大規(guī)模無線射頻系統(tǒng)中丟失標(biāo)簽的快速檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對基于主動式標(biāo)簽構(gòu)建的無線射頻系統(tǒng)中丟失標(biāo)簽的快速檢測問題。本文提出一種基于虛擬布魯姆過濾器的丟失標(biāo)簽檢測算法，即BMD算法。該算法能夠在不收集標(biāo)簽識別號的情況下快速低能耗地判斷一個標(biāo)簽是否在系統(tǒng)所有閱讀器的讀取范圍之內(nèi)。算法先用待測標(biāo)簽構(gòu)成的布魯姆過濾器過濾一部分標(biāo)簽，接著閱讀器根據(jù)嫌疑標(biāo)簽的回復(fù)來構(gòu)建虛擬布魯姆過濾器，并利用布魯姆過濾器高效地判斷標(biāo)簽是否丟失。相比與基于直接收集標(biāo)簽標(biāo)識號的算法和當(dāng)前最好的單閱讀器丟失標(biāo)簽檢測算法，BMD算法中標(biāo)簽的平均通信開銷降低了一到三個數(shù)量級，特別適用于利用內(nèi)嵌電池供電的主動標(biāo)簽。此外，BMD算法的檢測時間也顯著低于當(dāng)前算法。
【專利說明】
大規(guī)模無線射頻系統(tǒng)中丟失標(biāo)簽的快速檢測方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域：本發(fā)明涉及電子信息和無線通信領(lǐng)域中大規(guī)模無線射頻系統(tǒng)中主動式 標(biāo)簽的丟失檢測。
【背景技術(shù)】：
[0002] 在無線射頻系統(tǒng)（即RFID)中，如何快速檢測丟失標(biāo)簽從而快速發(fā)現(xiàn)丟失的貨物 是一個很重要的研究問題?，F(xiàn)有的RFID標(biāo)簽識別協(xié)議可以分為兩種：基于ALOHA的協(xié)議和 基于樹的協(xié)議。在基于ALOHA的協(xié)議中，標(biāo)簽和閱讀器之間的通信劃分成幀，而幀又進(jìn)一步 劃分為不同的時隙。當(dāng)一個標(biāo)簽收到閱讀器的查詢命令后，就會在當(dāng)前幀中隨機(jī)選擇一個 時隙對閱讀器進(jìn)行回復(fù)。如果在某個時隙中只有一個標(biāo)簽對閱讀器進(jìn)行回復(fù)，則該標(biāo)簽?zāi)?夠被閱讀器正確識別。如果在當(dāng)前幀完成之后還存在未識別的標(biāo)簽，則閱讀器啟動一個新 幀來對剩余未識別的標(biāo)簽進(jìn)行繼續(xù)識別。在基于樹的協(xié)議中，閱讀器在每次的查詢命令中 廣播一個前綴信息，所有滿足這個前綴的標(biāo)簽均會向閱讀器發(fā)送回復(fù)。閱讀器檢測回復(fù)是 否沖突。如果回復(fù)沖突，則閱讀器通過更改前綴將回復(fù)的標(biāo)簽分成兩部分，并通過廣播不同 的新前綴來讓不同的標(biāo)簽子集合回復(fù)。當(dāng)閱讀器檢測到只有一個標(biāo)簽回復(fù)時，則成功識別 該標(biāo)簽。
[0003] 但對于內(nèi)嵌電池供電的主動標(biāo)簽來說，RFID識別中傳輸標(biāo)簽的標(biāo)識號是個非常耗 電的過程。因此，如何在不收集標(biāo)簽標(biāo)識號的情況下，以一種能量有效的方式快速準(zhǔn)確地檢 測出系統(tǒng)中的丟失標(biāo)簽，是近年來RFID研究領(lǐng)域中的一個重要研究方向。
[0004] 現(xiàn)有的不收集標(biāo)簽識別號的檢測算法中最好的是IIP (Iterative ID-free Protocol)。在該算法中，閱讀器首先根據(jù)系統(tǒng)中存儲的標(biāo)簽信息來計算一個幀前向量 (pre-frame vector)并將該向量廣播給系統(tǒng)中所有的標(biāo)簽。系統(tǒng)中的標(biāo)簽收到該向量后， 根據(jù)向量中的值來判斷自己是否應(yīng)該向閱讀器發(fā)送回復(fù)。當(dāng)閱讀器收集到標(biāo)簽的回復(fù)后， IIP協(xié)議就可以判斷出哪些標(biāo)簽是未丟失的并基于此計算出一個幀后向量（post-frame vector)來通知這些標(biāo)簽在下一個幀中退出協(xié)議。當(dāng)所有的標(biāo)簽均回復(fù)后，IIP協(xié)議即可判 斷出丟失標(biāo)簽。由于閱讀器可以利用一個標(biāo)簽ID發(fā)送多位向量，因此IIP可以快速地檢測 丟失標(biāo)簽，其對每個標(biāo)簽的平均檢測時間可以達(dá)到一個常數(shù)值（約0. 86毫秒）。同時該算 法不僅能夠檢測是否有標(biāo)簽丟失，還能夠準(zhǔn)確地確定出是哪些標(biāo)簽丟失。但是在ΠΡ協(xié)議 中，每個標(biāo)簽要從閱讀器接受大量的的信息，對于主動式標(biāo)簽來說同樣會帶來較大的能量 開銷。同時因為在協(xié)議執(zhí)行過程中的每一輪，IIP協(xié)議都要根據(jù)系統(tǒng)中所有的標(biāo)簽來計算 前置向量和后置向量并廣播會大大增加算法的執(zhí)行時間。

【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，就是針對基于主動式標(biāo)簽構(gòu)建的RFID系統(tǒng)，提出一 種基于虛擬布魯姆過濾器的丟失標(biāo)簽檢測算法，該算法能夠在不收集標(biāo)簽識別號的情況下 快速低能耗地判斷一個標(biāo)簽是否在系統(tǒng)所有閱讀器的讀取范圍之內(nèi)。
[0006] 算法先用待測標(biāo)簽構(gòu)成的布魯姆過濾器過濾一部分標(biāo)簽，接著讓嫌疑標(biāo)簽在一個 幀內(nèi)對閱讀器進(jìn)行多次回復(fù)來構(gòu)建虛擬布魯姆過濾器，并利用布魯姆過濾器能夠高效表示 集合從屬關(guān)系的特性來高效地判斷標(biāo)簽是否丟失。我們將所提出的丟失標(biāo)簽檢測算法稱為 BMD(Bloom_filter based Missing tag Detection)。相比與基于直接收集標(biāo)簽標(biāo)識號的 算法和當(dāng)前最好的單閱讀器丟失標(biāo)簽檢測算法，BMD算法中標(biāo)簽的平均通信開銷銷降低了 一到三個數(shù)量級，因此能極大地降低標(biāo)簽?zāi)芎?，特別適用于利用內(nèi)嵌電池供電的主動標(biāo)簽。 同時，BMD算法的檢測時間也顯著低于這兩種算法。
[0007] 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：
[0008] 本發(fā)明的RFID系統(tǒng)由3部分組成：一個后臺服務(wù)器，一組RFID閱讀器，以及大量 的RFID主動式標(biāo)簽。后臺服務(wù)器可以承擔(dān)數(shù)據(jù)的處理以及存儲功能，可以是一臺普通的PC 機(jī)。標(biāo)簽和閱讀器都是由高度集成的微功率單芯片無線收發(fā)機(jī)和單片機(jī)制成，單芯片收發(fā) 機(jī)還必須有一個獨一無二的廠家編碼或者識別號。后臺服務(wù)器和各個RFID閱讀器之間存 在著有線或無線的高速連接，服務(wù)器和閱讀器之間可以進(jìn)行直接通信來交換信息。標(biāo)簽可 以附著或嵌入在特定的物品上。
[0009] 系統(tǒng)工作原理：
[0010] 閱讀器與標(biāo)簽之間采用改進(jìn)的幀-時隙ALOHA協(xié)議通信。在該協(xié)議中，閱讀器和 標(biāo)簽之間的通信劃分為幀進(jìn)行。在所有檢測之前，也就是第一個幀，服務(wù)器先利用待檢測的 標(biāo)簽集合構(gòu)造出一個布魯姆過濾器。該布魯姆過濾器的長度由給定的誤報率和閱讀器范圍 內(nèi)標(biāo)簽數(shù)量決定的。標(biāo)簽收到該布魯姆過濾器之后，判斷是否屬于這個布魯姆過濾器，也就 能判斷它是否可能是待檢測標(biāo)簽。判斷不是待檢測標(biāo)簽的標(biāo)簽在接下來的檢測過程中保持 沉默，也就是再也不向閱讀器進(jìn)行回復(fù)。接下來的檢測過程中，每個幀的開始，閱讀器廣播 幀大小f和k個隨機(jī)數(shù)，其中f指明了該幀包含的時隙個數(shù)，k個隨機(jī)數(shù)用來幫助標(biāo)簽在該 幀中選擇k個時隙對閱讀器進(jìn)行回復(fù)。
[0011] 標(biāo)簽選擇時隙的方法是，設(shè)標(biāo)簽的標(biāo)識號為id，一個隨機(jī)數(shù)為kt，則得到值sc = H(id | | k)mod f，選擇第sc個時隙為此隨機(jī)數(shù)對應(yīng)的標(biāo)簽選擇的時隙。如此選出k個時隙。
[0012] 標(biāo)簽在收到閱讀器廣播的信息之后，對閱讀器發(fā)送的回復(fù)每次只是一個1比特的 信息。閱讀器產(chǎn)生一個長度為f的比特向量，并將所有比特初始化為"0"。然后閱讀器根據(jù) 標(biāo)簽回復(fù)后收集到的時隙的不同狀態(tài)來對向量中相應(yīng)的比特進(jìn)行置位：如果第i個時隙是 非空時隙，則將向量中的第i個比特置為"1"。完成之后，閱讀器得到一個不全為"〇"的向 量，這個向量等同于一個表示該閱讀器中所有標(biāo)簽的布魯姆過濾器，稱之為虛擬布魯姆過 濾器。閱讀器將虛擬布魯姆過濾器發(fā)回給后臺服務(wù)器。
[0013] 后臺服務(wù)器收到虛擬布魯姆過濾器向量后，結(jié)合對應(yīng)閱讀器的k個隨機(jī)數(shù)找到需 要檢測的標(biāo)簽的標(biāo)識號對應(yīng)的在虛擬布魯姆過濾器向量中的k個位置，確定這k個位置的 方法和標(biāo)簽選擇時隙的方法一樣。然后檢查是否所有k個位置的比特位均為"1"，如果所有 的比特位均為" 1"，則標(biāo)簽存在與該閱讀器的讀取范圍之內(nèi)。否則與其他閱讀器的虛擬布魯 姆過濾器進(jìn)行判定，若標(biāo)簽不存于任一閱讀器的讀取范圍之內(nèi)，則判定標(biāo)簽丟失。
[0014] 而在這個多閱讀器RFID系統(tǒng)中，相鄰閱讀器在與標(biāo)簽通信時會產(chǎn)生兩種沖突。第 一種稱作閱讀器-閱讀器沖突（Reader-Reader Collision)。當(dāng)標(biāo)簽T同時處在兩個閱讀 器A和B的讀取范圍之內(nèi)時，A和B之間就會產(chǎn)生R-R沖突。這種情況下，如果閱讀器A和 閱讀器B同時廣播查詢請求，標(biāo)簽T收到的信號將會受到干擾從而不能正確地對查詢命令 進(jìn)行解碼。第二種沖突稱為閱讀器-標(biāo)簽沖突（Reader-Tag Collision)。當(dāng)閱讀器A位于 另一個閱讀器B的讀取范圍內(nèi)時，標(biāo)簽T向A發(fā)送的回復(fù)可能會被閱讀器B的信號所干擾， 從而不能正確解碼。相互之間會產(chǎn)生沖突的閱讀器不能同時工作。我們通過將閱讀器之間 的潛在沖突關(guān)系構(gòu)建成一個沖突圖，并通過在該沖突圖上利用著色算法來尋找一個可行的 閱讀器調(diào)度。
[0015] 首先閱讀器集合R，構(gòu)建沖突圖G =〈V，E>，其中V中的每個頂點都與閱讀器R中 的閱讀器一一對應(yīng)。而兩個頂點Va，Vb之間的邊對應(yīng)于相應(yīng)閱讀器RjPR b之間存在著兩 種沖突中的一種。兩個閱讀器之間是否存在著沖突可以通過它們之間的距離來判斷，或者 通過在RFID系統(tǒng)的監(jiān)控范圍內(nèi)進(jìn)行場景分析得到。利用著色算法為途中的每個頂點賦予 一個顏色，使得任意相鄰的兩個頂點的顏色都不相同。利用著色算法的結(jié)果，讓同一顏色的 閱讀器同時工作，調(diào)度為不同顏色的閱讀器在不同的時間進(jìn)行工作以避免沖突。
[0016] 閱讀器與標(biāo)簽之間通信協(xié)議中的幀大小和隨機(jī)數(shù)個數(shù)的確定方法：在檢測開始時 先使用一種已知的閱讀器標(biāo)簽數(shù)目估算算法快速對系統(tǒng)內(nèi)每個閱讀器范圍內(nèi)的標(biāo)簽數(shù)目 進(jìn)行估計。后臺服務(wù)器利用得到的標(biāo)簽數(shù)目和要求的檢測概率計算得到所需的幀大小f和 所需的哈希函數(shù)個數(shù)k。
[0017] 本協(xié)議中共需要傳遞兩種布魯姆過濾器。第一種布魯姆過濾器用來判斷某個標(biāo)簽 是否為待檢測標(biāo)簽。第二種布魯姆過濾器用來檢測某個待檢測標(biāo)簽是否丟失。
[0018] 第一種布魯姆過濾器長度m和哈希函數(shù)個數(shù)η是由閱讀器范圍內(nèi)標(biāo)簽的數(shù)量N和 誤報率α決定的。我們可以計算得到
[0019] m 多 Ν · 1/1η2 · log2 (1/ α )
[0020]
[0021] 第二種布魯姆過濾器的參數(shù)我們可以通過如下方式得到。假設(shè)待測標(biāo)簽數(shù)量為Μ， 幀大小未知，暫設(shè)為Α。一個標(biāo)簽被誤判為民的讀取范圍內(nèi)的概率是，其對應(yīng)的k個比特 均為"1"的概率即為：
[0022] Pw=(P1)k
[0023] 假設(shè)對所有的閱讀器民，其誤判概率都相同，則標(biāo)簽在整個系統(tǒng)的被正確判斷的 概率Ρ即為每個閱讀器下都正確判斷的乘積，即一個閱讀器下正確判斷的閱讀器個數(shù)L次 方。當(dāng)11和匕給定時，存在最優(yōu)的k= (fVM)ln2使值Pw最小。則在Pw最小時達(dá)到所需的 檢測概率β。此時可以得出一個匕值，即為最優(yōu)h值，k值亦為最優(yōu)。公式分別為：
[0024]
[0026] 其中爐* 0.6185更小的f值將無法保證所需的檢測概率，更大的f值將導(dǎo)致k值增 加，進(jìn)而增加能耗和算法的執(zhí)行時間。
[0027] 本發(fā)明的有益效果：
[0028] 本發(fā)明的有益效果是：使用基于虛擬布魯姆過濾器的方法檢測丟失標(biāo)簽，能夠以 較小的時間開銷來檢測出標(biāo)簽是否存在于系統(tǒng)中；并且本發(fā)明的算法既不需要收集標(biāo)簽標(biāo) 識號，也不需要向標(biāo)簽廣播大量的信息，從而能夠極大地降低通信開銷，達(dá)到節(jié)省能量的目 的。由于本系統(tǒng)在檢測第一步先過濾掉非待檢測的標(biāo)簽，使得這些標(biāo)簽在以后的檢測過程 中處于沉默（非監(jiān)聽）狀態(tài)，因此減少了標(biāo)簽的能耗。
[0029] 考察算法執(zhí)行時間和算法過程中標(biāo)簽發(fā)送和接受的總能量兩方面的性能，并同時 與傳統(tǒng)的使用ALOHA協(xié)議的基于標(biāo)簽識別號的的收集方法和當(dāng)前最好的單閱讀器丟失標(biāo) 簽檢測算法IIP進(jìn)行比較。
[0030] 相比于傳統(tǒng)的基于標(biāo)簽標(biāo)識號的收集方法，本算法的標(biāo)簽平均能耗要低上一個數(shù) 量級，并且檢測時間減少了最高達(dá)52%。相比于當(dāng)前最好的單閱讀器丟失標(biāo)簽檢測算法 IIP，本發(fā)明的算法的能耗要低兩個數(shù)量級以上，并且算法執(zhí)行時間減少了最高達(dá)80%。并 且當(dāng)標(biāo)簽密度增加、本算法所期望的概率值增加或系統(tǒng)規(guī)模增加時，本算法的性能在執(zhí)行 時間和能耗方面仍明顯優(yōu)于其他兩個算法。尤其是能耗上，算法最大優(yōu)于其他算法三個數(shù) 量級。
【附圖說明】：
[0031] 圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及閱讀器沖突示意圖
[0032] 黑色的點表示丟失標(biāo)簽，同時展示里系統(tǒng)中兩個閱讀器間可能存在的沖突
[0033] (a)閱讀器A和閱讀器B :閱讀器-閱讀器沖突
[0034] (b)閱讀器C和閱讀器D :閱讀器-標(biāo)簽沖突
[0035] (c)閱讀器E與閱讀器A，B，C，D之間都不沖突。
[0036] 圖2為本發(fā)明的虛擬布魯姆過濾器實例以及檢測方法
[0037] 其中B1，B2，B3為一個閱讀器讀取范圍內(nèi)的存在3個待檢測標(biāo)簽。圖中比特行為 閱讀器生成虛擬布魯姆過濾器的一部分。B1，B2，B33個標(biāo)簽在虛擬布魯姆過濾器中均有對 應(yīng)的5個比特位置。而待檢測標(biāo)簽BT，所對應(yīng)的5個位置的比特值不全為" 1"，則判斷為標(biāo) 簽BT不為閱讀器讀取范圍內(nèi)的標(biāo)簽。
[0038] 圖3為本發(fā)明的系統(tǒng)實現(xiàn)流程圖
[0039] 圖4為本發(fā)明中閱讀器和標(biāo)簽交互示意圖
[0040] 閱讀器和標(biāo)簽交互分為兩個階段。第一階段閱讀器向標(biāo)簽傳送一個布魯姆過濾 器，過濾掉那些非關(guān)鍵標(biāo)簽，第二階段閱讀器根據(jù)標(biāo)簽的回復(fù)構(gòu)建出一個虛擬的布魯姆過 濾器。
[0041] 圖5為本發(fā)明所使用的染色法解決閱讀器沖突問題
[0042] 左邊是16個閱讀器，存在沖突。右側(cè)是經(jīng)過染色后的閱讀器沖突圖，同一種顏色 的閱讀器表示之間不存在沖突，可以同時工作。不同顏色閱讀器之間存在沖突，需要分開工 作。
【具體實施方式】：
[0043] 通過一個假設(shè)實例進(jìn)行說明，系統(tǒng)打算檢測標(biāo)簽號為id的標(biāo)簽BQ是否在系統(tǒng)內(nèi) 丟失。
[0044] 1.首先構(gòu)建閱讀器之間的沖突圖。閱讀器為頂點，沖突為邊。沖突是否存在依據(jù) 閱讀器之間距離判斷。
[0045] 2.然后利用著色算法對圖，如DSATUR算法，對沖突圖中的頂點進(jìn)行著色。得到著 色后的圖，在之后的閱讀器調(diào)度使用中，便依據(jù)此沖突圖進(jìn)行調(diào)度。同一顏色的閱讀器同 時工作，不同顏色的閱讀器不同時工作，以解決閱讀器沖突并節(jié)省時間。
[0046] 3.選擇一種已知的閱讀器標(biāo)簽估算算法快速對系統(tǒng)內(nèi)每個閱讀器范圍內(nèi)的標(biāo)簽 數(shù)量進(jìn)行估計。
[0047] 4.利用系統(tǒng)工作原理給出的公司計算出第一種布魯姆過濾器，后臺服務(wù)器根據(jù)沖 突圖來調(diào)度各個閱讀器依次工作。過濾掉不是屬于待檢測標(biāo)簽集合的標(biāo)簽，留下可能為待 檢測標(biāo)簽繼續(xù)監(jiān)聽。
[0048] 5.利用系統(tǒng)工作原理中給出的公式計算出每個閱讀器最優(yōu)的幀大小f和隨機(jī)數(shù) 的個數(shù)k。后臺服務(wù)器生成k個哈希函數(shù)，生成k個隨機(jī)數(shù)。后臺服務(wù)器將幀大小f和k個 隨機(jī)數(shù)發(fā)送給閱讀器中。然后后臺服務(wù)器根據(jù)沖突圖來調(diào)度各個閱讀器依次工作。
[0049] 6.根據(jù)我們改進(jìn)的ALOHA協(xié)議，閱讀器民將幀大小f JP ki個隨機(jī)數(shù)廣播給標(biāo)簽。
[0050] 7.標(biāo)簽利用接收到的ki個隨機(jī)數(shù)，選取ki個時隙進(jìn)行回復(fù)。并且回復(fù)是只回復(fù) 一個比特的"1"信息。利用一個哈希函數(shù)Η將標(biāo)簽的識別號映射到0到f-Ι中的一個值上： sc = H(id| |k)mod f，其中k為一個隨機(jī)數(shù)。然后選擇第sc個時隙。
[0051] 8.閱讀器民產(chǎn)生一個長度為。的比特向量，并將所有比特初始化為"0"。然后， 根據(jù)所收集到的時隙的不同狀態(tài)來對向量中相應(yīng)的比特進(jìn)行置位：如果第j個時隙是非空 時隙，則將向量中的第j個比特置為"1";否則，將第j個比特置為"〇"。構(gòu)建好的向量即為 虛擬布魯姆過濾器，閱讀器將構(gòu)建好的過濾器傳回后臺服務(wù)器。
[0052] 9.后臺服務(wù)器將要檢測的標(biāo)簽，使用和步驟6中找時隙相同的方法，確認(rèn)要檢測 標(biāo)簽的識別號id在閱讀器民的虛擬布魯姆過濾器中的k i個位置。檢測是否所有k個比特 均為"1"。
[0053] 10.如果全為"1"則確定要檢測標(biāo)簽BQ在閱讀器Ri的讀取范圍中，則要檢測標(biāo)簽 BQ沒有丟失。
[0054] 11.最后，待分析完所有閱讀器的虛擬布魯姆過濾器后，標(biāo)簽均不存在與任一閱讀 器讀取范圍內(nèi)，則該標(biāo)簽確定丟失。
【主權(quán)項】
1. 大規(guī)模無線射頻系統(tǒng)中丟失標(biāo)簽的快速檢測方法，是在一個儲存著系統(tǒng)中所有標(biāo)簽 信息的后臺服務(wù)器、一組RFID閱讀器以及大量的RFID標(biāo)簽組成的系統(tǒng)下，在閱讀器和標(biāo)簽 之間采用改進(jìn)的幀-時隙ALOHA協(xié)議通信，其特征在于：首先后臺服務(wù)器根據(jù)給出的要求正 確檢測標(biāo)簽丟失與否的概率和每個閱讀器掃描范圍內(nèi)的標(biāo)簽估計數(shù)量得出所需的幀大小 和用來得到隨機(jī)數(shù)的k個哈希函數(shù)；對于每個閱讀器服務(wù)器都產(chǎn)生k個隨機(jī)數(shù)，并將這k個 隨機(jī)數(shù)連同幀的大小發(fā)送給閱讀器；然后后臺服務(wù)器得到一個可行的閱讀器調(diào)度次序來調(diào) 度各個閱讀器依次工作；服務(wù)器根據(jù)待檢測標(biāo)簽集合構(gòu)造出一個布魯姆過濾器；閱讀器在 收到服務(wù)器發(fā)來的布魯姆過濾器，幀長和隨機(jī)數(shù)后，向標(biāo)簽廣播這些參數(shù)；標(biāo)簽先判斷是否 屬于這個布魯姆過濾器，如果不是，則不向閱讀器回復(fù)；否則標(biāo)簽利用收到的k個隨機(jī)數(shù)， 在幀中隨機(jī)選擇k個時隙對閱讀器進(jìn)行回復(fù)；閱讀器根據(jù)所收集到的時隙的不同狀態(tài)來構(gòu) 造一個向量，這個向量等同于表示該閱讀器中所有標(biāo)簽的虛擬布魯姆過濾器；后臺服務(wù)器 利用閱讀器發(fā)回來的虛擬布魯姆過濾器來判斷一個標(biāo)簽是否存在閱讀器的讀取范圍內(nèi)；若 一個標(biāo)簽不存在于所有閱讀器的讀取范圍之內(nèi)，則判定該標(biāo)簽為丟失標(biāo)簽。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大規(guī)模RFID系統(tǒng)中丟失標(biāo)簽的快速檢測方法，其特征在于， 改進(jìn)了基本的幀-時隙ALOHA通信協(xié)議，首先使得標(biāo)簽不需要向閱讀器回復(fù)自身的標(biāo)識號， 而僅僅需要向閱讀器發(fā)送一個1比特的短回復(fù)；其次，一個RFID標(biāo)簽可以利用從閱讀器接 收到的k個隨機(jī)數(shù)，在幀中隨機(jī)選擇k個時隙對閱讀器進(jìn)行回復(fù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大規(guī)模RFID系統(tǒng)中丟失標(biāo)簽的快速檢測方法，其特征在于， 閱讀器與標(biāo)簽通信協(xié)議所需的幀大小f和所需的哈希函數(shù)個數(shù)k的最優(yōu)值是由要求檢測 出正確結(jié)果的檢測概率和待測標(biāo)簽數(shù)量決定的，使用數(shù)學(xué)推導(dǎo)方法，首先利用假設(shè)幀大小 已知的情況下推導(dǎo)結(jié)果，得出一個標(biāo)簽被正確地判定為不在某一閱讀器范圍之內(nèi)的概率P 后，假定對于所有的閱讀器概率均相同，得出成功檢測出丟失標(biāo)簽的概率P，為使檢測概率 P大于所要求的檢測概率，可得出最優(yōu)的幀大??；而在最優(yōu)的幀大小時存在最優(yōu)的k值使誤 判的概率最小，從而得出最優(yōu)的k值。4. 根據(jù)權(quán)利要求1，2和3所述的大規(guī)模RFID系統(tǒng)中丟失標(biāo)簽的快速檢測方法，其特征 在于，閱讀器首先從后臺服務(wù)器得到幀長f，并從哈希函數(shù)中得到k個隨機(jī)數(shù)；閱讀器將幀 長和隨機(jī)數(shù)廣播給范圍內(nèi)的標(biāo)簽；而后標(biāo)簽利用從閱讀器收到的k個隨機(jī)數(shù)，在幀中選擇k 個時隙對閱讀器進(jìn)行回復(fù)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大規(guī)模RFID系統(tǒng)中丟失標(biāo)簽的快速檢測方法，其特征在于， 一個標(biāo)簽處在兩個閱讀器讀取范圍之內(nèi)的閱讀器-閱讀器沖突和一個閱讀器處于另一個 閱讀器讀取范圍之內(nèi)的信號干擾沖突，對閱讀器首先通過識別潛在沖突關(guān)系來構(gòu)建一個沖 突圖，其中頂點對應(yīng)閱讀器，邊對應(yīng)于存在的沖突，而后對沖突圖使用著色算法，對圖中的 頂點就行著色，使得任意相鄰的兩個頂點的顏色都不相同，讓同一顏色的閱讀器同時工作， 不同顏色不同時工作以避免沖突。6. 根據(jù)權(quán)利要求1，3所述的大規(guī)模RFID系統(tǒng)中丟失標(biāo)簽的快速檢測方法，其特征在 于，利用后臺服務(wù)器得到的對應(yīng)閱讀器的k個哈希函數(shù)和一個長度為幀長f的的二進(jìn)制向 量構(gòu)建一個虛擬布魯姆過濾器；可以將一個標(biāo)簽的標(biāo)識號作為一個對象，將對象對應(yīng)的向 量中的k個位置均置為"1"，以此將對象插入向量中到中；可以檢查對象對應(yīng)的k個比特是 否被置為" 1"，以此判斷對象是否在虛擬布魯姆過濾器的集合內(nèi)，即判斷標(biāo)簽是否在該閱讀 器范圍內(nèi)。7. 根據(jù)權(quán)利要求1，2, 3和6所述的大規(guī)模RFID系統(tǒng)中丟失標(biāo)簽的快速檢測方法，其 特征在于，標(biāo)簽在一幀內(nèi)選擇k個時隙向閱讀器每次發(fā)送一個1比特的回復(fù)；閱讀器產(chǎn)生一 個長度為幀長f的比特向量；閱讀器根據(jù)所收集到的時隙的不同狀態(tài)來對向量中對應(yīng)的比 特進(jìn)行置位，這個向量實際上等同于一個表示該閱讀器中所有待測標(biāo)簽的虛擬布魯姆過濾 器；后臺服務(wù)器根據(jù)閱讀器所對應(yīng)的k個隨機(jī)數(shù)和要檢測標(biāo)簽的標(biāo)識號來檢測標(biāo)簽是否在 閱讀器范圍之內(nèi)。8. 跟據(jù)權(quán)利要求1所述的大規(guī)模RFID系統(tǒng)中丟失標(biāo)簽的快速檢測方法，其特征在于， 服務(wù)器先根據(jù)待檢測標(biāo)簽集合構(gòu)造出一個布魯姆過濾器。該布魯姆過濾器的長度選擇是由 閱讀器范圍內(nèi)標(biāo)簽的數(shù)量和給到的誤報率決定的。閱讀器廣播這個布魯姆過濾器，接收到 該布魯姆過濾器的標(biāo)簽判斷它是否屬于這個布魯姆過濾器。如果它屬于該布魯姆過濾器， 那么它很有可能是關(guān)鍵標(biāo)簽，再接下來的過程中繼續(xù)保持監(jiān)聽，同時根據(jù)接收到的幀長和 哈希函數(shù)映射自已ID號，并向閱讀器回復(fù)。如果該標(biāo)簽不屬于這個布魯姆過濾器，那么它 絕對不屬于關(guān)鍵標(biāo)簽，因此它不再監(jiān)聽并且不向閱讀器進(jìn)行回復(fù)。
【文檔編號】G06K7/00GK106096466SQ201510212422
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2015年4月27日
【發(fā)明人】張大強(qiáng), 錢玉明, 黃宏宇
【申請人】張大強(qiáng), 錢玉明, 黃宏宇