一种RFID系统中基于多分类的丢失标签的检测方法

本发明涉及物联网领域，特别涉及一种rfid系统中基于多分类的丢失标签的检测方法。

背景技术：

rfid(射频识别)技术是一种非接触式的自动识别技术，是物联网技术不可缺少的一环，它在仓储管理，物流配送，目标追踪等领域都有着广泛的应用。在实际的应用中，可以在商品或货物上附着标签(具有唯一电子编码)，用于记录物品信息，例如生产日期，物品种类或商标等信息，这样就可以通过阅读器扫描标签，以检查物品的状态。但由于运输转移过程中的疏忽，或者操作人员的失信行为，商品可能会丢失，这样可能会给资产所有者带来巨大的经济损失。在现实中，商品是分种类的，因此对各个类别的商品研究基于多分类的丢失标签的快速检测方法是很有必要的。

传统的人工检测丢失物品不仅浪费了时间，也容易出错。而基于rfid的丢失标签检测方法目前主要有两种：随机的丢失标签检测和确定性的丢失标签识别。前者是在预先定义的检测精度下判断标签丢失事件发生与否，检测速度一般较快；后者能够准确识别出所有丢失的标签，但速度较慢，系统复杂度也相应提升。这两种方法主要采用了aloha通信协议使阅读器接收标签的响应，若指定的时间槽里未收到预期的响应，则判定存在丢失标签。目前基于多分类的丢失标签的检测方法有增强分段序列检测方法(essda，enhancedsegmentedsequentialdetectionapproach)和分段序列检测方法(segmentedsequentialdetectionapproach，ssda)本质是采用每个类别的标签单独进行检测的方法，因此仍然存在提高检测速度的空间。

若采用分配多碰撞时隙的方法，则在检测时就需要设计碰撞解决协议来化解碰撞时隙，这样的协议需要在解码器进行复杂的操作，要么是大大提升计算复杂度，要么需要额外的硬件支持，对于低成本的rfid系统而言，这无疑是不合适的。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术缺陷，提供一种rfid系统中基于多分类的丢失标签的检测方法，引入主从组的概念，利用主组中未利用的空时隙捎带检测从组中的标签，从而达到加快检测速度的目的。

本发明的目的是这样实现的：一种rfid系统中基于多分类的丢失标签的检测方法，包括以下步骤：

步骤1)每个标签唯一的96位id的前s位被视为组id，组id用于记录编码物品的类别信息，具有相同组id的标签被分类为同一组，最初所有标签id标记为未识别，协议分若干个阶段，每个阶段分若干轮；

步骤2)每个阶段i开始时，阅读器从中挑选两个组，一个称为主组，一个称为从组，阅读器广播两个组的组id信息，两个组中与阅读器广播的组id信息相同的组id的标签参与本阶段；

步骤3)阶段i的第k轮开始时，阅读器选择一个随机数r，并构造一个帧长fk的虚拟时间帧，通过hash函数先将主组的标签id和随机数r映射到h(idm，r)∈[0，fk-1]范围的时隙中；

步骤4)阅读器设置两个指示向量fk和ck，fk所有的比特位初始化为0，ck所有的比特位初始化为1；

步骤5)阅读器根据索引为w的时隙的状态，重置fk[w]状态；

步骤6)通过hash函数先将从组的标签id和随机数r映射到w＝h(ids，r)∈[0，fk-1]范围的时隙中；

步骤7)阅读器根据ck[w]是否为0检查索引为w的时隙是否为合法的时隙，合法的时隙才分配给从组的标签；

步骤8)索引为w的合法的时隙被分配恰好一个从组的标签时，重置该时隙对应的ck[w]为1，fk[w]为1，阅读器为每个时隙记录所分配的标签id和组id；

步骤9)阅读器向标签广播向量fk；

步骤10)标签计算w＝h(id，r)，检查fk[w]是否为1，若是则记fk中位于fk[w]之前的1的数量为u，标签在响应帧的第u个时间槽发送响应，并置自己为已识别，已识别的标签不参与后续的检测过程；

步骤11)在接收响应帧的过程中，当位置为u的时隙为空时隙时，阅读器判定存在丢失标签；

步骤12)一个阶段的r轮结束后，若未检测到主组的丢失标签，阅读器宣布主组不存在丢失标签；若检测到从组的丢失标签，阅读器指示从组的标签不参与本阶段接下来的轮次，若本阶段未检测到从组的丢失标签，本阶段的从组将成为下一阶段的主组。

进一步的，所述步骤5)具体包括：

5-1)当索引为w的时隙为单时隙，即预计只有一个主组的标签响应时，重置该时隙位置的fk[w]为1；

5-2)当索引为w的时隙为空时隙，即预计没有一个主组的标签响应时，重置该时隙位置的ck[w]为0，ck[w]为0的空时隙被称为是合法的时隙；

5-3)当索引为w的时隙为碰撞时隙，即预计有两个及以上主组的标签在同一个时隙响应时，fk[w]保持0不变。

本发明采用技术方案，与现有技术相比，本发明的技术效果：本发明引入主从组的概念，利用主组中未利用的空时隙捎带检测从组中的标签，在为标签分配时隙时，仅考虑单时隙，而不去考虑多碰撞时隙，可以大大降低系统复杂度，同时，利用主组标签未利用的空时隙，引入从组的标签同时进行识别，这样大大提高了多分类的大规模rfid系统中丢失标签检测的速度。

附图说明

图1本发明具体实施例预处理时的原理图。

图2本发明具体实施例检测时的原理图。

图3本发明与ssda、essda不同丢失标签数量的检测时间比较。

图4本发明与ssda、essda不同丢失标签数量的可靠性比较。

具体实施方式

如图1-2所示，考虑一个有着100个分组，每个分组中有500个标签的rfid系统，每个分组中丢失标签的数量从2～10个中选择，然后我们分别用ssda，essda，以及本发明方法对该系统的标签进行检测，并对实验结果取20次平均，每一轮检测的具体步骤如下：

步骤1)每个标签唯一的96位id的前s位被视为组id，组id用于记录编码物品的类别信息，具有相同组id的标签被分类为同一组，最初所有标签id标记为未识别，协议分若干个阶段，每个阶段分若干轮；

步骤2)每个阶段i开始时，阅读器从中挑选两个组，一个称为主组，一个称为从组，阅读器广播两个组的组id信息，两个组中与阅读器广播的组id信息相同的组id的标签参与本阶段；

步骤3)阶段i的第k轮开始时，阅读器选择一个随机数r，并构造一个帧长fk的虚拟时间帧，通过hash函数先将主组的标签id和随机数r映射到h(idm，r)∈[0，fk-1]范围的时隙中；

步骤4)阅读器设置两个指示向量fk和ck，fk所有的比特位初始化为0，ck所有的比特位初始化为1；取时间帧中一段时隙，则fk＝[0，0，0，0，0，0，0，0]，ck＝[1，1，1，1，1，1，1，1]；

步骤5)阅读器根据索引为w的时隙的状态，重置fk[w]状态；

5-1)当索引为w的时隙为单时隙，即预计只有一个主组的标签响应时，重置该时隙位置的fk[w]为1；

5-2)当索引为w的时隙为空时隙，即预计没有一个主组的标签响应时，重置该时隙位置的ck[w]为0，ck[w]为0的空时隙被称为是合法的时隙，假定主组中有两个标签分别映射为上述帧中第4，8时隙，且有两个标签都映射至第3时隙，据上述规则，则置fk＝[0，0，0，1，0，0，0，1]，ck＝[0，0，1，1，0，0，0，1]，可知第1，2，5，6，7时隙对于从组而言为合法时隙；

5-3)当索引为w的时隙为碰撞时隙，即预计有两个及以上主组的标签在同一个时隙响应时，fk[w]保持0不变。

步骤6)通过hash函数先将从组的标签id和随机数r映射到w＝h(ids，r)∈[0，fk-1]范围的时隙中；

步骤7)阅读器根据ck[w]是否为0检查索引为w的时隙是否为合法的时隙，合法的时隙才分配给从组的标签；

步骤8)索引为w的合法的时隙被分配恰好一个从组的标签时，重置该时隙对应的ck[w]为1，fk[w]为1，阅读器为每个时隙记录所分配的标签id和组id；假定从组中有4个标签分别映射至第1，2，5，6时隙，则fk＝[1，1，0，1，1，1，0，1]，ck＝[1，1，1，1，1，1，0，1]；

步骤9)阅读器向标签广播向量fk；

步骤10)标签计算w＝h(id，r)，检查fk[w]是否为1，若是则记fk中位于fk[w]之前的1的数量为u，标签在响应帧的第u个时间槽发送响应，并置自己为已识别，已识别的标签不参与后续的检测过程；

步骤11)在接收响应帧的过程中，当位置为u的时隙为空时隙时，阅读器判定存在丢失标签；假定上述构造中主，从组的第3个标签均丢失，此时在响应帧中时隙构造应为[1，1，2，m，m，1，0，1](为正常响应，2为标签碰撞，m为未正常响应)，而阅读器预先计算的构造为[1，1，2，1，1，1，0，1]，对比可知有两个标签丢失，再通过查找发生丢失事件的时隙所映射的标签id和组id即可确定丢失标签的位置信息；

步骤12)一个阶段的r轮结束后，若未检测到主组的丢失标签，阅读器宣布主组不存在丢失标签；若检测到从组的丢失标签，阅读器指示从组的标签不参与本阶段接下来的轮次，若本阶段未检测到从组的丢失标签，本阶段的从组将成为下一阶段的主组。

本发明方法(emmtdp)与ssda，essda在同样的样本条件下进行对比实验，结果如图3和图4所示。如图3所示，可以看出随着每组丢失标签数量的增加，检测时间均逐渐减少直至收敛于相对稳定的值，但本发明在检测速度上一直优于另外两种方案，当系统中物品分类多，标签总数大时，本发明方法在检测速度上有着明显的领先。如图4所示，可以看出随着每组丢失标签数量的增加，三种算法的可靠性都收敛至1，这说明本发明方法在大规模rfid系统中，当丢失标签数量较多时，依然保持良好的检测精度，适用于实际应用场合，同时本发明方法由于引入了主从组的概念，利用主组中未利用的空时隙捎带检测从组中的标签，检测时只采取单时隙，与其他方案对比，大大降低了系统复杂度，在大规模rfid系统中，将大大降低这厂家成本。

综上所述，本发明引入主从组的概念，利用主组中未利用的空时隙捎带检测从组中的标签，在为标签分配时隙时，仅考虑单时隙，而不去考虑多碰撞时隙，可以大大降低系统复杂度，同时，利用主组标签未利用的空时隙，引入从组的标签同时进行识别，这样大大提高了多分类的大规模rfid系统中丢失标签检测的速度。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。