本文選題：射頻識別 + 多哈希�。� 參考：《大連理工大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：隨著第四次工業(yè)革命開始,人們越來越意識到將傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)與新興信息技術(shù)進(jìn)行深度融合的必要性。而RFID(射頻識別)技術(shù)在未來智能化生產(chǎn)中必將取代傳統(tǒng)的條形碼技術(shù)成為最主要的自動識別技術(shù)之一。然而,在推廣RFID技術(shù)的進(jìn)程中,我們?nèi)匀幻媾R著諸多亟待解決的關(guān)鍵科學(xué)問題和技術(shù)挑戰(zhàn)。本論文主要關(guān)注大規(guī)RFID系統(tǒng)中信號沖突嚴(yán)重、有源標(biāo)簽?zāi)芰渴芟�、隱私安全難以保障這三類挑戰(zhàn)。在總結(jié)現(xiàn)有方法和研究成果的基礎(chǔ)上,圍繞異常標(biāo)簽識別、異常標(biāo)簽檢測、標(biāo)簽數(shù)量估計這三類重要的標(biāo)簽信息收集問題開展研究工作,具體的研究內(nèi)容和創(chuàng)新點總結(jié)如下。標(biāo)簽識別在RFID領(lǐng)域是最早得到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界關(guān)注的一類問題,但如何從大量正常標(biāo)簽中識別少量異常標(biāo)簽仍然沒有得到很好的解決,現(xiàn)有協(xié)議性能仍有巨大提升空間。因此在第一部分研究內(nèi)容中,本論文針對異常標(biāo)簽識別,具體研究了丟失標(biāo)簽識別和未知標(biāo)簽識別兩類子問題。針對丟失標(biāo)簽識別問題,我們發(fā)現(xiàn)時隙幀利用率低下是現(xiàn)有協(xié)議的主要性能瓶頸。為此,本文提出了基于多哈希的丟失標(biāo)簽識別協(xié)議。閱讀器通過迭代發(fā)送輕量級比特位圖指導(dǎo)標(biāo)簽進(jìn)行多次哈希運算,提高時隙幀中單一時隙的比例。雖然多次哈希能夠提高時隙利用率,但執(zhí)行多哈希是需要代價的,過多輪的哈希反而會降低總體時間效率。為此,本文還通過大量的理論分析研究了哈希次數(shù)對協(xié)議性能的影響,找到了哈希代價與時隙利用率之間的最佳權(quán)衡。試驗結(jié)果表明,本文提出的多哈希丟失標(biāo)簽識別協(xié)議比目前最優(yōu)協(xié)議在時間效率方面有顯著提高。針對未知標(biāo)簽識別問題,本文發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有協(xié)議均將未知標(biāo)簽標(biāo)記過程與識別過程分別考慮,兩個階段的操作是脫節(jié)的,標(biāo)記階段的信息沒有被充分利用,因此時間效率仍有很大的提升空間。為此,本文提出新型異或布隆過濾器的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),不僅可以用來標(biāo)記未知標(biāo)簽,還可大幅降低未知標(biāo)簽ID識別過程中的信號沖突。試驗結(jié)果表明本文提出的基于異或布隆過濾器的未知標(biāo)簽識別協(xié)議能夠滿足既定的識別精度,且總體時間效率有所提高。在第一部分研究內(nèi)容中,本文研究了異常標(biāo)簽識別問題,即找出具體的異常標(biāo)簽ID。然而,在實際應(yīng)用中,盲目地執(zhí)行重量級的異常標(biāo)簽識別可能會出現(xiàn)空轉(zhuǎn)現(xiàn)象,浪費了很多時間和能量代價卻沒有識別到任何異常標(biāo)簽。一個合理的方案是先調(diào)用輕量級的異常標(biāo)簽檢測協(xié)議,當(dāng)發(fā)現(xiàn)確實系統(tǒng)中存在異常標(biāo)簽,才去調(diào)用重量級的異常標(biāo)簽識別協(xié)議。因此,輕量級的異常標(biāo)簽檢測也是具有重要研究意義的,被作為本文的第二部分研究內(nèi)容。在異常標(biāo)簽檢測方面,本文主要研究了未知標(biāo)簽檢測問題�，F(xiàn)有相關(guān)協(xié)議基于傳統(tǒng)布隆過濾器數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)驗證未知標(biāo)簽。為了確保錯誤檢測概率低于一定閾值,布隆過濾器的長度必須與標(biāo)簽數(shù)量成正比,因此在大規(guī)模RFID系統(tǒng)中現(xiàn)有協(xié)議的可擴(kuò)展性較差。本文將采樣思想與傳統(tǒng)布隆過濾器數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相結(jié)合,提出采樣布隆過濾器,在此基礎(chǔ)上提出兼顧時間效率和有源標(biāo)簽?zāi)芰肯牡母呔任粗獦?biāo)簽檢測協(xié)議。實驗結(jié)果表明,本文提出的基于采樣布隆過濾器的未知標(biāo)簽檢測協(xié)議在相同的檢測精度前提下,在時間效率和能量效率方面比現(xiàn)有協(xié)議有大幅提高。在庫存管理應(yīng)用場景中,管理員只需要知道剩余標(biāo)簽的數(shù)量即可判斷是否需要補(bǔ)充貨物。這時,沒有必要識別具體的標(biāo)簽ID,只需要知道標(biāo)簽數(shù)量的近似值即可。在標(biāo)簽數(shù)量估計方面,本文分別研究了阻塞標(biāo)簽環(huán)境下的標(biāo)簽數(shù)量估計問題和多類別RFID系統(tǒng)中的Top-k查詢問題。針對阻塞標(biāo)簽環(huán)境下的標(biāo)簽數(shù)量估計問題,本文首次給出了該問題的形式化定義,而且通過大量的試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)標(biāo)簽數(shù)量估計協(xié)議均不能排除阻塞標(biāo)簽對估計過程的干擾,因此現(xiàn)有協(xié)議無一例外均返回錯誤的估計值。本文依據(jù)時隙狀態(tài)變換,通過統(tǒng)計學(xué)的方法,提出了精度可保的真實標(biāo)簽數(shù)量估計協(xié)議。大量的理論分析保證該協(xié)議能夠滿足需要的估計精度。實驗結(jié)果表明,本文提出的協(xié)議比現(xiàn)有標(biāo)簽識別協(xié)議在時間效率方面有大幅提高。針對多類別RFID系統(tǒng)中的TOP-k查詢問題,本文首先提出了基本查詢協(xié)議,同類別的標(biāo)簽在同一個時隙中向閱讀器發(fā)送特殊格式的字符串。閱讀器根據(jù)時隙中的疊加信號來估計對應(yīng)類別標(biāo)簽的數(shù)量,并動態(tài)剔除那些肯定不屬于Top-k集合的標(biāo)簽類別。本文還提出了大量的理論分析保證Top-k查詢準(zhǔn)確度。然后,本文又提出基于分段完美哈希的補(bǔ)充協(xié)議,在標(biāo)簽類別和時隙之間分段建立雙射關(guān)系,從而提高時隙幀的利用率。本文還研究了哈希時時隙幀分段大小對通信代價和計算代價的影響,在兩種代價之間尋求最佳平衡。試驗結(jié)果表明本文提出的Top-k查詢協(xié)議比現(xiàn)有協(xié)議提高了查詢速度。
[Abstract]:In order to solve the problem of RFID technology , this paper mainly focuses on the identification of abnormal tags , the limited energy of active tags and the difficulty to guarantee the security of the new information technology . An unknown label detection protocol based on sampling Bloom filter is proposed in this paper , which is greatly improved in terms of time efficiency and energy efficiency under the condition of the same detection accuracy . In the case of inventory management application , it is necessary to know whether the number of tags is needed to replenish goods . In this paper , it is necessary to know the approximate value of the number of tags .
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.44

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本文編號：1922629