[发明专利]一种基于跳跃式查询的被动式三维射频识别定位方法

说明书

技术领域

本发明属于物联网技术领域，涉及一种基于跳跃式查询的被动式三维射频识别定位方法。

背景技术

近年来随着物联网技术的不断更新和发展，RFID广泛应用于工业生产过程中，大幅度提高了工业生产效率。然而，大规模RFID广泛应用的主要制约因素之一就是其三维定位能力，即对三维RFID系统中的标签或者读头进行快速准确定位的能力。目前，研究人员已经提出了一些三维RFID定位方法，但是仍然存在一些不足，尤其是定位效率较低，很难满足实际应用需求。与传统的三维RFID定位方法不同，本发明提出的基于跳跃式查询的被动式三维RFID定位方法能够在不降低定位精度的前提下，有效提高定位效率，降低定位过程的能耗并且加快定位速度，理论和仿真结果显示本发明所提出的被动式三维RFID定位方法在性能上优于已有的方法。

RFID定位系统中，通常会部署一些位置信息已知的参考标签(reference tag)或者参考读头(reference reader)，定位目标通过测得与参考标签或者参考读头之间的特性关系来估计自身位置。基于RFID的定位方法主要包括两大类：基于测距的(range-based)和距离无关的(range-free)。基于距离的定位方法主要是通过测量目标与参考标签或者参考读头之间的距离，基于该距离信息和参考点的位置信息来定位。距离无关的定位方法则主要通过测量其他网络参数来对目标定位。目前已有的典型的RFID定位方法包括LANDMARC，Collect All和Probe Some三种。距离无关的定位方法有LANDMARC方法(参见L.Ni,Y.Liu,Y.Lau,and A.Patil.LANDMARC:Indoor Location Sensing Using Active RFID.In Proceedings of IEEE PerCom,2003.)，通过在特定位置安装参考读头，并且选取了一些位置已知的点作为参考点，并离线测得标签在各个参考点上接收到的来自各个参考读头的信号强度，以此构建离线地图。在定位过程中，目标标签在区域内移动，参考读头与目标标签周期性通信并测得其信号强度，然后将实时测得的信号强度与离线地图匹配，选取与目标标签最近的K个参考点，用K个参考点的位置信息的加权平均作为其位置估计。基于距离的定位方法有Collect All和Probe Some。其中，Collect All方法(参见C.Wang,H.Wu,and N.Tzeng.RFID-Based 3-D Positioning Schemes.In Proceedings of IEEE Infocom,2007.)在定位区域的天花板部署网格状参考标签，并且在天花板的特定位置部署一些参考读头，这些参考标签和参考读头都是位置已知的，而每个参考读头都能够获取系统中所有参考标签和参考读头的位置和ID的对应关系。定位过程中，参考读头首先确定能够与目标标签进行通信的最小发射功率等级，然后估计该最小发射功率等级对应的传输距离。参考读头在估计最小发射功率等级对应的传输距离时，参考读头通过计算功率发射等级所对应的通信区域内的参考标签的圆环半径来获得。最后，根据多个参考读头的位置信息以及对应的距离信息，估计出目标标签的位置。另外一种方法Probe Some(参见K.Bu,X.Liu,J.Li,and B.Xiao.Less is More:Efficient RFID-based 3D Localization.In Proceedings of IEEE MASS,2013.)则是在Collect All方法的基础上，进一步降低定位过程的能耗和加快定位速度。Probe Some方法同样也是在天花板部署参考读头和参考标签。参考读头首先确定能够与目标标签通信的最小发射功率等级，然后估计该最小发射功率等级对应的传输距离。在距离估计过程中，参考读头采用一对一的直线查询，最后确定能够与之通信的最远的参考标签，进而估计出最小发射功率等级对应的距离，然后基于多个参考读头的位置信息和对应的距离信息，估计出目标标签的坐标。