專利名稱：一種動態(tài)負載均衡rfid系統(tǒng)及其識別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計算機應用領(lǐng)域，尤其涉及一種動態(tài)負載均衡RFID(Radic) Frequency Identification，無線射頻自動識別)系統(tǒng)及其識別方法。
背景技術(shù)：
RFID技術(shù)是從20世紀90年代興起的一項自動識別技術(shù)。它是通過磁場或電磁場，利用無線射頻方式進行非接觸雙向通信，以達到識別目的并交換數(shù)據(jù)，可識別高速運動物體并可同時識別多個目標。與傳統(tǒng)識別方式相比，RFID技術(shù)無需直接接觸、無需光學可視、無需人工干預即可完成信息輸入和處理，操作方便快捷。能廣泛用于生產(chǎn)、物流、交通、 運輸、醫(yī)療、防偽、跟蹤、設(shè)備和資產(chǎn)管理等需要收集和處理數(shù)據(jù)的應用領(lǐng)域。它的優(yōu)勢及特點主要表現(xiàn)在快速掃描；體積小型化、形狀多樣化；抗污染能力和耐久性；可重復使用；穿透性和無屏障閱讀；數(shù)據(jù)的記憶容量大；安全性。基本的RFID系統(tǒng)是由電子標簽、RFID閱讀器及上位機及應用軟件等四部分組成。電子標簽是射頻識別系統(tǒng)的核心，又稱為RFID標簽。電子標簽是射頻識別系統(tǒng)真正的數(shù)據(jù)載體。一般情況下，電子標簽由耦合元件及芯片組成，每個電子標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象；當受無線電射頻信號照射時，能反射回攜帶有數(shù)字字母編碼信息的無線電射頻信號，供RFID閱讀器處理識別。RFID閱讀器是讀或讀/寫電子標簽的電子裝置，用以產(chǎn)生發(fā)射無線電射頻信號并接收由電子標簽反射回的無線電射頻信號，經(jīng)處理后獲取電子標簽數(shù)據(jù)信息，有時還可以寫入標簽信息的設(shè)備。在國外，美國的零售業(yè)巨人沃爾瑪、美國國防部、德國寶馬公司等很多知名公司或機構(gòu)都實現(xiàn)了 RFID管理。而在在國內(nèi)，電子標簽主要應用于公共交通、地鐵、校園、社會保障等方面。上海、深圳、北京、武漢等地陸續(xù)采用了 RFID公交卡。目前，我國RFID技術(shù)應用最大的項目是第二代公民身份證?？傮w而言，我國RFID技術(shù)應用狀況還處于初級階段，市場前景非常廣闊。實現(xiàn)RFID技術(shù)在我國成熟、全面的應用將是一個長期的過程。當RFID閱讀器作用范圍內(nèi)的兩個或以上的電子標簽同時向同一個RFID閱讀器返回數(shù)據(jù)信息時，會產(chǎn)生信號干擾，導致電子標簽無法正確識別，將產(chǎn)生電子標簽碰撞。碰撞問題是影響數(shù)據(jù)完整性的一個重要方面，解決碰撞的方法就稱為反碰撞算法。RFID反碰撞問題成了解決RFID系統(tǒng)的重點和難點問題。目前一些研究者開發(fā)了許多反碰撞算法。已有的反碰撞算法雖然對多個電子標簽訪問同一個RFID閱讀器的碰撞問題在一定程度上進行了有效解決，但無法從本質(zhì)上解決大量電子標簽訪問同一個RFID閱讀器碰撞問題。當大量電子標簽同時訪問閱讀器時仍然會造成電子標簽訪問時間延長，RFID閱讀器問詢次數(shù)劇增，訪問錯誤率大增，系統(tǒng)有效服務率降低。本發(fā)明提出了一種模糊聚類動態(tài)負載均衡RFID系統(tǒng)，將電子標簽訪問RFID閱讀器的情況進行動態(tài)分配，使電子標簽動態(tài)分組后訪問不同的RFID閱讀器，從而降低了高訪問量RFID閱讀器的電子標簽訪問次數(shù)，提高了低訪問量RFID閱讀器的電子標簽訪問次數(shù)， 使整個RFID系統(tǒng)全局負載均衡化，提高RFID系統(tǒng)的有效服務率和運行平穩(wěn)性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種模糊聚類動態(tài)負載均衡RFID系統(tǒng)，其特征在于，包括電子標簽單元，RFID閱讀器單元，和上位機單元。其中，電子標簽單元是由一個或多個電子標簽組成，每個電子標簽自身存儲信息，與RFID閱讀器進行通信和信息交互。RFID閱讀器單元是由一個或多個RFID閱讀器組成，其用于讀取電子標簽中的信息和發(fā)送指令。上位機單元是由一臺或多臺運行RFID應用軟件的電腦組成，并通過網(wǎng)線或485總線和中間件軟件將各RFID閱讀器的信息進行收集和匯總，然后對各RFID閱讀器進行控制和調(diào)度。本發(fā)明還提供一種模糊聚類動態(tài)負載均衡RFID系統(tǒng)的識別方法，其特征在于，所述上位機單元采用模糊聚類動態(tài)負載均衡方法對所述RFID閱讀器進行控制和調(diào)度；在上位機單元的控制和調(diào)度下，所述RFID閱讀器對被訪問的電子標簽情況進行動態(tài)分配，實現(xiàn)雙方的應答或拒絕應答。所述模糊聚類動態(tài)負載均衡方法是指通過選擇電子標簽分組指標，建立電子標簽分組指標的模糊隸屬度函數(shù)，然后對由電子標簽分組指標的模糊隸屬度組成的向量矩陣進行迭代計算和尋優(yōu)。其中，每個電子標簽自身可存儲有多個信息，存儲信息可由具體應用和用戶需求來確定。電子標簽與RFID閱讀器之間可以一對一通信，也可以多個電子標簽與一個RFID 閱讀器通信。一臺電腦不一定對應一個閱讀器，此對應關(guān)系是靈活的。在本發(fā)明中，中間件軟件是一獨立的系統(tǒng)軟件或服務程序。中間件軟件的功能可由具體應用和用戶需求來確定。應用軟件借助這種軟件在不同的技術(shù)之間或硬件設(shè)備之間實現(xiàn)資源共享。本發(fā)明中，電子標簽分組指標是指電子標簽的序列號、電子標簽對應的物品或個人的相關(guān)屬性、或電子標簽對應的物品或個人的地理位置屬性之的任一個或多個。電子分組指標是用戶根據(jù)具體應用來選擇的。一般地，分組數(shù)目由用戶根據(jù)具體應用來確定。分組數(shù)目可以等于閱讀器數(shù)量，分組數(shù)目也可以小于閱讀器數(shù)目，但不能大于閱讀器數(shù)目。本發(fā)明中，所述電子標簽分組指標的模糊隸屬度函數(shù)為μ (Pi) = (Pi-Pamin))/ (Pa,max)-Pa,min))' i=l, 2，…，η;其中，μ為模糊隸屬度函數(shù)，Pi (i=l, 2，…，η)為電子標簽分組指標的向量，η為電子標簽分組指標的個數(shù)，Pa,min)為電子標簽分組指標i的最小取值，P(i,max)為電子標簽分組指標i的最大取值。本發(fā)明中，所述迭代計算和尋優(yōu)是采用模糊聚類方法進行，包括如下步驟
步驟1 設(shè)定采樣周期和電子標簽分組個數(shù)C，迭代次數(shù)m=l。在采樣時刻，選取電子標簽分組指標向量P= {Pl，P2,…，P1J，P屬于Rn的一個子集。本發(fā)明中，采樣周期是指一個時間段，采樣時刻是指一個時間點。Rn是指η維實數(shù)向量。步驟2 依據(jù)關(guān)于電子標簽分組指標變量pk(pk e P, k=l, 2,…，η)的模糊隸屬度函數(shù)μ (Pk)計算其模糊隸屬度％，將向量ρ轉(zhuǎn)換成模糊隸屬度向量e S, O^ Sk^ D0 本發(fā)明中，電子標簽可以有η個分組指標變量，其中第k個電子標簽分組指標為Pk，分組指標變量 Pk (Pk e p，k=l，2，…，η)。步驟3 采用幅值在0至1之間的隨機數(shù)值構(gòu)建初始的模糊聚類隸屬度矩陣D ； 其中D=(dik)cXn表示模糊隸屬度矩陣，dik (i=l,2,-,c; k=l,2,-,η)表示關(guān)于第i (i= 1，2，…，c)分組的模糊隸屬度、e S(k=l, 2，…，η)；并且dik需要滿足以下條件dik e
, Σ (i=1 —c)dik=l 禾口 0< Σ (k=1^n)dik <n ；
步驟4 :根據(jù)Vi0")= Σ (Clik^)' sk/ Σ 0^1)((^")'得到第m次聚類中心矩陣 Vw，其中V= Iv1, v2，…，vj表示分組中心矩陣，V屬于Rn的一個子集，m(m=l，2’…)為迭代次數(shù)，i=l，2，···，(；
步驟5 根據(jù)dik(m) = [ Σ (μι) ( Il Sk-Vi Il / Il Sk-Vj Il ) l7irfJ-1 得到模糊隸屬度矩陣Dw。 本發(fā)明中，D=(dik)cXn表示模糊隸屬度矩陣，dik(m)是矩陣Dw的一個元素。步驟6 選擇δ >0 ；如果判式Il D(m) - D0"-1) Il ( δ成立，那么停止迭代計算，Dw 和Vw就成為最優(yōu)矩陣，然后執(zhí)行步驟7 ；否則，m=m+l，執(zhí)行步驟4，繼續(xù)迭代計算；
步驟7 根據(jù)最優(yōu)矩陣Dw和V(m)，電子標簽將被劃分成c個組別。本發(fā)明中，當?shù)嬎銤M足一定條件停止計算時，Dw和Vw就是此次迭代計算中的最優(yōu)矩陣。根據(jù)此最優(yōu)矩陣中的數(shù)據(jù)，電子標簽就可以被劃分為c個組別。步驟8 電子標簽分組信息將由上位機上的應用軟件發(fā)送到各RFID閱讀器；各 RFID閱讀器間將協(xié)同工作，不會發(fā)生沖突現(xiàn)象。本發(fā)明中，不同組的電子標簽與其相對應的 RFID閱讀器進行訪問和通信。RFID閱讀器將只與自身負責的電子標簽進行通信，不與其他電子標簽通信。電子標簽分組信息是指通過模糊聚類迭代計算，將電子標簽分成C個組的 fn息ο步驟9 如果系統(tǒng)的下一個采樣周期來到，執(zhí)行步驟1 ；否則，保持等待狀態(tài)，定時查詢系統(tǒng)時間。本發(fā)明中，每個RFID閱讀器與自身分組內(nèi)的電子標簽將采用反碰撞算法進行交互通信。這些反碰撞算法可以是概率性反碰撞算法和確定性反碰撞算法中的一種，也可以是兩者的綜合。本發(fā)明提供的動態(tài)負載均衡RFID系統(tǒng)使每個RFID閱讀器的電子標簽訪問量和應答時間均衡化，從而改善RFID系統(tǒng)中大量電子標簽同時訪問RFID閱讀器時出現(xiàn)的電子標簽訪問時間延長、訪問錯誤率增加和RFID閱讀器負載過重的情況。通過選擇適當?shù)碾娮訕撕灧纸M指標并建立電子標簽分組指標的模糊隸屬度函數(shù)，運用此負載均衡方法對電子標簽分組指標模糊隸屬度組成的向量矩陣進行迭代計算和尋優(yōu)。然后依據(jù)此負載均衡方法計算的最優(yōu)結(jié)果將電子標簽進行分組，不同組別的電子標簽與其相對應的RFID閱讀器進行訪問和通信，從而使每個RFID閱讀器的電子標簽訪問量和應答時間均衡化，提高RFID系統(tǒng)的有效服務率和運行平穩(wěn)性。本發(fā)明利用模糊聚類動態(tài)負載均衡方法實現(xiàn)電子標簽訪問RFID閱讀器的動態(tài)分配，通過選擇適當?shù)碾娮訕撕灧纸M指標，并建立電子標簽分組指標的模糊隸屬度函數(shù)，然后對電子標簽分組指標模糊隸屬度組成的向量矩陣進行迭代計算和尋優(yōu)，利用計算獲得的最優(yōu)結(jié)果將電子標簽進行分組，不同組別的標簽與其相對應的RFID閱讀器進行訪問和通信， 從而使每個RFID閱讀器的電子標簽訪問量和應答時間均衡化，提高RFID系統(tǒng)的有效服務率和運行平穩(wěn)性。電子標簽分組指標的選擇是模糊聚類動態(tài)負載均衡方法的前提和基礎(chǔ)。該指標的選擇需要考慮四個重要因素普遍性、可計算性、獨立性、靈敏性。在本發(fā)明中，電子標簽分組指標可以是電子標簽的序列號、電子標簽對應的物品或個人的相關(guān)屬性、電子標簽對應的物品或個人的地理位置等一切電子標簽所對應的特有屬性中的一個，也可以是多個特有
6屬性的綜合。在實際應用中，用戶和開發(fā)人員可以根據(jù)實際情況選取不同的電子標簽特有屬性作為電子標簽分組指標，以獲得該方案的最佳實施效果。例如，在物流運輸領(lǐng)域應用的 RFID系統(tǒng)中，可以采用物品的地理位置作為電子標簽的分組指標。但是，無論采用哪一種電子標簽特有屬性作為電子標簽分組指標，均不會影響本發(fā)明的實施性。為直接反映不同的電子標簽分組指標對電子標簽分組的影響程度，建立電子標簽分組指標的模糊隸屬度函數(shù)，如下式所示
μ (Pi) = (Pi-Pamin))/(P(i’max)-P(i’min))， i=l, 2， …，η ；
公式一
式中，Pi (i=l, 2，…，η)為電子標簽分組指標向量，η為分組指標個數(shù)，Pa,min)為分組指標i的最小取值，Pa,_)為分組指標i的最大取值，μ為模糊隸屬度函數(shù)。電子標簽分組指標的模糊隸屬度函數(shù)即將指標的數(shù)值將與此指標的最小值做差然后除以此指標最大值與最小值的差，以實現(xiàn)歸一化處理。本發(fā)明中，RFID閱讀器模塊的不同RFID閱讀器將根據(jù)標簽的分組情況，只處理自身分組內(nèi)的電子標簽，均衡各自的負載，從而實現(xiàn)訪問RFID閱讀器的標簽數(shù)量均衡化，提高電子標簽一RFID閱讀器的讀取效率。在系統(tǒng)的每個采樣時刻，所有電子標簽的分組指標關(guān)于電子標簽分組情況影響程度的模糊隸屬度函數(shù)將被計算，所有電子標簽將被執(zhí)行一次分組，所有RFID閱讀器將只與自身分組內(nèi)的電子標簽進行通信，實現(xiàn)了系統(tǒng)的負載均衡。本發(fā)明中，采用模糊聚類方法對建立的電子標簽分組指標的模糊隸屬度向量矩陣進行迭代計算和尋優(yōu)，得到電子標簽的最優(yōu)分組結(jié)果。本發(fā)明提供一種模糊聚類動態(tài)負載均衡RFID系統(tǒng)，通過選擇適當?shù)碾娮訕撕灧纸M指標并建立電子標簽分組指標的模糊隸屬度函數(shù)，運用此負載均衡方法對電子標簽分組指標模糊隸屬度組成的向量矩陣進行迭代計算和尋優(yōu)。然后依據(jù)此負載均衡方法計算的最優(yōu)結(jié)果將電子標簽進行分組，不同組別的電子標簽與其相對應的RFID閱讀器進行訪問和通信，從而使每個RFID閱讀器的電子標簽訪問量和應答時間均衡化，提高RFID系統(tǒng)的有效服務率和運行平穩(wěn)性。改善RFID系統(tǒng)中大量電子標簽同時訪問RFID閱讀器時出現(xiàn)的電子標簽訪問時間延長、訪問錯誤率增加和RFID閱讀器負載過重的情況。


圖1為本發(fā)明模糊聚類動態(tài)負載均衡RFID系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明模糊聚類動態(tài)負載均衡RFID系統(tǒng)中模糊聚類動態(tài)負載均衡方法的流程圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和實施例，進一步詳細描述本發(fā)明。圖1表示本發(fā)明模糊聚類動態(tài)負載均衡RFID系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括電子標簽單元3， RFID閱讀器單元2，和上位機單元1。其中，電子標簽單元3由一個或多個電子標簽組成，每個電子標簽自身存儲一定的信息，與RFID閱讀器進行通信和信息交互；RFID閱讀器單元2 由一個或多個RFID閱讀器組成，用于讀取電子標簽中的信息和發(fā)送指令；上位機單元1由一臺或多臺運行RFID應用軟件的電腦組成，上位機通過網(wǎng)線或485總線和中間件軟件將各RFID閱讀器的信息進行收集和匯總。上位機單元1應用模糊聚類動態(tài)負載均衡方法對各 RFID閱讀器進行控制和調(diào)度。本發(fā)明中所述RFID閱讀器單元采用模糊聚類動態(tài)負載均衡方法，以便對電子標簽訪問RFID閱讀器的情況進行動態(tài)分配，從而降低了高訪問量RFID閱讀器的電子標簽訪問次數(shù)，提高了低訪問量RFID閱讀器的電子標簽訪問次數(shù)，使整個RFID 系統(tǒng)全局負載均衡化，提高本發(fā)明的模糊聚類動態(tài)負載均衡RFID系統(tǒng)的有效服務率和運行平穩(wěn)性。參考圖2，圖2顯示本發(fā)明模糊聚類動態(tài)負載均衡RFID系統(tǒng)中所述迭代計算和尋優(yōu)是采用模糊聚類動態(tài)負載均衡方法進行過程，包括如下步驟
步驟1 設(shè)定系統(tǒng)采樣周期和電子標簽分組個數(shù)c，迭代次數(shù)m=l。在采樣時刻，選取電子標簽分組指標向量P，P={Pl, P2,…，Pj，P屬于實數(shù)向量Rn的一個子集；
步驟2 依據(jù)關(guān)于電子標簽分組指標變量pk (Pk e P, k=l, 2，…，η)的模糊隸屬度函數(shù) μ (Pk)計算其模糊隸屬度％，將向量P轉(zhuǎn)換成模糊隸屬度向量S (sk e S, O^ sk^l)；
步驟3:采用幅值在0至1之間的隨機數(shù)值構(gòu)建初始的模糊聚類隸屬度矩陣D ； 其中D=(dik)cXn表示模糊隸屬度矩陣，dik (i=l，2，…，c; k=l，2，···，!!)表示關(guān)于第 i(i= 1,2,-,c)分組的模糊隸屬度S(k=l,2,-,η)；并且dik需要滿足以下條件 dik e
, Σ (i=1 —c)dik=l 禾口 0< Σ (k=1 —n)dik <n ；
步驟4 :根據(jù)Vi0")= Σ (Clik^)' sk/ Σ 0^1)((^")'得到第m次聚類中心矩陣 Vw，其中V= Iv1, v2，…，vj表示分組中心矩陣，V屬于Rn的一個子集，m(m=l，2’…)為迭代次數(shù)，i=l，2，···，(；
步驟 5:根據(jù) dikw = [ ΣSk-Vi Il/11 Sk-VjII)17^]-1 得到模糊隸屬度矩陣
Dw
步驟6:選擇δ >0;如果判式||D(m) - D(m_D Il彡δ成立，那么停止迭代計算，Dw和Vw 就成為最優(yōu)矩陣，然后執(zhí)行步驟7 ；否則，m=m+l，執(zhí)行步驟4，繼續(xù)迭代計算； 步驟7 根據(jù)最優(yōu)矩陣Dw和Vw，電子標簽將被劃分成c個組別； 步驟8 電子標簽分組信息將由系統(tǒng)發(fā)送到各RFID閱讀器；各RFID閱讀器間將協(xié)同工作，不會發(fā)生沖突現(xiàn)象；
步驟9 如果系統(tǒng)的下一個采樣周期來到，執(zhí)行步驟1 ；否則，如果系統(tǒng)的下一個采樣周期未到的，則保持等待狀態(tài)，定時查詢系統(tǒng)時間。本發(fā)明中，每個RFID閱讀器與自身分組內(nèi)的電子標簽將采用反碰撞算法進行交互通信。這些反碰撞算法可以是概率性反碰撞算法和確定性反碰撞算法中的一種，也可以是兩者的綜合。實施例1
本實施例中，在一個學校安裝了 RFID系統(tǒng)，該校內(nèi)有5臺RFID閱讀器組成的RFID閱讀器單元，而讀寫對象為1500張電子標簽(每位學生都有一張具有唯一編號的電子標簽)， RFID讀寫器單元讀取的信息上傳到上位機單元。每名學生都隸屬于一個指定的班級，該學校共有60個班級，每個班級有25個學生，每個班級都有固定的教室。每臺RFID閱讀器都安裝在一個固定的地點并且通信范圍也是固定的。每間隔5分鐘，RFID系統(tǒng)就會采集一次數(shù)據(jù)并對采集到的數(shù)據(jù)進行更新。在未采用本發(fā)明所述動態(tài)負載均衡RFID系統(tǒng)時，5臺閱讀器分別讀取電子標簽的數(shù)量為100、500、200、600和100。
在采用本發(fā)明所述動態(tài)負載均衡RFID系統(tǒng)的情況下，在每次采樣時刻，電子標簽的班級屬性和電子標簽對應學生所在教室的RFID閱讀器位置屬性就可以被選擇作為電子標簽分組指標，分別記作P1和P2。設(shè)不同電子標簽的班級屬性P1的取值范圍為{1，2，…， 60}。設(shè)電子標簽對應學生所在教室的RFID閱讀器位置屬性？2的取值范圍為{1，2，3，4， 5}。由公式一，分組指標P1對應的模糊隸屬度函數(shù)為
μ (P1) = (P1-I)/(60-1)公式四
分組指標P2對應的模糊隸屬度函數(shù)為
μ (ρ2) = (ρ2-1)/(5-1)公式五
通過公式五和公式六，就可以容易計算得到每個電子標簽的分組指標PjPP2W模糊隸屬度。如一個電子標簽的兩個分組指標數(shù)值分別為1和2，那么分組指標P1對應的模糊隸屬度函數(shù)為μ (Ρι) = (ι-ι)/(60-ι)=0。分組指標P2對應的模糊隸屬度函數(shù)為 μ (ρ2) = (2-1)/(5-1)=0. 25。本實施例中具有5臺RFID閱讀器，電子標簽將被分成5組。參考圖2，模糊聚類動態(tài)負載均衡方法進行過程如下
步驟1 設(shè)定系統(tǒng)采樣周期為5分鐘，設(shè)定電子標簽被分成5組，分組個數(shù)c=5，迭代次數(shù)m=l。在采樣時刻，選取電子標簽分組指標向量P，P={電子標簽的班級屬性向量Pl，電子標簽對應學生所在教室的RFID閱讀器位置屬性向量P2 }。本實施例中1500個電子標簽分組指標向量P為1500行2列維度的矩陣，P=[l 1; 1 1;…；60 5]。步驟2 電子標簽分組指標變量P1和P2分別按對應的模糊隸屬度函數(shù)μ (P1)和 μ (P2)計算其模糊隸屬度％，將向量P轉(zhuǎn)換成模糊隸屬度向量S，O^ sk ^ 1)0向量S為1500行2列維度的矩陣。本實施例中S<0 0; 0 0;…；1 1]。步驟3:采用幅值在0至1之間的隨機數(shù)值構(gòu)建初始的模糊聚類隸屬度矩陣 D 。矩陣D(°)為5行1500列維度的矩陣。本實施例中D(°) =
。步驟4:根據(jù) Vi0")= Σ(Clik^)' sk/ Σ (μιΑΦΛ1))'得到第 m 次聚類中心矩陣V(m)。矩陣Vw為5行2列維度的矩陣。本實施例中迭代計算終止時總共迭代了 88 次，V(88) = [ 42. 886 4.0178; 30.499 3; 18. 113 1.9822; 5.9081 1.0176; 55.091 4. 9824]。由于此迭代計算過程中隨機因素，每次迭代計算的總迭代次數(shù)和計算時間不一定相同，但不會出現(xiàn)顯著的改變。步驟5 根據(jù) dik(m) = [ Σ (k—c) (Il Sk-Vi Il / Il Sk-Vj Il )17^]-1 得到模糊隸屬度矩陣D(m)。矩陣Dw為5行1500列維度的矩陣。本實施例中迭代計算終止時共迭代了 88步， D(88) =
。步驟6 選擇δ =0. 00001 ；如果判式Il D(m) - D0"—1) || ( 0. 00001成立，那么停止迭代計算，Dw和Vw就成為最優(yōu)矩陣，然后執(zhí)行步驟7 ；否則，m=m+l，執(zhí)行步驟4，繼續(xù)迭代計算。舉例說明，此實例中迭代計算終止時共迭代了 88步，V_和D(88)就是最優(yōu)矩陣。步驟7 根據(jù)最優(yōu)矩陣之模糊隸屬度矩陣D(m)，每個電子標簽對應5個模糊隸屬度數(shù)值，每個模糊隸屬度數(shù)值表示此電子標簽與對應組別的隸屬程度。從5個模糊隸屬度數(shù)值中選擇最大數(shù)值對應的組別，并結(jié)合聚類中心Vw就確定了此電子標簽所隸屬的組別。 所有1500個電子標簽被劃分成5個組別。舉例說明，序號為1的電子標簽對應最優(yōu)模糊隸屬度矩陣D(88)的5個模糊隸屬度數(shù)值分別為
。這5個模糊隸屬度數(shù)值中最大值0.88386，對應第4組別，即序號為1的電子標簽屬于第4組。根據(jù)最優(yōu)模糊聚類中心矩陣V(88)可知，第4組別的模糊聚類中心向量為 [5.9081 1.0176]，此向量各單元數(shù)值采取四舍五入方法取整后得到W 1]。由此可知，第 4組別是以班級序號為6和閱讀器序號為1的兩類屬性為聚類中心的電子標簽集合。按照此方法，所有1500個電子標簽都被劃分成5個組別。步驟8 電子標簽分組信息將由系統(tǒng)發(fā)送到各RFID閱讀器；各RFID閱讀器間將協(xié)同工作，不會發(fā)生沖突現(xiàn)象；
步驟9 計算機的采樣周期設(shè)置為5分鐘，在每個采樣周期(5分鐘)內(nèi)可以查詢系統(tǒng)時間多次。如果系統(tǒng)的下一個采樣周期來到，執(zhí)行步驟1 ；否則，如果系統(tǒng)的下一個采樣周期未到的，則保持等待狀態(tài)，定時查詢系統(tǒng)時間。通過本發(fā)明附圖2給出的迭代計算和尋優(yōu)，將可使得每個RFID閱讀器在同一采樣時刻所訪問的電子標簽數(shù)量較均衡，降低電子標簽識別錯誤率，提升系統(tǒng)服務效率。以下為本發(fā)明與對照例(采用現(xiàn)有技術(shù)，未采用本發(fā)明技術(shù)方案)的效果對比情況，實施例1與對照例的對比情況如下表所示
權(quán)利要求
1.一種動態(tài)負載均衡RFID系統(tǒng)，其特征在于，包括電子標簽單元，RFID閱讀器單元和上位機單元；其中，電子標簽單元是由一個或多個電子標簽組成，每個電子標簽自身存儲信息，與RFID閱讀器進行通信和信息交互；RFID閱讀器單元是由一個或多個RFID閱讀器組成，其用于讀取電子標簽中的信息和發(fā)送指令；上位機單元是由一臺或多臺運行RFID應用軟件的電腦組成，并通過網(wǎng)線或485總線和中間件軟件將各RFID閱讀器的信息進行收集和匯總，然后對各RFID閱讀器進行控制和調(diào)度。
2.采用權(quán)利要求1所述動態(tài)負載均衡RFID系統(tǒng)的識別方法，其特征在于，所述上位機單元采用模糊聚類動態(tài)負載均衡方法對所述RFID閱讀器進行控制和調(diào)度；所述RFID閱讀器在上位機單元的控制和調(diào)度下對被訪問的電子標簽情況進行動態(tài)分配，實現(xiàn)雙方的應答或拒絕應答；其中，所述模糊聚類動態(tài)負載均衡方法是指通過選擇電子標簽分組指標，建立電子標簽分組指標的模糊隸屬度函數(shù)，然后對由電子標簽分組指標的模糊隸屬度組成的向量矩陣進行迭代計算和尋優(yōu)。
3.如權(quán)利要求2所述的識別方法，其特征在于，所述電子標簽分組指標是指電子標簽的序列號、電子標簽對應的物品或個人的相關(guān)屬性、或電子標簽對應的物品或個人的地理位置屬性之任一個或多個。
4.如權(quán)利要求2所述的識別方法，其特征在于，所述電子標簽分組指標的模糊隸屬度函數(shù)為μ (Pi) = (Pi-Pamin)V(Pamax)-Pamin)), 1=1, 2，…，η ；其中，μ 為模糊隸屬度函數(shù)，Pi (i=l, 2，…，η)為電子標簽分組指標向量，η為電子標簽分組指標的個數(shù)，Pamin) 為電子標簽分組指標i的最小取值，Pamax)為電子標簽分組指標i的最大取值。
5.如權(quán)利要求2所述的識別方法，其特征在于，所述迭代計算和尋優(yōu)是采用模糊聚類方法進行，包括如下步驟步驟1 設(shè)定采樣周期和電子標簽分組個數(shù)c，迭代次數(shù)m=l ；在采樣時刻，選取電子標簽分組指標向量P= {Pl，P2,…，P1J，P屬于η維實數(shù)向量Rn的一個子集；步驟2:依據(jù)關(guān)于電子標簽分組指標變量Pk (Pk e P，k=l，2，···，η)的模糊隸屬度函數(shù)μ (Pk)計算其模糊隸屬度sk，將向量P轉(zhuǎn)換成模糊隸屬度向量S (sk e S, O^ Sk^ 1)； 步驟3:采用幅值在0至1之間的隨機數(shù)值構(gòu)建初始的模糊聚類隸屬度矩陣D ； 其中D=(dik)cXn表示模糊隸屬度矩陣，dik (i=l，2，…，c; k=l，2，···，!!)表示關(guān)于第 i(i= 1,2,-,c)分組的模糊隸屬度S(k=l,2,-,η)；并且dik需要滿足以下條件 dik e
, Σ (i=1 —c)dik=l 禾口 0< Σ (k=1 —n)dik <n ；步驟4 :根據(jù)Vi0")= Σ (Clik^)' sk/ Σ 0^1)((^")'得到第m次聚類中心矩陣 Vw，其中V= Iv1, v2，…，vj表示分組中心矩陣，V屬于Rn的一個子集，m(m=l，2’…)為迭代次數(shù)，i=l，2，···，(；步驟5 根據(jù)dik(m) = [ Σ ( Il Sk-Vi Il / Il Sk-Vj Il ) l7irfJ-1 得到下一步模糊隸屬度矩陣Dw ；步驟6:選擇δ >0;如果判式||D(m) - D(m_D Il彡δ成立，那么停止迭代計算，Dw和Vw 就成為最優(yōu)矩陣，然后執(zhí)行步驟7 ；否則，m=m+l，執(zhí)行步驟4，繼續(xù)迭代計算； 步驟7 根據(jù)最優(yōu)矩陣Dw和Vw，電子標簽將被劃分成C個組別； 步驟8 上位機上的應用軟件發(fā)送電子標簽分組信息至各RFID閱讀器； 步驟9 如果系統(tǒng)的下一個采樣周期來到，執(zhí)行步驟1 ；否則，保持等待狀態(tài)，定時查詢系統(tǒng)時間。
6.如權(quán)利要求5所述的識別方法，其特征在于，所述步驟8中，每個RFID閱讀器與自身負責的電子標簽將采用反碰撞算法進行交互通信。
全文摘要
本發(fā)明提供一種動態(tài)負載均衡RFID系統(tǒng)，包括電子標簽單元，RFID閱讀器單元和上位機單元；電子標簽單元是由一個或多個電子標簽組成；RFID閱讀器單元是由一個或多個RFID閱讀器組成；電子標簽與RFID閱讀器進行信息交互；上位機單元是由一臺或多臺運行RFID應用軟件的電腦組成，將各RFID閱讀器的信息進行收集和匯總，然后對各RFID閱讀器進行控制和調(diào)度。本發(fā)明還提供一種動態(tài)負載均衡RFID系統(tǒng)的識別方法，所述上位機單元采用模糊聚類動態(tài)負載均衡方法對RFID閱讀器進行控制和調(diào)度；在上位機單元的控制和調(diào)度下，RFID閱讀器對被訪問的電子標簽情況進行動態(tài)分配，實現(xiàn)雙方的應答或拒絕應答。本發(fā)明將電子標簽訪問RFID閱讀器的情況進行動態(tài)分配，使整個RFID系統(tǒng)全局負載均衡化，提高RFID系統(tǒng)的有效服務率和運行平穩(wěn)性。
文檔編號G06K7/00GK102467646SQ201010541548
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月12日
發(fā)明者吳永和, 孫華麗, 薛耀鋒 申請人:華東師范大學