一種基于rfid閱讀器自適應(yīng)調(diào)度的無設(shè)備目標追蹤方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提出一種基于RFID閱讀器自適應(yīng)調(diào)度的無設(shè)備目標追蹤方法。該方法將閱讀器覆蓋區(qū)域劃分為頻率沖突域和頻率非沖突域，采用靜態(tài)抽樣與動態(tài)追蹤抽樣相結(jié)合的方式，最小化閱讀器之間的干擾，并且利用可中斷調(diào)度抽樣方法，減小了抽樣標簽數(shù)量，縮短了追蹤周期。應(yīng)用在基于RFID監(jiān)控場景中，能夠?qū)崿F(xiàn)對無設(shè)備目標進行準確高效的追蹤。同時，對于基于RFID設(shè)備的目標追蹤方案，也有積極的借鑒價值。
【背景技術(shù)】
[0002]無線射頻識別技術(shù)(RFID:Rad1 Frequency Identificat1n)是一種基于無線射頻信號進行通信的技術(shù)，屬于非接觸式自動識別技術(shù)范疇。與已經(jīng)廣泛使用的條形碼技術(shù)相比，RFID技術(shù)具有存儲信息量大、一讀多響應(yīng)、較遠的讀寫距離、可重復(fù)進行多次讀寫、讀寫速度快等特性，且可以實現(xiàn)物品的定位和軌跡追蹤。系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)RFID標簽，具有成本低、體積小、信息存儲量大、可多次重復(fù)讀寫、生命周期長等特點。如今，在門禁、超市、物流、汽車、公交等領(lǐng)域，已經(jīng)隨處可見RFID的身影，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，RFID技術(shù)必將得到更加廣泛的應(yīng)用。
[0003]RFID在應(yīng)用領(lǐng)域，最初的出現(xiàn)目的是為了替代條形碼。條形碼由于其自身的缺陷，存在著不可寫、訪問距離短、信息量小、速度慢等問題。RFID與條形碼相比，有著信息量大、訪問距離遠、可多次讀寫、訪問速度快等優(yōu)勢，且隨著技術(shù)的發(fā)展，RFID的存在不僅僅是代替條形碼，它極有可能催生一場新的信息革命，顛覆人們傳統(tǒng)的生活方式。
[0004]在室內(nèi)場景中，射頻識別(RFID)技術(shù)憑借其低成本、可重用等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于定位和追蹤領(lǐng)域?；赗FID的定位追蹤原理是:在二維場景中部署有超高頻RFID閱讀器網(wǎng)絡(luò)，貼有超高頻RFID標簽的移動目標進入該場景后，經(jīng)過位置的閱讀器會接收到該標簽發(fā)送的標識信息(RSSI)，從而獲得該移動目標的位置。RFID追蹤技術(shù)有許多應(yīng)用場景，比如醫(yī)院中實現(xiàn)對患者的追蹤，大型商場的導(dǎo)航等。
[0005]然而，大量閱讀器部署監(jiān)控場景中，對每一個移動目標進行標簽捆綁并不可行。閱讀器之間的沖突現(xiàn)象導(dǎo)致無法對無設(shè)備目標進行實時追蹤。利用閱讀器網(wǎng)絡(luò)進行無設(shè)備目標的追蹤過程中，由于RFID天線傳播模型的特殊性，使得多個閱讀器之間存在標簽訪問沖突，而且閱讀器的物理部署方案無法完全解決此類問題，進而導(dǎo)致標簽掃描頻率不穩(wěn)定，造成目標追蹤丟失。對于缺乏監(jiān)管的倉儲環(huán)境，非法人員便有可乘之機進入禁行場所，為所欲為。因此，需要建立健全基于無設(shè)備目標追蹤的一套高效機制，解決關(guān)鍵問題并集成系統(tǒng)研發(fā)，才能為倉儲安全提供有力保障。例如，采用RFID技術(shù)監(jiān)測一個未經(jīng)授權(quán)的人員進入機要場所，以及動物出行規(guī)律的研究等。
[0006]在RFID定位場景中，將未攜帶閱讀器或者標簽的待定位或追蹤的目標定義為無設(shè)備目標。研究基于RFID的無設(shè)備目標追蹤技術(shù)，能夠有效地檢測并跟蹤二維場景中的非法人員。因此，對無設(shè)備目標進行追蹤研究，具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提出一種基于RFID閱讀器自適應(yīng)調(diào)度的無設(shè)備目標追蹤方法，采用自適應(yīng)閱讀器調(diào)度機制，實現(xiàn)對無設(shè)備目標的追蹤。機制采用靜態(tài)調(diào)度抽樣和動態(tài)追蹤抽樣相結(jié)合的閱讀器調(diào)度方式，有效地減小了閱讀器之間的干擾。利用可中斷調(diào)度抽樣方法，減小了抽樣標簽數(shù)量，縮短了追蹤周期。本發(fā)明應(yīng)用在基于RFID監(jiān)控場景中，能夠?qū)崿F(xiàn)對無設(shè)備目標進行準確高效的追蹤。同時，本發(fā)明對于基于RFID設(shè)備的目標追蹤方案，也有積極的借鑒價值。
[0008]首先完成閱讀器網(wǎng)絡(luò)與參考標簽網(wǎng)絡(luò)的部署，選擇合適的“閱讀器一標簽”交互方式，對相關(guān)基準信息進行采樣與保存；然后進行靜態(tài)抽樣，在沒有目標進入監(jiān)控環(huán)境時，閱讀器根據(jù)頻率沖突分時抽樣參考標簽，實時監(jiān)控二維場景。當有目標進入場景中時，改變閱讀器調(diào)度策略，進入動態(tài)追蹤抽樣模式，此時目標經(jīng)過區(qū)域的閱讀器具有最高調(diào)度優(yōu)先級，做到對無設(shè)備目標的實時追蹤。
【附圖說明】
圖1是覆蓋模型圖，矩形區(qū)域為待監(jiān)管區(qū)域，大的虛線圈對應(yīng)標簽檢測域。小的實線圈表示參考標簽，其中深色的代表位于頻率沖突域之中，淺色的位于頻率沖突域之外。
圖2是閱讀器與標簽之間的兩種交互方式，描述了閱讀器與標簽之間的交互方式Inventory 與 Select 協(xié)議過程。
圖3是頻率波動示意圖，當多個閱讀器的詢問命令在同一個時隙內(nèi)到達時，閱讀器沖突便會出現(xiàn)。此刻，標簽可能拒絕其中一條詢問命令，也有可能同時拒絕多條命令，不同的時刻表現(xiàn)不盡相同。因此，頻率波動便會出現(xiàn)，如圖3所示。
圖4是閱讀器網(wǎng)絡(luò)的著色方案，是對閱讀器網(wǎng)絡(luò)進行著色的方案圖。
圖5是自適應(yīng)調(diào)度原理圖，圖中，假設(shè)目標沿著綠色的軌跡移動，對應(yīng)的受影響的標簽序列標記為紅色。因此，按照自適應(yīng)調(diào)度模型，根據(jù)目標的動態(tài)移動方向，閱讀器的調(diào)度次序依次為A —B —F —J —K。
圖6是標簽抽樣原理圖，假設(shè)在一臺閱讀器的標簽識別范圍內(nèi)部署有26個參考標簽，依次命名為A到Z。當不采取任何標簽抽樣策略時，為完成一個抽樣周期，閱讀器按照線性時間順序依次訪問A到Z，共計花費26個時間單元。
圖7靜態(tài)抽樣執(zhí)行流程圖。
圖8是閱讀器分時調(diào)度執(zhí)行流程圖。
圖9是參考標簽抽樣及頻率異常處理執(zhí)行流程圖。
圖10目標追蹤執(zhí)行流程圖。
【主權(quán)項】
1.一種基于RFID閱讀器自適應(yīng)調(diào)度的無設(shè)備目標追蹤方法，其特征在于: 該方法是指一種自適應(yīng)RFID閱讀器網(wǎng)絡(luò)調(diào)度方法，該方法將閱讀器覆蓋區(qū)域劃分為頻率沖突域和頻率非沖突域，采用靜態(tài)抽樣與動態(tài)追蹤抽樣相結(jié)合的方式，最小化閱讀器之間的干擾，并且利用可中斷調(diào)度抽樣方法，減小抽樣標簽數(shù)量，縮短追蹤周期，該方法實現(xiàn)了各種在基于RFID監(jiān)控場景中，對無設(shè)備目標進行準確高效的追蹤。2.如權(quán)利要求1所述，自適應(yīng)調(diào)度是指其能夠根據(jù)監(jiān)控環(huán)境的實時變化采取相應(yīng)的調(diào)度策略，即在沒有目標進入監(jiān)控環(huán)境時，采用靜態(tài)抽樣模式，閱讀器根據(jù)頻率沖突分時抽樣參考標簽，實時監(jiān)控二維場景；當有目標進入場景中時，改變閱讀器調(diào)度策略，進入動態(tài)追蹤抽樣模式，此時目標經(jīng)過區(qū)域的閱讀器具有最高調(diào)度優(yōu)先級，做到對無設(shè)備目標的實時追足示O3.如權(quán)利要求1所述，無設(shè)備目標是在RFID定位場景中，未攜帶閱讀器或者標簽的待定位或追蹤的目標。4.如權(quán)利要求1所述，頻率沖突域是指多個閱讀器或者一個閱讀器的多個天線之間的頻率覆蓋域之間存在重疊，進而出現(xiàn)標簽訪問沖突的區(qū)域，頻率沖突域是頻率覆蓋域的子集；而頻率覆蓋域是指閱讀器功率能夠覆蓋到該區(qū)域，但不能檢測到該區(qū)域內(nèi)的標簽，也不能與它們進行通信的區(qū)域。5.如權(quán)利要求1所述，靜態(tài)抽樣模式采用一種基于時間的線性調(diào)度方法，靜態(tài)抽樣模型的整個過程如下: (1)將標簽陣列分為兩部分，一部分位于頻率沖突域中，另一部分不在頻率沖突域中； (2)令所有閱讀器并行工作，抽樣不在頻率沖突域中的標簽； (3)對閱讀器網(wǎng)絡(luò)進行分階段調(diào)度，完成抽樣工作，減小碰撞。6.如權(quán)利要求1所述，動態(tài)追蹤抽樣模式是指當閱讀器網(wǎng)絡(luò)中的某臺閱讀器檢測到某些參考標簽的頻率出現(xiàn)異常時，將靜態(tài)抽樣模式修改為追蹤抽樣的模式，該抽樣模式由如下3步組成: (1)停止抽樣模式，使所有閱讀器工作在靜態(tài)抽樣模式中的階段2，然后將頻率沖突域中的參考標簽放入檢測到頻率異常的閱讀器抽樣隊列中，記錄該隊列中出現(xiàn)頻率變化的標簽i及其頻率變化值Δ fi ； (2)當該閱讀器的標簽檢測域內(nèi)所有標簽頻率恢復(fù)正常后，從抽樣隊列中移除頻率沖突域內(nèi)的參考標簽，然后選擇與該閱讀器共享最后恢復(fù)頻率的參考標簽對應(yīng)的閱讀器鄰居，重復(fù)執(zhí)行步驟1，當所有的閱讀器抽樣頻率均恢復(fù)正常后，跳轉(zhuǎn)到步驟3 ; (3)恢復(fù)靜態(tài)抽樣模式。7.如權(quán)利要求1所述，可中斷調(diào)度抽樣方法是指根據(jù)目標影響范圍的區(qū)域性特點，優(yōu)化抽樣機制的方法，假設(shè)檢測到參考標簽D是離移動目標最近的標簽，A是上一個抽樣周期中離移動目標最近的參考標簽，認定該目標的移動方向為A0D，因此選擇I (沿AdiD直線方向上的且距離D最近的一個參考標簽)作為下一抽樣周期的最初抽樣標簽；接下來則沿逆時針方向，依次進行抽樣，隨后是更外一層，以此類推，當某一圈內(nèi)所有標簽均未出現(xiàn)頻率異常時，停止后面的抽樣工作，否則繼續(xù)直至完成對標簽檢測域內(nèi)所有標簽的抽樣。
【專利摘要】本發(fā)明提出一種基于RFID閱讀器自適應(yīng)調(diào)度的無設(shè)備目標追蹤方法。將閱讀器覆蓋區(qū)域劃分為頻率沖突域和頻率非沖突域，采用靜態(tài)抽樣與追蹤抽樣相結(jié)合的方式，最小化閱讀器之間的干擾，實時追蹤移動目標。解決了多個閱讀器之間存在標簽訪問沖突，進而導(dǎo)致標簽掃描頻率不穩(wěn)定，造成目標追蹤丟失等問題。應(yīng)用在基于RFID監(jiān)控場景中，實現(xiàn)了對無設(shè)備目標進行準確高效的追蹤。
【IPC分類】G06K7/00
【公開號】CN105117669
【申請?zhí)枴緾N201510237010
【發(fā)明人】周世杰, 羅嘉慶, 張文清, 程紅蓉, 駱駿, 謝寧波, 孫立軍
【申請人】電子科技大學(xué)
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年5月12日