CN103049719B - 射频识别***中读取大规模标签的***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种射频识别***中读取大规模标签的***及方法，该方法包括如下步骤：根据各电子标签的位置，为各电子标签找到最近的读写器候选位置，并加入到一读写器候选位置集合中；遍历所有候选位置，为读写器选取能读写所有标签的最小功率；在候选位置中寻找一条从出发点开始遍历所有候选位置到达终点的最短路径；判断该最短路径是否在读写器的最大行动距离限制之内，若是，则该最短路径为结果，结束本流程，否则进入下一步骤；选取一个候选位置删除；为删除的候选位置对应的电子标签重新选择最近的候选位置，加入到该读写器候选位置集合中重复本流程，通过本发明，可使读写器在一定的移动距离限制下以最小的能耗读取大规模的RFID标签。
Description
技术领域
本发明关于一种射频识别***中读取大规模标签的***及方法，特别是涉及一种射频识别***中以低能耗读取大规模标签的***及方法。
背景技术
射频识别是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别***与特定目标之间建立机械或光学接触。近几年，射频识别已经应用到了生活的诸多领域，如物流，图书馆，以及大型超市，用来跟踪和识别货物、图书、商品等。射频识别***一般由两部分组成，读写器(Reader)和电子标签(Tag)。电子标签分为两种，一种是被动的，即凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息，另一种是主动的，即能由标签主动发送某一频率的信号。应用在商品上的多为被动的电子标签。一方面被动的电子标签需要读写器来提供能量，另一方面，现在广泛使用的读写器是手持的以电池供电的，故当需要在大规模的范围读取电子标签时，读写器的能耗会成为一个问题。
现在广泛应用的读取RFID的协议是EPC C1G2协议。其流程如图1所示。
1.读写器发送Query命令，并传送一个Q值。
2.标签收到Query命令，将一个[0，2Q-1]之间的随机数写入自己的计数器。
3.读写器循环2Q次，每次发送一个QueryResp命令。
4.标签收到QueryResp则计数器-1，若计数器为0则应答。
5.读写器若收到一个唯一的应答则返回ACK。
6.收到ACK的标签返回自己的ID。
7.若在2Q-1个时隙中发生了冲突，则会估算Q值并开始下一轮。
通过调研发现，一些研究通过减少产生冲突的时隙数目来减少能耗，如发表于INFOCOM 2010的《Energy efficient algorithms for the rfid estimationproblem》，这种方法需要改变现有的RFID协议，费时费力。另一些传感器网络中的研究研究了通过移动汇节点减少能耗的问题，如发表于TPDS 2007的《Sencar：an energy-efficient data gathering mechanism for large-scale multihopsensor networks》。但一方面传感器网络多是多跳的，通过减少跳数来减少能耗，这在只能一跳的射频识别***中不行。另一方面传感器网络里需要考虑每个节点的能耗，而射频识别***的能耗集中在读写器。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明之目的在于提供一种射频识别***中读取大规模标签的***及方法，其能够使读写器在一定的移动距离限制下以最小的能耗读取大规模的RFID标签。
为达上述及其它目的，本发明提供了一种射频识别***中读取大规模标签的***，用于包含读写器及多个电子标签的射频识别***中，至少包括：
候选位置获取模组，根据各电子标签的位置，为各电子标签找到最近的读写器候选位置，加入到一读写器候选位置集合中；
最小功率选取模组，用于遍历所有候选位置，为该读写器选取能读写所有标签的最小功率；
最短路径获取模组，在候选位置中寻找一条从出发点开始遍历所有候选位置到达终点的最短路径；
路径判断模组，判断该最短路径是否在该读写器的最大行动距离限制之内，若是，则该最短路径为结果，否则启动候选位置删除模组；
候选位置删除模组，选取一个候选位置删除；以及
重选模组，为删除的候选位置对应的电子标签重新选择最近的候选位置，并加入到该读写器候选位置集合中去。
进一步地，该候选位置删除模组以贪心的方式选取一个候选位置删除。
进一步地，删除的候选位置的选点要使得能量的增量尽可能少，而路径长度的减少尽可能大。
进一步地，当电子标签的数目较大时，将读写区域按需求等分成小的矩形区域，以小矩形的中心来等效该区域内的所有标签。
进一步地，该射频识别***中的电子标签都是静止不动的。
为达到上述及其他目的，本发明还提供一种射频识别***中读取大规模标签的方法，用于包含读写器及多个电子标签的射频识别***中，包括如下步骤：
步骤一，根据各电子标签的位置，为各电子标签找到最近的读写器候选位置，并加入到一读写器候选位置集合中；
步骤二，遍历所有候选位置，为读写器选取能读写所有标签的最小功率；
步骤三，在候选位置中寻找一条从出发点开始遍历所有候选位置到达终点的最短路径；
步骤四，判断该最短路径是否在读写器的最大行动距离限制之内，若是，则该最短路径为结果，结束本流程，否则进入步骤五；
步骤五，选取一个候选位置删除；
步骤六，为删除的候选位置对应的电子标签重新选择最近的候选位置，加入到该读写器候选位置集合中，重复步骤一至步骤六。
进一步地，于步骤五中，以贪心的方式选取一个候选位置删除。
进一步地，删除的候选位置的选择要使得能量的增量尽可能少，而路径长度的减少尽可能大。
进一步地，于步骤一之前还包括当电子标签的数目较大时，将读写区域按需求等分成小的矩形区域，以小矩形的中心来等效该区域内的所有标签的步骤。
进一步地，该射频识别***中的电子标签都是静止不动的。
与现有技术相比，本发明一种射频识别***中读取大规模标签的***及方法通过为各电子标签找到最近的读写器候选位置，遍历这些位置获得能够以最少的能量读取所有标签的最短路径，并对最短路径与读写器的最大行动距离限制进行比较，于超出最大行动距离限制时删除一候选位置并重新选取候选位置，实现了使读写器能在一定移动距离限制下以最小的能耗读取大规模的电子标签的目的。
附图说明
图1为现有技术的EPC C1G2协议的流程图；
图2为本发明一种射频识别***中读取大规模标签的***的***架构图；
图3为本发明一种射频识别***中读取大规模标签的方法的步骤流程图；
图4为本发明一种射频识别***中读取大规模标签的方法之较佳实施例的步骤流程图；
图5为本发明与现有算法Sencar仿真对比结果示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图2为本发明一种射频识别***中读取大规模标签的***的***架构图。如图2所示，本发明一种射频识别***中读取大规模标签的***，用于包含读写器及多个电子标签的射频识别***，其至少包括：候选位置获取模组20、最小功率选取模组21、最短路径获取模组22、路径判断模组23、候选位置删除模组24以及重选模组25。
其中候选位置获取模组20根据各电子标签的位置，为各电子标签找到最近的读写器候选位置，加入到一读写器候选位置集合中；最小功率选取模组21，用于遍历所有候选位置，为读写器选取能读写所有标签的最小功率；最短路径获取模组22，在候选位置中寻找一条从出发点开始遍历所有候选位置到达终点的最短路径；路径判断模组23，用于判断该最短路径是否在该读写器的最大行动距离限制之内，若是，则此路径为结果，否则启动候选位置删除模组24；候选位置删除模组24，用于以贪心的方式选取一个候选位置删除，删除的候选位置的选点以使得能量的增量尽可能少，而路径长度的减少尽可能大为宜；重选模组25，为删除的候选位置对应的电子标签重新选择最近的候选位置，并加入到候选位置获取模组20的读写器候选位置集合中去。
图3为本发明一种射频识别***中读取大规模标签的方法的步骤流程图。如图3所示，本发明一种射频识别***中读取大规模标签的方法，用于包含读写器及多个电子标签的射频识别***，包括如下步骤：
步骤301，根据各电子标签的位置，为各电子标签找到最近的读写器候选位置，并加入到一读写器候选位置集合中；
步骤302，遍历所有候选位置，为读写器选取能读写所有标签的最小功率；
步骤303，在候选位置中寻找一条从出发点开始遍历所有候选位置到达终点的最短路径，出发点可为预先指定的候选位置中的任一候选位置；
步骤304，判断该最短路径是否在读写器的最大行动距离限制之内，若是，则此路径为结果，结束本流程，否则进入步骤305；
步骤305，选取一个候选位置删除，删除的候选位置的选点以使得能量的增量尽可能少，而路径长度的减少尽可能大为宜；
步骤306，为删除的候选位置对应的电子标签重新选择最近的候选位置，加入到读写器候选位置集合中，重复步骤301至步骤306。
较佳地，当电子标签的数目较大时，可以将读写区域按需求等分成小的矩形区域，以小矩形的中心来等效该区域内的所有标签。
图4为本发明一种射频识别***中读取大规模标签的方法之较佳实施例的步骤流程图。以下将配合图4对本发明进一步说明。在本发明较佳实施例中，本发明所应用之射频识别***有以下设定：射频识别***中所有的电子标签都是静止不动的，读写电子标签用的协议是目前常用的EPC C1G2，因而读写所有电子标签的时间近似与标签数目成线性关系，读写器有最大行动距离的限制，设为D。根据图4，本发明之射频识别***中读取大规模标签的方法，包括如下步骤：
(1)所有读写器候选位置的标签集合Ci设为空。
(2)为所有的电子标签找到最近的读写器候选位置，标签加入对应的Ci中。
(3)在第i个候选位置，为读写器选取能读取Ci中所有标签的最小功率Pi。
(4)在候选位置中寻找一条从出发点开始遍历所有候选位置到达终点的最短路径。记路径长度为L。
(5)若L＜D，此路径即为结果，退出算法。
(6)否则，选取一个候选位置删除。选点方法为，选取候选位置j使得ΔE/ΔL(能量)增加最小，路径长度的减少最大。
(7)为Cj中标签重新选择最近的候选位置，加入到对应的标签集合中去。重复(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)。
本发明之较佳实施例的仿真实验结果见图5。和现有的算法Sencar相比，可见本发明能以更少的能量读取所有的标签。
综上所述，本发明一种射频识别***中读取大规模标签的***及方法通过为各电子标签找到最近的读写器候选位置，遍历这些位置获得能够以最少的能量读取所有标签的最短路径，并对最短路径与读写器的最大行动距离限制进行比较，于超出最大行动距离限制时删除一候选位置并重新选取候选位置，实现了使读写器能在一定移动距离限制下以最小的能耗读取大规模的电子标签的目的。与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明所述的以低能耗的方式读取大规模标签的算法是多项式时间复杂度的，因而能够扩展到大规模的射频标签网络。
(2)通过划分区域，本发明的运算时间与射频标签的数目无关，而与划分的粒度有关，因而可以适用于大规模的射频标签网络。
(3)本发明所述的是通过规划行动路径和读写器功率大小来实现低能耗的方法，因而与现有的协议与设备兼容。
本发明适用于任意一个静态的射频标签网，通过仿真实验的实验结果证明了本发明的可靠性和优越性。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。
Claims (9)
1.一种射频识别***中读取大规模标签的***，用于包含读写器及多个电子标签的射频识别***中，该射频识别***中的电子标签都是静止不动的，至少包括：
候选位置获取模组，根据各电子标签的位置，为各电子标签找到最近的读写器候选位置，加入到一读写器候选位置集合中；
最小功率选取模组，用于遍历所有候选位置，为该读写器选取能读写所有标签的最小功率；
最短路径获取模组，在候选位置中寻找一条从出发点开始遍历所有候选位置到达终点的最短路径；
路径判断模组，判断该最短路径是否在该读写器的最大行动距离限制之内，若是，则该最短路径为结果，否则启动候选位置删除模组；
候选位置删除模组，选取一个候选位置删除；以及
重选模组，为删除的候选位置对应的电子标签重新选择最近的候选位置，并加入到该读写器候选位置集合中去。
2.如权利要求1所述的一种射频识别***中读取大规模标签的***，其特征在于：该候选位置删除模组以贪心的方式选取一个候选位置删除。
3.如权利要求2所述的一种射频识别***中读取大规模标签的***，其特征在于：删除的候选位置的选点要使得能量的增量尽可能少，而路径长度的减少尽可能大。
4.如权利要求2所述的一种射频识别***中读取大规模标签的***，其特征在于：当电子标签的数目较大时，将读写区域按需求等分成小的矩形区域，以小矩形的中心来等效该区域内的所有标签。
5.如权利要求1所述的一种射频识别***中读取大规模标签的***，其特征在于：该射频识别***中的电子标签都是静止不动的。
6.一种射频识别***中读取大规模标签的方法，用于包含读写器及多个电子标签的射频识别***中，该射频识别***中的电子标签都是静止不动的，包括如下步骤：
步骤一，根据各电子标签的位置，为各电子标签找到最近的读写器候选位置，并加入到一读写器候选位置集合中；
步骤二，遍历所有候选位置，为读写器选取能读写所有标签的最小功率；
步骤三，在候选位置中寻找一条从出发点开始遍历所有候选位置到达终点的最短路径；
步骤四，判断该最短路径是否在读写器的最大行动距离限制之内，若是，则该最短路径为结果，结束本流程，否则进入步骤五；
步骤五，选取一个候选位置删除；
步骤六，为删除的候选位置对应的电子标签重新选择最近的候选位置，加入到该读写器候选位置集合中，重复步骤一至步骤六。
7.如权利要求6所述的一种射频识别***中读取大规模标签的方法，其特征在于：于步骤五中，以贪心的方式选取一个候选位置删除。
8.如权利要求7所述的一种射频识别***中读取大规模标签的方法，其特征在于：删除的候选位置的选择要使得能量的增量尽可能少，而路径长度的减少尽可能大。
9.如权利要求6所述的一种射频识别***中读取大规模标签的方法，其特征在于：于步骤一之前还包括当电子标签的数目较大时，将读写区域按需求等分成小的矩形区域，以小矩形的中心来等效该区域内的所有标签的步骤。
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