[发明专利]含有未知标签的射频识别系统的丢失标签识别方法

说明书

技术领域

本发明属于射频识别和物联网技术领域，涉及射频识别系统，具体地说，涉及了一种含有未知标签的射频识别系统的丢失标签识别方法。

背景技术

射频识别(英文：Radio Frequency Identification，简称：RFID)系统通常由一个后台服务器、一个或者多个读头(英文：Reader)以及大量的标签(英文：Tag)组成，读头可以通过无线信道与其射频传输范围内的标签进行简单的通信。后台服务器预存每个标签的ID，并且通过有线或无线的方式可以与读头进行信息交换。最直接的丢失标签识别方法是由读头逐一广播每个标签的ID，标签接收到其ID信息后即刻返回应答信息，读头通过检测每个标签是否有回答来识别丢失标签。这种方法的优点在于能够实现对丢失标签的完全识别。另一种方法时基于帧时隙Aloha(Framed Slotted Aloha)协议，由读头广播帧长度和随机数种子，每个标签基于接收到的帧长度、随机数种子和自己的ID，通过哈希函数计算各自的应答时隙，读头可以提前预测每个时隙的状态，并进一步检测每个时隙的实际状态来识别丢失标签的ID，该方法能够有效提高识别效率。上述丢失标签检测方法可用于大规模仓库或商场的物品监控与管理，通过识别丢失标签实现对丢失物品的追踪，有效提高其运行效率。然而，丢失标签识别问题仍然面临以下几个主要挑战：(1)如何有效抑制系统中未知标签对识别过程的干扰，提高丢失标签识别精度；(2)如何有效提高丢失标签识别效率，降低识别时间。

在RFID系统应用中，系统中标签的ID信息通常会由后台服务器存储，读头可以实时获取，这些标签称为已知标签，即其ID信息读头是已知的。但是，系统中可能会存在一些没有在后台服务器存储ID信息的标签，读头并不能提前获取这些标签的信息。例如：在一个大型仓库里，由于经常会有新进货物，其附带的标签的信息可能没有及时存储到后台服务器中，因此，该标签就成为未知标签。在读头进行丢失标签识别的过程中，读头并不能区分未知标签和已知标签，因此，未知标签也会发送相应的应答信息，对丢失标签的识别过程产生严重的干扰。

目前已有的适用于RFID系统的丢失标签识别方法是IIP方法。IIP方法(参见T.Li,S.Chen,and Y.Ling.Identifying The Missing Tags in A Large RFID System.In Proceedings of ACM MobiHoc,2010.)是基于时隙Aloha协议的丢失标签检测方法，包括多轮检测。在每一轮的检测过程中，读头首先广播一个包含r和f的信息，其中r是随机数种子，f是每个帧(英文：Frame)的时隙个数，同时读头广播一个包含f位信息的向量，每一位表示对应的时隙的预期状态，如果该时隙的预期状态是有多个应答信息，则为‘1’，如果该时隙的预期状态是没有或者有一个应答信息，则为‘0’。每个标签根据读头广播的参数信息以及自己的ID选择其应答的时隙。若标签检测到其所应答的时隙对应的信息为‘1’，说明在该时隙将会有多个标签应答，此时，该标签以50％的概率进行应答。之后，读头检测每个时隙的状态，生成并广播一个新的包含f位信息的向量，每一位表示对应的时隙的实际状态，如果该时隙的实际状态为只有一个应答信息，则为‘1’，如果该时隙的实际状态为有多个或者没有应答信息，则为‘0’。每个标签接收到该向量时，若其所对应的位信息为‘1’，则它将不再参与下一轮的检测。读头通过检测预期是有标签应答的时隙的实际状态，进而识别丢失标签的ID。SFMTI方法(参见X.Liu,K.Li,G.Min,Y.Shen,A.Liu,and W.Qu.Completely Pinpointing The Missing RFID Tags in A Time-Efficient Way,in IEEE Transactions on Computers,vol.64,pp.87–96,2015.)是在IIP方法的基础上，引入了一种能够将预期是冲突的时隙分解成多个Singleton时隙，即读头在每个帧里增加一定数量的时隙，让一部分原本选择冲突时隙应答的标签重新选择这部分新增的时隙作为应答时隙，同时，将预期是空的时隙删除，大大提高了识别效率。RUN_I方法(参见M.Shahzad and A.X.Liu.Fast and reliable detection and identification of missing RFID tags in the wild,in IEEE/ACM Transactions on Networking,2016.)也是基于帧时隙Aloha协议的方法，通过比较每个时隙的期望状态和实际状态的不同来识别丢失标签，同时该方法考虑了系统中可能存在的未知标签，首先估计未知标签的数量，再根据系统的要求计算出相应的参数，实现对丢失标签的完全识别。