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专利号: 2020106314101
申请人: 安徽工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种RFID标签信息采样方法,其特征在于,在RFID系统中,设计RFID阅读器与标签总体集合S中的标签之间的协议PS,协议PS的结果满足:C‑I:从标签总体集合S的N个不同标签中随机抽取K个标签,标签总体集合S中任意带有K个标签的子集被选中为T的概率相等,其中,K为标签信息采样子集T的预定大小;

C‑II:标签信息采样子集T中的任一个标签都被告知其唯一顺序,并按照该顺序向RFID阅读器报告其标签信息;

所述协议PS包括两个阶段,分别记为PS‑1和PS‑2;

所述PS‑1包括如下步骤:

步骤1)标签总体集合S中的所有标签初始化为未选择状态,RFID阅读器向标签总体集合S中所有标签发送一个带有第一随机种子r1的请求,开始通信;

步骤2)对任一个接收第一随机种子r1的标签ts,计算随机数h(ts),Info

h(ts)=H(ts ,r1)mod N     (1‑1)Info

其中,ts为标签总体集合S中的任一个标签,N为标签总体集合S中的标签总量,ts 为Info

标签ts的标签信息,H(ts ,r1)为一个由标签总体集合S中所有标签和RFID阅读器共享的哈希函数;

步骤3)遍历标签总体集合S中的任一个标签ts,如果标签ts对应的随机数h(ts)

Info

其中,未选择状态为标签未明确是否需要向RFID阅读器报告其标签信息ts 的状态;

Info

不活跃状态为标签明确不需要向RFID阅读器报告其标签信息ts 的状态;

所述PS‑2包括如下步骤:

步骤1)定义标签总体集合S在PS‑1阶段停留在未选择状态的标签的集合为B;若B不是空集,则RFID阅读器向集合B中所有标签发送一个带有|B|和第二随机种子r2的请求<|B|,r2>,开始新的通信回合;其中,|B|为集合B中停留在未选择状态的标签的数量;

步骤2)对集合B中任一个处于未选择状态标签tB,计算随机数f(tB),Info

f(tB)=H(tB mod|B|)     (1‑2)Info Info

其中,tB为集合B中的任一个标签,tB 为标签tB的标签信息,H(tB mod|B|)为一个由集合B中所有标签和RFID阅读器共享的哈希函数;

步骤3)RFID阅读器对集合B构造位数组F,位数组F包含|B|位;所述位数组F构造规则为:若集合B中标签tB的随机数f(tB)=j,j∈{0,1,..,|B|‑1},仅唯一对应于集合B中的一个标签,则位数组F中对应的每一位F[j],取值为1,否则,F[j]取值为0;

步骤4)RFID阅读器向集合B广播位数组F;

步骤5)集合B接收位数组F后,对处于未选择状态中的每个标签tB检查F(f(tB));若F(f(tB))=1,则标签tB取Cnt(f(tB))+N‑|B|的唯一顺序进入确认状态;否则,标签tB保留在未选择状态中;

其中,Cnt(f(tB))为位数组{F[0],F[1],...,F(f(tB))}中取值为1的数目;确认状态为Info

标签tB明确需要向RFID阅读器报告其标签信息tB 的状态;

步骤6)本通信回合结束,RFID阅读器从集合B中删除进入确认状态的标签,并循环至步骤1),直至集合B为空集;所述标签信息采样子集T记为集合B中所有标签按照向RFID阅读器报告标签信息的唯一顺序排序后的集合。

2.根据权利要求1所述的RFID标签信息采样方法,其特征在于,所述PS‑1阶段的步骤2)中随机数h(t)∈{0,1,..,N‑1},随机数h(t)的任一整数取值仅对应于标签总体集合S中的一个标签。

3.根据权利要求1所述的RFID标签信息采样方法,其特征在于,所述PS‑1阶段,从标签总K

体集合S中保留在未选择状态的标签内选择K个标签的概率为K!/N;

定义标签总体集合S中被选择的任意包含K个标签的集合为{t1,t2,...,tK},1≤K≤N,集合{t1,t2,...,tK}中所有标签保留在未选择状态的概率为SP{t1,t2,...,tK};

对于标签总体集合S中的任一标签被映射到一个哈希整数h(t)∈{0,1,..,N‑1}独立且均匀地随机发生,假设RFID阅读器采用随机变量来确保被选中的K个标签的哈希整数均小于K,则,

4.根据权利要求1所述的RFID标签信息采样方法,其特征在于,所述协议PS的通信成本记为|PS|,通信成本|PS|为阶段PS‑1和阶段PS‑2的通信成本之和;

所述PS‑1阶段的通信成本为RFID阅读器向标签总体集合S中的所有标签发送第一随机种子r1,为log2(N)位;

所述PS‑2阶段的通信成本为,RFID阅读器向集合B中的所有标签发送带有|B|和第二随机种子r2的请求<|B|,r2>和构造位数组F直至集合B为空集的所有通信回合的通信成本;

在第一轮通信回合中,|B|=K,RFID阅读器向集合B中的所有标签发送请求<|B|,r2>,需要2log2(K)位和构造大小为|B|的位数组的K位,即,在第一轮通信回合RFID阅读器的通信成本为2log2(K)+K;

若在第一轮通信回合集合B中存在进入确定状态的标签,则第一轮通信回合结束时从集合B中删去进入确定状态的标签,删除进入确定状态标签的概率为K‑1 ‑1

(1‑1/|B|) ≈e ;

‑1 ‑1

在第二轮通信回合中,集合B中包含(1‑e )K个标签,|B|=(1‑e )K,RFID阅读器发送新的请求<|B|,r2>到集合B中的所有标签,需要2log2(K)位和构造大小为|B|的位数组的(1‑e‑1 ‑1

)K位,即第二轮通信回合RFID阅读器的通信成本为2log2(K)+(1‑e )K;

‑1

类推至第l轮通信回合,在第l轮通信回合RFID阅读器的通信成本为2log2(K)+(1‑e )l;

‑1

每轮通信回合将集合B的大小按固定比例减小(1‑e ),则PS‑2阶段经In(K)回合后,集合B为空集;

因此在PS‑2阶段,RFID阅读器发送到标签的总通信成本为:‑1 ‑1 In(K)

In(K)×2log2(K)+K+K(1‑e )+...+K(1‑e )‑1 In(K)

=In(K)×2log2(K)+K×e(1‑(1‑e ) )≤K×e+In(K)×2log2(K)即

|PS|≤log2(N)+K×e+In(K)×2log2(K)    (1‑4)。

5.根据权利要求4所述的RFID标签信息采样方法,其特征在于,所述通信成本|PS|=log2(N)+K×e+In(K)×2log2(K)。

6.一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时,实现如权利要求1‑5任一项所述的RFID标签信息采样方法。