眾所周知,RFID系統由電子標簽(tag)、讀寫器( reader)和數據管理系統構成。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,需要適當的規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絡搭建時間,全面覆蓋目的區域;可以減少讀寫器之間的干擾,適應網絡的變化,保證整個網絡的讀取率。
讀寫器組網有以下特點:
1、RFID網絡系統結構呈現嚴重的非對稱性,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系統中的無線傳輸環境相當復雜,多數情況下, RFID系統工作在室內環境,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特性,并且為了保證覆蓋,讀寫器識別區域之間的交叉不可避免。在已有的無線蜂窩網絡優化模型基礎上,根據RFID系統的特性,提出了一種讀寫器網絡部署的離散模型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絡的部署問題。
讀寫器協調的目的是保證整個系統的通信需求, 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,也是從發展角度研究讀寫器網絡部署必須解決的問題。以前對讀寫器網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絡部署涉及到移動和固定讀寫器的數量、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調
目前,讀寫器網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)來進行協調。對于這種網絡,讀寫器間的協調類似于無線蜂窩系統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,根據實際應用中的通信需求,采用組合優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調。這種網絡類似于傳感器網絡和ad hoc網絡,可參考這些通信網絡中的協調技術,根據RFID讀寫器網絡的特點,研究用分布式方法來解決讀寫器協調問題。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的標簽進行讀寫,這是讀寫器協調中必須考慮的。
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