一種基于rfid閱讀器自適應調度的無設備目標追蹤方法
【技術領域】
[0001]本發明提出一種基于RFID閱讀器自適應調度的無設備目標追蹤方法。該方法將閱讀器覆蓋區域劃分為頻率沖突域和頻率非沖突域，采用靜態抽樣與動態追蹤抽樣相結合的方式，最小化閱讀器之間的干擾，并且利用可中斷調度抽樣方法，減小了抽樣標簽數量，縮短了追蹤周期。應用在基于RFID監控場景中，能夠實現對無設備目標進行準確高效的追蹤。同時，對于基于RFID設備的目標追蹤方案，也有積極的借鑒價值。
【背景技術】
[0002]無線射頻識別技術(RFID:Rad1 Frequency Identificat1n)是一種基于無線射頻信號進行通信的技術，屬于非接觸式自動識別技術范疇。與已經廣泛使用的條形碼技術相比，RFID技術具有存儲信息量大、一讀多響應、較遠的讀寫距離、可重復進行多次讀寫、讀寫速度快等特性，且可以實現物品的定位和軌跡追蹤。系統中的數據存儲介質RFID標簽，具有成本低、體積小、信息存儲量大、可多次重復讀寫、生命周期長等特點。如今，在門禁、超市、物流、汽車、公交等領域，已經隨處可見RFID的身影，隨著信息技術的發展，RFID技術必將得到更加廣泛的應用。
[0003]RFID在應用領域，最初的出現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、訪問速度快等優勢，且隨著技術的發展，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，顛覆人們傳統的生活方式。
[0004]在室內場景中，射頻識別(RFID)技術憑借其低成本、可重用等優點，被廣泛應用于定位和追蹤領域。基于RFID的定位追蹤原理是:在二維場景中部署有超高頻RFID閱讀器網絡，貼有超高頻RFID標簽的移動目標進入該場景后，經過位置的閱讀器會接收到該標簽發送的標識信息(RSSI)，從而獲得該移動目標的位置。RFID追蹤技術有許多應用場景，比如醫院中實現對患者的追蹤，大型商場的導航等。
[0005]然而，大量閱讀器部署監控場景中，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象導致無法對無設備目標進行實時追蹤。利用閱讀器網絡進行無設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，進而導致標簽掃描頻率不穩定，造成目標追蹤丟失。對于缺乏監管的倉儲環境，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備目標追蹤的一套高效機制，解決關鍵問題并集成系統研發，才能為倉儲安全提供有力保障。例如，采用RFID技術監測一個未經授權的人員進入機要場所，以及動物出行規律的研究等。
[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備目標。研究基于RFID的無設備目標追蹤技術，能夠有效地檢測并跟蹤二維場景中的非法人員。因此，對無設備目標進行追蹤研究，具有重要的意義。

【發明內容】

[0007]本發明提出一種基于RFID閱讀器自適應調度的無設備目標追蹤方法，采用自適應閱讀器調度機制，實現對無設備目標的追蹤。機制采用靜態調度抽樣和動態追蹤抽樣相結合的閱讀器調度方式，有效地減小了閱讀器之間的干擾。利用可中斷調度抽樣方法，減小了抽樣標簽數量，縮短了追蹤周期。本發明應用在基于RFID監控場景中，能夠實現對無設備目標進行準確高效的追蹤。同時，本發明對于基于RFID設備的目標追蹤方案，也有積極的借鑒價值。
[0008]首先完成閱讀器網絡與參考標簽網絡的部署，選擇合適的“閱讀器一標簽”交互方式，對相關基準信息進行采樣與保存；然后進行靜態抽樣，在沒有目標進入監控環境時，閱讀器根據頻率沖突分時抽樣參考標簽，實時監控二維場景。當有目標進入場景中時，改變閱讀器調度策略，進入動態追蹤抽樣模式，此時目標經過區域的閱讀器具有最高調度優先級，做到對無設備目標的實時追蹤。
【附圖說明】
圖1是覆蓋模型圖，矩形區域為待監管區域，大的虛線圈對應標簽檢測域。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到達時，閱讀器沖突便會出現。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，不同的時刻表現不盡相同。因此，頻率波動便會出現，如圖3所示。
圖4是閱讀器網絡的著色方案，是對閱讀器網絡進行著色的方案圖。
圖5是自適應調度原理圖，圖中，假設目標沿著綠色的軌跡移動，對應的受影響的標簽序列標記為紅色。因此，按照自適應調度模型，根據目標的動態移動方向，閱讀器的調度次序依次為A —B —F —J —K。
圖6是標簽抽樣原理圖，假設在一臺閱讀器的標簽識別范圍內部署有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靜態抽樣執行流程圖。
圖8是閱讀器分時調度執行流程圖。
圖9是參考標簽抽樣及頻率異常處理執行流程圖。
圖10目標追蹤執行流程圖。
【主權項】
1.一種基于RFID閱讀器自適應調度的無設備目標追蹤方法，其特征在于: 該方法是指一種自適應RFID閱讀器網絡調度方法，該方法將閱讀器覆蓋區域劃分為頻率沖突域和頻率非沖突域，采用靜態抽樣與動態追蹤抽樣相結合的方式，最小化閱讀器之間的干擾，并且利用可中斷調度抽樣方法，減小抽樣標簽數量，縮短追蹤周期，該方法實現了各種在基于RFID監控場景中，對無設備目標進行準確高效的追蹤。2.如權利要求1所述，自適應調度是指其能夠根據監控環境的實時變化采取相應的調度策略，即在沒有目標進入監控環境時，采用靜態抽樣模式，閱讀器根據頻率沖突分時抽樣參考標簽，實時監控二維場景；當有目標進入場景中時，改變閱讀器調度策略，進入動態追蹤抽樣模式，此時目標經過區域的閱讀器具有最高調度優先級，做到對無設備目標的實時追足示O3.如權利要求1所述，無設備目標是在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，進而出現標簽訪問沖突的區域，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域，但不能檢測到該區域內的標簽，也不能與它們進行通信的區域。5.如權利要求1所述，靜態抽樣模式采用一種基于時間的線性調度方法，靜態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)對閱讀器網絡進行分階段調度，完成抽樣工作，減小碰撞。6.如權利要求1所述，動態追蹤抽樣模式是指當閱讀器網絡中的某臺閱讀器檢測到某些參考標簽的頻率出現異常時，將靜態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所有標簽頻率恢復正常后，從抽樣隊列中移除頻率沖突域內的參考標簽，然后選擇與該閱讀器共享最后恢復頻率的參考標簽對應的閱讀器鄰居，重復執行步驟1，當所有的閱讀器抽樣頻率均恢復正常后，跳轉到步驟3 ; (3)恢復靜態抽樣模式。7.如權利要求1所述，可中斷調度抽樣方法是指根據目標影響范圍的區域性特點，優化抽樣機制的方法，假設檢測到參考標簽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，當某一圈內所有標簽均未出現頻率異常時，停止后面的抽樣工作，否則繼續直至完成對標簽檢測域內所有標簽的抽樣。
【專利摘要】本發明提出一種基于RFID閱讀器自適應調度的無設備目標追蹤方法。將閱讀器覆蓋區域劃分為頻率沖突域和頻率非沖突域，采用靜態抽樣與追蹤抽樣相結合的方式，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，進而導致標簽掃描頻率不穩定，造成目標追蹤丟失等問題。應用在基于RFID監控場景中，實現了對無設備目標進行準確高效的追蹤。
【IPC分類】G06K7/00
【公開號】CN105117669
【申請號】CN201510237010
【發明人】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
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年5月12日