一種rfid網(wǎng)絡(luò)節(jié)點自適應(yīng)節(jié)能方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，尤其涉及一種RFID網(wǎng)絡(luò)節(jié)點自適應(yīng)節(jié)能方法。
【背景技術(shù)】
[0002] FID(RadioFrequencyIdentification)射頻識別技術(shù)是 20 世紀 90 年代開始興 起的一種自動識別技術(shù)。射頻識別技術(shù)是一項利用射頻信號通過空間耦合（交變磁場或電 磁場）實現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的的技術(shù)。射頻識別系統(tǒng)通常 由電子標簽（射頻標簽）和閱讀器組成。電子標簽內(nèi)存有一定格式的電子數(shù)據(jù)，常以此作 為待識別物品的標識性信息。閱讀器與電子標簽可按約定的通信協(xié)議互傳信息，通常的情 況是由閱讀器向電子標簽發(fā)送命令，電子標簽根據(jù)收到的閱讀器的命令，將內(nèi)存的標識性 數(shù)據(jù)回傳給閱讀器。射頻識別系統(tǒng)的另一主要性能指標是閱讀距離，也稱為作用距離。在 低頻125kHz、高頻13. 56MHz頻點上一般均采用無源標簽，作用距離在10?30厘米左右。 在超高頻UHF頻段，無源標簽的作用距離可達到3?10米。
[0003] RFID典型應(yīng)用包括：在物流領(lǐng)域用于倉庫管理、生產(chǎn)線自動化、日用品銷售；在交 通運輸領(lǐng)域用于集裝箱與包裹管理、高速公路收費與不停車收費；在農(nóng)牧漁業(yè)用于羊群、魚 類、水果等的管理以及寵物、野生動物跟蹤；在醫(yī)療行業(yè)用于藥品生產(chǎn)、病人看護、醫(yī)療垃圾 跟蹤；在制造業(yè)用于零部件與庫存的可視化管理。超高頻和微波RFID射頻識別作用距離 遠，無源標簽便宜而被備受矚目。
[0004] 然而，目前的RFID網(wǎng)絡(luò)大多設(shè)置在人難以經(jīng)常抵達的環(huán)境中，尤其是惡劣的環(huán)境 中，上述環(huán)境會導(dǎo)致能耗顯著增加，這對RFID網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能提出了較高的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的實施方式，提出了一種RFID網(wǎng)絡(luò)節(jié)點自適應(yīng)節(jié)能方法，所述方法包 括：
[0007] A1.按規(guī)劃預(yù)設(shè)RFID節(jié)點；
[0008] A2.確定不標準蜂窩空間以及相鄰節(jié)點組；
[0009]A3.預(yù)定節(jié)點模式分組，重置節(jié)點模式；
[0010]A4.通過模式切換協(xié)議進行節(jié)點模式變更。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的實施方式，所述步驟A1具體包括：
[0012] 設(shè)待感測的規(guī)劃區(qū)域中按規(guī)劃布設(shè)n個RFID節(jié)點，節(jié)點組合表示為S={Sp S2，…，Si，…，Sn}，其中Si表示第i個RFID節(jié)點，同時設(shè)節(jié)點S#對應(yīng)的維度矢量為Li， 維度矢量的分組表示為L={LpL2，…，LJ，每個RFID節(jié)點都具有互相通信、感測的能力， 節(jié)點的最大通信距離為R。，最大感測距離為Rs。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的實施方式，所述步驟A2具體包括：
[0014] 節(jié)點Si所對應(yīng)的不標準蜂窩空間C,的確定方法為：分別連接節(jié)點S,與其周圍節(jié) 點Sy并作每一條線段的中垂線，中垂線相交形成的包含Si在內(nèi)的多邊形區(qū)域即為節(jié)點Si所對應(yīng)的不標準蜂窩空間Ci，與多邊形蜂窩空間(^毗鄰的通信范圍之內(nèi)的多邊形q所包含 的節(jié)點S，卩為Si的相鄰節(jié)點，在不標準蜂窩模型中，每個蜂窩的相鄰個數(shù)都不相同，因此可 確定節(jié)點相鄰節(jié)點組Ni，預(yù)定為：Ni={Sj|CjconnectCi，j= 1，2，…，n}。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的實施方式，所述步驟A3具體包括：
[0016] RFID節(jié)點采用自適應(yīng)多路訪問控制協(xié)議，節(jié)點定時地按照模式切換協(xié)議選擇激活 或失活模式，失活模式時，節(jié)點進入失活模式以節(jié)省電量；激活模式時，節(jié)點感測周圍環(huán)境 并進行相應(yīng)處理；預(yù)定包含n個節(jié)點模式的分組Q為：Q={Qi|QiG{〇, 1}，i= 1，2，…， n}，其中％表示節(jié)點S^勺模式，0和1分別表示該節(jié)點處于失活和激活模式；同時，重置節(jié) 點模式以50 %隨機取0或1。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的實施方式，所述步驟A4具體包括：
[0018] 在節(jié)點感測范圍內(nèi)，背景干擾對節(jié)點Si的效應(yīng)服從單指數(shù)族分布，參數(shù)值為：
[0019] Noise_i=a?eb'dls-\其中dis_i<Rs是節(jié)點Si與感測目標的距離，當dis_i> 艮時，即感測目標不在節(jié)點Si的感測范圍內(nèi)，預(yù)定此時背景干擾的效應(yīng)為無限大；a，b為預(yù) 先設(shè)置的參數(shù)值；
[0020] 對背景干擾因素進行標量轉(zhuǎn)換處理，標量轉(zhuǎn)換的背景干擾為：
[0021]
【主權(quán)項】
1. 一種RFID網(wǎng)絡(luò)節(jié)點自適應(yīng)節(jié)能方法，所述方法包括： Al.按規(guī)劃預(yù)設(shè)RFID節(jié)點； A2.確定不標準蜂窩空間以及相鄰節(jié)點組； A3.預(yù)定節(jié)點模式分組，重置節(jié)點模式； A4.通過模式切換協(xié)議進行節(jié)點模式變更。
2. -種如權(quán)利要求1所述的方法，所述步驟Al具體包括： 設(shè)待感測的規(guī)劃區(qū)域中按規(guī)劃布設(shè)η個RFID節(jié)點，節(jié)點組合表示為S = (S1, S2，…， Si,…，SJ，其中Si表示第i個RFID節(jié)點，同時設(shè)節(jié)點S i所對應(yīng)的維度矢量為L i，維度矢 量的分組表示為L = IL1, L2，…，Lj，每個RFID節(jié)點都具有互相通信、感測的能力，節(jié)點的 最大通信距離為R。，最大感測距離為R s。
3. -種如權(quán)利要求2所述的方法，所述步驟A2具體包括： 節(jié)點Si所對應(yīng)的不標準蜂窩空間C 確定方法為；分別連接節(jié)點S i與其周圍節(jié)點S」， 并作每一條線段的中垂線，中垂線相交形成的包含Si在內(nèi)的多邊形區(qū)域即為節(jié)點S i所對應(yīng) 的不標準蜂窩空間Ci,與多邊形蜂窩空間(^毗鄰的通信范圍之內(nèi)的多邊形q所包含的節(jié)點 Sj即為S ,的相鄰節(jié)點，在不標準蜂窩模型中，每個蜂窩的相鄰個數(shù)都不相同，因此可確定節(jié) 點 相鄰節(jié)點組 Ni,預(yù)定為=Ni= {Sj I Cj connect Ci, j = 1，2，…，η} 〇
4. 一種如權(quán)利要求3所述的方法，所述步驟A3具體包括： RFID節(jié)點采用自適應(yīng)多路訪問控制協(xié)議，節(jié)點定時地按照模式切換協(xié)議選擇激活或失 活模式，失活模式時，節(jié)點進入失活模式以節(jié)省電量；激活模式時，節(jié)點感測周圍環(huán)境并進 行相應(yīng)處理；預(yù)定包含η個節(jié)點模式的分組Q為：Q = (QiIQiG {〇，l}，i = 1，2，…，η}，其 中％表示節(jié)點S ^勺模式，0和1分別表示該節(jié)點處于失活和激活模式；同時，重置節(jié)點模式 以50%隨機取0或1。
5. -種如權(quán)利要求4所述的方法，所述步驟Α4具體包括： 在節(jié)點感測范圍內(nèi)，背景干擾對節(jié)點Si的效應(yīng)服從單指數(shù)族分布，參數(shù)值為： Noise_i = a · eb'dls-S其中dis_i < Rs是節(jié)點S i與感測目標的距離，當dis_i > R s 時，即感測目標不在節(jié)點Si的感測范圍內(nèi)，預(yù)定此時背景干擾的效應(yīng)為無限大；a，b為預(yù)先 設(shè)置的參數(shù)值； 對背景干擾因素進行標量轉(zhuǎn)換處理，標量轉(zhuǎn)換的背景干擾為：
其中，Noisemax為背景干擾最大干擾參數(shù)值，由于節(jié)點的最大感測距離為Rs，因此將最 大背景干擾參數(shù)值預(yù)定為; 同時，設(shè)節(jié)點剩余電量為E i，本節(jié)點及相鄰節(jié)點的平均剩余電量為Ei av，計算公式 為：
其中，Ej表示在節(jié)點s i的相鄰組內(nèi)的節(jié)點s」的剩余電量，IniI為節(jié)點Si的相鄰組Ni 中元素的個數(shù)；同時，預(yù)定節(jié)點剩余電量水平參數(shù)值為
RFID節(jié)點在t+Ι時刻的工作/失活模式由背景干擾的效應(yīng)和該節(jié)點及其相鄰節(jié)點在t 時刻的剩余電量共同決定； 預(yù)定RFID節(jié)點Si在時刻t的激活加權(quán)W i⑴的計算式為：
其中，Ei (t)，Ei_av(t)分別表示節(jié)點51在t時刻的剩余電量值和相鄰節(jié)點的平均剩余電 量值；No_i (t)表示節(jié)點51在t時刻受到的背景干擾效應(yīng)標量轉(zhuǎn)換參數(shù)值；k i，1^2分別為剩 余電量水平參數(shù)值和背景干擾效應(yīng)參數(shù)值的比重； 同時設(shè)定一動態(tài)激活門限值Wth(t)為各節(jié)點激活加權(quán)的平均值，即 Wth(t) = average Iffi (t)，i = 1，2，...，n}〇
6. -種如權(quán)利要求5所述的方法，每個節(jié)點具有一個節(jié)點模式標示符，同時以定時器 來記錄節(jié)點失活的時間；如果節(jié)點3 1在〖時刻的模式為"1"，判斷該節(jié)點的激活加權(quán)是否大 于激活門限值，若是，則該節(jié)點在t+Ι時刻的模式保持為" 1"，否則，節(jié)點在t+Ι時刻的模式 轉(zhuǎn)換為"0"，同時將節(jié)點模式標示符置為1，并啟動定時器，當定時器計滿，則將節(jié)點模式標 示符重新置為〇 ;如果節(jié)點Si在t時刻的模式為"0"，則對節(jié)點模式標示符進行判斷，若為 1，則繼續(xù)失活，若為0,則該節(jié)點在t+Ι時刻的模式變更為" 1"。
7. -種如權(quán)利要求6所述的方法，所述步驟A2所述的節(jié)點S 1周圍節(jié)點\具體為： SjE (SjI ILj-LiI I < Rc，j = 1，2，...，n}。
8. -種如權(quán)利要求7所述的方法，所述參數(shù)b計算方法為：σ 2=l/b2,其中σ為背景 干擾的標準差。
【專利摘要】本發(fā)明的RFID網(wǎng)絡(luò)節(jié)點自適應(yīng)節(jié)能方法，所述方法包括，A1.按規(guī)劃預(yù)設(shè)RFID節(jié)點；A2.確定不標準蜂窩空間以及相鄰節(jié)點組；A3.預(yù)定節(jié)點模式分組，重置節(jié)點模式；A4.通過模式切換協(xié)議進行節(jié)點模式變更。所述方法針對環(huán)境背景下的RFID網(wǎng)絡(luò)，將RFID網(wǎng)絡(luò)中的RFID節(jié)點視為蜂窩節(jié)點，各RFID節(jié)點只需掌握其自身及相鄰節(jié)點的信息，即可決策其激活或失活模式。同時將背景干擾等環(huán)境因素以及節(jié)點的剩余電量水平考慮在模式切換協(xié)議的設(shè)計中，能有效地解決環(huán)境RFID網(wǎng)絡(luò)可靠性與耗能之間的問題，從而達到提高RFID節(jié)點利用率、延長RFID網(wǎng)絡(luò)壽命的目的。
【IPC分類】H04W52-02
【公開號】CN104540196
【申請?zhí)枴緾N201410782999
【發(fā)明人】余鳳蓮
【申請人】余鳳蓮
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月16日