[发明专利]三维空间中的大规模RFID阅读器的部署方法

权利要求书

1.一种三维空间中的大规模RFID阅读器的部署算法，其特征在于：

（1）该算法提出了一种矩阵化的量化方法，将阅读器电磁覆盖模型和覆盖区域模型映射为阅读器三维矩阵和覆盖区域三维矩阵；

（2）该模型使用旋转矩阵来构建读写器三维覆盖模型矩阵组，以此来映射读写器天线的摆放，真实反映出读写器辐射场在空间中的传播具有方向性；

（3）该算法提出了一种三维矩阵的部署策略，通过采样、量化的方法，将三维空间中的读写器部署问题转化为三维矩阵部署问题；

（4）该算法提出了一种新的计算覆盖率和重叠率的策略，该策略计算简单，实现容易。

（5）该算法提出了一种基于淘汰规则的粒子群算法的改进型策略，该策略加入了阅读器越界检测和淘汰机制，对标准粒子群算法做出了改进。

2.如权利要求1所述的三维空间中的大规模RFID阅读器的部署算法，首先将阅读器覆盖模型放入一个立方体区域，然后通过对这个区域进行量化，将该区域变换成一个每维长度都为n的（0、1）矩阵，矩阵中1的部分代表阅读器覆盖区域，0的部分代表没有被覆盖到的区域。同理，再将需要覆盖的区域也装入一个更大的长方体中，并将其量化成一个每维长度分别为长方体长、宽、高的三维矩阵，矩阵中元素值为1的点表示需要覆盖的区域、矩阵中元素值为0的点表示不需要覆盖的区域，通过上述步骤，即完成了RFID阅读器及覆盖区域的矩阵化工作。

3.如权利要求1所述的三维空间中的大规模RFID阅读器的部署算法，由于阅读器辐射场在空间中的传播是有方向的，因此，为了真实反映出这一特质，在对阅读器矩阵进行部署时，就必须考虑到这一参数对阅读器覆盖模型矩阵的影响。鉴于上述特点，采取了对三维阅读器覆盖矩阵M沿一条平行于z轴的直线旋转的方法，该直线定义为：通过阅读器矩阵M的中心点，且平行于z轴。阅读器的方向对应于阅读器覆盖矩阵M沿直线的旋转方向，根据阅读器方向的不同，可以生成新的矩阵，这些矩阵组合起来就是按不同角度摆放的三维阅读器覆盖矩阵组M(θ)。

4.如权利要求2、3所述的三维空间中的大规模RFID阅读器的部署算法，该策略通过矩阵叠加的方式，将阅读器矩阵循环叠加到部署矩阵中，利用矩阵理论，将三维空间中的读写器部署问题转化为三维矩阵部署问题。利用该策略，可以大大简化阅读器部署环节中目标区域的覆盖率、重叠率等指标的计算难度，有利于快速评估RFID系统的覆盖性能。

5.如权利要求1、2所述的三维空间中的大规模RFID阅读器的部署算法，覆盖率和重叠率是衡量无线传感器网络、RFID网络及其它无线网络覆盖性能的重要指标。在多个阅读器的三维覆盖中，用传统方法计算覆盖率和重叠率是相当困难和不现实的。因此提出了一种将三维空间量化，并计算离散覆盖率和重叠率的策略，该策略计算简单，实现容易。覆盖率σ为：覆盖了一次和一次以上的点占所有覆盖到的点的比值。重叠率为：覆盖了两次和两次以上的点占所有覆盖到的点的比值。

6.如权利要求1、2所述的三维空间中的大规模RFID阅读器的部署算法，由于粒子群算法的初始化是随机生成每个粒子的初始位置的，如果待覆盖区域的又是不规则模型，在阅读器个数比较多的情况下，出现越界阅读器的可能性就很高，因此我们在迭代过程中加入了对阅读器覆盖的越界检测。解决阅读器越界的方法是：如果判断出阅读器是越界阅读器，则将该阅读器位置、速度随机重置，直至越界检测判断出该阅读器为有效阅读器为止。针对标准粒子群算法在迭代后期容易陷入局部最优解的现象，我们建立了一种淘汰机制：假如粒子群的全局极值在累积一定的迭代次数后没有提升，则通过对所有粒子适应值的计算，选择其中适应值最小的若干个粒子将其舍弃，再随机初始化新的粒子加入到粒子群中，与适应值较大的优秀粒子协作、更新，这样经过不断的优胜劣汰，整个粒子群既保持了粒子的多样性，又保存了群体中的优秀粒子。