关于超高频RFID读写器组网与协调技术的研究

2019-11-15

众所周知,RFID系统由电子标签(tag)、读写器( reader)和数据管理系统构成。RFID电子标签具有3种类型:主动、被动和半主动,被动标签具有成本低的特点,因而应用广泛。下面我们的研究范围为被动标签。被动标签在应用时,需要适当的规划来进行读写器的部署,RFID部署直接影响着超高频读写器网络的覆盖和识别效果。合理有效的读写器部署方案可以减少网络搭建时间,全面覆盖目的区域;可以减少读写器之间的干扰,适应网络的变化,保证整个网络的读取率。



读写器组网有以下特点:

1、RFID网络系统结构呈现严重的非对称性,无源电子标签的性能比较弱,标签之间无法互相通信, 无源标签无法主动发送通信信号,只能通过反向散射方式与读写器进行通信。


2、RFID系统中的无线传输环境相当复杂,多数情况下, RFID系统工作在室内环境,此时必须考虑多径衰减效应。同时,读写器—标签通信的典型距离小于10m,属于短距离通信。由于射频信号的本质特性,并且为了保证覆盖,读写器识别区域之间的交叉不可避免。在已有的无线蜂窝网络优化模型基础上,根据RFID系统的特性,提出了一种读写器网络部署的离散模型r=(site,antenna,TIlt,Au),其中TIlt表示天线倾斜角,Au表示衰减。在覆盖约束、标签反射信号约束、最小化成本约束、最小化干扰约束的情况下,采用遗传算法来求最优解。这些参考文献未考虑有手持式读写器存在的情况下读写器网络的部署问题。



读写器协调的目的是保证整个系统的通信需求, 主要避免读写器冲突以及控制功率。读写器冲突是指由一个读写器检测到的由另一个读写器引起的干扰, 包含两种情况: 读写器频率冲突和标签冲突。读写器频率冲突发生在两个或两个以上读写器同时使用相同的频率与标签通信时;标签冲突是指两个或更多读写器同时与一个标签通信时发生的冲突。

读写器冲突的特点如下:无源标签的低性能特性,使其在与多个读写器通信过程中无法发挥防冲突作用;读写器冲突在超高频手持机大量使用时,会大大加剧。在包含手持式读写器的读写器网络中,读写器冲突以及变化的拓扑结构是其显著特点,也是从发展角度研究读写器网络部署必须解决的问题。以前对读写器网络部署的研究一般是针对固定读写器,因此, 没有太多考虑包含移动读写器的情况。包含手持式读写器的读写器网络部署涉及到移动和固定读写器的数量、手持式读写器的运动线路和运动速度、手持式读写器的运动引起的固定读写器的拓扑结构变化、手持式读写器的周期性覆盖范围的判定等。覆盖时的功率控制也是包含手持式读写器的读写器网络部署的研究方向。手持式读写器一般靠电池提供电源, 这就使得节能问题显得很重要, 并且进行功率控制也可以减少读写器间的干扰。


超高频读写器之间的协调

目前,读写器网络结构的改进有两种趋势:一种是学习算法基于多层结构,实用性不高。读写器的功能, 读写器间相互不能通信,依靠集中控制器(系统)来进行协调。对于这种网络,读写器间的协调类似于无线蜂窝系统中的频率分配及功率控制问题,今后的研究方向是综合考虑频谱、时间及空间资源,根据实际应用中的通信需求,采用组合优化的方法来进行解决。



另一种是增强读写器的功能,依靠读写器本身来进行读写器间协调。这种网络类似于传感器网络和ad hoc网络,可参考这些通信网络中的协调技术,根据RFID读写器网络的特点,研究用分布式方法来解决读写器协调问题。对于标签冲突问题,由于无源标签的特性,解决方法只能采用时分多址,即有重叠覆盖范围的读写器只能同时有一个对重叠覆盖范围内的标签进行读写,这是读写器协调中必须考虑的。


(来源:RFID世界网,侵删)

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