一种基于虚拟读写器的RFID读写器定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于虚拟读写器的RFID读写器定位方法。通过在若干位置构建虚拟阅读器并记录虚拟阅读器读取到的参考标签集合，可以估计到虚拟阅读器的距离并利用传统的多边定位方法来计算目标阅读器的位置。该方法不需要知道参考标签的位置部署信息，从而可以有效的减少部署阶段的开销。仿真结果和实际测试结果均验证了该方法的有效性，其实验结果表明，当标签密度≤0.8ft时误差几乎不变，标签密度等于0.2ft，且虚拟参考读写器间隔≤1.4r时，其定位误差可达0.34ft。

An RFID Reader Location Method Based on Virtual Reader

【技术实现步骤摘要】
一种基于虚拟读写器的RFID读写器定位方法
本专利技术涉及物联网应用领域及RFID定位技术，特别涉及一种基于虚拟读写器的RFID读写器定位方法。
技术介绍
在物联网研究中，面向区域的定位技术是其中一个前景十分广阔的研究方向，而室内定位就是其中典型的代表。目前的室内定位系统能在室内环境下进行操作，并实现了很高的精度、可靠性和低成本。室内定位的技术有超声波、红外线、计算机视觉、基于射频的定位等，而基于WiFi的原型，ZigBee、蓝牙、超宽带无线电、RFID和移动电话等成为当前流行的定位方法。但是因为室内定位本身有定位面积小、多径传播严重、定位环境易发生改变等特点，所以对于室外定位的技术(卫星定位系统GPS、伽利略、北斗等系统或移动基站定位)都是无法适用的。一方面卫星信号需要与目标体进行直接的视线通信，如果有建筑物或物体遮挡时将会失去作用，另一方面蜂窝移动基站的定位精度比较低，无法满足室内定位对精度的要求。同时室内环境具有多径效应以及人员走动所带来的不可避免的干扰，因此使室内定位的效果无法同时兼顾精度和稳健度的要求。因此寻找一个适用于室内环境的定位系统，已经成为业界的研究重点。目前基于RFID读写器的定位算法数量较少，DeB算法是这个领域中较好的算法，但这些读写器定位算法需要知道参考标签的位置部署信息，它通常要使用所有读取到的参考标签来计算目标读写器的位置，因此已有方法的时间开销较大。
技术实现思路
鉴于目前的RFID室内定位存在的不足，本专利技术提出了基于检测重叠标签的RFID读写器定位方法。本专利技术所用到的名词解释如下：虚拟参考读写器：指的是该阅读器在定位目标阅读器的位置时并不是真实存在的，它是预先将收集的信息存储在计算机后台中。本专利技术的技术方案是：一种基于虚拟读写器的RFID读写器定位方法，包括以下步骤：1)在立体空间中建立坐标系统，并部署参考标签；2)在所建立的坐标系中利用虚拟的参考读写器，收集设置在不同位置处的参考读写器所能激活的参考标签，保存参考读写器的位置信息和相应能激活的标签集合信息；3)当目标读写器进入室内环境时，得到与不同位置上的虚拟参考读写器的距离集合；4)将收集的距离集合利用多边定位算法求解目标读写器的位置信息。所述的一种基于虚拟读写器的RFID读写器定位方法，步骤1)中所述的立体空间为任意长宽高的六面体空间，且参考标签为随机部署在立体空间内。所述的一种基于虚拟读写器的RFID读写器定位方法，步骤2)中，在所建立的坐标系和部署好的参考标签环境中设置在对目标读写器进行定位时并不存在的虚拟的参考读写器，以事先采集参考读写器在不同位置上所激活的参考标签的相对位置信息，并保存保存参考读写器的位置信息和相应能激活的标签集合信息。所述的一种基于虚拟读写器的RFID读写器定位方法，步骤3)中，当目标读写器进入室内中，根据目标读写器与虚拟参考读写器重叠的参考标签计算距离，以A，B，C，D为环绕目标读写器所在位置且与目标读写器读取范围有重合的参考读写器，E为要定位的目标读写器，虚拟参考读写器所能读取的标签和本身位置信息在步骤2)中已保存，以S为目标读写器与虚拟参考读写器A的重叠区域，F、G分别为目标读写器E与虚拟参考读写器A读取范围重叠区域的交叉点，有∠AEF＝θ1，∠EAF＝θ2，AE＝d1，虚拟参考读写器A读取范围的半径为r1，目标读写器E读取范围的半径为r，S与读写器之间的距离d的关系为：则由虚拟参考读写器所激活的标签数与目标读写器所激活的标签数的比来近似为两圆的面积比：其中，r1已知，M为虚拟参考读写器A所读取的标签数，N为目标读写器所读取的标签数；形状AGF、EGF的面积分别为：S＝r12(θ2-sinθ2cosθ2)+r2(θ1-sinθ1cosθ1)S＝r12(θ2-sinθ2cosθ2+ρθ1-ρsinθ1cosθ1)由于重叠的参考标签的数目L已知，则最后得到目标读写器E与虚拟参考读写器A间的距离d1，目标读写器与其他虚拟参考读写器B，C，D的距离也由上述相同的方法得到为d2，d3，d4。所述的基于虚拟读写器的RFID读写器定位方法，步骤4)中：若目标读写器在平面内的坐标为(x，y)，虚拟参考读写器A,B,C,D坐标分别为：(x1,y1)，(x2,y2)，(x3,y3)，(x4,y4)，则有：求解后得到目标读写器在上下平面内的坐标(x，y)；在获得二维平面内的位置坐标后，进一步计算得到读写器的高度：首先，因为已经确定了上下平面的中心坐标点，而中心坐标点到所选的边界标签的距离为读写器分别投射到上下表面的探测圆的半径，分别记为rc、rf，将读写器的位置高度记为z，则有：其中H为六面体空间的高度，R为读写器的探测半径，则：本专利技术提出的基于检测重叠标签的RFID读写器定位方法，是定位一个目标读写器，同时部署一个参考标签，用目标读写器去激活参考标签。此方法需要一个虚拟参考读写器。在用虚拟的参考读写器事先采集不同位置所有激活的参考标签的标记信息时，并不需要知道六面体中参考标签的位置信息。本专利技术通过检测目标读写器所激活的参考标签与事先采集的不同位置处读写器激活的参考标签的交集来确定目标读写器与虚拟参考读写器间的距离，然后利用三边定位来确定目标读写器的位置。同时，基于检测重叠标签的RFID读写器定位算法也是基于RAF(无需测距)的技术，这样就避免了从标签接收无线电信号强度或相位差来计算距离。因此，基于检测重叠标签的RFID读写器定位算法也不要求有多个发射功率等级，这样就不需要做一些多余的功率校准等额外操作，其唯一要求就是要采用读写器事先在指定位置采集激活的参考标签集合。由于本方法不需要知道参考标签的位置部署信息，从而可以有效的减少部署阶段的开销。仿真结果和实际测试结果均验证了该方法的有效性，其实验结果表明，当标签密度≤0.8ft时误差几乎不变，标签密度等于0.2ft，且虚拟参考读写器间隔≤1.4r时，其定位误差可达0.34ft。附图说明图1为基于检测重叠标签的RFID读写器定位算法定位模型图；图2为目标读写器与虚拟参考读写器距离计算图；图3为基于检测重叠标签的RFID读写器定位算法仿真实验结果图，其中(a)为虚拟参考读写器间隔(密度)的影响，(b)为标签密度△的影响，(c)为DOI的影响；图4为参考读写器覆盖区域图；图5为实验结果图，其中(a)为读写器在中心处，(b)为读写器在边界处，(c)为读写器角落处。实际读写器位置用‘☆’表示，表示本算法所估计的读写器位置。标记黑点为激活的参考标签。具体实施方式首先在室内建立一个立体空间坐标系，然后将布置标签在任意位置，且不需要知道标签在该坐标系中的坐标。通过预先用读写器在多个地方进行激活参考标签，然后将收集的到的信息存储在后台。当目标读写器进入该空间时，会得到目标读写器在当前位置上激活的参考标签。然后比对后台的虚拟参考读写器，当有该目标读写器激活的参考标签与虚拟参考读写器重叠有3处及以上，即可以利用多边定位算法获得其平面坐标，最后再计算其高度即实现了3D的室内定位。其具体步骤如下：1、在六面体空间中建立坐标系统，并部署参考标签；2、在所建立的坐标系中利用读写器收集不同位置处虚拟参考读写器所能激活的参考标签，并将位置信息和标签集合信息上传后台服务器；3、当目标本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于虚拟读写器的RFID读写器定位方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在立体空间中建立坐标系统，并部署参考标签；2)在所建立的坐标系中利用虚拟的参考读写器，收集设置在不同位置处的参考读写器所能激活的参考标签，保存参考读写器的位置信息和相应能激活的标签集合信息；3)当目标读写器进入室内环境时，得到与不同位置上的虚拟参考读写器的距离集合；4)将收集的距离集合利用多边定位算法求解目标读写器的位置信息。

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟读写器的RFID读写器定位方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在立体空间中建立坐标系统，并部署参考标签；2)在所建立的坐标系中利用虚拟的参考读写器，收集设置在不同位置处的参考读写器所能激活的参考标签，保存参考读写器的位置信息和相应能激活的标签集合信息；3)当目标读写器进入室内环境时，得到与不同位置上的虚拟参考读写器的距离集合；4)将收集的距离集合利用多边定位算法求解目标读写器的位置信息。2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟读写器的RFID读写器定位方法，其特征在于，步骤1)中所述的立体空间为任意长宽高的六面体空间，且参考标签为随机部署在立体空间内。3.根据权利要求1所述的一种基于虚拟读写器的RFID读写器定位方法，其特征在于，步骤2)中，在所建立的坐标系和部署好的参考标签环境中设置在对目标读写器进行定位时并不存在的虚拟的参考读写器，以事先采集参考读写器在不同位置上所激活的参考标签的相对位置信息，并保存保存参考读写器的位置信息和相应能激活的标签集合信息。4.根据权利要求1所述的一种基于虚拟读写器的RFID读写器定位方法，其特征在于，步骤3)中，当目标读写器进入室内中，根据目标读写器与虚拟参考读写器重叠的参考标签计算距离，以A，B，C，D为环绕目标读写器所在位置且与目标读写器读取范围有重合的参考读写器，E为要定位的目标读写器，虚拟参考读写器所能读取的标签和本身位置信息在步骤2)中已保存，以S为目标读写器与虚拟参考读写器A的重叠区域，F、G分别为目标读写...

【专利技术属性】
技术研发人员：张士庚，杨程伟，
申请(专利权)人：中南大学，赛尔网络有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43