一种制造物联网RFID读写器节点部署优化方法技术

本发明专利技术公开一种制造物联网RFID读写器节点部署优化方法，包括步骤：(1)将RFID读写器作为RFID网络中继节点位置按照一定的部署指标预先部署在待测场景，并通过其感知读取模型感知读取待测场景，获得感知结果；(2)根据待测场景内障碍物类型，构建障碍模型；(3)根据所述障碍模型和所述部署指标搭建设定权函数；(4)根据各所述RFID读写器的感知结果和所述设定权函数进行RFID读写器节点优化部署。与现有技术相比，本发明专利技术的部署方法，效率高、能耗低，自动化程度高，且感知精度可控。

Method for optimizing node deployment of RFID reader in Internet of things

The invention discloses a manufacturing method of networking RFID reader node deployment optimization method, which comprises the following steps: (1) the RFID reader as a RFID node position in accordance with the deployment of indexes in the pre deployment in the scene to be measured, and through the perception of reading model perception reads the scene to be measured, to obtain perceptual results; (2 according to the measured scene) obstacle type, construction of barrier model; (3) according to the model of the obstacles and the deployment of a construction index weighting function; (4) according to the RFID reader's perception results and the set weight function of the RFID reader node deployment optimization. Compared with the prior art, the deployment method of the invention has the advantages of high efficiency, low energy consumption, high automation, and controllable perceptual precision.

【技术实现步骤摘要】
一种制造物联网RFID读写器节点部署优化方法
本专利技术涉及制造物联领域,属于人工智能
中拓扑控制技术，具体是一种制造物联网RFID读写器节点部署优化方法。
技术介绍
物联网实现物到物、人到物和人到人的互联，把目前网络所实现的人与人之间的互联通过传感技术扩大到了物的范围。物联网的核心是实现事物之间的互联，从而能够实现所有事物之间主动的信息交换和通信。制造物联网作为工业4.0的核心技术正引起业界瞩目。其将网络、嵌入式、RFID、传感器及执行器等电子信息技术与制造技术相融合，实现对产品设计、制造与服务过程中制造资源与信息资源的动态感知、智能处理与优化控制的一种新型的制造模式和信息服务模式。它将通过制造环境下感知设备(RFID、传感器等)的分布式协同，对制造车间中需要监控、连接、互动的在制品、物料、产品的各种制造信息进行自动采集和全面感知，使得制造车间中多种实体之间具备相互感知、查询、监测的能力，优化产品制造与服务过程及全生命周期制造资源与信息资源的动态感知、智能处理与优化控制。如何对制造车间中的各种物料进行可靠感知是制造物联中的一个重要问题。无线射频识别(RFID)技术作为物联网中的核心关键技术目前已经被广泛地应用于包括物流跟踪、仓储管理、智能交通等许多领域。RFID读写器节点可以在相对较大的范围内对标签中的数据进行读写，并且不需要读写器与标签之间满足视距传输，因而能够极大地提升读取效率。制造车间中物料、在制品、人员的流动跟踪都可以通过RFID进行标识连接。然后通过车间中部署的多个RFID读写器进行通信定位，以实现对这些制造资源的感知、跟踪、定位。利用预先部署的RFID读写器(Reader)节点，对车间制造资源进行监测和管理。制造车间中物理空间约束、电磁环境复杂、制造资源动态多变、如何进行优化部署是一个重要问题。制造车间中，制造过程大多集中于地面过程，物料流动跟踪大多集中于水平地面。当前对于RFID读写器在二维空间的部署研究众多，大部分假定部署区域的理想环境或RFID读写器模型规则，然后在确定部署下通过计算几何的方法将节点按一定的规则进行排列。这些方法仅适用于解决一般理想情况下的部署优化，对于制造车间中众多干扰环境下如何快速优化并不适宜。因此，如何构建一种新的物联网RFID读写器节点部署方法，能够解决物理空间约束、电磁环境复杂、制造资源动态多变等因素制约下的部署定位、感知等问题，实现快速优化，是本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种不规则RFID读写器覆盖模型，使用该模型在目标区域具有较好的实际应用价值。另外由于平面覆盖问题属于NP-hard问题，本专利采用启发式算法来进行优化RFID读写器的部署优化。本专利技术方法的具体技术方案通过如下步骤实现：一种制造物联网RFID读写器节点部署优化方法，包括步骤：(1)将RFID读写器作为RFID网络中继节点位置按照一定的部署指标预先部署在待测场景，并通过其感知读取模型感知读取待测场景，获得感知结果；(2)根据待测场景内障碍物类型，构建障碍模型；(3)根据所述障碍模型和所述部署指标搭建设定权函数；(4)根据各所述RFID读写器的感知结果和所述设定权函数进行RFID读写器节点优化部署。优选地，所述感知读取模型为一平面椭圆模型，其椭圆坐标方程极坐标公式为其中：节点坐标为左侧或右侧焦点。优选地，所述步骤(2)根据待测场景内障碍物类型，构建障碍模型具体为：依据该区域的障碍物类型大小以及分布的不同，障碍区域Ωj取不同电磁干扰权值σi。优选地，所述部署指标具体为：覆盖冗余度和通信容量负载平衡指标；其中，覆盖冗余度为Δsij为与其他读写器重叠区域面积，si为RFID读写器Ri的实际覆盖面积；通信容量负载平衡指标为：依据各个待测区域标签存在概率权值β，假定某RFID读写器Ri覆盖区域si，则标签期望数量为：总体期望标签数量为：优选地，所述设定权函数为：Fi＝w1ρi+w2σi。优选地，所述步骤(3)根据所述障碍模型和所述部署指标搭建设定权函数具体为：将依据待测场景区域内障碍物的不同类型搭建的障碍模型和部署指标进行结合，并依据应用需求搭建设定权函数。优选地，所述步骤(4)根据各所述RFID读写器的感知结果和所述设定权函数进行RFID读写器节点优化部署具体为：RFID读写器节点依据自身编号由小到大顺次进行部署优化，从最小编号开始选择角度，依据前面的权值公式计算当前覆盖区域的权值大小，以选择角度5°为步长进行旋转计算，并进行记录各位置的权值，回到初始值后取最大权值的位置作为当前RFID读写器感知节点的最优位置，然后各个节点依次执行该过程，各自取得最优值。本专利技术中，部署待测场景具有各种不规则障碍区域，RFID读写器作为RFID网络中继节点位置预先部署固定，其感知读取模型近似为椭圆模型，节点方位角度可以旋转到任意角度，通过调节方位角，优化待测场景区域的覆盖。同时，本专利技术中，依据障碍物的不同类型构造障碍模型，以覆盖冗余度和通信容量负载平衡指标为部署指标，结合二者并依据应用需求给出设定权函数，然后各个感知节点依序进行选择优化选择权值最大的角度优化部署。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：本专利技术解决了制造物联车间中RFID读写器对区域监测覆盖优化问题，改善了RFID读写器采用人工部署效率低下和自动化程度不高的状况，避免了使用传统方法容易出现漏读，以及太多标签随机播撒等方法导致存在的节点密度不可控，感知范围与热点区域覆盖不可调整等局面。本专利技术对推动传感器网络在制造物联中的实用起着重要作用。采用本专利技术的部署方法，效率高、能耗低，自动化程度高，且感知精度可控。附图说明图1是本专利技术实施例中的一个RFID读写器辐射模型示意图；图2是本专利技术实施例中的障碍区域覆盖模型示意图；图3是本专利技术实施例中的车间各个区域RFID标签存在蒙特卡洛示意图；图4是本专利技术实施例中的车间RFID网络中障碍区域示意图；图5是本专利技术实施例中的初始RFID读写器节点网络初始部署示意图；图6是本专利技术实施例中的RFID读写器节点优化部署后示意图。具体实施方式下面结合实施例及附图，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细说明，但本专利技术的实施和保护范围不限于此。本专利技术实施例提供的一种制造物联RFID读写器节点部署优化方法，待测场景设定为车间，同时设定RFID读写器节点位置固定，感知角度可以自由调整，RFID标签固定于各种制造资源上，其在车间动态移动，通过构造RFID读写器节点感知模型以及障碍模型，通过贪婪算法实现对于车间监测区域的覆盖优化。本专利技术实施例提供的一种制造物联RFID读写器节点部署优化方法，具体是：在制造车间内预先位置随机部署有一定数量的RFID读写器节点，RFID读写器节点同构，感知模型一致，部署位置预先已知。制造车间存在有各种类型形状大小各异的障碍物，其对RFID读写器节点读取感知范围内的RFID标签有影响。RFID读写器节点同时读取RFID标签容量有限；车间各个区域的RFID标签随机移动，因此各个区域的RFID标签分布各不相同，预先估计后给出，可以得出不同区域RFID标签数量分布权值；其中，RFID读写器节点感知模型计算方法如下：RFID读写器的读写半径与许多因素有关：包括读写器功率，频率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造物联网RFID读写器节点部署优化方法，其特征在于，包括步骤：(1)将RFID读写器作为RFID网络中继节点位置按照一定的部署指标预先部署在待测场景，并通过其感知读取模型感知读取待测场景，获得感知结果；(2)根据待测场景内障碍物类型，构建障碍模型；(3)根据所述障碍模型和所述部署指标搭建设定权函数；(4)根据各所述RFID读写器的感知结果和所述设定权函数进行RFID读写器节点优化部署。

【技术特征摘要】
1.一种制造物联网RFID读写器节点部署优化方法，其特征在于，包括步骤：(1)将RFID读写器作为RFID网络中继节点位置按照一定的部署指标预先部署在待测场景，并通过其感知读取模型感知读取待测场景，获得感知结果；(2)根据待测场景内障碍物类型，构建障碍模型；(3)根据所述障碍模型和所述部署指标搭建设定权函数；(4)根据各所述RFID读写器的感知结果和所述设定权函数进行RFID读写器节点优化部署。2.根据权利要求1所述的一种制造物联网RFID读写器节点部署优化方法，其特征在于，所述感知读取模型为一平面椭圆模型，其椭圆坐标方程极坐标公式为其中：节点坐标为左侧或右侧焦点。3.根据权利要求1所述的一种制造物联网RFID读写器节点部署优化方法，其特征在于，所述步骤(2)根据待测场景内障碍物类型，构建障碍模型具体为：依据该区域的障碍物类型大小以及分布的不同，障碍区域Ωj取不同电磁干扰权值σi。4.根据权利要求1所述的一种制造物联网RFID读写器节点部署优化方法，其特征在于，所述部署指标具体为：覆盖冗余度和通信容量负载平衡指标；其中，覆盖冗余度为Δsij为与其他读写器重叠区域面积，si为RFID读写器R...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘军，卢旭，祁伟，袁飞，肖应旺，
申请(专利权)人：广东技术师范学院，
类型：发明
国别省市：广东,44