眾所周知,RFID系統(tǒng)由電子標簽(tag)、讀寫器( reader)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)構成。RFID電子標簽具有3種類型:主動、被動和半主動,被動標簽具有成本低的特點,因而應用廣泛。下面我們的研究范圍為被動標簽。被動標簽在應用時,需要適當?shù)囊?guī)劃來進行讀寫器的部署,RFID部署直接影響著超高頻讀寫器網(wǎng)絡的覆蓋和識別效果。合理有效的讀寫器部署方案可以減少網(wǎng)絡搭建時間,全面覆蓋目的區(qū)域;可以減少讀寫器之間的干擾,適應網(wǎng)絡的變化,保證整個網(wǎng)絡的讀取率。
讀寫器組網(wǎng)有以下特點:
1、RFID網(wǎng)絡系統(tǒng)結構呈現(xiàn)嚴重的非對稱性,無源電子標簽的性能比較弱,標簽之間無法互相通信, 無源標簽無法主動發(fā)送通信信號,只能通過反向散射方式與讀寫器進行通信。
2、RFID系統(tǒng)中的無線傳輸環(huán)境相當復雜,多數(shù)情況下, RFID系統(tǒng)工作在室內(nèi)環(huán)境,此時必須考慮多徑衰減效應。同時,讀寫器—標簽通信的典型距離小于10m,屬于短距離通信。由于射頻信號的本質(zhì)特性,并且為了保證覆蓋,讀寫器識別區(qū)域之間的交叉不可避免。在已有的無線蜂窩網(wǎng)絡優(yōu)化模型基礎上,根據(jù)RFID系統(tǒng)的特性,提出了一種讀寫器網(wǎng)絡部署的離散模型r=(site,antenna,TIlt,Au),其中TIlt表示天線傾斜角,Au表示衰減。在覆蓋約束、標簽反射信號約束、最小化成本約束、最小化干擾約束的情況下,采用遺傳算法來求最優(yōu)解。這些參考文獻未考慮有手持式讀寫器存在的情況下讀寫器網(wǎng)絡的部署問題。
讀寫器協(xié)調(diào)的目的是保證整個系統(tǒng)的通信需求, 主要避免讀寫器沖突以及控制功率。讀寫器沖突是指由一個讀寫器檢測到的由另一個讀寫器引起的干擾, 包含兩種情況: 讀寫器頻率沖突和標簽沖突。讀寫器頻率沖突發(fā)生在兩個或兩個以上讀寫器同時使用相同的頻率與標簽通信時;標簽沖突是指兩個或更多讀寫器同時與一個標簽通信時發(fā)生的沖突。
讀寫器沖突的特點如下:無源標簽的低性能特性,使其在與多個讀寫器通信過程中無法發(fā)揮防沖突作用;讀寫器沖突在超高頻手持機大量使用時,會大大加劇。在包含手持式讀寫器的讀寫器網(wǎng)絡中,讀寫器沖突以及變化的拓撲結構是其顯著特點,也是從發(fā)展角度研究讀寫器網(wǎng)絡部署必須解決的問題。以前對讀寫器網(wǎng)絡部署的研究一般是針對固定讀寫器,因此, 沒有太多考慮包含移動讀寫器的情況。包含手持式讀寫器的讀寫器網(wǎng)絡部署涉及到移動和固定讀寫器的數(shù)量、手持式讀寫器的運動線路和運動速度、手持式讀寫器的運動引起的固定讀寫器的拓撲結構變化、手持式讀寫器的周期性覆蓋范圍的判定等。覆蓋時的功率控制也是包含手持式讀寫器的讀寫器網(wǎng)絡部署的研究方向。手持式讀寫器一般靠電池提供電源, 這就使得節(jié)能問題顯得很重要, 并且進行功率控制也可以減少讀寫器間的干擾。
超高頻讀寫器之間的協(xié)調(diào)
目前,讀寫器網(wǎng)絡結構的改進有兩種趨勢:一種是學習算法基于多層結構,實用性不高。讀寫器的功能, 讀寫器間相互不能通信,依靠集中控制器(系統(tǒng))來進行協(xié)調(diào)。對于這種網(wǎng)絡,讀寫器間的協(xié)調(diào)類似于無線蜂窩系統(tǒng)中的頻率分配及功率控制問題,今后的研究方向是綜合考慮頻譜、時間及空間資源,根據(jù)實際應用中的通信需求,采用組合優(yōu)化的方法來進行解決。
另一種是增強讀寫器的功能,依靠讀寫器本身來進行讀寫器間協(xié)調(diào)。這種網(wǎng)絡類似于傳感器網(wǎng)絡和ad hoc網(wǎng)絡,可參考這些通信網(wǎng)絡中的協(xié)調(diào)技術,根據(jù)RFID讀寫器網(wǎng)絡的特點,研究用分布式方法來解決讀寫器協(xié)調(diào)問題。對于標簽沖突問題,由于無源標簽的特性,解決方法只能采用時分多址,即有重疊覆蓋范圍的讀寫器只能同時有一個對重疊覆蓋范圍內(nèi)的標簽進行讀寫,這是讀寫器協(xié)調(diào)中必須考慮的。
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