辦公自動化系統(tǒng)中的標簽信息防碰撞技術研究.doc

辦公自動化系統(tǒng)中的標簽信息防碰撞技術研究 張曉倩 （計算機仿真部北京100048） 摘要完善的辦公室自動化系統(tǒng)是提高企業(yè)工作效率的重要手段，本文以企業(yè)辦公室自動化系統(tǒng)為例子，研究了一種基于標簽識別的辦公室自動化系統(tǒng)中標簽信息防碰撞的關鍵技術。在系統(tǒng)設計中的各個環(huán)節(jié)使用了RFID技術，將信息錄入標簽中，通過終端方便地從數(shù)據(jù)庫中讀取數(shù)據(jù)，系統(tǒng)采用了一種前向估計反向驗證的標簽數(shù)估計算法，明確各個標簽的信息。系統(tǒng)仿真證明，本文的辦公室自動化系統(tǒng)在標簽從l到100的區(qū)間，較傳統(tǒng)的標簽閱讀算法，系統(tǒng)的吞吐率提高30%，解沖突時間平均降低4S，防碰撞的準確率明顯提高，具有很強的實用性。 關鍵詞rfid防碰撞解沖突dfsa TP391.9;TP317.1 A 150812-7078 辦公自動化就是將計算機技術、通信技術、系統(tǒng)科學與行為科學應用于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理技術難以處理的數(shù)量龐大且結構不明確的、包括非數(shù)字型信息的辦公事務處理的一項綜合技術。隨著信息科學技術的飛速發(fā)展，辦公自動化系統(tǒng)在技術和應用上都得到了更高層次的發(fā)展，人們逐漸意識到對辦公管理系統(tǒng)的運用可以使日常辦公工作更加方便、快捷和高效。而辦公活動重要性的日漸突出，也引起了企業(yè)管理者的普遍重視。并研究出了很多新型的辦公室系統(tǒng)。這些研究成果很大程度上明確了管理辦公室相關人員的責任，做到有據(jù)可查、職責分明，對辦公室自動化系統(tǒng)起到了極大的推動作用。 RFID信息標簽是辦公室自動化系統(tǒng)中的重要技術，電子標簽分為有源與無源兩種，在辦公室自動化系統(tǒng)設計環(huán)節(jié)中電子標簽被安裝在各個模塊的外部，使用有源式的電子標簽，經(jīng)常出現(xiàn)多個電子標簽信息碰撞的問題，閱讀器無法準確識別出各個標簽的信息，系統(tǒng)的吞吐率不高，延時增加。本文在RFID系統(tǒng)的標簽數(shù)量估計環(huán)節(jié)引入了一種前向估計反向驗證的標簽信息防碰撞機制，將標簽的信息有效區(qū)分后進行通信，實際的系統(tǒng)仿真證明，本文的辦公室自動化系統(tǒng)在標簽從l到100的區(qū)間，較傳統(tǒng)的標簽閱讀算法，系統(tǒng)的吞吐率提高30%，解沖突時間平均降低4S，系統(tǒng)性能良好。 一、辦公室信息自動化系統(tǒng)原理 辦公室與一般的工作區(qū)域具有不同的特征，辦公室具有自己特有的特性，辦公室設計的特性是辦公室自動化系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)保障，一般在其辦公室安裝電子標簽對辦公室自動化行成的重要參數(shù)進行采集與保存。在辦公室自動化系統(tǒng)設計過程中如果辦公室信息搜集差就越會造成辦公室自動化系統(tǒng)質量的下降，因此，在辦公室自動化系統(tǒng)設計過程中其收集信息過程要能夠完整記錄在RFID的標簽數(shù)據(jù)中。本文以普通的辦公室自動化系統(tǒng)為例子設計了一種基于技術的辦公室自動化系統(tǒng)，使用RFID技術作為辦公室自動化系統(tǒng)與外界信息交互的重要媒介，將標簽的數(shù)據(jù)采集貫穿在從設計到使用的每一個環(huán)節(jié)中，從辦公室自動化系統(tǒng)基本標簽數(shù)據(jù)記錄到使用過程中的記錄，所有的數(shù)據(jù)都被標簽在RFID中。辦公室自動化系統(tǒng)的主要由系統(tǒng)維護模塊、個人管理模塊、文檔管理模塊、業(yè)務管理模塊、公共信息管理模塊五個模塊組成。 辦公室自動化系統(tǒng)的系統(tǒng)維護模塊主要是負責硬件、軟件和數(shù)據(jù)的維護等功能，系統(tǒng)維護模塊的功能貫穿在辦公室自動化系統(tǒng)從設計到使用的各個環(huán)節(jié)中，系統(tǒng)維護模塊對數(shù)據(jù)維護后通過各種接口與其余幾個模塊進行交互。業(yè)務管理模塊是將收集到的業(yè)務信息數(shù)據(jù)源通過網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)進行傳輸，這種網(wǎng)絡的傳輸技術可以使用電信網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)等技術，使辦公室信息能夠得到更大范圍的傳播與覆蓋。信息處理模塊主要包括業(yè)務管理模塊與文檔管理模塊兩個部分，業(yè)務管理模塊主要是通過設計不同的權限業(yè)務對辦公室從開始工作到結束工作時的各個環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)查詢與服務業(yè)務請求，業(yè)務管理模塊主要集成了各種數(shù)據(jù)庫，這些數(shù)據(jù)庫包括各個環(huán)節(jié)信息庫、標簽信息庫、銷售數(shù)據(jù)庫等部分。 圖1可見RFID技術是從開始工作到最終結束的數(shù)據(jù)采集，各個環(huán)節(jié)可以方便地錄入數(shù)據(jù)隨后讀入公共數(shù)據(jù)庫。本文研究的辦公室自動化系統(tǒng)主要是基于具有一定規(guī)模的辦公場所，工作人員在每一塊工作模塊中綁定一個標簽記錄著辦公工作從開始到結束的整個過程中所有的操作信息，包括辦公工作種類與使用時間次數(shù)等信息，對每一種辦公工作進行唯一的標識。辦公室自動化系統(tǒng)設計的每個環(huán)節(jié)可以使用RFID技術對辦公室信息進行采集提高工作環(huán)節(jié)的速度，減少了差錯。在個人管理環(huán)節(jié)可以使用RFID設備對個人考勤、文件傳送、工作計劃等進行信息存儲。使用RFID技術可以對業(yè)務管理模塊的信息進行讀取，文檔管理模塊的信息可以通過閱讀器讀取包裝在電子標簽上的信息進行文檔信息的數(shù)據(jù)采集。本文的辦公室自動化系統(tǒng)不但可以暢通的進行數(shù)據(jù)交流，而且還可以對辦公室的工作源頭進行透明跟蹤?？紤]到工作效率與成本本文采用了有源主動式的電子標簽，這種方式在辦公室自動化系統(tǒng)的設計與使用過程中可以設計性能較高的電子標簽信息防撞算法，保證辦公室自動化系統(tǒng)的吞吐率與時延。 二、辦公室自動化系統(tǒng)的標簽信息防撞模型 在辦公室自動化系統(tǒng)中的RFID技術分為有源標簽與無源標簽兩種，在辦公室自動化系統(tǒng)的設計與使用的環(huán)節(jié)中，經(jīng)常出現(xiàn)多個電子標簽碰撞的問題，因為有源的主動式電子標簽的功率信號容易接受且防撞機制容易實現(xiàn)，本文選取了這種電子標簽對辦公室自動化系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)進行數(shù)據(jù)采集。多標簽的防撞核心功能主要是通過一定的算法對標簽進行排序與區(qū)分后隨后逐個對標簽集的數(shù)據(jù)進行讀取與通信?；诮?jīng)典的DFSA算法本文提出了前向估計后向驗證的改進DFSA算法提高系統(tǒng)的吞吐能力，降低解沖突延時。電子標簽的吞吐量可以根據(jù)以下的式子進行衡量： 其中，S為吞吐率，也就是每次更新時能夠成功讀取一個標簽的可能性，也可以解釋為成功讀取的標簽個數(shù)，G為系統(tǒng)的輸入負載，即每次查詢時能夠達到的標簽數(shù)量。可以對上述的式子證明得到在G=i時，吞吐率達到最大值，此時最大值為e-l=0.368，即系統(tǒng)的吞吐率能夠達到36.8%，這種技術是在將整個盤存時間劃分為若干個時隙后的結果，這種方法在標簽延遲選擇的范圍較大且隨機，嚴重影響著系統(tǒng)的響應速度。 為了客服上述問題，本文將多個時隙確定為一個信息幀，在每一個信息幀內(nèi)隨機進行延遲，在對每一個查詢周期內(nèi)動態(tài)估計標簽的數(shù)量進行調整幀時隙數(shù)，假設幀時隙數(shù)與標簽的數(shù)量分別為K，n，那么在其中的一個時隙內(nèi)存在r個標簽的概率服從以下的分布： 上面的式子為O的時候也就是誤差最小的時候。 可以根據(jù)以上的式子的最小值對下一次進行閱讀的標簽個數(shù)進行估計，使得辦公室自動化系統(tǒng)的設計與使用環(huán)節(jié)RFID的標簽信息閱讀碰撞解析性能提高。 三、系統(tǒng)性能分析 為了對本文設計的辦公室自動化系統(tǒng)中標簽信息防撞算法的性能進行分析，本文在Windows系統(tǒng)下基于matlab數(shù)學軟件進行了系統(tǒng)仿真與分析，并與經(jīng)典的DFSAZ算法進行了比較，對不同的初始標簽時隙，標簽的數(shù)量從1到100開始變化，為了盡量避免實驗過程中出現(xiàn)偶然誤差，本文在不同的算法仿真下分別進行了200次的實驗，并且對其進行平均值的求解，分別從吞吐率與解沖突時間兩個參數(shù)量對算法性能進行判定： 上圖可見，經(jīng)過本文對算法進行改進后，雖然算法的吞吐率變化都比較平穩(wěn)，但是本文的方法的吞吐率明顯提高，并且隨著標簽數(shù)量的增多，這種變化更加明顯，對200次的實驗驗證可以得到，本文的算法最高吞吐率可達48.4%。下圖是經(jīng)過本文算法改進后，在系統(tǒng)解沖突時間性能上的比較： 圖3系統(tǒng)解沖突時間對比 上面的圖中可見，在標簽的數(shù)量從1變到100的過程中，本文的算法比其他算法具有更為短的系統(tǒng)解沖突時間，標簽信息防碰撞技術在系統(tǒng)中的使用準確率較高具有很強的實用性。 四、總結與展望 本文提出一種基于技術的辦公室自動化系統(tǒng)中的標簽信息防碰撞技術。在辦公室自動化系統(tǒng)設計的各個環(huán)節(jié)中使用RFID技術將信息錄入標簽中，通過終端方便地從數(shù)據(jù)庫中讀取數(shù)據(jù)，設計了針對設計過程的不同模塊的應用架構，針對傳統(tǒng)的系統(tǒng)在設