[发明专利]一种基于平衡碰撞二叉树的大型RFID系统丢失标签识别方法

说明书

本发明针对现有技术的局限性，提出了一种基于平衡碰撞二叉树的大型RFID系统丢失标签识别方法，在本领域首次提出并使用了平衡碰撞二叉树的数据结构，通过对目标RFID系统构建一颗各个叶子结点高度较为均衡的二进制查询树，相较于传统碰撞树显著地降低了高度，并进一步极大地减少了读写器广播信息的时间开销；通过对曼彻斯特编码原理和CPT树结构进行结合，彻底避免了空时隙的使用，且可仅用一比特信息从一个时隙中同步检验两个标签是否丢失，从而极大地提高了帧和时隙的利用率。在确保相同识别准确率的前提下，相比现有技术，本发明在渐进开销上最大降低了一个近为log N的倍数因子，在各类参数环境下展现出较大的性能提升，兼具良好的鲁棒性和拓展性。

技术领域

本发明涉及射频识别技术领域，具体涉及一种新的平衡碰撞二叉树在大型RFID系统上面的应用，更具体地，涉及一种基于平衡碰撞二叉树的大型RFID系统丢失标签识别方法。

背景技术

典型的RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)通信系统主要由三部分组成：1)标签(tag)，每个标签具有唯一ID(电子编码)，且无源标签可以从读写器发射的无线射频信号中捕获能量并进行与阅读器通信，但是无源标签之间无法实现互相通信；2)读写器(reader)，可以通过无线射频信号向标签中写入数据，也可以从标签中读取所存储物品的信息和感知相关数据；3)后端服务器(the back-end server)，与读写器以高速传输的方式连接，并且为系统提供强大的计算和存储能力。RFID技术可以通过将标签附着(嵌入)在物体上(内)来标识目标对象并执行无线感知任务，从而实现对目标对象状态的实时监测。RFID具有通信非视距，通信距离较长等技术特点，克服了传统条形码技术的缺点，而且成本低、易部署。

丢失标签(所附着的物品)识别是RFID物品监控中的一项重要且极具挑战的任务，其主要目的是以设定的准确度识别(搜索、查找)RFID系统中所缺失的标签(所附着的物品)。标签识别算法可以分为两大类：一类基于帧分Aloha(FSA：Frame Slotted Aloha)的算法，另一类是基于二进制查询树BT(Binary Query Tree)的算法。基于帧分Aloha的算法将标签响应分配到不同帧的多个时隙中(其中一帧包含了多个时隙)，可以减少标签响应次数，避免标签间连续冲突。基于该设计框架，IIP(Iterative ID-free Protocol)协议有效地避免了96位比特标签ID的传输，显著地提高了时间效率，而THP(Two Hash Protocol)协议则使用两个不同的哈希函数在一帧中产生更多的单例时隙。从系统网络物理层角度出发，P-MTI(Physical-layer Missing Tag Identification)协议通过聚合多个标签的同步响应信号，避免了从单个标签中提取响应信息。为了进一步提高，MMTI(Multi-hashingbased Missing Tag Identification)协议通过多次哈希操作来检验各个标签的存在，而SFMTI(Slot Filter-based Missing Tag Identification)协议通过将预期的冲突时隙重调为单例时隙来提高每一帧的利用率。RproTaR(Probabilistic Tag Retardation-basedprotocol)协议利用位向量的策略消除标签冲突，从而实现了紧凑的标签响应信息传输。以上协议在一个时隙中只能识别一个标签，甚至可能存在着大量的空时隙。PCMTI(Pair-wiseCollision-resolving Missing Tag Identification)协议则通过将两个预期连续的单例时隙重调为一个碰撞时隙来降低丢失标签的识别时间，但该协议在读写器下行信息传输端中花费了大量时间。另一方面，基于二进制查询树BT的算法在丢失标签识别中的应用相对较少，然而传统和现有的基于二进制查询树的算法，大多数都是按照96比特标签ID的分布从前至后一位一位地广播比特的方式来构建查询树的结构，这将会产生大量无效的碰撞时隙。尤其是在标签ID分布比较稀疏的情况下，通过这些方法所构建的二进制查询碰撞树结构将会极大地增加碰撞时隙的数量，从而显著地增加丢失标签识别的开销。