CN104778428B - 一种基于rfid的高效信息收集协议 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无线射频识别领域，具体为一种基于RFID的高效信息收集协议。本协议包括第一阶段、第二阶段和第三阶段；其中在第一阶段抽出一个标签样本，在第二阶段识别出需要收集信息的标签，在第三阶段收集需要收集标签的信息。本发明提出了一种在大型RFID系统中，收集大量集成有微传感器的标签上的有用信息的算法。该算法首先引入著名的抽样定理挑选出一组标签，然后在标签识别的过程中利用布鲁姆过滤器大大的缩短了时间，最后再利用时隙去零法收集标签信息。该算法实现了高效低耗的数据收集。
Description
技术领域
本发明涉及无线射频识别领域，具体为一种基于RFID的高效信息收集协议。
背景技术
在大型RFID（Radio Frequency IDentification）系统中，部署着大量集成有微传感器的标签（如无专门说明，以下都简称为标签），这些标签不仅能够提供其标签ID号，而且还可以报告其附着的产品或者处于的环境中的动态、实时的信息，这有利于许多实际应用。比如：在大型的冷藏食品存储设施中，冷冻食品上面都贴着集成有温度传感器的RFID标签，阅读器部署在天花板上定期阅读标签上的温度信息。如果阅读器发现有不正常的温度，就可以有效的识别出现故障的相应设备，并且及时的提醒工作人员进行检查，这有助于确保食品的质量。目前标签信息收集协议包括轮询算法、帧时隙Aloha算法、单个哈希算法、多个哈希算法等，但是这些算法都不能达到时间高效性。
发明内容
本发明为了解决现有的信息收集方法时间高效性差的问题，提供了一种基于RFID的高效信息收集协议。
本发明是采用如下的技术方案实现的: 一种基于RFID的高效信息收集协议，包括以下步骤：
S1：阅读器广播一个命令<R，x>，命令中包含一个随机种子数R和一个整数x，其中x的值为p×M，M为监控区域内的标签数，P为设定的监控区域中的标签被选为样品标签的概率；
S2：监控区域中的标签使用接收到的随机种子数R和自己的ID号，做一个哈希函数H(ID，R) mod M；
S3：若标签的哈希函数结果小于收到的整数x，那么标签就被选定为样品标签，若哈希函数结果大于整数x，那么标签将进行休眠，由此得到一个标签数为x的标签样本；
S4：阅读器利用K个哈希函数、随机种子数S和N个需要收集信息标签的ID号构造一个布鲁姆过滤器L1，然后阅读器广播L1，K和S给标签样本中的标签；
S5：标签样本中的标签做相同的哈希函数去检查自己对应的那位是否为“1”，如果是的话就是待收集信息的标签；
S6：此时若是待收集信息的标签就回复一个“1”给阅读器，若不是待收集信息的标签回复“0”给阅读器，制成一个虚拟布鲁姆过滤器L2，使得在N个需要收集信息标签中得到本轮需要收集信息的标签；
S7：阅读器广播一个请求信息给其覆盖区域内的所有标签，请求信息中包括随机数r和分配向量表V（V是由本轮需要收集信息的标签ID和随机种子数通过哈希得到）；
S8：当收到请求消息后，每一个需要收集信息的标签使用自己的ID和随机数r进行哈希，得到其在分配向量表V中对应的位置，若得到的位置所对应的值为“0”时，该标签将推迟到下一轮进行信息传输；
S9：若得到的位置所对应的值为“1”时，则该标签将在接下来的时隙被阅读器安排来传输数据，此时，该标签数对对应的位置之前有多少个“1”s出现，如果有i个“1”，该标签将会在第（i + 1）个时隙给阅读器传输自己的信息，当所有信息收集完成后，结束此阶段；
S10：整个步骤一直进行，直到满足设定的阈值来收集到N个需要收集信息标签的信息。
本发明主要是设计一个定期收集来自标签的有用信息的协议。大规模RFID系统中，不需要收集所有标签的信息，因为它是很耗时的。假设在监控区域的标签为M，但是里面的标签有可能丢失或者放错位置，让N代表需要收集信息的标签，本发明引入了著名的抽样定理，旨在先找出一些样品标签，只对这些标签进行视察，然后利用布鲁姆过滤器识别出这些标签，最后使用时隙去零发收集标签信息。本发明减少了信息收集协议的执行时间，以便它可以用很少的时间来收集信息，达到实时的了解食品质量。
附图说明
图1 本发明标签识别原理图。
图2本发明信息收集原理图。
图3 本发明算法流程图。
具体实施方式
一种基于RFID的高效信息收集协议，包括以下步骤：
S1：阅读器广播一个命令<R，x>，命令中包含一个随机种子数R和一个整数x，其中x的值为p×M，M为监控区域内的标签数，P为设定的监控区域中的标签被选为样品标签的概率；
S2：监控区域中的标签使用接收到的随机种子数R和自己的ID号，做一个哈希函数H(ID，R) mod M；
S3：若标签的哈希函数结果小于收到的整数x，那么标签就被选定为样品标签，若哈希函数结果大于整数x，那么标签将进行休眠，由此得到一个标签数为x的标签样本；
S4：阅读器利用K个哈希函数、随机种子数S和N个需要收集信息标签的ID号构造一个布鲁姆过滤器L1，然后阅读器广播L1，K和S给标签样本中的标签；
S5：标签样本中的标签做相同的哈希函数去检查自己对应的那位是否为“1”，如果是的话就是待收集信息的标签；
S6：此时若是待收集信息的标签就回复一个“1”给阅读器，若不是待收集信息的标签回复“0”给阅读器，制成一个虚拟布鲁姆过滤器L2，使得在N个需要收集信息标签中得到本轮需要收集信息的标签；
S7：阅读器广播一个请求信息给其覆盖区域内的所有标签，请求信息中包括随机数r和分配向量表V；
S8：当收到请求消息后，每一个需要收集信息的标签使用自己的ID和随机数r进行哈希，得到其在分配向量表V中对应的位置，若得到的位置所对应的值为“0”时，该标签将推迟到下一轮进行信息传输；
S9：若得到的位置所对应的值为“1”时，则该标签将在接下来的时隙被阅读器安排来传输数据，此时，该标签数对对应的位置之前有多少个“1”s出现，如果有i个“1”，该标签将会在第（i + 1）个时隙给阅读器传输自己的信息，当所有信息收集完成后，结束此阶段；
S10：整个步骤一直进行，直到满足设定的阈值来收集到N个需要收集信息标签的信息。
在我们的模型中，RFID系统通常由部署在一个区域中的几个阅读器和大量的标签组成。每个标签都配有传感器用于监控物理参数，产生一个特定类型的信息。我们假设RFID阅读器和标签之间的传输有足够的功率使得他们可以远距离通信，它们之间通过时隙进行通信。从逻辑上考虑把多个阅读器作为一个整体阅读器，标签的时钟通过阅读器信号同步。
假设阅读器可以随意访问数据库中存储的所有标签的ID。这个假设是合理的，因为基于RFID的仓库管理系统只要读到货物进来或者出去都要上传到数据库。我们还假设在信息收集协议执行期间标签都是静止不动的，因为信息收集协议的运行时间非常短，这也是我们协议要做到的。一旦识别出需要收集信息的标签，我们就可以定期收集标签信息。
Claims (1)
1.一种基于RFID的高效信息收集协议，其特征在于包括以下步骤：
S1：阅读器广播一个命令<R，x>，命令中包含一个随机种子数R和一个整数x，其中x的值为p×M，M为监控区域内的标签数，P为设定的监控区域中的标签被选为样品标签的概率；
S2：监控区域中的标签使用接收到的随机种子数R和自己的ID号，做一个哈希函数H(ID，R) mod M；
S3：若标签的哈希函数结果小于收到的整数x，那么标签就被选定为样品标签，若哈希函数结果大于整数x，那么标签将进行休眠，由此得到一个标签数为x的标签样本；
S4：阅读器利用K个哈希函数、随机种子数S和N个需要收集信息标签的ID号构造一个布鲁姆过滤器L1，然后阅读器广播L1，K和S给标签样本中的标签；
S5：标签样本中的标签做相同的哈希函数去检查自己对应的那位是否为“1”，如果是的话就是待收集信息的标签；
S6：此时若是待收集信息的标签就回复一个“1”给阅读器，若不是待收集信息的标签回复“0”给阅读器，制成一个虚拟布鲁姆过滤器L2，使得在N个需要收集信息标签中得到本轮需要收集信息的标签；
S7：阅读器广播一个请求信息给其覆盖区域内的所有标签，请求信息中包括随机数r和分配向量表V；
S8：当收到请求消息后，每一个需要收集信息的标签使用自己的ID和随机数r进行哈希，得到其在分配向量表V中对应的位置，若得到的位置所对应的值为“0”时，该标签将推迟到下一轮进行信息传输；
S9：若得到的位置所对应的值为“1”时，则该标签将在接下来的时隙被阅读器安排来传输数据，此时，该标签数对对应的位置之前有多少个“1”出现，如果有i个“1”，该标签将会在第i + 1个时隙给阅读器传输自己的信息，当所有信息收集完成后，结束此阶段；
S10：整个步骤一直进行，直到满足设定的阈值来收集到N个需要收集信息标签的信息。
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| US6816063B2 (en) * | 1999-01-29 | 2004-11-09 | Intermec Ip Corp | Radio frequency identification systems and methods for waking up data storage devices for wireless communication |
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2015
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|---|---|---|---|---|
| US6816063B2 (en) * | 1999-01-29 | 2004-11-09 | Intermec Ip Corp | Radio frequency identification systems and methods for waking up data storage devices for wireless communication |
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