一種基于rfid閱讀器自適應(yīng)調(diào)度的無(wú)設(shè)備目標(biāo)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(wú)設(shè)備目標(biāo)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(dòng)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(biāo)簽數(shù)量，縮短了追蹤周期。應(yīng)用在基于RFID監(jiān)控場(chǎng)景中，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)無(wú)設(shè)備目標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確高效的追蹤。同時(shí)，對(duì)于基于RFID設(shè)備的目標(biāo)追蹤方案，也有積極的借鑒價(jià)值。
【背景技術(shù)】
[0002]無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)(RFID:Rad1 Frequency Identificat1n)是一種基于無(wú)線射頻信號(hào)進(jìn)行通信的技術(shù)，屬于非接觸式自動(dòng)識(shí)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(chǔ)信息量大、一讀多響應(yīng)、較遠(yuǎn)的讀寫距離、可重復(fù)進(jìn)行多次讀寫、讀寫速度快等特性，且可以實(shí)現(xiàn)物品的定位和軌跡追蹤。系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)RFID標(biāo)簽，具有成本低、體積小、信息存儲(chǔ)量大、可多次重復(fù)讀寫、生命周期長(zhǎng)等特點(diǎn)。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(wèn)距離短、信息量小、速度慢等問(wèn)題。RFID與條形碼相比，有著信息量大、訪問(wèn)距離遠(yuǎn)、可多次讀寫、訪問(wèn)速度快等優(yōu)勢(shì)，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(chǎng)新的信息革命，顛覆人們傳統(tǒng)的生活方式。
[0004]在室內(nèi)場(chǎng)景中，射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)憑借其低成本、可重用等優(yōu)點(diǎn)，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(chǎng)景中部署有超高頻RFID閱讀器網(wǎng)絡(luò)，貼有超高頻RFID標(biāo)簽的移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)入該場(chǎng)景后，經(jīng)過(guò)位置的閱讀器會(huì)接收到該標(biāo)簽發(fā)送的標(biāo)識(shí)信息(RSSI)，從而獲得該移動(dòng)目標(biāo)的位置。RFID追蹤技術(shù)有許多應(yīng)用場(chǎng)景，比如醫(yī)院中實(shí)現(xiàn)對(duì)患者的追蹤，大型商場(chǎng)的導(dǎo)航等。
[0005]然而，大量閱讀器部署監(jiān)控場(chǎng)景中，對(duì)每一個(gè)移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行標(biāo)簽捆綁并不可行。閱讀器之間的沖突現(xiàn)象導(dǎo)致無(wú)法對(duì)無(wú)設(shè)備目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤。利用閱讀器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無(wú)設(shè)備目標(biāo)的追蹤過(guò)程中，由于RFID天線傳播模型的特殊性，使得多個(gè)閱讀器之間存在標(biāo)簽訪問(wèn)沖突，而且閱讀器的物理部署方案無(wú)法完全解決此類問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致標(biāo)簽掃描頻率不穩(wěn)定，造成目標(biāo)追蹤丟失。對(duì)于缺乏監(jiān)管的倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境，非法人員便有可乘之機(jī)進(jìn)入禁行場(chǎng)所，為所欲為。因此，需要建立健全基于無(wú)設(shè)備目標(biāo)追蹤的一套高效機(jī)制，解決關(guān)鍵問(wèn)題并集成系統(tǒng)研發(fā)，才能為倉(cāng)儲(chǔ)安全提供有力保障。例如，采用RFID技術(shù)監(jiān)測(cè)一個(gè)未經(jīng)授權(quán)的人員進(jìn)入機(jī)要場(chǎng)所，以及動(dòng)物出行規(guī)律的研究等。
[0006]在RFID定位場(chǎng)景中，將未攜帶閱讀器或者標(biāo)簽的待定位或追蹤的目標(biāo)定義為無(wú)設(shè)備目標(biāo)。研究基于RFID的無(wú)設(shè)備目標(biāo)追蹤技術(shù)，能夠有效地檢測(cè)并跟蹤二維場(chǎng)景中的非法人員。因此，對(duì)無(wú)設(shè)備目標(biāo)進(jìn)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(wú)設(shè)備目標(biāo)追蹤方法，采用自適應(yīng)閱讀器調(diào)度機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)設(shè)備目標(biāo)的追蹤。機(jī)制采用靜態(tài)調(diào)度抽樣和動(dòng)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(biāo)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(chǎng)景中，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)無(wú)設(shè)備目標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確高效的追蹤。同時(shí)，本發(fā)明對(duì)于基于RFID設(shè)備的目標(biāo)追蹤方案，也有積極的借鑒價(jià)值。
[0008]首先完成閱讀器網(wǎng)絡(luò)與參考標(biāo)簽網(wǎng)絡(luò)的部署，選擇合適的“閱讀器一標(biāo)簽”交互方式，對(duì)相關(guān)基準(zhǔn)信息進(jìn)行采樣與保存；然后進(jìn)行靜態(tài)抽樣，在沒(méi)有目標(biāo)進(jìn)入監(jiān)控環(huán)境時(shí)，閱讀器根據(jù)頻率沖突分時(shí)抽樣參考標(biāo)簽，實(shí)時(shí)監(jiān)控二維場(chǎng)景。當(dāng)有目標(biāo)進(jìn)入場(chǎng)景中時(shí)，改變閱讀器調(diào)度策略，進(jìn)入動(dòng)態(tài)追蹤抽樣模式，此時(shí)目標(biāo)經(jīng)過(guò)區(qū)域的閱讀器具有最高調(diào)度優(yōu)先級(jí)，做到對(duì)無(wú)設(shè)備目標(biāo)的實(shí)時(shí)追蹤。
【附圖說(shuō)明】
圖1是覆蓋模型圖，矩形區(qū)域?yàn)榇O(jiān)管區(qū)域，大的虛線圈對(duì)應(yīng)標(biāo)簽檢測(cè)域。小的實(shí)線圈表示參考標(biāo)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(biāo)簽之間的兩種交互方式，描述了閱讀器與標(biāo)簽之間的交互方式Inventory 與 Select 協(xié)議過(guò)程。
圖3是頻率波動(dòng)示意圖，當(dāng)多個(gè)閱讀器的詢問(wèn)命令在同一個(gè)時(shí)隙內(nèi)到達(dá)時(shí)，閱讀器沖突便會(huì)出現(xiàn)。此刻，標(biāo)簽可能拒絕其中一條詢問(wèn)命令，也有可能同時(shí)拒絕多條命令，不同的時(shí)刻表現(xiàn)不盡相同。因此，頻率波動(dòng)便會(huì)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(duì)閱讀器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)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(biāo)沿著綠色的軌跡移動(dòng)，對(duì)應(yīng)的受影響的標(biāo)簽序列標(biāo)記為紅色。因此，按照自適應(yīng)調(diào)度模型，根據(jù)目標(biāo)的動(dòng)態(tài)移動(dòng)方向，閱讀器的調(diào)度次序依次為A —B —F —J —K。
圖6是標(biāo)簽抽樣原理圖，假設(shè)在一臺(tái)閱讀器的標(biāo)簽識(shí)別范圍內(nèi)部署有26個(gè)參考標(biāo)簽，依次命名為A到Z。當(dāng)不采取任何標(biāo)簽抽樣策略時(shí)，為完成一個(gè)抽樣周期，閱讀器按照線性時(shí)間順序依次訪問(wèn)A到Z，共計(jì)花費(fèi)26個(gè)時(shí)間單元。
圖7靜態(tài)抽樣執(zhí)行流程圖。
圖8是閱讀器分時(shí)調(diào)度執(zhí)行流程圖。
圖9是參考標(biāo)簽抽樣及頻率異常處理執(zhí)行流程圖。
圖10目標(biāo)追蹤執(zhí)行流程圖。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于RFID閱讀器自適應(yīng)調(diào)度的無(wú)設(shè)備目標(biāo)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(dòng)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(biāo)簽數(shù)量，縮短追蹤周期，該方法實(shí)現(xiàn)了各種在基于RFID監(jiān)控場(chǎng)景中，對(duì)無(wú)設(shè)備目標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)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(shí)時(shí)變化采取相應(yīng)的調(diào)度策略，即在沒(méi)有目標(biāo)進(jìn)入監(jiān)控環(huán)境時(shí)，采用靜態(tài)抽樣模式，閱讀器根據(jù)頻率沖突分時(shí)抽樣參考標(biāo)簽，實(shí)時(shí)監(jiān)控二維場(chǎng)景；當(dāng)有目標(biāo)進(jìn)入場(chǎng)景中時(shí)，改變閱讀器調(diào)度策略，進(jìn)入動(dòng)態(tài)追蹤抽樣模式，此時(shí)目標(biāo)經(jīng)過(guò)區(qū)域的閱讀器具有最高調(diào)度優(yōu)先級(jí)，做到對(duì)無(wú)設(shè)備目標(biāo)的實(shí)時(shí)追足示O3.如權(quán)利要求1所述，無(wú)設(shè)備目標(biāo)是在RFID定位場(chǎng)景中，未攜帶閱讀器或者標(biāo)簽的待定位或追蹤的目標(biāo)。4.如權(quán)利要求1所述，頻率沖突域是指多個(gè)閱讀器或者一個(gè)閱讀器的多個(gè)天線之間的頻率覆蓋域之間存在重疊，進(jìn)而出現(xiàn)標(biāo)簽訪問(wèn)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(cè)到該區(qū)域內(nèi)的標(biāo)簽，也不能與它們進(jìn)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(shí)間的線性調(diào)度方法，靜態(tài)抽樣模型的整個(gè)過(guò)程如下: (1)將標(biāo)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(biāo)簽； (3)對(duì)閱讀器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)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(dòng)態(tài)追蹤抽樣模式是指當(dāng)閱讀器網(wǎng)絡(luò)中的某臺(tái)閱讀器檢測(cè)到某些參考標(biāo)簽的頻率出現(xiàn)異常時(shí)，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(biāo)簽放入檢測(cè)到頻率異常的閱讀器抽樣隊(duì)列中，記錄該隊(duì)列中出現(xiàn)頻率變化的標(biāo)簽i及其頻率變化值Δ fi ； (2)當(dāng)該閱讀器的標(biāo)簽檢測(cè)域內(nèi)所有標(biāo)簽頻率恢復(fù)正常后，從抽樣隊(duì)列中移除頻率沖突域內(nèi)的參考標(biāo)簽，然后選擇與該閱讀器共享最后恢復(fù)頻率的參考標(biāo)簽對(duì)應(yīng)的閱讀器鄰居，重復(fù)執(zhí)行步驟1，當(dāng)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(biāo)影響范圍的區(qū)域性特點(diǎn)，優(yōu)化抽樣機(jī)制的方法，假設(shè)檢測(cè)到參考標(biāo)簽D是離移動(dòng)目標(biāo)最近的標(biāo)簽，A是上一個(gè)抽樣周期中離移動(dòng)目標(biāo)最近的參考標(biāo)簽，認(rèn)定該目標(biāo)的移動(dòng)方向?yàn)锳0D，因此選擇I (沿AdiD直線方向上的且距離D最近的一個(gè)參考標(biāo)簽)作為下一抽樣周期的最初抽樣標(biāo)簽；接下來(lái)則沿逆時(shí)針?lè)较?，依次進(jìn)行抽樣，隨后是更外一層，以此類推，當(dāng)某一圈內(nèi)所有標(biāo)簽均未出現(xiàn)頻率異常時(shí)，停止后面的抽樣工作，否則繼續(xù)直至完成對(duì)標(biāo)簽檢測(cè)域內(nèi)所有標(biāo)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(wú)設(shè)備目標(biāo)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(shí)時(shí)追蹤移動(dòng)目標(biāo)。解決了多個(gè)閱讀器之間存在標(biāo)簽訪問(wèn)沖突，進(jìn)而導(dǎo)致標(biāo)簽掃描頻率不穩(wěn)定，造成目標(biāo)追蹤丟失等問(wèn)題。應(yīng)用在基于RFID監(jiān)控場(chǎng)景中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)無(wú)設(shè)備目標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確高效的追蹤。
【IPC分類】G06K7/00
【公開號(hào)】CN105117669
【申請(qǐng)?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(qǐng)人】電子科技大學(xué)
【公開日】2015年12月2日
【申請(qǐng)日】2015年5月12日