CN104077673A - 一种基于rfid技术的大量物品集中监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于RFID技术的大量物品集中监控方法。本方法为：1)在物流管理服务器中建立一监控物品数据库，用于存储待监控物品的物品信息；2)RFID标签读写器在读取周期内对监控场所内物品上的标签进行读取，并将读取的标签数据发送给物流管理服务器；3)服务器对显示周期内收到的标签数据进行合并、去除重复标签处理，得到一标签集合A；4)在物流管理服务器内存中建立一散列表；根据标签集合A查询散列表，如果散列表中存在集合A中的某条查询信息，则输出该查询结果，如果不存在，则查询监控物品数据库，输出查询结果并将其物品信息存储到散列表中。本方法可实时监控大量物品，有效提高大量物品监控的准确率、实时性。

Description

一种基于RFID技术的大量物品集中监控方法

技术领域

本发明属于无线射频识别(RFID：Radio Frequency Identification)技术领域，涉及一种物品监控方法，尤其涉及一种基于RFID技术的大量物品集中监控方法。

背景技术

无线射频识别(RFID)技术是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象，读取其标签ID号、信号强度等相关数据。由于RFID标签相比于条形码、二维码等技术具有漏报率低、工作距离长、读取数量大等特点，近年来已经越来越多地应用到各类物流管理、物品监控等系统中。

已有文献将RFID技术应用到物流管理系统中。如Li Na等于2010年在“Monitor andControl System with RFID Technology in Discrete Manufacturing Line”(Proceeding of the IEEEInternational Conference on RFID-Technology and Applications，Guangzhou，China，17-19June2010)提出一种在分离生产线上基于RFID技术的监控与控制系统，以实时监控物品的流转并控制生产流程，提高生产效率。余雷于2005年在“基于RFID电子标签的物联网物流管理系统”(《PLC技术应用200例》文章编号*FGGHIGJ-GK，GGLMGFI，IG，NNIGN)分析RFID电子标签在物流管理系统中的优势和不足。大量研究表明，当物品数量较大时，由于标签碰撞、读写器缓存不足等原因，导致物品监控的漏报率增加，准确率和实时性下降，是物品实时监控的技术难点。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种基于RFID技术的大量物品集中监控方法。本方法通过合理布设硬件设备和并行的标签获取，增加获取标签的冗余以降低因碰撞造成的漏报；对前端数据进行预处理以提高系统运行效率，后台数据使用散列表缓存，减少数据库访问提高效率。

本发明的技术方案为：

一种基于RFID技术的大量物品集中监控方法，其步骤为：

1)在物流管理服务器中建立一监控物品数据库，用于存储待监控物品的物品信息；

2)通过在物品监控场所布设RFID标签读写器在读取周期t₀内对监控场所内物品上的RFID标签进行读取，并将读取的标签数据发送给物流管理服务器；

3)物流管理服务器对显示周期内收到的标签数据进行合并、去除重复标签处理，得到一标签集合A；

4)在物流管理服务器内存中建立一散列表；根据标签集合A查询散列表，如果散列表中存在集合A中的某条查询信息，则输出该查询结果，如果散列表中不存在集合A中的某条查询信息，则查询监控物品数据库，输出查询结果并将其物品信息存储到散列表中。

进一步的，得到所述标签集合A的方法为：每一RFID标签读写器在读取周期t₀内对监控场所内物品上的RFID标签进行多次读取，然后物流管理服务器对每一RFID标签读写器的读取结果根据标签号进行排序，然后对排序后的标签数据进行合并、去除重复标签处理后得到一标签集合A’；然后物流管理服务器对一个显示周期内每次处理后的标签集合进行多路合并，得到所述标签集合A。

进一步的，所述物品信息包括：标签Id、物品名称、物品责任人、所属部门、物品类型和授权状态。

进一步的，根据标签集合A中的标签Id查询所述监控物品数据库或所述散列表；所述散列表的表项中记录的信息包括：标签ID、物品属性、最近访问时间、是否在位和一个链表指针。

进一步的，将物品信息存储到散列表中时，如果发生散列表冲突，即标签Id和存储位置是多对一映射，则将当前物品信息填入链表指针指向的链表中。

进一步的，物流管理服务器根据监控物品数据库中的标签总数动态分配所述散列表的大小。

进一步的，所述物流管理服务器中建立一历史在位信息数据库表，用于存储每次读取到的标签集合A；所述历史在位信息数据库表记录的信息包括：标签ID号、在位信息的开始时间、时间间隔、在位信息的次数和记录在位信息的Bit流；其中Bit流的位数：N＝(当前时间-开始时间)/时间间隔。

与现有技术相比，本发明的积极效果为：

本方法可实时监控大量物品和追溯物品历史在位信息，能有效提高大量物品监控的准确率、实时性，误报率、漏报率低。

附图说明

图1为本发明方法流程图；

图2为标签数据采集与预处理方法流程图；

图3为标签集合获取方法流程图；

图4为数据库I/O与物品显示流程图；

图5为散列表结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述。

本发明方法流程如图1所示，本方法对大量物品的集中监控和在位信息追溯主要分为以下5个流程模块。

1)硬件布设。

在物品监控场所布设RFID标签读写器，硬件布设是物品监控的物理基础。RFID标签从标签供电方式分为有源标签和无源标签。根据RFID系统使用的工作频率可分为4类：低频(LF，30～300kHz)、高频(HF，3～30MHz)、超高频(UHF，300～968MHz)和微波(UWF，2.4～5.8GHz)。不同频率、型号的标签读写距离相差很多。研究证明，2.4GHz的RFID标签具有衰减较小，传输距离远.传输数据快，数据吞吐量高，识别多目标能力强的特点。同时，2.4GHz的ISM频段宽度超过83MHz，具有125个频道，能满足多频及跳频的需要，增加无线通信的抗干扰能力。

本方法在实验中使用2.4GHz的超高频标签。场所读写器的布设和场所大小、读写器对标签的读写距离、标签总个数等参数有关。一般来说，要布设多个读写器，以保证在实时显示的刷新周期内读写器能读取到所有标签。且读写器和标签之间，要尽量避免隔挡，尤其是金属隔挡，否则会大幅增加漏报率，影响性能。

2)标签数据采集与预处理

根据场所大小、读写器工作距离和标签数量，在场所内布设m个读写器。读写器读取标签数据的周期为t₀，在t₀时间内m个读写器并行读取标签，读取结果分别为标签集合：A₁，A₂，...，A_m。由于标签数量较大时，会因碰撞、无线干扰等问题增加读写器漏报率，因此，应通过多次读取结果取并集，降低漏报率。设系统实时显示结果的周期为t₁。t₁时间内读写器读取次数k＝t₁/t₀，标签数据采集与预处理方法如图2所示。

标签集合获取方法流程如图3所示，系统t₀时间内m个读写器读取结果为A₁′＝A₁∪A₂∪...∪A_m。读写器将读取的标签数据发送给物流管理服务器，为提高求并集计算的效率，物流管理服务器先分别根据标签号对每一标签集合A₁，A₂，...，A_m中的标签进行排序，再通过多路归并算法对m个集合求并集，同时去除集合中重复的标签。使用同样的方法，对t₁时间内k次结果求并集。根据标签信号强度等参数，设定过滤规则，过滤掉重复的标签和不符合过滤规则的标签。A＝A₁′∪A₂′∪...∪A_k′。由于集合A₁′，A₂′，...，A_k′都是已排序的，直接进行多路归并即可。

3)数据库I/O与物品显示

数据库I/O与物品显示流程如图4所示，首先获取t₁时间内读取的标签ID集合A后，查询物流管理服务器中的监控物品数据库，获取粘贴RFID标签的待监控物品集合B，B中物品与A中的标签ID一一对应。监控物品数据库中记录待监控物品信息，包括：标签Id、物品名称、物品责任人、所属部门、物品类型、授权状态等。B集合中的物品信息是系统显示所需物品属性数据，如物品名称、责任人、所属部门等。

由于查询数据库的时间开销较大，且间隔t₁时间后读取的标签ID集合A′与集合A的差别一般较小，因此使用散列表缓存物品信息，减少数据库访问，避免因频繁访问数据库导致的时间消耗。散列表运行于服务器设备的内存中，由监控系统建立；开始散列表内容为空，访问数据库获取在位标签信息后，将此信息存入散列表中；之后再查询相同标签的信息，就可以直接在散列表中找到，不需要再访问数据库。动态分配散列表的大小为n(与监控场所内标签总数为一个量级，不占用过多内存且减少冲突)，如图5所示。

散列表中每项内容为标签ID、物品属性、最近访问时间、是否在位和一个链表指针。其中最近访问时间为散列表此项被更新的时间，是否在位表示在最近的t₁时间段中此标签是否在位。以标签ID为关键字，使用散列函数映射到散列表相应位置。当散列表中已有物品属性信息时，直接获取其信息；当散列表中没有该物品信息时，查询数据库获取信息后填入散列表中；当发生散列表冲突时(标签Id和存储位置是多对一映射，即多个标签可能对应同一个存储位置，此时发生冲突)，将信息填入散列表项指针指向的链表(冲突桶)中。

4)存储、查询在位信息

在位历史信息的查询是一个历史回溯问题。需要详细记录每个标签在每个单位时间内是否在位，由于数据量会随着时间推移大量增长，因此，必须合理地设计数据库结构，节省存储空间。本方法中的历史在位信息数据库表是一个单独的数据库表，读到标签后，先更新上述散列表的相应字段，再定期将集合A中的数据存入历史在位数据库表中。历史在位信息数据库表记录的信息为：

EPC_Id，varchar(50)；//标签ID号

Start_Time，smalldatetime；//记录在位信息的开始时间

Interval，smalldatetime；//时间间隔，最小单位为分钟

Count，int；//记录在位信息的次数，次数的意思是Bit流有多少有效位，即记录了多少个时间段的在位信息

InfoStream，varchar(MAX)；//记录在位信息的Bit流，一般MAX最大为8000//即64000次在位信息记录

在隔T_i内，读写器会进行多次读取。只要标签被读到，则认为其在位，相应Bit流中位置1，否则置0。在上一步骤的物品显示中，每次读取标签集合后，访问散列表时需在对应的物品表项中，将其是否在位一项置1。时间间隔T_i后，一次将散列表中的每一标签所有在位信息结果写入历史在位信息数据库表中，即将表中Bit流相应第N位更新。同时，在位信息的次数加1。Bit流的位数：N＝(当前时间-开始时间)/时间间隔。时间间隔T_i中会多次读取标签，只要有一次读取成功，则认为在位(多次读取成功的结果和一次的一样)。Ti时间后，将本次结果存储至数据库表Bit流的第N位。

此数库结构根据在位信息的数据量动态增长，即信息量少时仅占用少量空间。通过几个参数(开始时间、时间间隔、在位次数)和一个Bit流存储信息，空间占用效率高。使用1个bit代表一个时间段的在位信息，一个Bit流即可存储约8000*8＝64000个时间段的信息。设一个时间段为1小时，则此数据结构可存储一个标签的在位信息约7年，仅占用空间不到9k。

查询在位记录的过程与存储过程相反，根据查询的时间段计算Bit流的相应位数，再读取Bit流，即可计算获取在位信息。

Claims (7)

1.一种基于RFID技术的大量物品集中监控方法，其步骤为：

1)在物流管理服务器中建立一监控物品数据库，用于存储待监控物品的物品信息；

2)通过在物品监控场所布设RFID标签读写器在读取周期t₀内对监控场所内物品上的RFID标签进行读取，并将读取的标签数据发送给物流管理服务器；

3)物流管理服务器对显示周期内收到的标签数据进行合并、去除重复标签处理，得到一标签集合A；

4)在物流管理服务器内存中建立一散列表；根据标签集合A查询散列表，如果散列表中存在集合A中的某条查询信息，则输出该查询结果，如果散列表中不存在集合A中的某条查询信息，则查询监控物品数据库，输出查询结果并将其物品信息存储到散列表中。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于得到所述标签集合A的方法为：每一RFID标签读写器在读取周期t₀内对监控场所内物品上的RFID标签进行多次读取，然后物流管理服务器对每一RFID标签读写器的读取结果根据标签号进行排序，然后对排序后的标签数据进行合并、去除重复标签处理后得到一标签集合A’；然后物流管理服务器对一个显示周期内每次处理后的标签集合进行多路合并，得到所述标签集合A。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述物品信息包括：标签Id、物品名称、物品责任人、所属部门、物品类型和授权状态。

4.如权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于根据标签集合A中的标签Id查询所述监控物品数据库或所述散列表；所述散列表的表项中记录的信息包括：标签ID、物品属性、最近访问时间、是否在位和一个链表指针。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于将物品信息存储到散列表中时，如果发生散列表冲突，即标签Id和存储位置是多对一映射，则将当前物品信息填入链表指针指向的链表中。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于物流管理服务器根据监控物品数据库中的标签总数动态分配所述散列表的大小。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在所述物流管理服务器中建立一历史在位信息数据库表，用于存储每次读取到的标签集合A；所述历史在位信息数据库表记录的信息包括：标签ID号、在位信息的开始时间、时间间隔、在位信息的次数和记录在位信息的Bit流；其中Bit流的位数：N＝(当前时间-开始时间)/时间间隔。