi)的數(shù)據(jù)信息。對于一個(gè)給定的RFID應(yīng)用系統(tǒng)工作區(qū)域，在給定了閱讀器數(shù)量、閱讀器位置、系統(tǒng)可用的時(shí)隙資源和信道資源后，利用智能優(yōu)化算法可獲得最優(yōu)的資源規(guī)劃方案，即每個(gè)閱讀器所分配到的時(shí)隙資源和信道資源。根據(jù)獲得的最優(yōu)資源規(guī)劃方案，RFID應(yīng)用系統(tǒng)通過服務(wù)器把時(shí)隙資源和信道資源分配至各個(gè)閱讀器。在獲得工作時(shí)隙和信道后，所有閱讀器可以詢問標(biāo)簽，并把識讀得到的標(biāo)簽信息傳遞給服務(wù)器，服務(wù)器再對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析和利用。
[0024]本發(fā)明采用遺傳算法對閱讀器數(shù)量、閱讀器位置、系統(tǒng)可用的時(shí)隙資源和信道資源進(jìn)行智能調(diào)度。將遺傳算法應(yīng)用到RFID系統(tǒng)資源調(diào)度中，首先需要對系統(tǒng)可用通信資源進(jìn)行編碼，一種通信資源分配方案可編碼成一個(gè)染色體，若干個(gè)這樣的染色體就可以組成染色體種群。由于每一個(gè)染色體都對應(yīng)于一種通信資源分配方案(即候選解)，所以每個(gè)染色體的適應(yīng)度值在這里對應(yīng)于RFID系統(tǒng)標(biāo)簽識讀效率。因此，搜索具有最佳標(biāo)簽識讀效率的通信資源分配方案的過程，就是搜索具有最大適應(yīng)度值的染色體的過程。在遺傳算法中，染色體需要經(jīng)歷選擇、交叉和變異等三個(gè)操作算子。選擇算子根據(jù)一定的準(zhǔn)則選擇染色體參與交叉和變異操作；交叉算子根據(jù)一定的交叉概率將兩個(gè)父代染色體的部分基因位進(jìn)行交叉重組，得到新的染色體個(gè)體；變異算子根據(jù)一定的變異概率對染色體的某些基因位進(jìn)行改變。遺傳算法循環(huán)地迭代執(zhí)行這三個(gè)算子，直至到達(dá)預(yù)先設(shè)定的最大迭代次數(shù)為止。除了遺傳算法外，其它的智能優(yōu)化方法(如粒子群算法、人工免疫網(wǎng)絡(luò)算法和模擬退火算法等)也可用于求解RFID系統(tǒng)資源分配的最優(yōu)方案。
[0025]圖1為在部署階段RFID系統(tǒng)閱讀器規(guī)劃的系統(tǒng)框圖。如圖1所示，系統(tǒng)前端輸入為一個(gè)全新RFID系統(tǒng)可用的通信資源和物理資源，包括時(shí)隙、信道資源和閱讀器的工作空間范圍。閱讀器規(guī)劃系統(tǒng)將使用智能優(yōu)化方法(遺傳算法)對全新RFID系統(tǒng)閱讀器的最優(yōu)識讀效率進(jìn)行評估，獲得部署一個(gè)全新RFID系統(tǒng)所需的最優(yōu)閱讀器數(shù)量(參考閱讀器數(shù)量)、位置及其相應(yīng)的時(shí)隙和信道資源分配方案。根據(jù)得到的最優(yōu)分配方案，服務(wù)器將時(shí)隙資源和信道資源分配到各個(gè)閱讀器，使其在分配的通信資源下進(jìn)行標(biāo)簽詢問和信息識讀工作。
[0026]圖2為在運(yùn)行維護(hù)階段對RFID系統(tǒng)閱讀器進(jìn)行規(guī)劃的流程圖。在圖2中，首先，借助如圖1所示的方法，可以對一個(gè)既有的RFID系統(tǒng)進(jìn)行閱讀器資源分配，從而得到該系統(tǒng)的參考閱讀器數(shù)量。接著，比較既有系統(tǒng)的閱讀器數(shù)量與參考閱讀器數(shù)量。若既有系統(tǒng)的閱讀器數(shù)量小于參考閱讀器數(shù)量，可以為既有的RFID系統(tǒng)增援更多閱讀器，增援閱讀器數(shù)量最多為參考閱讀器數(shù)量與現(xiàn)有閱讀器數(shù)量之差額；若既有系統(tǒng)的閱讀器數(shù)量大于參考閱讀器數(shù)量，則禁止既有RFID系統(tǒng)的冗余閱讀器工作，禁止閱讀器數(shù)量最多為參考閱讀器數(shù)量與現(xiàn)有閱讀器數(shù)量之差額；若閱讀器數(shù)量與參考閱讀器數(shù)量相等，則保持既有的RFID系統(tǒng)閱讀器數(shù)量不變。經(jīng)過增援或禁止冗余閱讀器后，可利用智能優(yōu)化算法求解最優(yōu)分配方案，并下載到新的RFID系統(tǒng)的各個(gè)閱讀器。
[0027]圖3為在運(yùn)行維護(hù)階段對RFID系統(tǒng)閱讀器進(jìn)行規(guī)劃的系統(tǒng)框圖(增援更多閱讀器)。如圖3所示，系統(tǒng)前端輸入為既有的RFID系統(tǒng)的當(dāng)前可用的通信資源和物理資源，包括時(shí)隙、信道資源以及增援閱讀器后的可工作閱讀器數(shù)量和對應(yīng)的位置信息。根據(jù)增援閱讀器后的工作閱讀器數(shù)量、閱讀器位置，在給定的通信資源下，RFID系統(tǒng)可獲得一個(gè)新的最優(yōu)資源分配方案，服務(wù)器將按照新的分配方案重新分配通信資源給各個(gè)閱讀器，使得閱讀器在新的分配方案下詢問標(biāo)簽和識讀標(biāo)簽信息。對于這種需要增援更多閱讀器的情形，要求增援后的閱讀器總數(shù)不超過參考閱讀器數(shù)量。通過為增援后的系統(tǒng)所有閱讀器重新分配時(shí)隙和信道資源，可使得RFID系統(tǒng)的標(biāo)簽識讀效率得到提高。
[0028]圖4為在運(yùn)行維護(hù)階段對RFID系統(tǒng)閱讀器進(jìn)行規(guī)劃的系統(tǒng)框圖(禁止冗余閱讀器)。與圖3相似，可以預(yù)先獲得一個(gè)既有RFID系統(tǒng)的參考閱讀器數(shù)量。如圖4所示，系統(tǒng)前端輸入當(dāng)前既有的RFID系統(tǒng)的可用的通信資源和物理資源，包括時(shí)隙、信道資源和禁止冗余閱讀器后的可工作閱讀器總數(shù)及其位置信息。同樣地，根據(jù)禁止冗余閱讀器后的最優(yōu)工作閱讀器數(shù)量、閱讀器位置，在給定的系統(tǒng)通信資源下，RFID應(yīng)用系統(tǒng)可獲得到對應(yīng)的新的最優(yōu)資源分配方案，服務(wù)器將按照新的分配方案重新分配通信資源給各個(gè)閱讀器，使得閱讀器在新的分配方案下詢問標(biāo)簽和識讀標(biāo)簽信息。對于這種需要禁止冗余閱讀器的情形，要求禁止冗余閱讀器后的閱讀器總數(shù)不少于參考閱讀器數(shù)量。通過禁止那些冗余閱讀器工作，減少參與競爭當(dāng)前通信資源的可用閱讀器數(shù)量，使得獲得通信資源的閱讀器具有更大的標(biāo)簽識讀能力，進(jìn)而在整體上使得RFID系統(tǒng)的標(biāo)簽識讀效率得到提高。
[0029]圖5為RFID系統(tǒng)閱讀器智能規(guī)劃性能的示意圖。如圖5所示，在特定的工作空間范圍里，RFID系統(tǒng)在當(dāng)前可用的通信資源下，運(yùn)用智能算法分析獲得不同數(shù)量的閱讀器所對應(yīng)的標(biāo)簽識讀效率(如圖所示的閱讀器數(shù)量和標(biāo)簽識讀效率的對應(yīng)關(guān)系)，進(jìn)而可以確切地獲得RFID系統(tǒng)的參考閱讀器數(shù)量。在圖5中，橫坐標(biāo)代表可工作閱讀器的數(shù)量，縱坐標(biāo)代表RFID系統(tǒng)閱讀器的標(biāo)簽識讀效率，所獲得的RFID系統(tǒng)參考閱讀器數(shù)量被標(biāo)記為N*，此時(shí)RFID系統(tǒng)的標(biāo)簽識讀效率達(dá)到最大，并且若閱讀器數(shù)量越接近N*，則RFID系統(tǒng)的標(biāo)簽識讀效率越大。具體地，當(dāng)閱讀器數(shù)量為NI (N1〈N*)時(shí)，這表明當(dāng)前可工作閱讀器的數(shù)量小于參考閱讀器數(shù)量，那么需要對RFID系統(tǒng)進(jìn)行閱讀器增援。在確定增援閱讀器數(shù)量(≤N*-N1)后，可以為系統(tǒng)所有的閱讀器(數(shù)量為N2，N2≤N*)重新分配時(shí)隙和信道資源，使得增援閱讀器后的RFID系統(tǒng)標(biāo)簽識讀效率得到提升(如圖示中的F(N2))。當(dāng)閱讀器數(shù)量為N4≤N4>N*)時(shí)，此時(shí)表明當(dāng)前可工作閱讀器的數(shù)量大于參考閱讀器數(shù)量，那么需要禁止RFID系統(tǒng)中冗余的閱讀器。在確定禁止工作的閱讀器數(shù)量(SN4-N*)后，可以為系統(tǒng)當(dāng)前所有可工作的閱讀器(數(shù)量為N3，N3 ≥ N*)重新分配時(shí)隙和信道資源，使得禁止冗余閱讀器后的RFID系統(tǒng)標(biāo)簽識讀效率得到提升(如圖示中的F(N3))。
[0030] 以上所述的本發(fā)明的實(shí)施方式，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。任何在本發(fā)明的精神原則之內(nèi)所作出的修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種RFID系統(tǒng)閱讀器智能規(guī)劃方法，RFID系統(tǒng)生命周期包含RFID系統(tǒng)的規(guī)劃部署階段和運(yùn)行維護(hù)階段，其特征在于，是從多閱讀器協(xié)同工作時(shí)的防碰撞資源分配角度出發(fā)； 在RFID系統(tǒng)的規(guī)劃部署階段，基于RFID系統(tǒng)可用的信道和時(shí)隙資源以及所部署的物理工作空間范圍，利用智能優(yōu)化方法獲得最優(yōu)的閱讀器數(shù)量、位置及其相應(yīng)的時(shí)隙和信道資源分配方案，其中，最優(yōu)的閱讀器數(shù)量即為RFID系統(tǒng)的參考閱讀器數(shù)量N*; 在運(yùn)行維護(hù)階段，將參考閱讀器數(shù)量N*與RFID系統(tǒng)的當(dāng)前閱讀器數(shù)量N進(jìn)行比較，根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)閱讀器數(shù)量和參考閱讀器數(shù)量的大小關(guān)系，通過保持閱讀器當(dāng)前數(shù)量不變或增援閱讀器工作或者禁止冗余閱讀器工作來實(shí)現(xiàn)RFID系統(tǒng)閱讀器智能規(guī)劃。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，當(dāng)N*> N時(shí)，確定需要新增的閱讀器數(shù)量，然后通過智能優(yōu)化方法為這些新增的閱讀器分配時(shí)隙和信道資源。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，確定需要新增的閱讀器數(shù)量最多為N*-N。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，當(dāng)N*< N時(shí)，確定需要禁止的閱讀器數(shù)量并禁止對應(yīng)數(shù)量的閱讀器，然后通過智能優(yōu)化方法重新為RFID系統(tǒng)內(nèi)剩余可用的閱讀器重新分配時(shí)隙和信道資源。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，確定需要禁止的閱讀器數(shù)量最多為N-N*。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，若當(dāng)N*= N時(shí)，即為最優(yōu)的閱讀器數(shù)量部署方案時(shí)，不需要進(jìn)行評估性閱讀器規(guī)劃。
【文檔編號】G06Q10/04GK103996086SQ201410251082
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月6日
【發(fā)明者】李中華, 李堅(jiān)明, 禹琪琳, 楊漢培 申請人:中山大學(xué)