[发明专利]一种矿井移动目标无线通信的防碰撞算法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及到煤矿井下移动目标通信的防碰撞方法，即对井下人员定位系统的防碰撞方法。 

背景技术

随着我国通信技术和计算机技术的发展，通过仿制以及自主研发等手段，陆续开发出基于无源射频识别、有源射频识别、Zigbee网络等技术的井下定位系统。 

在分析调查多家定位系统的井下无线通信技术后，发现有以下两个方面是众多定位系统的“通病”： 

(1)并发识别能力不强。所谓并发识别能力，即多个移动目标携带定位标签出现在同一地点，读卡器将其分辨出来的能力。由于无线信号碰撞，系统常常出现出现“漏读”和“误码”现象。有些定位系统标签并发漏读率甚至在30％以上，远不符合行业需求。 

(2)系统功能不完善，可靠性不高，不能实现完全人员识别区域定位，易出现“多卡”、 

“漏卡”或“一卡同时多位置”等现象，地面控制中心接收到信息与实际情况有误差。 

选择合适井下无线通信技术，设计合适的通信协议和防碰撞算法，可以在现有硬件条件的基础上，发挥其最大性能，提高通信成功概率，减小漏读率，优化无线通信网络。 

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服以上技术的不足，设计了“多发筛漏”算法，并在此基础上引入“时间片调度”算法，在较多标签并发识别的时候，保证较低的漏读率。 

本发明的技术解决方案是：在多发筛漏法的基础上设计标签与读卡器的握手通信，以及如何将时间片校正信息反馈给标签，并且合理的分配标签和读卡器的工作量，以及充分考虑标签节能的问题。 

设计时间片调度法工作流程如下： 

(1)标签采用定时发送的工作流程，标签休眠秒后发送自己的卡号，发送完成后等待读卡器回应。 

(2)读卡器接收到标签的无线数据，并将当前读卡器时间片序号h、时隙是否忙碌及其它系统数据发送给标签，为标签提供时钟参考。 

(3)标签发送后等待一段时间，若接收到读卡器的返回信号，提取其中读卡器的时间片序号，根据h_T＝NUM％X计算出该标签所属的时间片序号，若h_T与h相同，则休眠t_W时间后再次发送；若h_T与h不同，则调整自己的休眠时间t_W为t_W’，使标签下一次发送时间位于 自己所属于的时间片中。 

(4)标签发送后等待一段时间，若没有收到读卡器的返回信号，则休眠一段随机时间(此休眠时间小于t_W)后重新发送，直到达到最大的重试次数为止。 

关于时间片校正的设计是：读卡器内部维护一张时间片表，随时更新标签占用时间片的状态，当收到标签后，如果标签所属的时间片空闲，读卡器把当前时间片号码发送给标签；如果标签所属时间片忙碌，读卡器将当前时间片序号和空闲的备用时间片序号发送给标签。标签收到读卡器数据后，根据当前时间片序号，计算出自己本次休眠的时间。即读卡器“查找”，标签“调整”。 

附图说明

图1示出了两个标签工作示意图； 

图2示出了标签碰撞示意图； 

图3示出了时间片调度示意图； 

图4示出了时间片分配示意图。 

具体实施方式

1.标签碰撞模型分析 

矿井移动目标定位系统基于有源RFID技术的退避算法，下面分析标签碰撞现象。设标签有效侦听时间为t_L，发送时间为t_S，休眠时间为t_W。标签每次发送数据后进入睡眠状态，经历t_W时间后醒来再次发送数据，发完后再次进入睡眠状态。所以，标签的工作流程是一种周期性工作，设标签进行一次侦听、发送、休眠的过程为以工作周期，时长为T，那么有： 

T＝t_L+t_S+t_W+Δt 

其中Δt为标签从无线发送状态转换到休眠状态所耗费的时间，即工作状态转换时间间隔。由于t_L、t_S及Δt均为毫秒级，t_W为秒级，所以工作周期与休眠时间近似相等。