CN102402675B - 用于rfid标签的运动追踪的方法、装置及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及RFID标签的运动追踪技术，用于使用信号强度信息来追踪RFID标签的运动。RFID读取器的单个天线可以用于从运动中的RFID标签取得系列的阅读材料。对每个阅读材料确定信号强度指示符(即，接收信号强度指示符(RSSI))。然后将系列的RSSI用于估计RFID标签的运动的路径和RFID标签沿该路径的运动的方向。

Description

用于RFID标签的运动追踪的方法、装置及系统
技术领域
本发明的实施例涉及射频识别(RFID)技术，更特别地涉及使用信号强度信息来追踪RFID标签的运动的技术。
背景技术
RFID技术近代已看到了广泛的使用。附着在物体上的FRID标签被越来越多地用于识别和追踪相关物体的位置。RFID标签可以通过读取器读取，而无需对标签的物理接触或直接视线。随着RFID技术的进步，可以读取RFID标签的距离也随着时间显著增加。尽管过去读取器必须在离RFID标签几英寸的范围内才能读取标签，但现在可以超过10米或更多米的距离读取标签。这已增加了RFID标签的使用或应用。
RFID标签通常包括存储器，该存储器可以被用于存储识别信息和/或关于与标签相关联的物体的信息。然后可以通过RFID读取器读取RFID标签存储的信息。存在各种各类型的RFID标签，包括主动标签、被动标签、半主动标签等。主动标签在标签上具有电源(例如，电池)，且可以自主地发射无线信号。另一方面，被动RFID标签在标签上没有电源，且需要外部源来引发信号发射。被动RFID标签通常在从RFID读取器接收到无线信号时被激活，并响应于该激活而发射信号。无论是主动还是被动RFID标签所发射的信号由RFID读取器读取，且可以包括存储在RFID标签的存储器中的信息。
最近，除了读取RFID标签存储的信息之外，读取器还能确定从RFID标签读取的信号的接收信号强度指示符(RSSI)。RSSI度量测量从RFID标签(无论是主动还是被动)接收到的无线信号的信号强度。原理上，RSSI直接与标签离产生RSSI度量的读取器的距离成正比。然而，在实际系统中，RSSI不总是随着离读取器的距离的增加而线性减少。此外，RSSI还受到环境因素的影响，环境因素例如是可以干扰信号接收的物体(如，金属物体)的存在。单个RFID标签的RSSI甚至可以在每次读取器读取它时改变。结果，不能仅基于RSSI准确地确定RFID标签的位置。
发明内容
本发明的实施例提供了使用信号强度信息来追踪RFID标签的运动的技术。在一个实施例中，RFID读取器的单个天线可以被用于从运动中的RFID标签取得系列的阅读材料(reading)。对每个阅读材料确定信号强度指示符(也称作接收信号强度指示符(RSSI))。然后将该系列的阅读材料用于估计RFID标签的运动的路径、以及RFID标签沿该路径的运动的方向。
在一个实施例中，单个RFID天线可以被用于从射频识别(RFID)标签取得系列的阅读材料。可以对该系列的阅读材料中的每个阅读材料确定接收信号强度指示符(RSSI)。由此可以基于该系列的阅读材料来确定系列的RSSI。然后可以基于该系列的RSSI来对RFID确定运动相关信息。运动相关信息可以包括表示RFID标签的运动的路径的信息、以及表示RFID标签沿该路径的运动的方向的信息。RFID天线可以是静止的。
在一个实施例中，可以使用可以在训练阶段期间获得的参考信息来确定运动相关信息。各种不同的技术可以被用于获取该参考信息。在一个实施例中，可以使用隐马尔可夫模型(HMM)处理来获取该参考消息。使用HMM处理获得的参考信息可以包括识别多个位置的信息，且对于每个位置，RSSI与该位置相关联。
在另一个实施例中，K最近邻分析可以被用于确定运动相关信息。在该实施例中，参考信息可以包括多个矢量，每个矢量包括系列的RSSI。信息(如，标记)可以与每个包括表示运动的路径和运动的方向的信息的矢量相关联。使用一种技术，可以确定该多个矢量中的、具有离与从运动被追踪的RFID标签取得的阅读材料对应的该系列的RSSI的最小欧几里得距离的矢量。然后可以将与所确定的矢量相关联的运动的路径和运动的方向输出作为RFID标签的运动的路径和运动的方向。使用另一种技术，可以从该多个矢量中确定具有离与从RFID标签取得的阅读材料对应的该系列的RSSI的最小欧几里得距离的一组多个矢量。按后可以确定与该组矢量中的大多数矢量相关联的标记。然后可以将所确定的标记表示的运动的路径和运动的方向信息输出作为该RFID标签的运动的路径和运动的方向。
可以将运动正被追踪的RFID标签附着到物体上。由此，通过追踪该RFID标签的运动，也可以追踪该物体的运动。可以从对该RFID标签确定的运动的路径和运动的方向确定该物体的运动的路径和运动的方向。
前述的以及其他的特征和实施例将在参考以下说明书、权利要求书和附图时变得更清楚。
附图说明
图1是可以引入本发明的实施例的运动检测系统(MDS)的简化图；
图2A和2B示出了依据本发明实施例的运动相关信息的示例；
图3示出了描述依据本发明实施例的用于确定RFID标签的运动相关信息的高级方法的简化流程图；
图4是可以用于实施本发明实施例的模块的简化框图；
图5示出了可以用于实施本发明实施例的隐藏和观测状态的马科夫链；
图6示出了在使用隐马科夫模型(HMM)的本发明实施例的训练阶段期间捕获的信息的示例；
图7示出了可以在使用K最近邻分类技术的本发明实施例的训练阶段期间使用的运动的示例；
图8A和8B示出了在使用K最近邻分类技术的本发明实施例的训练阶段期间捕获的信息的示例；以及
图9是可以用于实施本发明实施例的计算机系统的简化框图。
具体实施方式
在以下描述中，为了说明的目的，阐述了特定的细节来提供对本发明实施例的全面理解。然而，明显的是，本发明可以不以这些特定细节来实施。
本发明实施例提供了使用信号强度信息来追踪RFID标签的运动的技术。在一个实施例中，RFID读取器的单个天线可以被用于从运动中的RFID标签取得系列的阅读材料。对每个阅读材料确定信号强度指示符(也称作接收信号强度指示符(RSSI))。然后将该系列的阅读材料用于估计RFID标签的运动的路径、以及RFID标签沿该路径的运动的方向。
图1是可以引入本发明的实施例的运动检测系统(MDS)100的简化图。如图1所示，MDS100包括RFID读取器102和数据处理系统106。RFID读取器102用于从一个或更多RFID标签取得阅读材料。RFID阅读器102包括单个天线，用于从RFID标签接收无线信号。在可选实施例中，标签读取器104可以包括多个天线，该多个天线中的一个或更多天线可以用于追踪RFID标签的运动。然而，如下所述，RFID标签的运动追踪可以使用单个天线实现而不需要多个天线。在一个实施例中，RFID读取器102及其天线104可以是静止或固定的。RFID读取器102具有接收区103(2D或3D空间)，在该接收区103中，读取器102能从RFID标签接收无线信号。接收区103标记了读取器102能读取RFID标签的空间的区域。接收区的范围可以依赖于各种因素，例如正被使用的读取器和天线的类型、正被读取的RFID标签的类型、以及取得阅读材料的环境。
RFID读取器102在从RFID标签接收无线信号时读取RFID标签。读取器102读取的标签可以是主动标签或被动标签。RFID读取器102通过接收主动标签发射的无线信号来读取主动标签。主动标签可以以周期性的或随机的方式自主地发射无线信号。在被动标签的情况下，读取器102通过发送询问/激活信号到被动标签然后从被动标签接收响应无线信号来读取被动标签。在一个实施例中，被动标签通过使用被动标签从询问/激活信号得到的能量来发送响应信号。读取器102从RFID标签(主动或被动)接收到的信号可以解码标签存储的信息。例如，从标签接收到的无线信号通常解码用于唯一识别正被读取的该标签的信息(如，标签ID)。总体上，RFID标签(有时称作RFID传感器)可以指能发送可以由读取器读取的无线信号的任何设备。
RFID读取器102能读取一个或更多RFID标签。尽管图1中示出了仅仅一个RFID标签110，但这并不意图限制本发明的实施例的范围。例如，在一个实施例中，读取器102可以同时读取30个RFID标签，甚至更多。当读取多个标签时，与每个标签相关联的且由读取器102读取的标签ID可以被用于唯一地识别被读取的标签。RFID读取器102的一个示例是美国马萨诸塞州剑桥市的ThinkMagic公司提供的Mercury5E(M5E)RFID读取器。M5E是一种嵌入式UHFRFID读取器，其对具有抗冲撞和ERM能力的EPCglobalGen2(ISO18000-6C)标签协议提供支持。也可以使用其他RFID标签。
为了追踪RFID标签110的运动，读取器102用于取得标签110的系列的阅读材料。可以在标签110运动时取得该阅读材料。依据所使用的读取器，可以以不同的速率取得阅读材料。例如，在一个实施例中，读取器102以每秒5次的速率从标签110取得阅读材料。RFID标签110可以2维(2-D)或3维(3-D)移动。在图1中，作为示例，RFID标签110从位置A经由位置B和C移动到位置D。读取器102可以在标签110的从位置A至D的运动中取得标签110的系列的阅读材料。例如，随着RFID标签110从位置A移动到位置D，读取器102取得的系列的阅读材料可以包括在位置A取得的阅读材料、在位置B取得的另一阅读材料、在位置C取得的另一阅读材料以及在位置D取得的另一阅读材料。每个阅读材料最好包括用于唯一识别RFID标签110的信息。
读取器102用于确定从标签110取得的系列的阅读材料中的每个阅读材料的信号强度。在一个实施例中，可以将每个阅读材料的信号强度表示为信号强度指示符(RSSI)。每个阅读材料的RSSI度量(可以以db测量到的)测量由读取器102对于该阅读材料从标签接收到的无线信号的信号强度。
读取器102用于将阅读材料及其相关的RSSI传送到数据处理系统，用于进一步的处理。在一个实施例中，每个阅读材料可以包括用于唯一识别该阅读材料被取自的RFID标签的信息(如，标签ID)。使用该标签ID，可以将与阅读材料相关联的RSSI映射到特定的RFID标签。可以将该信息从读取器102经由有线或无线链路或者其组合传送到数据处理系统106。
数据处理系统106用于基于从读取器102接收到的该系列的RSSI来执行追踪RFID标签的运动的处理。数据处理系统106用于确定RFID标签的运动相关信息，该运动相关信息包括对RFID标签的运动的路径以及沿该路径的运动的方向的估计。在一个实施例中，数据处理系统106基于从读取器102接收到的信号强度值来产生系列的信号强度值。然后，数据处理系统106基于该系列的RSSI以及基于数据处理系统106可访问的参考信息108，来确定RFID标签的运动相关信息。
参考信息108存储用于估计RFID标签的运动相关信息的信息。各种不同的模型可以用于估计运动的方向。示例包括隐马科夫模型(HMM)、最近邻分类模型以及其他。参考信息108的内容依赖于用于运动估计的特定模型。参考信息108可以存储在非易失性存储介质上，该非易失性存储介质是数据处理系统108在该处理期间可以访问的存储介质，或者甚至可以是数据处理系统106的一部分。
然后可以输出数据处理系统所确定的、包括用于估计RFID标签的运动的路径以及沿该路径的运动的方向的信息的运动相关信息。各种不同的输出模式可以用于输出运动相关信息。例如，运动相关信息可以在屏幕上，经由音频输出设备输出作为音频信息，打印在纸介质上等等，或其组合。
此外，可以使用不同技术来表示运动相关信息。例如，在一个实施例中，可以使用图形来表达运动的路径以及沿该路径的运动的方向。例如，对于图1中RFID标签110从位置A至位置D的运动，如图2A所示，可以在屏幕200上显示箭号202表示运动的路径和方向。在图2A中，由箭头204示出运动的方向。还可以使用文字描述来表示运动相关信息。例如，对于图1中的标签110的运动，文字描述可以表示为：
“标签110在从西北(NW)至东南(SE)的方向上直线运动”
在另一个实施例中，可以使用空间坐标例如(x，y)(对于2-D运动)或(x，y，z)(3-D运动)来表示运动相关信息。还可以使用其他技术来表示运动相关信息。在一个实施例中，用于表示运动相关信息的输出模式和技术是用户可配置/可选择的。
可以对运动相关信息进行进一步分析来确定与标签的运动相关的附加信息。例如，运动相关信息可以用于确定标签是否已离开特定区域或区(如，标签是否已离开房间)。作为另一示例，运动相关信息可以用于确定标签相对于另一物体的运动，例如，标签是否朝向该物体移动或离开该物体。可以将该附加信息包含作为输出的运动相关信息的一部分。
图2A所示的运动的路径是沿着直线，且运动的方向是在一个方向上。在可选实施例中可以追踪更复杂的运动路径。例如，如图2B所示，运动的路径可以包括多个子路径，对每个子路径确定运动的方向。
如上所述，MDS100用于基于RFID读取器从RFID标签取得的系列的无线信号阅读材料并基于对该阅读材料确定的系列的RSSI，来确定RFID标签的运动相关信息，包括运动的路径和运动信息的方向。值得注意的是，可以单独基于RFID读取器的单个天线取得的阅读材料来确定RFID标签的运动相关信息。读取器和天线可以是静止的或固定的。
图1所示的MDS100仅仅是包含本发明的教示的实施例的示例，并不试图限制权利要求书中所述的发明的范围。在其他实施例中各种其他的配置也是可能的。例如，在一个实施例中，读取器102可以是数据处理系统106的一部分。在另一个实施例中，数据处理系统106可以分布在多个系统之间。
图3示出了描述依据本发明实施例的用于确定RFID标签的运动相关信息的高级方法的简化流程图300。图3所示的处理可以通过由处理器(如，由图1所示的数据处理系统的处理器)执行的软件(如，程序、代码、指令)、通过硬件、或其组合来执行。该软件可以存储在非暂时计算机可读存储介质上。图3所示的特定系列的处理步骤不试图限制权利要求书中所述的本发明的实施例的范围。
如图3所示，处理可以在接收到开始追踪RFID标签的运动的信号时开始(步骤302)。302中接收到的信息可以包括用于识别运动的方向正在被追踪的特定RFID标签的信息。例如，可以使用该特定RFID标签的识别信息(如，标签ID)来识别该特定RFID标签。这在存在可以由RFID标签读取的多个RFID标签的环境中是有用的。
各种不同条件可以触发302中接收到的信号。在一个实施例中，可以响应于用户的开始追踪RFID标签的运动的请求来触发该信号。例如，用户可以向图1中的MDS100发出指示来追踪RFID标签的运动。在另一个实施例中，可以在检测到RFID标签处于运动中时自动产生302中的信号。例如，可以在检测到先前静止的RFID标签现在处于运动中时产生该信号。
然后由RFID读取器从正被追踪的RFID标签取得系列的阅读材料(步骤304)。如前所述，RFID标签可以是主动标签或被动标签。例如，随着图1中的RFID标签110从点A经由点B和C移动到点D，从RFID标签取得的系列的阅读材料包括在位置A、B、C和D取得的阅读材料。
然后对在304中取得的每个阅读材料确定信号强度指示符(如，RSSI)(步骤306)。例如，对于图1中RFID标签110从点A至点D的移动，可以对在位置A、B、C和D取得的每个阅读材料确定RSSI。然后基于在306中确定的信号强度来确定系列的信号强度(步骤307)。在一个实施例中，基于与这些信号强度对应的阅读材料的时间线来产生该系列。例如，对于图1中RFID标签110从A至D的移动，可以产生以下系列的RSSI：RSSI(A)、RSSI(B)、RSSI(C)和RSSI(D)。可以基于沿时间线确定的RSSI来构造矢量V＝{RSSI(A)，RSSI(B)，RSSI(C)，RSSI(D)}。
然后基于在306中确定的该系列的RSSI并基于参考信息来确定标签的运动相关信息(步骤308)。运动相关信息包括表示RFID标签的运动的路径的信息、以及表示该RFID标签沿所确定的路径的运动的方向的信息。例如，对RFID标签110从点A至点D的运动所确定的矢量V可以与该参考信息一起用于估计标签110的运动的路径以及沿该路径的运动的方向。
然后可以输出在308中确定的运动相关信息(步骤310)。如前所述，不同的输出模式可以用于表示运动的方向。此外，可以使用各种不同的技术来表示运动的方向。
在一个实施例中，可以存储与在307中确定的该系列的RSSI有关的信息用于以后的分析(步骤312)。对于每个RSSI，所存储的信息还包括表示与该RSSI对应的阅读材料的时间的定时信息。所存储的信息使得能对过去发生的运动确定运动相关信息。例如，用户可以发送请求到MDS100来确定过去一段时间内RFID的运动的路径和方向。然后MDS100可以访问所存储的信息，并基于与该特定的过去的时间段对应的所存储的系列的RSSI来确定运动的路径和RFID标签沿该路径的运动的方向。以此方式，可以对过去已发生的运动执行运动相关分析。
如上所述，在304，读取器102沿着时间线取得系列的标签阅读材料。取得阅读材料的时间段可以基于MDS100的操作模式。在一个实施例中，MDS100可以用于在RFID标签的两个静止位置之间追踪RFID标签的运动的方向。在此实施例中，MDS100用于在检测到之前静止的标签正在运动时开始追踪标签的运动的方向，并且在标签再次静止时停止追踪运动的方向。在此实施例中，从开始的静止点至结束的静止点追踪标签的运动的方向。例如，在图1中，RFID标签110可以从位置A移动到位置D，位置A是开始的静止位置，位置D是结束的静止位置，并且在这两个静止位置之间追踪运动的方向。然而，对于MDS100追踪标签的运动的方向而言，不要求开始和/或结束的位置是静止的。
在一个实施例中，可以在MDS100接收到开始监视运动的方向的指示时开始RFID的运动的方向的追踪，并且在接收到停止该追踪的另一指示时结束追踪运动的方向。在另一个实施例中，MDS可以用于在接收到开始追踪的指示时开始检测标签的运动的方向，并且可以用于在该开始时间之后的固定的时间段内继续该追踪。该时间段可以是用户可配置的。在再一实施例中，可以向MDS100提供追踪运动的方向的开始和结束时间，并且MDS100可以用于在开始和结束时间之间执行运动的方向的追踪。
图4是可以用于实现本发明实施例的模块的简化框图。在图4所示的实施例中，模块包括信号接收模块402、信号强度模块404、识别模块406和输出模块408。图4所示的模块可以以软件(由一个或更多处理器执行)、硬件或者其组合实现。图4所示的这些模块不试图用于限制。在可选实施例中还可以提供其他模块或其组合。
信号接收模块402用于从处于运动中的、运动正在被追踪的RFID标签取得系列的阅读材料。信号接收模块402可以将阅读材料传送到信号强度模块404。信号强度模块404用于确定从信号接收模块402接收到的每个阅读材料的信号强度(如，RSSI)。信号强度模块404用于基于在取得与RSSI对应的标签阅读材料时的时间形成信号强度的矢量(如，RSSI的矢量)。例如，对在图1中的RFID标签从点A至点D移动时取得的阅读材料产生矢量，例如V＝{RSSI(A)，RSSI(B)，RSSI(C)，RSSI(D)}。然后，信号强度模块404可以将信号强度的矢量传送到识别模块406用于进一步分析。在一个实施例中，信号接收模块402和信号强度模块404可以作为图1所示的读取器102的一部分来实现。
识别模块406用于基于从信号强度模块404接收到的信号强度的矢量来确定正被追踪的标签的运动相关信息。识别器406用于使用参考信息108，基于RSSI的矢量来估计运动相关信息。如以下将详细描述的，各种不同的技术/模型可以用于实现识别器406。然后可以向输出模块408转发运动相关信息，包括代表运动的路径和沿该路径的运动的方向的信息。
输出模块408用于输出从分类器406接收到的运动相关信息。可以使用不同的输出模式，例如将信息显示在屏幕上、经由语音输出设备输出信息、将信息打印在纸介质上等或其组合，来输出信息。此外可以使用不同技术来表示信息本身。
各种不同的模型或技术可以用于估计RFID标签的运动。每个模型典型包括训练阶段和识别阶段，其中，在训练阶段中构建用于该模型的参考信息，在识别阶段中基于对从运动中的RFID标签取得的阅读材料确定的信号强度的矢量来将在训练阶段期间确定的参考信息用于估计RFID标签的运动相关信息。可以使用的模型的示例包括隐马科夫模型(HMM)、最近邻分类模型或其他。
隐马科夫模型
在一个实施例中，隐马科夫模型(HMM)用于制作用于估计RFID标签的运动的路径和运动的方向的参考信息的模型。在HMM实施例中，识别器406实现为HMM解码器。信号强度模块404产生的信号强度的矢量被发送到HMM解码器用于估计RFID标签的运动相关信息。在一个实施例中，HMM解码器使用维特比(Viterbi)算法来确定运动相关信息。
使用HMM，隐马科夫链包括如图5所示的系列的隐藏状态(Ln)以及它们的相关的观察状态(Sn)。HMM的隐藏状态是RFID标签(2-D或3-D)的实际位置。观察状态是在各位置的接收信号强度指示符(RSSI)。RSSI可用于训练阶段和识别阶段二者。相应的，观察事件是对从在特定时间(T)在位置(X)的RFID标签读取的信号确定的信号强度，即，观察事件是时间T的RSSI(X)。隐藏事件是RFID标签在时间T的位置(X)。在训练阶段期间，对于处于位置X的每个观察到的RSSI，隐藏和观察事件在时间线上对齐。时间T的隐藏状态仅仅依赖于时间T的观察事件和时间T-1的最可能的隐藏序列。这基于假设信号强度分步是马科夫随机场。在一个点的信号强度仅仅依赖于相邻点的信号强度。
在使用HMM的训练阶段期间，目标是形成在读取器的接收区内的各位置与对RFID标签在这些位置取得的阅读材料确定的RSSI之间的相关性或映射。与RFID读取器耦接的照相机可以用于在训练阶段期间捕捉接收区内的标签的位置(2-D(x，y)或3-D(x，y，z))，同时RFID读取器记录在这些位置从标签取得的阅读材料的RSSI。这些位置(隐藏状态)具有对该系列的RSSI(观察状态)的一对一的映射。
在训练阶段期间，RFID标签可以通过读取器的接收区内的多个位置，且进一步通过位置多次。每次标签通过位置时，对对应的标签阅读资料记录RSSI。相应的，可以在训练阶段期间对位置确定多个RSSI。对位置确定的多个RSSI可以每次但在一定范围内变化。例如，如图6所示，在训练阶段期间，标签602可以在FRID读取器604的接收区600内的位置S1、S2、S3和S4上通过多次。相应的，每个位置具有与其相关联的多个RSSI。在一个实施例中，这些值可以由柱状图表示。例如，如图6所示，位置S1、S2、S3和S4中的每个位置具有与其相关联的RSSI的柱状图606。
然后使用位置及其相关联的柱状图之间的映射来计算观察密度。例如，对于位置L1＝(X1，Y1，Z1)，
P(St＝40|Lt＝(X1，Y1，Z1))＝0.1(A)
上述等式描述了在位置(X1，Y1，Z1)在时间t的RSSI的概率密度函数。该概率密度函数也可以被描述为图6的柱状图。在给定的时间，在给定的位置，观察到的RSSI可以仅仅具有很多的值，且所有这些不同值的概率总和等于1。随着标签在训练阶段期间通过相同位置多次而得知该概率密度函数。
P(St＝50|Lt＝(X1，Y1，Z1))＝0.3(B)
P(St＝60|Lt＝(X1，Y1，Z1))＝0.4(C)
P(St＝70|Lt＝(X1，Y1，Z1))＝0.2(D)
其中 Σ k = o max P ( S t = k | L t = ( X 1 , Y 1 , Z 1 ) ) = 1
相应的，在训练阶段之后，获得在训练阶段期间经过的位置的观察密度。
如上所述，在训练阶段期间，标签可以通过相同位置多次。例如，如果标签通过位置(X1，Y1，Z1)100次，则上述等式表示，在这100次中，10次时RSSI是40，30次时RSSI是50，40次时RSSI是60，且20次时RSSI是70。
现在识别阶段期间的运动估计成为优化问题。使用维特比解码用于隐马科夫链，
L ^ = arg L max P ( L 0 , L 1 . . . L T | S 1 , S 2 . . . S T ) - - - ( 1 )
这可以通过迭代维特比解码解得：
γ t ( L t ) = max L 1 , L 2 . . . Lt P ( L 0 , L 1 . . . L t | S 1 , S 2 . . . S t ) - - - ( 2 )
∝ P ( S t | L t ) max L t - 1 P ( L t | L t - 1 ) γ t - 1 ( L t - 1 )
在维特比解码后，隐马科夫链的最大似然路径是估计的运动。该算法基于观察到的RSSI(S1，S2，...St)将位置(L0，L1，...Lt)的条件概率最大化。马科夫特性保证时间t的位置仅仅与时间t-1的位置有关。因此，可以使用动态编程算法等式(2)，即，维特比解码来解得最大值。该部分维特比解码P(St|Lt)是通过在训练阶段得知的上述等式(A)、(B)、(C)和(D)描述的概率密度函数。
使用最近邻或K最近邻的RFID标签运动分类
最近邻分类不能区分运动中的状态。在这个实施例中，识别器406可以实施作为最近邻分类器。所产生的RSSI系列整体被处理作为输入到该分类器的矢量。在训练阶段期间，目标是对接收区内的多个运动路径(每个运动路径具有特定的运动的方向)获得RSSI的多个矢量。相应的，在训练阶段期间，重复从接收区内的一个位置至另一个位置的运动多次，并将所产生的RSSI系列存储在数据库中作为参考信息。图7示出了可以在训练阶段期间使用的两个这样的运动：将RFID标签从A移动到B、以及将RFID标签从C移动到D。图7所示的每个运动可以通过不同的实际路径并对每个路径产生不同的RSSI系列。图8A示出了对从A到B的运动获得的这样的RSSI系列的示例。在图8A(和在图8B)中，X轴表示时间线，且Y轴表示观察到的RSSI值。通过将一个运动重复多次来记录图8A所示的多个系列的RSSI(图8A中的每条曲线代表一个系列的RSSI)。记录的RSSI可以每次不同，但60维度空间的曲线彼此靠近。RSSI矢量(每个矢量包括系列的RSSI)被存储作为参考信息，每个矢量被标记为A→B。类似的，图8B示出了对从C到D的运动获得的RSSI系列的示例(图8A中的每条曲线代表一系列RSSI)。RSSI矢量(每个矢量包括一系列RSSI)被存储作为参考信息，每个矢量被标记为C→D。值得注意的是，运动的方向影响所产生的RSSI的矢量。由此，作为从A到B的运动的结果所产生的矢量可以不同于对于从B到A的运动产生的矢量。结果，运动的方向性影响所产生的系列RSSI。以此方式，作为训练阶段的结果，可以将RSSI的矢量存储作为参考信息，每个矢量与代表产生该矢量的运动的路径和运动的方向的标记相关联。
在识别阶段，代表从正被追踪的RFID标签的阅读材料获得的系列的RSSI的矢量与参考信息中存储的RSSI系列的矢量进行比较。在一个实施例中，从所存储的矢量中发现具有离与正被追踪的RFID标签对应的矢量的最小欧几里得距离的矢量。与所发现的矢量相关联的标记提供了正被追踪的RFID标签的运动的路径和运动的方向。
在使用K最近邻(K-NN)算法的实施例中，从参考信息发现具有离RSSI的输入矢量最小欧几里得距离的第一K个存储的RSSI系列。与这些K个矢量中的大多数相关联的标记是识别的结果且表示RFID标签的运动的路径和运动的方向。
最近邻和K最近邻分类可以识别任何类型的运动，只要该运动在训练阶段中被标记了。由于在训练阶段中收集了所有的多个路径，因此NN和K-NN对于路径变化是鲁棒的。然而，这些技术仅仅可以识别在训练阶段中标记的运动。相比而言，使用HMM解码的实施例可以确定沿之前未知的路径和方向的运动相关信息。使用HMM的实施例对于路径变化是较少鲁棒的。
如上所述，包括具有单个天线的单个读取器的MDS100能基于对RFID读取器从RFID标签取得的阅读材料确定的信号强度信息，来确定RFID标签的运动的路径和运动的方向。在实际应用中，RFID标签通常与物体相关联或附着在物体上。在这样的实施例中，追踪RFID标签的运动的路径和方向等同于追踪物体本身的运动的路径和运动的方向。由此，可以基于对从附着在物体上的RFID标签的阅读材料记录的信号强度系列来追踪物体的运动的路径以及物体沿该路径的运动的方向。
图9是可以用于实施本发明实施例的计算机系统900的简化框图。在各实施例中，计算机系统900可以用于实现图1所示的上述的数据处理系统106。如图9所示，计算机系统900包括处理器902，该处理器902经由总线子系统904与多个外围子系统通信。这些外围子系统可以包括存储子系统906(包括存储器子系统908和文件存储子系统910)、用户接口输入设备912、用户接口输出设备914和网络接口子系统916。
总线子系统904提供用于使计算机系统900的各部件和子系统如期望的那样彼此通信的机构。尽管将总线子系统904示意性表示为单个总线，但该总线子系统的可选实施例可以使用多个总线。
网络接口子系统916提供至其他计算机系统和网路的接口。网络接口子系统916用作用于计算机系统900从其他系统接收数据和从计算机系统900向其他系统发送数据的接口。例如，网络接口子系统916可以使用户计算机连接到互联网，并促进RFID标签使用互联网传送运动相关信息。
用户接口输入设备912可以包括键盘、指示设备(如，鼠标、跟踪球、触摸板或图形输入板)、扫描仪、条形码扫描仪、包含在显示器中的触摸屏、音频输入设备(如，语音识别系统、麦克风)和其他类型的输入设备。总体上，使用术语“输入设备”试图包含用于将信息输入到计算机系统900的所有可能类型的设备和机构。用户可以使用用户接口输入设备来控制对RFID标签的追踪。例如，可以使用用户接口输入设备来提供与开始/结束对RFID标签的追踪有关的指示。
用户接口输入设备914可以包括显示子系统、打印机、传真机或非可视化的指示器(如，音频输入设备等)。显示子系统可以是阴极射线管(CRT)、平板设备(如液晶显示器(LCD))或投影设备。总体上，使用术语“输出设备”试图包括用于从计算机系统输出信息的各种可能类型的设备和机构。可以使用用户接口输出设备来输出正被追踪的RFID标签的运动相关信息。
存储子系统906提供计算机可读存储介质，用于存储提供本发明的功能的基本编程和数据构成。在存储子系统906中可以存储在被处理器执行时提供本发明的功能的软件(程序、代码模块、指令)。这些软件模块或者指令可以由处理器902执行。存储子系统906还可以提供用于存储依据本发明而被使用的数据(如，参考数据108)的库。存储子系统906包括存储器子系统908和文件/磁盘存储子系统901。
存储器子系统908可以包括多个存储器，存储器包括用于在程序执行期间存储指令和数据的主随机访问存储器(RAM)918、以及存储了固定指令的只读存储器(ROM)920。文件存储子系统910对程序和数据文件提供非临时持续(非易失性)存储，且可以包括硬盘驱动、伴随有相关可移动媒体的软盘驱动、只读光盘(CD-ROM)驱动、光学驱动、可移动媒体盒和其他类似的存储媒体。
计算机系统900可以是各种类型的，包括个人计算机、电话、便携式计算机、工作站、网络计算机、中央处理机、电脑亭、服务器或任何其他数据处理系统。由于计算机和网络的不断变化的本性，图9所示的计算机系统900的说明仅仅被试图作为用于描述该计算机系统的优选实施例的目的。相比图9所示的系统具有更多或更少部件的许多其他配置也是可能的。
尽管已描述了本发明的特定实施例，但各种变形、改变、可选构造和等同物也包含在本发明的范围内。本发明的实施例不限于特定的具体数据处理环境内的操作，而是可以操作在多个数据处理环境中。另外，尽管已经使用特定的系列的处理和步骤描述了本发明的实施例，但这并不试图限制发明的实施例的范围。
此外，尽管已经使用硬件和软件的特定组合描述了本发明的实施例，但可以意识到，硬件和软件的其他组合也在本发明的范围内。本发明的实施例可以仅仅以硬件或以软件或其组合来实现。
说明书和附图因此也应被考虑为示意性的而非限制性的。然而，很明显，在不脱离本发明的更宽的精神和范围的情况下可以进行追加、减少、删除、和其他的修改和变化。

Claims (8)

1.一种用于RFID标签的运动追踪的方法，包括：
使用单个天线从单个射频识别(RFID)标签取得系列的阅读材料；
对所述系列的阅读材料中的每个阅读材料确定接收信号强度指示符(RSSI)；
基于对所述系列的阅读材料确定的RSSI产生系列的RSSI；
基于所述系列的RSSI确定RFID标签的运动相关信息，所述运动相关信息包括指示所述RFID标签的运动的路径的信息、以及指示所述RFID标签沿所述路径的运动的方向的信息；
其中，确定所述RFID标签的运动相关信息包括使用参考信息和所述系列的RSSI来确定所述运动相关信息；
所述参考信息包括多个矢量，每个矢量包括系列的RSSI，每个矢量与指示运动的路径和运动的方向的信息相关联。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述运动相关信息包括使用隐马科夫模型(HMM)。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述运动相关信息包括执行K最近邻分析。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述单个天线是静止的。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述RFID标签附着于物体，所述方法进一步包括基于对所述RFID标签确定的运动的路径和运动的方向来确定所述物体的运动的路径和运动的方向。
6.一种用于RFID标签的运动追踪的系统，包括：
读取器，包括单个天线；以及
数据处理装置，可通信地与所述读取器耦接；
其中，所述读取器用于：
使用所述单个天线从单个射频识别(RFID)标签取得系列的阅读材料；以及
对所述系列的阅读材料中的每个阅读材料确定接收信号强度指示符(RSSI)；
其中，所述数据处理装置用于：
基于对所述系列的阅读材料确定的RSSI产生系列的RSSI；
基于所述系列的RSSI确定RFID标签的运动相关信息，所述运动相关信息包括指示所述RFID标签的运动的路径的信息、以及指示所述RFID标签沿所述路径的运动的方向的信息；
其中，确定所述RFID标签的运动相关信息包括使用参考信息和所述系列的RSSI来确定所述运动相关信息；
所述参考信息包括多个矢量，每个矢量包括系列的RSSI，每个矢量与指示运动的路径和运动的方向的信息相关联。
7.一种用于RFID标签的运动追踪的装置，包括：
存储器，用于存储与使用单个天线从单个射频识别(RFID)标签取得的系列的阅读材料对应的系列的信号强度指示符(RSSI)；以及
处理器，与所述存储器耦接，所述处理器用于基于所述系列的RSSI来确定所述RFID标签的运动相关信息，所述运动相关信息包括指示所述RFID标签的运动的路径的信息、以及指示所述RFID标签沿所述路径的运动的方向的信息；
其中，所述存储器用于存储包括多个矢量的参考信息，每个矢量包括系列的RSSI，每个矢量与指示运动的路径和运动的方向的信息相关联；且
所述处理器用于：
从所述多个矢量中确定具有离与从所述RFID标签取得的该系列的阅读材料对应的所述系列的RSSI的最小欧几里得距离的矢量；以及
将与所确定的矢量相关联的运动的路径和运动的方向输出作为所述RFID标签的运动的路径和运动的方向。
8.一种用于RFID标签的运动追踪的装置，包括：
存储器，用于存储与使用单个天线从单个射频识别(RFID)标签取得的系列的阅读材料对应的系列的信号强度指示符(RSSI)；以及
处理器，与所述存储器耦接，所述处理器用于基于所述系列的RSSI来确定所述RFID标签的运动相关信息，所述运动相关信息包括指示所述RFID标签的运动的路径的信息、以及指示所述RFID标签沿所述路径的运动的方向的信息；
其中，所述存储器用于存储包括多个矢量的参考信息，每个矢量包括系列的RSSI，每个矢量与指示运动的路径和运动的方向的标记相关联；且
所述处理器用于：
从所述多个矢量中确定具有离与从所述RFID标签取得的该系列的阅读材料对应的所述系列的RSSI的最小欧几里得距离的一组多个矢量；
从与该组矢量相关联的标记中确定与该组矢量中的大多数矢量相关联的标记；以及
将由所确定的标记指示的运动的路径和运动的方向信息输出作为所述RFID标签的运动的路径和运动的方向。
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