專利名稱:傳感器設(shè)備、傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和傳感器設(shè)備控制方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及傳感器i殳備、傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和傳感器設(shè)備控制方法。
背景技術(shù):
泛在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)允許用戶無論時(shí)間和位置如何都可以順利地接入各種
網(wǎng)絡(luò)。射頻識別(RFID)技術(shù)是此類泛在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的一個(gè)例子。
一般而言,RFID技術(shù)涉及標(biāo)簽和讀取器。標(biāo)簽附著于諸如商品的對 象以便記錄對象的細(xì)節(jié),而讀取器與標(biāo)簽進(jìn)行射頻通信以從標(biāo)簽獲得關(guān)于 對象的信息。因而,RFID技術(shù)提供能夠有效地處理供應(yīng)鏈管理(SCM) 的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu),其中SCM包括分發(fā)、組裝、價(jià)格變化和商品營銷。
由于RFID讀取器與高速移動的標(biāo)簽配合,所以RFID讀取器的無線 電環(huán)境明顯地改變,并且在RFID讀取器中接收的信號根據(jù)外部環(huán)境的變 化而極大地變化。具體而言,RFID讀取器之間的頻率干擾現(xiàn)IMt RFID 標(biāo)簽的識別率造成影響。
發(fā)明內(nèi)容
實(shí)施例提供一種能夠提高標(biāo)簽識別率的傳感器設(shè)備、傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 和傳感器設(shè)備控制方法。
實(shí)施例提供一種能夠使讀取器之間的干擾最小化的傳感器設(shè)備、傳感 器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和傳感器設(shè)備控制方法。
實(shí)施例提供一種傳感器設(shè)備,該設(shè)備包括讀取器,用于請求標(biāo)簽信 息并且檢測干擾信道;以及短程無線通信模塊,用于通過短程無線通信來 發(fā)送或者接收干擾信道的信息以共享干擾信道信息。
實(shí)施例提供一種傳感器設(shè)備,該設(shè)備包括讀取器,用于請求標(biāo)簽信 息并且檢測干擾信道;以及短程無線通信模塊,用于通過短程無線通信來 共享干擾信道的信息并且重新分配信道以供讀取器使用。
5實(shí)施例^^供一種傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),該系統(tǒng)包括傳感器,用于與標(biāo)簽 進(jìn)行通信并且發(fā)送包括標(biāo)簽的信息和干擾信道信息的節(jié)點(diǎn)信息;協(xié)調(diào)器模 塊,用于收集傳感器的節(jié)點(diǎn)信息;以及服務(wù)器,用于基于從協(xié)調(diào)器模塊收 集的節(jié)點(diǎn)信息來重新分配傳感器的信道并且發(fā)送重新分配的信道的信息。
實(shí)施例提供一種傳感器設(shè)備控制方法,該方法包括從傳感器的讀取 器檢測干擾信道;如果檢測到干擾信道則與鄰近傳感器共享干擾信道的信 息;以及向讀取器重新分配除了干擾信道之外的可用信道。
在根據(jù)實(shí)施例的傳感器設(shè)備、傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和傳感器設(shè)備控制方法 中可以提高標(biāo)簽識別率。
此外,提高了標(biāo)簽識別率,從而可以提高RFID技術(shù)的可靠性。
另夕卜,在鄰近讀取器之間的干擾無需多加考慮,從而可以保證讀取器 布置的自由度。
無論周圍環(huán)境或者周圍設(shè)施如何都可以有效地構(gòu)造RFID系統(tǒng)。 網(wǎng)絡(luò)上的讀取器的控制系統(tǒng)并不復(fù)雜。
此外,實(shí)時(shí)監(jiān)視傳感器網(wǎng)絡(luò)中讀取器的初始狀態(tài)和當(dāng)前狀態(tài),從而可 以有效地管理讀取器。
圖l是示出了根據(jù)實(shí)施例的傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的圖2是示出了根據(jù)第一實(shí)施例的節(jié)點(diǎn)型頻率計(jì)數(shù)模式的圖3是示出了根據(jù)第二實(shí)施例的網(wǎng)絡(luò)型頻率計(jì)數(shù)的圖4是示出了根據(jù)實(shí)施例的傳感器節(jié)點(diǎn)的框圖5是示出了根據(jù)實(shí)施例的讀取器的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的框圖6是示出了圖4的短程無線通信模塊的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的框圖7是示出了圖4的短程無線通信模塊的通信協(xié)議棧的圖8是示出了根據(jù)實(shí)施例的射頻閱讀器的開關(guān)時(shí)間的圖9是示出了根據(jù)實(shí)施例的讀取器的跳頻操作的圖10至圖12是示出了根據(jù)實(shí)施例的圖4的短程通信模塊的網(wǎng)^樸 的圖;圖13是示出了根據(jù)實(shí)施例的節(jié)點(diǎn)型頻率計(jì)數(shù)模式的流程圖;以及 圖14是示出了根據(jù)實(shí)施例的網(wǎng)絡(luò)型頻率計(jì)數(shù)模式的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下文將參照附圖描述根據(jù)實(shí)施例的傳感器設(shè)備和傳感器網(wǎng)絡(luò)。
圖1是示出了根據(jù)實(shí)施例的傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)300的圖。
參照圖1,傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括傳感器網(wǎng)絡(luò)100A和100B以;^接入 網(wǎng)絡(luò)200。傳感器網(wǎng)絡(luò)100A和100B包括多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)100,而每個(gè)傳 感器節(jié)點(diǎn)100從對應(yīng)的小區(qū)區(qū)域中的標(biāo)簽115收集信息。接入網(wǎng)絡(luò)200包 括多個(gè)網(wǎng)關(guān)模塊202和服務(wù)器210。網(wǎng)關(guān)模塊202可以接入作為主干網(wǎng)絡(luò) 的因特網(wǎng)、向服務(wù)器210遞ili^傳感器節(jié)點(diǎn)100收集的信息并且向傳感器 網(wǎng)絡(luò)100A和100B遞送從服務(wù)器210發(fā)送的控制數(shù)據(jù)。服務(wù)器210監(jiān)視、 管理和控制傳感器節(jié)點(diǎn)100。
傳感器節(jié)點(diǎn)100通過短程無線通信在它們之間共享各種信息。共享的 信息包括干擾信道信息和信道分配信息。
傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)100可以基于泛在傳感器網(wǎng)絡(luò)(USN)來管理傳感器 網(wǎng)絡(luò)100A和100B中的至少一個(gè)。在傳感器網(wǎng)絡(luò)100A或者100B中或者 通過服務(wù)器210來實(shí)現(xiàn)用于每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)100的信道分配。在節(jié)點(diǎn)型頻 率計(jì)數(shù)模式或者網(wǎng)絡(luò)型頻率計(jì)數(shù)模式中,可以重新分配除了干擾信道之外 的新信道。
圖2是示出了根據(jù)第一實(shí)施例的節(jié)點(diǎn)型頻率計(jì)數(shù)模式的圖。
參照圖2,傳感器網(wǎng)絡(luò)100A包括多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)101至ION、標(biāo)簽 (或者發(fā)射機(jī)應(yīng)答器)115和路由器180。每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)101或者10N 包括讀取器(或者詢問器)110和短程無線通信模塊150。讀取器110和 標(biāo)簽115構(gòu)成RTID系統(tǒng),而讀取器110向標(biāo)簽115發(fā)送信息請求信號(標(biāo) 號Sl)并且從標(biāo)簽115接收關(guān)于對象的詳細(xì)信息(標(biāo)號S2 )以收集標(biāo)簽 115的數(shù)據(jù)。
標(biāo)簽115具有各種形狀和尺寸。詳細(xì)地說,標(biāo)簽115根據(jù)電源狀態(tài)被 分類為有源標(biāo)簽和無源標(biāo)簽,并根據(jù)所用頻帶而被分類為低頻系統(tǒng)和高頻 系統(tǒng)。這樣的標(biāo)簽附著于諸如人、車輛、貨物、牲畜和建筑物的對象以記 錄對象的詳細(xì)信息。短程無線通信模塊150可被實(shí)現(xiàn)為ZigBee模塊。短程無線通信模塊 150通過通用異步接收器/發(fā)送器(UART)連接到讀取器110以^向讀取 器110接W發(fā)送信息。短程無線通信模塊150與短程無線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的另一 短程通信模塊通信??梢酝╥t^選自ZigBee模塊、無線LAN或者WiFi、 超寬帶(UWB )、藍(lán)牙、微波存取全球互通(WiMax )、無線寬帶(WiBro) 和專用短程通信(DSRC)中的至少一個(gè)來實(shí)現(xiàn)短程無線通信模塊150。
RFID通信方案和短程無線通信方案采用不同的通信頻帶。詳細(xì)地i兌, 用于讀取器110的RFID通信方案可以利用超高頻帶(例如860MHz至 960MHz),而短程無線通信方案可以利用微波頻帶(例如2.4GHz)。這 樣的通信頻帶僅僅是舉例說明的目的,且在實(shí)施例的精神和范圍內(nèi)可以改 變頻帶。
路由器180是無線路由器即ZigBee路由器,并且可以擴(kuò)展包括傳感 器節(jié)點(diǎn)101至10N的傳感器網(wǎng)絡(luò)100A。例如,可以按星形拓樸或者網(wǎng)狀 拓樸的形式構(gòu)造傳感器網(wǎng)絡(luò)IOOA。
在傳感器網(wǎng)絡(luò)100A的終端提供協(xié)調(diào)器模塊182以通iti洛由器180來 與傳感器節(jié)點(diǎn)101至10N進(jìn)行通信。協(xié)調(diào)器模塊182初始化和管理傳感 器網(wǎng)絡(luò)100A中的傳感器節(jié)點(diǎn)、向網(wǎng)關(guān)模塊202發(fā)ilUMt感器節(jié)點(diǎn)101至 10N收集的信息并且向傳感器網(wǎng)絡(luò)IOOA發(fā)送服務(wù)器210的控制數(shù)據(jù)。
網(wǎng)關(guān)模塊202介于協(xié)調(diào)器模塊182與服務(wù)器210之間以進(jìn)行數(shù)據(jù)通 信。服務(wù)器210通過使用傳感器節(jié)點(diǎn)101至10N的信息來控制傳感器節(jié) 點(diǎn)101至ION。
通過節(jié)點(diǎn)型分配模式為傳感器節(jié)點(diǎn)101至10N分g&信道。纟艮據(jù)節(jié)點(diǎn) 型信道分配方案,傳感器網(wǎng)絡(luò)100A中的傳感器節(jié)點(diǎn)101至ION在它們之 間共享關(guān)于干擾信道和所用信道的信息,并且通過頻率計(jì)數(shù)才莫式為這些傳 感器節(jié)點(diǎn)分配除了干擾信道之外的信道。例如,干擾信道出現(xiàn)在第一傳感 器節(jié)點(diǎn)101中,而關(guān)于干擾信道的信息通過第一短程無線通信模塊150 遞送到傳感器網(wǎng)絡(luò)100A中的所有傳感器節(jié)點(diǎn)102至10N,從而傳感器節(jié) 點(diǎn)102至10N在它們之間共享關(guān)于干擾信道的信息。在這種情況下,第 一短程無線通信模塊150將以后要被讀取器使用的信道、節(jié)點(diǎn)ID和標(biāo)簽 信息與關(guān)于干擾信道的信息一起遞送。因而,短程無線通信模塊150向讀 取器110遞送除了干擾信道和被其它讀取器使用的信道之外的可用信道。
在這種情況下,短程無線通信模塊150共享節(jié)點(diǎn)信息、接收關(guān)于干擾
8信道和可用信道的信息以通過頻率計(jì)數(shù)從余留信道之中選擇可用信道、并
且將信息遞送到下一傳感器節(jié)點(diǎn)的短程無線通信模塊150。因此,傳感器 網(wǎng)絡(luò)100A中的傳感器節(jié)點(diǎn)101至10N可以選擇除了干擾信道之外的可用 信道,而讀取器110通過可用信道來與標(biāo)簽150進(jìn)行通信。傳感器網(wǎng)絡(luò) IIOA中的讀取器110占用不同信道。
傳感器網(wǎng)絡(luò)110A中的讀取器110占用不同信道以與標(biāo)簽115進(jìn)行通 信。例如,讀取器110在不同時(shí)隙中占用至少15個(gè)信道以與標(biāo)簽115進(jìn) 行通信,這些信道是在卯8.5MHz至914MHz的韓國RFID UHF頻率內(nèi) 以200KHz的占用頻率間隔形成的。信道的數(shù)目可以根據(jù)各國的可用頻帶 而變化。例如,占用頻率間隔在865MHz至868MHz的歐洲UHF RFID 頻率內(nèi)為200KHz ,而占用頻率間隔在卯2MHz至928MHz的美國UHF RFID頻率內(nèi)為500KHz。然而,本發(fā)明不限于此。
此外,與傳感器節(jié)點(diǎn)101至10N的節(jié)點(diǎn)ID、干擾信道、所用信道和 標(biāo)簽有關(guān)的信息通iti洛由器180遞送到協(xié)調(diào)器模塊182。協(xié)調(diào)器模塊182 收集傳感器網(wǎng)絡(luò)100A中的所有信息并且通過網(wǎng)關(guān)模塊202將信息遞送到 服務(wù)器210。服務(wù)器210基于通過網(wǎng)關(guān)模塊201收集的信息來管理傳感器 節(jié)點(diǎn)101至ION。
圖3是示出了根據(jù)第二實(shí)施例的網(wǎng)絡(luò)型頻率計(jì)數(shù)模式的圖。
參照圖3,服務(wù)器210管理多個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)100A至100N并且收集 作為節(jié)點(diǎn)信息的節(jié)點(diǎn)ID和干擾信道以及收集標(biāo)務(wù)ft息。通過關(guān)于已經(jīng)受 到信道干擾的網(wǎng)絡(luò)100A至100N中除了干擾信道之外的信道執(zhí)行頻率計(jì) 數(shù),月良務(wù)器201繼續(xù)信道分配。因此,傳感器網(wǎng)絡(luò)100A至100N中讀取 器110的信道被分配。
服務(wù)器210存儲從讀取器110收集的標(biāo)簽信息并且通過使用除了干擾 信道之外的信道根據(jù)節(jié)點(diǎn)來重新分配信道。信道分配數(shù)據(jù)通過網(wǎng)關(guān)模塊 202遞送到每個(gè)協(xié)調(diào)器模塊182。每個(gè)協(xié)調(diào)器模塊182通過路由器180向 所有傳感器節(jié)點(diǎn)101至10N發(fā)送信道分配數(shù)據(jù)。信道分配數(shù)據(jù)通過反向 路徑遞送到傳感器節(jié)點(diǎn)101至ION。這時(shí),針對多個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)組或者整 個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)組劃分信道分配數(shù)據(jù)。
傳感器節(jié)點(diǎn)101至10N通過4吏用節(jié)點(diǎn)ID和分配的信道來與標(biāo)簽115 進(jìn)行通信。詳細(xì)地說,傳感器節(jié)點(diǎn)101至10N的短程無線電通信模塊基 于節(jié)點(diǎn)ID來提取所分配的信道并且向讀取器110遞送與提取的信道有關(guān)的信息。讀取器110通過使用與信道對應(yīng)的頻率來與標(biāo)簽115進(jìn)行通信。
根據(jù)第二實(shí)施例,服務(wù)器210收集與小區(qū)中的干擾信道有關(guān)的信息并 且基于關(guān)于干擾信道的信息來重新分配信道。根據(jù)這樣的信道分配方案, 由于服務(wù)器210基于干擾信道來重新分配信道,所以在沒有干擾信道的情 況下進(jìn)4于通信。
圖4是示出了根據(jù)實(shí)施例的傳感器節(jié)點(diǎn)的框圖。
參照圖4,傳感器節(jié)點(diǎn)100包括讀取器110、短程無線通信模塊150、 信號分路器170和天線171。在傳感器節(jié)點(diǎn)100中,可以以單個(gè)芯片的形 式實(shí)現(xiàn)讀取器IIO、短程無線通信模塊150和信號分路器170。
讀取器110通過無線通信介質(zhì)來與RFID網(wǎng)絡(luò)中存在的標(biāo)簽115進(jìn)行 通信。這樣的讀取器110通過天線171和信號分路器170向標(biāo)簽115發(fā)送 信息請求信號并且從標(biāo)簽115接收關(guān)于對象的詳細(xì)信息,由此收集標(biāo)簽 115的數(shù)據(jù)。短程無線通信模塊150可以實(shí)現(xiàn)為ZigBee模塊。此夕卜,ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中存在的短程無線通信模塊相互進(jìn)行通信。
信號分路器170連接于讀取器110與短程無線通信模塊150及天線 171之間。這樣的信號分路器170通過天線171輸入或者輸出用于讀取器 110或者短程無線通信模塊150的射頻信號。信號分路器170例如包括請 如多路復(fù)用器的開關(guān)集成電路。信號分路器170可以安裝于讀取器110或 短程無線通信模塊150中或者可以與讀取器110或短程無線通信模塊150 分離。根據(jù)實(shí)施例,雖然傳感器節(jié)點(diǎn)100利用一個(gè)天線,但是可以提供多 個(gè)天線,從而讀取器110和短程無線通信模塊150單獨(dú)地進(jìn)行通信,而本 發(fā)明不限于此。
讀取器110通過以所占用的時(shí)間使用所分配的信道來與標(biāo)簽115進(jìn)行 通信。換而言之,讀取器110通過使用多個(gè)信道之中沒有干擾的信道來與 標(biāo)簽115進(jìn)行通信。
讀取器110測量從標(biāo)簽115接收的信號的強(qiáng)度、基于接收的信號的強(qiáng) 度來產(chǎn)生關(guān)于干擾信道的信息并且向短程無線通信模塊150遞送干擾信 道信息。短程無線通信模塊150與另一短程無線通信模塊共享信道干擾信 息。因而,可以在鄰近讀取器110之間識別信道干擾信息,從而可以通過 沒有干擾的信道在讀取器110之間進(jìn)行通信。因而,可以提高標(biāo)簽識別率。
圖5是示出了根據(jù)實(shí)施例的讀取器110的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的框圖。
參照圖5,讀取器110包括射頻處理器120、干擾信道檢測器130和讀取器控制器140。射頻處理器120執(zhí)行射頻通信并且包括收發(fā)器121、 調(diào)制器122、解調(diào)器123和基帶模塊124。射頻處理器120受到讀取器控 制器140的控制。
收發(fā)器121通過信號分路器170發(fā)送/接收射頻信號。調(diào)制器122將 待發(fā)送的數(shù)據(jù)調(diào)制到振動頻率并且將數(shù)據(jù)輸出到J)UL器121。解調(diào)器123 將從收發(fā)器121接收的信號解調(diào)成標(biāo)簽信息。基帶模塊124將發(fā)送的數(shù)據(jù) 處理成模擬信號并且將接收的信號處理成數(shù)字信號。在這種情況下,可以 使用脈沖間隔編碼(PIE)作為讀取器110的編碼方案。調(diào)制器122可以 利用幅變調(diào)制(amplitude-shift keying, ASK)方案。具體而言,調(diào)制器 122可以利用雙邊砵ASK (DSB-ASK)方案、單邊帶ASK (SSB-ASK) 方案或者反相ASK (PR-ASK)方案。這些方案并不限制實(shí)施例。
干擾信道檢測器130接^天線(圖4的標(biāo)號171 )或信號分路器170 接收的信號以測量所接收的信號的強(qiáng)度、檢測所測量的信號的強(qiáng)度、然后 將強(qiáng)度遞送到讀取器控制器140。這樣的干擾信道檢測器130包括信號耦 合器131、信號變換器132、電平生成器133和濾波器134。信號耦合器 131關(guān)于通過信號分路器170接收的信號執(zhí)行耦合操作,然后將信號輸出 到信號變換器132??梢酝ㄟ^使用耦合電容器或者定向耦合器來實(shí)現(xiàn)信號 耦合器131。信號變換器132將耦合的信號變換成穩(wěn)定的中頻信號。具體 而言,這樣的信號變換器132在接收的信號是不穩(wěn)定的高頻信號時(shí),合 的信號變換成穩(wěn)定的中頻信號。電平生成器133將中頻信號轉(zhuǎn)換成具有直 流電壓電平的電平信號并且將電平信號輸出到濾波器134。電平生成器 133輸出與中頻信號成比例的分貝值所對應(yīng)的電平信號,由此提高功率電 平的信號接收靈敏度。濾波器134通過去除直流電壓電平的噪聲分量來檢 測干擾信道并且向讀取器控制器140遞送關(guān)于干擾信道的信息。除了關(guān)于 干擾信道的信息之外,濾波器134遞送所監(jiān)視的當(dāng)前讀取器的設(shè)置狀態(tài)信 息和從讀取器收集的標(biāo)簽ID。
讀取器控制器140在干擾信道存在時(shí)將關(guān)于干擾信道的信息以及標(biāo) 簽信息遞送到短程無線通信模塊150。
讀取器控制器140將它的信道干擾信息輸出到短程無線通信模塊150 并M短程無線通信模塊150接收關(guān)于可用信道的信息。在這種情況下, 由于短程無線通信模塊150與其它短程無線通信模塊共享干擾信息,所以 短程無線通信模塊150可以識別所有讀取器110的信道干擾信息。因而, 短程無線通信模塊150在對待使用的信道進(jìn)行計(jì)數(shù)時(shí)反映了關(guān)于干擾信道的信息并且將結(jié)果遞送到讀取器110。
短程無線通信才莫塊150通過時(shí)間-跳頻展i瞽(T-FHSS)方案來執(zhí)行信 道跳躍。FHSS方案利用相移鍵控(PSK)技術(shù)以關(guān)于隨棚〖躍序列中的 數(shù)十個(gè)獨(dú)立信道執(zhí)行信道跳躍,從而發(fā)送/接收數(shù)據(jù)。在這種情況下,跳 頻方案利用說前先聽(LBT)方案以及FHSS方案。LBT方案是在發(fā)送 數(shù)據(jù)之前檢測可用信道并且只有在存在空信道時(shí)才進(jìn)行通信。FHSS方案 和LBT方案中的一個(gè)或者組合可以用于這樣的頻率占用方案。此外,直 接序列傳播頻譜(DSSS)方案可以用于頻率占用方案。
讀取器控制器140基于來自短程無線通信模塊的干擾信息來接收用 于FHSS的*值以控制射頻處理器120,而射頻處理器120以信道索引 順序生成振蕩頻率以通過對應(yīng)信道來與標(biāo)簽進(jìn)行通信。換而言之,讀取器 控制器140使用時(shí)間-跳頻展鐠(T-FHSS )方案通過信道編碼方案來處理 與跳頻有關(guān)的信息。
讀取器控制器140控制射頻處理器120的操作,由此調(diào)整向射頻處理 器120的調(diào)制器122施加的振動頻率。
圖6是示出了圖4的短程無線通信模塊的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的框圖,而圖7 是示出了圖4的短程無線通信模塊的通信協(xié)議棧的圖。
參照圖6,短程無線通信模塊150包括射頻接收器151、射頻發(fā)送器 152、鎖相環(huán)(PLL)電路153、功率控制電路154、 MAC處理器155和 控制器156。
射頻接收器151和射頻發(fā)送器152通過信號分路器170連接到天線, 而控制器156利用讀取器110來發(fā)iH/接收標(biāo)m和干擾信道信息。在 這種情況下,控制器156可以通過有線接口 、也就是UART連接器(例 如RS,232C DTE接口 )連接到讀取器110。
射頻接收器151和射頻發(fā)送器152處理所接樹發(fā)送的信號并且在短 程無線通信頻帶中向MM^此發(fā)iH/接收節(jié)點(diǎn)信息。鎖相環(huán)(PLL)電路153 向射頻接收器151和射頻發(fā)送器152提供參考頻率信號,而功率控制電路 154確定所接收的信號的強(qiáng)度以調(diào)整發(fā)送功率的量。射頻接收器151、射 頻發(fā)送器152、鎖相環(huán)(PLL)電路153和功率控制電路154通過短程無 線通信協(xié)i義(例如ZigBee)的物理層(PHY層)(圖7的標(biāo)號Ll)來操 作,從而確定射頻通信結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)拓樸。
控制器156從讀取器IIO接收標(biāo)簽信息和干擾信道信息并且關(guān)于除干擾信道之外的待使用信道執(zhí)行頻率計(jì)數(shù),從而向讀取器110分配信道。 控制器156將包括干擾信道信息和使用信道信息的標(biāo)簽信息和節(jié)點(diǎn)信息 遞送到另一傳感器節(jié)點(diǎn),從而傳感器節(jié)點(diǎn)在它們之間共享信息。上述節(jié)點(diǎn) 間信道共享方案可防止干擾信道分配給另一節(jié)點(diǎn)并且對應(yīng)于節(jié)點(diǎn)型頻率 計(jì)數(shù)模式。此外,傳感器節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)信息被發(fā)送到服務(wù)器。
在網(wǎng)絡(luò)型頻率計(jì)數(shù)模式中,取代了控制器156,服務(wù)器收集讀取器的 干擾信道信息和標(biāo)簽信息以重新分配每個(gè)讀取器除了干擾信道之外的信 道并且將信道分配數(shù)據(jù)發(fā)送到傳感器節(jié)點(diǎn)。在這種情況下,短程無線通信 模塊150的控制器156從信道分配^t據(jù)^l取與它的節(jié)點(diǎn)ID對應(yīng)的信道并 且將信道發(fā)送到讀取器。讀取器可以通過沒有干擾的信道來與標(biāo)簽進(jìn)行通 信。節(jié)點(diǎn)型頻率計(jì)數(shù)模式和網(wǎng)絡(luò)型頻率計(jì)數(shù)模式在第 一 階段中被設(shè)置或者 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)特征由運(yùn)營商來選擇。
射頻接收器151和射頻發(fā)送器152使用DSSS。射頻接收器151和射 頻發(fā)送器152利用在2.4GHz的頻帶中具有32PN碼長的偏移-正交相移鍵 控調(diào)制(QPSK)和在子lGHz頻帶中具有15 PN碼長的二進(jìn)制相移鍵控 (BPSK)調(diào)制。MAC處理器155分析所發(fā)送的數(shù)據(jù)的幀結(jié)構(gòu)以批準(zhǔn)幀、 檢測誤差、確定數(shù)據(jù)重發(fā)并且在完成PHY層(圖7的標(biāo)號Ll)的數(shù)字處 理之后處理分組路由。
此外,控制器156執(zhí)行MAC層、網(wǎng)絡(luò)層(圖7的標(biāo)號L3 )和框架 層(圖7的標(biāo)號L4)的功能以構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)拓樸。控制器156執(zhí)行應(yīng)用層(圖 7的標(biāo)號L5)的功能以發(fā)送諸如干擾信息的數(shù)據(jù)。
如圖7中所示,物理層(標(biāo)號Ll)和MAC層(標(biāo)號L2 )使用IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn),定義兩種物理層(2.4GHz、 866/915MHz),在2.4GHz的頻帶中、920MHz至928MHz的頻帶和 868MHz至870MHz的頻帶中分配16個(gè)信道、10個(gè)信道和1個(gè)信道。信 道的數(shù)目可以根據(jù)信道帶寬來改變,而本發(fā)明不限于此。
圖8是示出了根據(jù)實(shí)施例的射頻讀取器的開關(guān)時(shí)間的圖。
參照圖8,時(shí)間點(diǎn)T1.....TN代表傳感器網(wǎng)絡(luò)中讀取器的開始時(shí)間
點(diǎn),而間隔Tll.....TN1代表讀取器的信道占用時(shí)間。
圖9是示出了根據(jù)實(shí)施例的讀取器的跳頻操作的圖。
參照圖9,信道持續(xù)時(shí)間Dl是指干擾頻率信道,而信道持續(xù)時(shí)間D2 是指在跳躍之后對標(biāo)簽信息進(jìn)行處理的持續(xù)時(shí)間。第一短程無線通信模塊在信道2中出現(xiàn)干擾時(shí)執(zhí)行跳頻fc到信道5以將信道5遞送到第一讀取 器。第二短程無線通信模塊在信道2中出現(xiàn)干擾時(shí)基于信道3執(zhí)行跳頻fc 到信道6以將信道6遞送到第二讀取器。第三短程無線通信模塊在信道2 中出現(xiàn)干擾時(shí)基于信道4執(zhí)行跳頻fc到信道7以將信道7遞送到第三讀 取器。向除了干擾信道之外的不同信道執(zhí)行上^t頻。
當(dāng)在傳感器網(wǎng)絡(luò)中的信道2中出現(xiàn)干擾時(shí),通過使用將干擾信道排除 在外的信道以預(yù)設(shè)信道間隔來執(zhí)行跳躍。詳細(xì)地說,以信道5、信道8、 信道11和信道14的順序、信道3、信道6、信道9、信道12和信道15 的順序以及信道4、信道7、信道10和信道13的順序?qū)崿F(xiàn)跳躍。在這種 情況下,以三個(gè)信道的間隔進(jìn)行跳頻。此外,可以在出現(xiàn)信道干擾時(shí)以各 種間隔進(jìn)行跳躍。因而,預(yù)定區(qū)域中的鄰近射頻讀取器可以在沒有干擾現(xiàn) 象影響的情況下接收標(biāo)簽信息,從而可以提高標(biāo)簽識別率。
圖IO至圖12是示出了根據(jù)實(shí)施例的通過短程無線通信模塊形成的網(wǎng) 絡(luò)拓樸的圖。下文將描述ZigBee模塊作為短程無線通信模塊的例子。
圖10是示出了星型傳感器網(wǎng)絡(luò)的圖,在該網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)(N) 100以星形的形狀連接到一個(gè)路由器(R) 180。圖11是示出了網(wǎng)狀型傳 感器網(wǎng)絡(luò)的圖,在該網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)(N) 100以網(wǎng)狀的形狀連接 到多個(gè)路由器(R) 180。圖12是示出了聚類樹型傳感器網(wǎng)絡(luò)的圖,在該 網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)(N) 100以聚類樹的形狀連接到一個(gè)路由器180。
在傳感器網(wǎng)絡(luò)中,全功能節(jié)點(diǎn)(FFD)和簡化功能節(jié)點(diǎn)(RTD)可以 在協(xié)調(diào)器周圍構(gòu)成ZigBee網(wǎng)絡(luò)。FDD執(zhí)行數(shù)據(jù)路由功能,而RFD僅向 FDD遞送所測量的數(shù)據(jù)。 一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)包括數(shù)十至數(shù)萬個(gè)節(jié)點(diǎn),并且 可以為了功率和網(wǎng)絡(luò)帶寬的效率來適當(dāng)?shù)貥?gòu)成該ZigBee網(wǎng)絡(luò)。
圖13是示出了根據(jù)實(shí)施例的節(jié)點(diǎn)型頻率計(jì)數(shù)模式的流程圖。
參照圖13,傳感器節(jié)點(diǎn)向標(biāo)簽發(fā)送信息請求信號并且接收標(biāo)簽信息 (步驟SIOI)。在這種情況下,傳感器節(jié)點(diǎn)的讀取器確定干擾信道的存在 (步驟S103)。如果存在干擾信道,則讀取器向短程無線通信模塊遞送關(guān) 于干擾信道的信息。短程無線通信模塊選擇除了干擾信道之外的待使用信 道(步驟S105)并且將待使用的信道發(fā)送到讀取器,從而讀取器向/從標(biāo) 簽發(fā)送/接收信息。此外,關(guān)于干擾信道、使用信道和標(biāo)簽的信息遞送到 另一短程無線通信模塊并且在傳感器網(wǎng)絡(luò)中被共享(步驟S107)。因而, 在傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(diǎn)可以選擇除了干擾信道和被另一節(jié)點(diǎn)所用信道之外的信道。
圖14是示出了根據(jù)實(shí)施例的網(wǎng)絡(luò)型頻率計(jì)數(shù)模式的流程圖。
參照圖14,服務(wù)器收集關(guān)于干擾信道和標(biāo)簽的信息(步驟Slll )。然 后,將干擾信道排除在外的信道分配數(shù)據(jù)枕發(fā)送到每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)(步驟 S113),從而每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)通過分配的信道來與標(biāo)簽進(jìn)行通信(步驟 S115)。在網(wǎng)絡(luò)型信道分配模式中,當(dāng)存在多個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí),服務(wù)器整 體地收集關(guān)于干擾信道的信息并且將除了干擾信道之外的信道分配給傳 感器節(jié)點(diǎn)。
雖然描述了實(shí)施例,但是這是舉例說明的目的,而本發(fā)明不限于此。 應(yīng)當(dāng)理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計(jì)的許多其它修改和實(shí)施例也將落入本 公開內(nèi)容原理的精神和范圍內(nèi)。
工業(yè)應(yīng)用,性
在根據(jù)實(shí)施例的傳感器設(shè)備、傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和傳感器設(shè)備控制方法 中可以提高標(biāo)簽識別率。
此外,提高標(biāo)簽識別率,從而可以改進(jìn)RTID技術(shù)的可靠性。
另夕卜,在鄰近讀取器之間的干擾無需多加考慮,從而可以保證讀取器 布置的自由度。
無論周圍環(huán)境或者周圍設(shè)施如何都可以有效地構(gòu)造RFID系統(tǒng)。 網(wǎng)絡(luò)上的讀取器的控制系統(tǒng)并不復(fù)雜。
此外,實(shí)時(shí)監(jiān)視傳感器網(wǎng)絡(luò)中讀取器的初始狀態(tài)和當(dāng)前狀態(tài),從而可 以有效地管理讀取器。
權(quán)利要求
1. 一種傳感器設(shè)備,包括讀取器,用于請求標(biāo)簽信息并且檢測干擾信道;以及短程無線通信模塊,用于通過短程無線通信來發(fā)送或者接收所述干擾信道的信息以共享干擾信道信息。
2. 如權(quán)利要求1所述的傳感器設(shè)備,其中所述讀取器通過有線接口 連接到所述短程無線通信模塊。
3. 如權(quán)利要求1所述的傳感器設(shè)備,所述短程無線通信模塊包括 ZigBee模塊、無線LAN或者WiFi、超寬帶(UWB)模塊、藍(lán)牙模塊、 微波存取全球互通(WiMax)模塊、無線寬帶(WiBro)模塊和專用短程 通信(DSRC)模塊之中的至少一個(gè)。
4. 如權(quán)利要求1所述的傳感器設(shè)備,其中所述讀取器包括干擾信道 檢測器,用于檢測從標(biāo)簽接收的信號的強(qiáng)度以檢測所述干擾信道。
5. 如權(quán)利要求1所述的傳感器設(shè)備,其中所述讀取器包括 射頻(RF)處理器,用于與標(biāo)簽進(jìn)行通信;干擾信道檢測器,用于感測從天線接收的信號的強(qiáng)度以檢測所述干擾 信道;以及讀取器控制器,連接到所述短程無線通信模塊,其中所述讀取器控制 器將所述干擾信道信息遞送到所述短程無線通信模塊并且接收待使用的 信道的信息。
6. 如權(quán)利要求1所述的傳感器設(shè)備,其中所述短程無線通信模塊重 新分配除了所述干擾信道和被其它讀取器使用的信道之外的信道。
7. 如權(quán)利要求1所述的傳感器設(shè)備,包括將所述讀取器和所述短程 無線通信模塊共同地連接到天線的信號分路器。
8. —種傳感器i殳備,包括讀取器,用于請求標(biāo)簽信息并且檢測干擾信道;以及短程無線通信模塊,用于通過短程無線通信來共享所述干擾信道的信 息并且重新分配待用于所述讀取器的信道。
9. 如權(quán)利要求8所述的傳感器設(shè)備,其中所述讀取器包括射頻(RF)處理器,用于與標(biāo)簽進(jìn)行通信;干擾信道檢測器,用于感測從天線接收的信號的強(qiáng)度以檢測所述干擾 信道;以及讀取器控制器,連接到所述短程無線通信模塊,其中所述讀取器控制 器將干擾信道信息遞送到所述短程無線通信模塊并且接收待使用的信道 的信息。
10. 如權(quán)利要求9所述的傳感器設(shè)備,其中所述干擾信號檢測器包括 信號耦合器,用于耦合所述接收的信號;信號變換器,用于將耦合的信號變換成具有中頻的信號;以及 濾波器,用于從所述具有中頻的信號檢測所述干擾信道。
11. 如權(quán)利要求9所述的傳感器設(shè)備,其中所述讀取器控制器將所述 標(biāo)簽信息和所述干擾信道信息遞送到所述短程無線通信模塊并且接收重 新分配的信道信息以控制所述RF處理器。
12. 如權(quán)利要求8所述的傳感器設(shè)備,其中所述讀取器在超高頻 (UHF)頻帶中進(jìn)行通信,且所述短程無線通信模塊在2.45GHz的頻帶中進(jìn)行通信。
13. 如權(quán)利要求9所述的傳感器設(shè)備,其中所述讀取器控制器使用時(shí) 間-跳頻展鐠(T-FHSS)時(shí)間同步方案通過信道編碼方案來處理與跳頻有 關(guān)的信息。
14. 如權(quán)利要求8所述的傳感器設(shè)備,其中所述短程無線通信模塊包 括ZigBee模塊,且所述ZigBee模塊通過使用筒化功能該:備(RFD )模塊 和全功能設(shè)備(FFD )模塊中的至少 一個(gè)來操作。
15. —種傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),包括傳感器,用于與標(biāo)簽進(jìn)行通信并且發(fā)送包括所述標(biāo)簽的信息和干擾信 道信息的節(jié)點(diǎn)信息;協(xié)調(diào)器模塊,用于收集所述傳感器的所述節(jié)點(diǎn)信息;以及服務(wù)器,用于基于從所述協(xié)調(diào)器模塊收集的所述節(jié)點(diǎn)信息來重新分配 所述傳感器的信道并且發(fā)送重新分配的信道的信息。
16. 如權(quán)利要求15所述的傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),其中所述傳感器包括 讀取器,用于與所述標(biāo)簽進(jìn)行通信;以及短程無線通信模塊,連接到所述讀取器,其中所述短程無線通信模塊 與其它傳感器進(jìn)行短程無線通信。
17. 如權(quán)利要求15所述的傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),包括介于所述短程無線 通信模塊與所述協(xié)調(diào)器模塊之間的路由器。
18. —種傳感器設(shè)^^控制方法,包括以下步驟 從傳感器的讀取器檢測干擾信道;如果檢測到所述干擾信道則與鄰近傳感器共享所述干擾信道的信息;以及向所述讀取器重新分配除了所述干擾信道之外的可用信道。
19. 如權(quán)利要求18所述的傳感器設(shè)備控制方法,其中通過短程無線 通信模塊來實(shí)現(xiàn)干擾信道信息的共享。
20. 如權(quán)利要求18所述的傳感器設(shè)備控制方法,其中在短程無線通 信模塊中對重新分配的信道的信息進(jìn)行計(jì)數(shù)或者從服務(wù)器接收重新分配 的信道的信息。
全文摘要
公開了一種傳感器設(shè)備和傳感器設(shè)備控制方法。該傳感器設(shè)備包括讀取器,用于請求標(biāo)簽信息并且檢測干擾信道;以及短程無線通信模塊,用于通過短程無線通信來共享干擾信道的信息并且重新分配待用于讀取器的信道。
文檔編號H04L12/28GK101502053SQ200780029975
公開日2009年8月5日 申請日期2007年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月13日
發(fā)明者金南倫 申請人:Lg伊諾特有限公司