CN103761494B - 一种识别rfid系统丢失标签的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种识别RFID系统丢失标签的方法，该方法首先利用布隆过滤器能够检索一个元素是否在一个集合中的性质，激活期望类别集合中的标签参与后续识别过程，其次在ALOHA协议基础上充分利用空时隙和冲突时隙，最终完成分类别RFID系统中丢失标签的识别。该方法能够筛选出期望类别的标签进行丢失标签的识别过程，同时提高了识别过程中帧的利用率，大大提高了识别效率。
Description
技术领域
本发明涉及射频识别技术领域，具体涉及一种识别RFID系统丢失标签的方法和系统。
背景技术
作为一个新兴技术，射频识别(Radio Frequency Identification)已被广泛投入到各种应用中如仓库管理、物流管理和物件跟踪等。与现有的条形码技术相比，RFID标签可以在几英尺内(被动RFID标签)被无线读取甚至数百英尺(有源RFID标签)被无线读取。与此同时，一个RFID标签具有存储和计算能力，它能够自动读取数据，避免手动扫描的麻烦。这些RFID新功能使得它较条形码技术更加优越，在各种各样的应用程序中扩大了操作范围，提高了阅读准确性。现阶段的RFID系统有两个主要的特点。
首先，现有的大部分RFID系统都是分类别的。因为每个RFID标签不仅有一个固有的ID号，同时根据它所附着的物品分成不同类别。其次，现有的大部分RFID系统都是大规模的。在实际应用中，RFID标签的数量可能会达到数百万之多。因此，在RFID系统中应用的方法应该是既可以适应区分类别又能适应标签数目不断增长的方法。
在RFID系统的许多应用中，丢失标签的识别问题由于其深刻的实际意义引起了广泛的注意。近年来，已经有大量工作专注于解决识别丢失标签的问题。然后，这些研究方法在RFID系统的监控范围针对所有标签进行丢失标签的识别而并不对标签的类别进行区分，这将会导致时间上效率不高，同时造成能量的浪费。
发明内容
（一）解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种识别RFID系统丢失标签的方法和系统，能够利用布隆过滤器位向量将期望类别的标签筛选出来进行识别，且能够充分利用空时隙和冲突时隙，提高帧的利用率。
（二）技术方案
为了达到以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种识别RFID系统丢失标签的方法，该方法包括步骤：
S1:后端服务器根据给定类别的标签，利用哈希函数构造布隆过滤器位向量，并将布隆过滤器位向量传输给阅读器，阅读器将其发送给监控范围内所有的标签；
S2:每个标签分别利用布隆过滤器进行检验，通过检验的标签保持活跃；
S3:后端服务器根据所述给定类别中的各个标签的ID以及所述哈希函数估计出所述给定类别中的各个标签预期回复的时隙，并将其构造成时隙向量传输给阅读器，阅读器将两个哈希种子以及时隙向量发送给活跃标签；
S4:活跃标签分别根据其ID和一个哈希种子执行一种哈希函数，根据哈希函数的值映射到对应时隙，并查看对应时隙是否为单时隙，若为单时隙，则该标签在该时隙进行回复；若为冲突时隙，则该标签根据其ID和另一个哈希种子执行另一种哈希函数，根据哈希函数的值随机映射到空时隙和冲突时隙；
S5:活跃标签在一次或二次哈希函数映射的时隙进行回复，阅读器将接收到的回复传输给后端服务器；
S6:后端服务器根据接收到的回复信息进行判断，若所述估计出的预期回复的时隙变成了空时隙，则判定该时隙对应的标签为丢失标签。
其中，所述后端服务器根据给定类别的标签，利用哈希函数构造布隆过滤器位向量，包括：每个给定类别的标签做若干个独立的哈希函数，每个哈希函数的值对应布隆过滤器位向量中的一位，并将其置1。
其中，所述每个标签利用布隆过滤器进行检验，包括：每个标签执行所述若干个哈希函数，检验每个哈希函数的值所对应的布隆过滤器位向量中的位是否为1，若所述若干个哈希函数的值对应的布隆过滤器位向量的位均为1，则这个标签通过检验并保持活跃，否则这个标签未通过检验并进入休眠。
较佳地，该方法还包括：后端服务器根据各回复时隙的实际状态构造向量，将该向量传输给阅读器，阅读器将该向量发送给活跃标签，活跃标签查看对应的回复时隙，若为单时隙，则该标签进入休眠，若为冲突时隙，则该标签保持活跃；保持活跃的标签继续执行步骤S3至S6直到所有标签被成功识别为止。
一种识别RFID系统丢失标签的系统，包括：后端服务器、阅读器以及标签，其中，
后端服务器，用于根据给定类别的标签，利用哈希函数构造布隆过滤器位向量，并将布隆过滤器位向量传输给阅读器；根据所述给定类别中的各个标签的ID以及所述哈希函数估计出所述给定类别中的各个标签预期回复的时隙，并将其构造成时隙向量传输给阅读器；以及根据接收到的回复信息进行判断，若所述估计出的预期回复的时隙变成了空时隙，则判定该时隙对应的标签为丢失标签；
阅读器，用于将布隆过滤器位向量发送给监控范围内所有的标签；将两个哈希种子，以及时隙向量发送给活跃标签；将收到的回复传输给后端服务器；
标签，分别利用布隆过滤器进行检验，通过检验的标签保持活跃；根据其ID和一个哈希种子执行一种哈希函数，根据哈希函数的值映射到对应时隙，并查看对应时隙是否为单时隙，若为单时隙，则该标签在该时隙进行回复；若为冲突时隙，则该标签根据其ID和另一个哈希种子进行另一种哈希函数，根据哈希函数的值随机映射到空时隙和冲突时隙；以及根据一次或二次哈希函数映射的时隙进行回复。
（三）有益效果
本发明至少有如下有益效果：
本发明提供的方法，首先利用期望类别的标签构造的布隆过滤器位向量来激活期望标签，这样可以避免监控范围内的所有标签都参与识别过程，大大减少了能量的消耗，同时也缩短了后续丢失标签识别过程的时间。标签进行回复时，若回复时隙为空时隙或冲突时隙，标签会进行二次哈希函数，使得哈希函数的值映射到空时隙或冲突时隙上，使得空时隙与冲突时隙得到充分的利用，提高了帧的利用率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种识别RFID系统丢失标签的方法的流程图；
图2是本发明一个较佳地实施例提供的一种识别RFID系统丢失标签的方法的流程图；
图3是识别丢失标签过程中的哈希过程。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，本发明实施例提供了一种识别RFID系统丢失标签的方法，该方法包括如下步骤：
步骤101：后端服务器根据给定类别的标签，利用哈希函数构造布隆过滤器位向量，并将布隆过滤器位向量传输给阅读器，阅读器将其发送给监控范围内所有的标签；
步骤102：每个标签分别利用布隆过滤器进行检验，通过检验的标签保持活跃；
步骤103：后端服务器根据所述给定类别中的各个标签的ID以及所述哈希函数估计出所述给定类别中的各个标签预期回复的时隙，并将其构造成时隙向量传输给阅读器，阅读器将两个哈希种子，以及时隙向量发送给活跃标签；
步骤104：活跃标签分别根据其ID和一个哈希种子执行一种哈希函数，根据哈希函数的值映射到对应时隙，并查看对应时隙是否为单时隙，若为单时隙，则该标签在该时隙进行回复；若为冲突时隙，则该标签根据其ID和另一个哈希种子进行另一种哈希函数，根据哈希函数的值随机映射到空时隙和冲突时隙；
步骤105：活跃标签在一次或二次哈希函数映射的时隙进行回复，阅读器将接收到的回复传输给后端服务器；
步骤106：后端服务器根据接收到的回复信息进行判断，若所述估计出的预期回复的时隙变成了空时隙，则判定该时隙对应的标签为丢失标签。
本发明实施例提供的方法，首先利用期望类别的标签构造的布隆过滤器位向量来激活期望标签，这样可以避免监控范围内的所有标签都参与识别过程，大大减少了能量的消耗，同时也缩短了后续丢失标签识别过程的时间。标签进行回复时，若回复时隙为空时隙或冲突时隙，标签会进行二次哈希函数，使得哈希函数的值映射到空时隙或冲突时隙上，使得空时隙与冲突时隙得到充分的利用，提高了帧的利用率。
下面通过一个更为具体的例子，来说明本发明一个较佳实施例的实现过程，参见图2，该方法的步骤如下所示：
步骤201：后端服务器根据属于给定类别的标签构造布隆过滤器（Bloom Filter）位向量。
本步骤中，Bloom Filter是基于一个m位的位向量，这些位向量的初始值为0，由于后端服务器存有监控范围内所有标签的ID号，因此后端服务器可以根据属于一个类别ci的期望标签，利用v个哈希函数构造一个m位的Bloom Filter来代表期望集合中的标签。具体过程为每个期望标签做v个独立哈希函数，每个哈希函数的值对应Bloom Filter位向量m位中的一位，将其置1。
步骤202：后端服务器将Bloom Filter位向量传输给阅读器，阅读器将该向量发送给监控范围内的所有标签。
步骤203：每个标签接收到该向量后，判断能否通过Bloom Filter的检验。若通过检验，则转至步骤205；若未通过检验，则转至步骤204。
本步骤中，每个标签接收到信息后，执行v个哈希函数，依次检验每个哈希函数的值对应的Bloom Filter位向量中每位是否为1，若全位1，则标签通过检验，若有不是1的，则标签未通过检验。
步骤204：未通过检验的标签进入休眠。
步骤205：后端服务器根据给定类别的标签的ID号以及哈希函数估计出标签回复的时隙，并构造成向量传输给阅读器。
步骤206：阅读器向活跃标签发送含有帧长和两个哈希种子的请求，同时发送构造的向量。
本步骤中，阅读器发送一个含有参数阅读器发送一个含有参数f、r1和r2的请求，其中f代表帧长，r1和r2为哈希函数的种子。同时，阅读器会发送一个f位的向量，此向量的每位代理每个时隙的预期状态，在这个向量中，0代表空时隙和冲突时隙，1代表单时隙。
步骤207：活跃标签收到请求和向量后，根据各自的ID号和哈希种子执行一种哈希函数，根据哈希函数的值伪随机映射到对应时隙。
本步骤中，在接收到上述请求和向量后，每个标签以哈希函数h1(id,r1)的值伪随机映射到对应的时隙，这里的id是每个标签的ID号，h1(·)是一个范围在[0,…,f-1]的哈希函数。
步骤208：每个标签根据各自哈希函数的映射情况查看向量对应位置是否为单时隙，若为单时隙，则转至步骤209，若不是单时隙，则转至步骤210。
本步骤中，每个标签根据上述步骤中h1(id,r1)的值映射到对应的时隙，查看向量的对应位置，若对应位置为1，则意味着该标签将要回复的时隙为单时隙，则该标签在后续的过程中就在该单时隙回复，若对应位置为0，则意味着该标签将要回复的时隙为冲突时隙，有多个标签会在该时隙回复，则该标签应进行另一种哈希函数。如图3所示，说明了标签识别过程中一次和二次哈希函数的过程。
步骤209：标签在该单时隙进行回复。
步骤210：标签根据各自的ID号和哈希种子执行另一种哈希函数，根据哈希函数的值伪随机映射到空时隙或冲突时隙。
本步骤中，标签以另一种哈希函数h2(id,r2)的值伪随机映射到对应的时隙，这里h2(·)是一个范围在[0,…,f'-1]的哈希函数，f'为向量中0的个数，即这个帧中空时隙和冲突时隙的个数。在这种情况下，之前对应到冲突时隙内的标签以哈希函数h2(id,r2)的值伪随机映射到向量中比特位为0的时隙内进行回复，这样空时隙和冲突时隙又有机会变成单时隙使得标签被成功识别。
步骤211：标签在所映射的空时隙或冲突时隙进行回复。
步骤212：阅读器将收到的回复传输给后端服务器进行分析。
步骤213：后端服务器根据接收到的信息判断，若预期的单时隙或冲突时隙变成了空时隙，则对应位置的标签为丢失标签。
步骤214：后端服务器根据回复时隙的实际状况构造向量，将该向量发送给阅读器，阅读器再发送给标签。
步骤215：每个标签根据各自回复时隙所对应的的位置查看向量，判断是否为单时隙，若为单时隙，则转至步骤217，若为冲突时隙，则转至步骤216。
本发明实施例还提供了一种识别RFID系统丢失标签的系统，该系统包括：后端服务器、阅读器以及标签，其中，
后端服务器，用于根据给定类别的标签，利用哈希函数构造Bloom Filter位向量，并将Bloom Filter位向量传输给阅读器；根据所述给定类别中的各个标签的ID以及所述哈希函数估计出所述给定类别中的各个标签预期回复的时隙，并将其构造成时隙向量传输给阅读器；以及根据接收到的回复信息进行判断，若所述估计出的预期回复的时隙变成了空时隙，则判定该时隙对应的标签为丢失标签；
阅读器，用于将Bloom Filter位向量发送给监控范围内所有的标签；将两个哈希种子，以及时隙向量发送给活跃标签；将收到的回复传输给后端服务器；
标签，分别利用Bloom Filter进行检验，通过检验的标签保持活跃；根据其ID和一个哈希种子执行一种哈希函数，根据哈希函数的值映射到对应时隙，并查看对应时隙是否为单时隙，若为单时隙，则该标签在该时隙进行回复；若为冲突时隙，则该标签根据其ID和另一个哈希种子进行另一种哈希函数，根据哈希函数的值随机映射到空时隙和冲突时隙；以及根据一次或二次哈希函数映射的时隙进行回复。
本步骤中，若向量对应位置的比特位为0，则意味着该标签回复的时隙为冲突时隙，这些标签未被成功识别，则保持活跃继续参与识别过程，直到所有标签都被成功识别为止。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (5)
1.一种识别RFID系统丢失标签的方法，其特征在于，该方法包括步骤：
S1:后端服务器根据给定类别的标签，利用哈希函数构造布隆过滤器位向量，并将布隆过滤器位向量传输给阅读器，阅读器将其发送给监控范围内所有的标签；
S2:每个标签分别利用布隆过滤器进行检验，通过检验的标签保持活跃；
S3:后端服务器根据所述给定类别中的各个标签的ID以及所述哈希函数估计出所述给定类别中的各个标签预期回复的时隙，并将其构造成时隙向量传输给阅读器，阅读器将两个哈希种子以及时隙向量发送给活跃标签；
S4:活跃标签分别根据其ID和一个哈希种子执行一种哈希函数，根据哈希函数的值映射到对应时隙，并查看对应时隙是否为单时隙，若为单时隙，则该标签在该时隙进行回复；若为冲突时隙，则该标签根据其ID和另一个哈希种子执行另一种哈希函数，根据哈希函数的值伪随机映射到空时隙或冲突时隙；
S5:活跃标签在一次或二次哈希函数映射的时隙进行回复，阅读器将接收到的回复传输给后端服务器；
S6:后端服务器根据接收到的回复信息进行判断，若所述估计出的预期回复的时隙变成了空时隙，则判定该时隙对应的标签为丢失标签。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述后端服务器根据给定类别的标签，利用哈希函数构造布隆过滤器位向量，包括：每个给定类别的标签做若干个独立的哈希函数，每个哈希函数的值对应布隆过滤器位向量中的一位，并将其置1。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述每个标签利用布隆过滤器进行检验，包括：每个标签执行所述若干个哈希函数，检验每个哈希函数的值所对应的布隆过滤器位向量中的位是否为1，若所述若干个哈希函数的值对应的布隆过滤器位向量的位均为1，则这个标签通过检验并保持活跃，否则这个标签未通过检验并进入休眠。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：
后端服务器根据各回复时隙的实际状态构造向量，将该向量传输给阅读器，阅读器将该向量发送给活跃标签，活跃标签查看对应的回复时隙，若为单时隙，则该标签进入休眠，若为冲突时隙，则该标签保持活跃；
保持活跃的标签重复执行步骤S3至S6直到所有标签被成功识别为止。
5.一种识别RFID系统丢失标签的系统，其特征在于，包括：后端服务器、阅读器以及标签，其中，
后端服务器，用于根据给定类别的标签，利用哈希函数构造布隆过滤器位向量，并将布隆过滤器位向量传输给阅读器；根据所述给定类别中的各个标签的ID以及所述哈希函数估计出所述给定类别中的各个标签预期回复的时隙，并将其构造成时隙向量传输给阅读器；以及根据接收到的回复信息进行判断，若所述估计出的预期回复的时隙变成了空时隙，则判定该时隙对应的标签为丢失标签；
阅读器，用于将布隆过滤器位向量发送给监控范围内所有的标签；将两个哈希种子，以及时隙向量发送给活跃标签；将收到的回复传输给后端服务器；
标签，分别利用布隆过滤器进行检验，通过检验的标签保持活跃；根据其ID和一个哈希种子执行一种哈希函数，根据哈希函数的值映射到对应时隙，并查看对应时隙是否为单时隙，若为单时隙，则该标签在该时隙进行回复；若为冲突时隙，则该标签根据其ID和另一个哈希种子进行另一种哈希函数，根据哈希函数的值伪随机映射到空时隙或冲突时隙；以及根据一次或二次哈希函数映射的时隙进行回复。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |