一種基于布隆過濾器的未知射頻標簽檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于布隆過濾器的未知射頻標簽檢測方法，屬于無線通信【技術(shù)領(lǐng)域】。閱讀器廣播一個二元請求<R1,ⅹ>；每個射頻標簽接收到該二元請求后使用參數(shù)R1來計算表達式H(ID,R1)mod?Y；計算結(jié)果小于ⅹ，那么該標簽成為樣本標簽，將參與后續(xù)的檢測步驟；否則不參與后續(xù)步驟；閱讀器把樣本標簽的ID映射到布隆過濾器上，用K個獨立同分布的哈希函數(shù)將一個樣本標簽的ID映射到布隆過濾器的f個位置；閱讀器將構(gòu)造的布隆過濾器以及所采用的參數(shù)廣播給樣本標簽，收到該布隆過濾器后，每個樣本標簽用同樣的哈希函數(shù)和參數(shù)計算并檢查各自的代表位；對于一個標簽，如果K個代表位均為1，即為已知標簽；否則為未知標簽。
【專利說明】一種基于布隆過濾器的未知射頻標簽檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于布隆過濾器的未知射頻標簽檢測方法，屬于無線通信【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，射頻識別(RFID, Radio Frequency Identification)技術(shù)被越來越廣泛的應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)、倉庫管理、物體跟蹤等多個領(lǐng)域。相比傳統(tǒng)的條形碼技術(shù)，射頻識別技術(shù)具備很多優(yōu)良特性，包括:遠距離讀寫，具備一定計算能力，更大的數(shù)據(jù)存儲空間，能夠為管理者帶來更多的便利。在射頻識別【技術(shù)領(lǐng)域】中，標簽數(shù)量估計、標簽定位、丟失標簽的識別等問題被廣泛研究。
[0003]一個RFID系統(tǒng)通常包括一個后臺服務(wù)器(back-end)，一個或多個閱讀器(reader)，和數(shù)量龐大的射頻標簽(tag)。射頻標簽通常被附著在被監(jiān)控的貨物或商品上，并且有一個小的存儲芯片來存儲一個全球統(tǒng)一的序列號(ID)以及一些其他信息，如:商品價格、保質(zhì)期和個人信息等。標簽通常被分為兩種:有源標簽和無源標簽。有源標簽自身具備電池供電；而無源標簽本身不具備電池，只能從閱讀器輻射的電磁場中獲取電能工作。在物流管理或者倉庫監(jiān)控中，管理人員的疏忽大意有可能導致貨物被錯誤地擺放在其他位置。這有可能引發(fā)嚴重的后果，比如:冷凍食品如果被錯誤地放置在了沒有制冷設(shè)備的區(qū)域，就會融化變質(zhì)，從而造成經(jīng)濟損失；另外，有毒物質(zhì)和食品不能夠放在一起，相互之間容易發(fā)生反應(yīng)的易燃易爆物也不能夠放置在一起?？梢?，如何快速發(fā)現(xiàn)、找到這些被錯誤擺放的貨物是一個有意義的問題。在一個放置了成千上萬貨物的倉庫中，人工檢查浪費人力、時間，且準確度不高。RFID技術(shù)可以被用來解決錯位貨物的識別問題。具體來講，每個貨物都配備了一個射頻標簽，位置正確的貨物上的標簽序列號存儲在該區(qū)域閱讀器所連接的后臺服務(wù)器上。而錯誤擺放的貨物的標簽序列號是不會存儲在后臺中的，因此被稱為未知標簽。在RFID研究的初期,大量的研究工作集中在標簽識別(tag identification)問題，即識別所有的射頻標簽的序列號(ID)。實際上，采用標簽識別算法可以解決未知標簽識別問題。具體來講，閱讀器搜集到所有標簽的序列號以后，跟數(shù)據(jù)庫中的已知標簽序列號對比，即可知道哪些是未知標簽。但該方法收集了大量的已知標簽的序列號，而這些序列號已經(jīng)存儲在數(shù)據(jù)庫中了，因此浪費了大量的時間。如何把已知標簽靜默，然后單獨收集未知標簽成為了提升效率的關(guān)鍵?，F(xiàn)有的技術(shù)提供了一種識別未知標簽的方法，旨在找到所有的未知標簽?？墒窃诂F(xiàn)實應(yīng)用中，未知標簽的出現(xiàn)具有兩個特性:(I)隨機性，即我們無法預測未知標簽何時會出現(xiàn)；(2)稀疏性，即未知標簽只是偶爾出現(xiàn)。因此現(xiàn)有技術(shù)提出的方法大多數(shù)時間處于空跑狀態(tài)，即無法找到未知標簽，卻浪費了大量的時間和能量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述的不足，本發(fā)明提供了一種基于布隆過濾器的未知射頻標簽檢測方法。[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是未知標簽檢測，旨在快速判斷在射頻識別系統(tǒng)中是否存在未知標簽。我們把該問題進一步定義為:假設(shè)系統(tǒng)中有N個已知標簽，當有M個或更多未知標簽出現(xiàn)時，閱讀器要至少以概率α檢測到有未知標簽出現(xiàn)。
[0006]一種基于布隆過濾器的未知射頻標簽檢測方法，包括如下步驟:
[0007]( I)使用采樣方法檢測系統(tǒng)中的部分標簽
[0008]閱讀器廣播一個二元請求(R1, X >;每個射頻標簽接收到該二元請求后使用參數(shù)R1來計算表達式H (ID，R1) mod Y ;如果計算結(jié)果小于x，那么該標簽成為樣本標簽，將參與后續(xù)的檢測步驟；否則將不參與后續(xù)步驟；其中，在二元請求〈Rp X >中，R1為隨機數(shù)，X =PXY, P是抽樣概率，Y是在制造標簽時燒在芯片中的常數(shù)；
[0009](2)利用布隆過濾器中每位的狀態(tài)來檢測未知標簽
[0010]閱讀器把步驟(1)中產(chǎn)生的樣本標簽的ID映射到布隆過濾器上，用K個獨立同分布的哈希函數(shù)將一個樣本標簽的ID映射到布隆過濾器的f個位置；K代表生成布隆過濾器時使用哈希函數(shù)的個數(shù)?代表布隆過濾器的長度；
[0011]閱讀器將構(gòu)造的布隆過濾器以及所采用的參數(shù)廣播給所有的樣本標簽，樣本標簽收到該布隆過濾器后，每個樣本標簽用同樣的哈希函數(shù)和參數(shù)計算并檢查各自的代表位；對于一個標簽，如果K個代表位均為1，即通過了本次檢測，并被認為是一個已知標簽；否則，該標簽為未知標簽。
[0012]本發(fā)明通過布隆過濾器中每位的狀態(tài)來檢測未知標簽的存在，同時使用采樣的方法檢測部分標簽，降低整個系統(tǒng)中標簽的耗能。在時間效率方面比當前最優(yōu)的方法提高了90%，在能量方面比當前最優(yōu)的方法提升了 71.6%。`【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)整體工作示意圖。
[0014]圖2 (a)是本發(fā)明的已知標簽生成布隆過濾器的示意圖。
[0015]圖2 (b)是本發(fā)明的系統(tǒng)檢測標簽是否為未知標簽的示意圖。
[0016]圖中:I閱讀器；〇系統(tǒng)中的已知標簽；?系統(tǒng)中的未知標簽；
[0017]I后臺服務(wù)器；2存儲有系統(tǒng)中所有已知標簽ID的數(shù)據(jù)庫；
[0018]3哈希函數(shù)A ;4哈希函數(shù)B ;5哈希函數(shù)C。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行進一步的說明
[0020]圖2 (a)是本發(fā)明的已知標簽生成布隆過濾器的示意圖。經(jīng)過步驟一的采樣后，閱讀器把樣本標簽的ID映射到布隆過濾器上，具體方法如下:圖中標簽t2和t3是經(jīng)步驟一采樣后的標簽，標簽^通過三個獨立同分布的哈希函數(shù)分別被映射到布隆過濾器的第一、三和八位中，于是過濾器的這三位被設(shè)為‘I’。同理，標簽t2映射到的第四、六和九位被設(shè)為‘I’。標簽t3映射到的第六位和第九位已經(jīng)為‘I’，則不做任何操作，而把第十二位設(shè)為‘I’。圖2 (a)中的位數(shù)組即為由已知標簽生成的布隆過濾器。
[0021]圖2(b)是本發(fā)明的通過布隆過濾器中各位的狀態(tài)來檢測未知標簽方法的示意圖。閱讀器將按照圖2 (a)中的方法生成的布隆過濾器發(fā)送給系統(tǒng)中所有的標簽。每個標簽用同樣的哈希函數(shù)以及參數(shù)，計算并檢查自己的代表位。圖2 (b)中的t4標簽檢測到自己映射到的第二位為‘0’，則該標簽知道自己位未知標簽，向閱讀器發(fā)送信號報告自己位未知標簽。同理，圖2 (b)中的未知標簽t5也可以被系統(tǒng)檢測出來。
【權(quán)利要求】
1.一種基于布隆過濾器的未知射頻標簽檢測方法，其特征在于: (1)使用采樣方法檢測系統(tǒng)中的部分標簽 閱讀器廣播一個二元請求〈Ru X >;每個射頻標簽接收到該二元請求后使用參數(shù)R1來計算表達式H (IDj1) mod Y;如果計算結(jié)果小于X，那么該標簽成為樣本標簽，將參與后續(xù)的檢測步驟；否則將不參與后續(xù)步驟；其中，在二元請求〈&，X >中，R1為隨機數(shù)，X =PXY,P是抽樣概率，Y是在制造標簽時燒在芯片中的常數(shù)； (2)利用布隆過濾器中每位的狀態(tài)來檢測未知標簽 閱讀器把步驟(I)中產(chǎn)生的樣本標簽的ID映射到布隆過濾器上，用K個獨立同分布的哈希函數(shù)將一個樣本標簽的ID映射到布隆過濾器的f個位置；K代表生成布隆過濾器時使用哈希函數(shù)的個數(shù)代表布隆過濾器的長度； 閱讀器將構(gòu)造的布隆過濾器以及所采用的參數(shù)廣播給所有的樣本標簽，樣本標簽收到該布隆過濾器后，每個樣本標簽用同樣的哈希函數(shù)和參數(shù)計算并檢查各自的代表位；對于一個標簽，如果K個代表位均為1，即通過了本次檢測，并被認為是一個已知標簽；否則，該標簽為未知標簽。
【文檔編號】G06K7/00GK103870781SQ201410103177
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月19日
【發(fā)明者】李克秋, 劉秀龍, 齊恒, 謝鑫, 劉春龍, 曲雯毓 申請人:大連理工大學