RFID系统中捕获效应下被克隆的标签数量估计方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种RFID系统中捕获效应下被克隆的标签数量估计方法及系统，根据ALOHA协议，首先阅读器选择随机数和帧长构造出一个虚拟帧，由标签id进行哈希运算得到对应标签在虚拟帧中的响应时隙，然后标签在响应帧中传输10比特的响应以区分冲突槽和单槽。接收到响应帧后，阅读器根据检测时间槽的类型判断标签是否被克隆，从而对被克隆的标签进行数量估计。而由于捕获效应的存在，冲突槽将会有一定概率被误解码为单槽。通过引入捕获效应的参数进行方案分析和设计，进一步得到在捕获效应下的被克隆的标签数量估计方案。整个数量估计的过程需要进行多轮，以满足对精度和可靠性的需求。与现有方法相比，本发明专利技术考虑到了捕获效应，更符合实际场景的需求。符合实际场景的需求。符合实际场景的需求。

【技术实现步骤摘要】
RFID系统中捕获效应下被克隆的标签数量估计方法及系统


[0001]本专利技术涉及物联网领域，特别涉及一种RFID系统中捕获效应下被克隆的标签数量估计方法。

技术介绍

[0002]RFID(射频识别)技术是一种非接触式的自动快速识别技术，与以往的自动识别技术相比，RFID技术更快速精确、高效率低成本、并且具备存储能力。RFID技术应用于零售仓储、物品分拣、智能交通、货品防盗等领域。在实际场景应用中，将电子标签附在所需监测的物理对象上，标签的具有唯一性，可以存储一些对象的基本信息，例如商品类型，生产地区等，对于药品食品类更有利于溯源，保障安全，当阅读器扫描标签，就可以获取对应的信息。但由于一些物品可能价值较高，会出现恶意克隆标签的行为，窃取物品信息甚至伪造物品，这会造成巨大的经济损失，同时影响管理监测。我们更希望能够及时识别被克隆标签并对被克隆标签的数量做出估计，以此更好的正常运作，所以对于研究被标签的数量估计是很有必要的。
[0003]以往的被克隆标签数量通过人工检测识别，大大增加了工作时长和难度。而基于RFID的被克隆标签数量估计可以在ALOHA协议的基础上更有效的解决这种困难。现阶段对于被克隆标签数量估计的方法有SEBU(Xiulong Liu；Xin Xie；Xibin Zhao,“Fast identification of blocked rfid tags”,IEEE Transactions on Mobile Computing,pp.1
‑
1,2018)协议。但该协议并没有考虑到是否存在捕获效应，而在实际应用的RFID中，未知标签以及捕获效应都有可能存在，用以上协议进行被克隆的标签数量估计时，得到的结果与实际会有一定的误差。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：针对上述现有技术的问题，本专利技术目的在于考虑到捕获效应的存在，利用虚拟帧和实际响应帧的差异及产生冲突槽的可能情况对捕获效应下被克隆标签的数量进行估计，以满足对被克隆标签估计数量的精度的需求。
[0005]技术方案：为实现上述专利技术目的，本专利技术具体采用了如下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种RFID系统中捕获效应下被克隆的标签数量估计方法，包括：阅读器选择一个随机数r
i
和帧长f构造得到虚拟帧，通过哈希函数将标签id和随机数r
i
映射到值域[0,f
‑
1]中，得到索引为w＝H(t
id
,r
i
)，t
id
为标签的id，H(
·
)为哈希函数；阅读器设置一个虚拟帧的指示向量F
i
，并初始化该虚拟帧的指示向量F
i
中向量的所有分量为
‘0’
；F
i
[w]为F
i
中第w个索引的值，当虚拟帧中索引为w的时间槽是单槽时，即只有一个标签在该槽响应，将F
i
[w]的值设为
‘1’
，当虚拟帧中索引为w的时间槽是空槽时，即没有标签在该槽响应，将F
i
[w]的值设为
‘0’
；阅读器广播随机数r
i
以及帧长f，同时设响应帧为R
i
；阅读器接收到响应帧R
i
后，设置一个响应帧的指示向量G
i
，并初始化该响应帧的指示向量G
i
中向量的所有分量为
‘0’
；阅读器依次扫描响应帧R
i
中索引为w的时间槽R
i
[w]，当检测到响应帧R
i
中索引为w的时
间槽是单槽时，将R
i
[w]设为
‘1’
；当检测到响应帧R
i
中索引为w的时间槽是冲突槽时，将G
i
[w]设为
‘
c
’
；当检测到响应帧R
i
中索引为w的时间槽是空槽时，将G
i
[w]设为
‘0’
；阅读器记录实际响应帧得到的结果，进一步估计在捕获效应下被克隆的标签数量，重复执行步骤S1到步骤S7到需要的轮数K。
[0007]进一步的，被克隆标签数量的估计器为(ε,δ)，且需要计算以及满足条件：
[0008][0009]当F
i
[w]＝0，G
i
[w]＝0时，表明没有任何标签在所述索引为w的时间槽响应；令集合为集合中的元素数量，多轮的平均值为N
00
，得到那么进而得到的估计器为其中对于估计的(ε1,δ1)估计器需计算并满足
[0010]考虑未知标签和捕获效应的存在，当F
i
[w]＝1，G
i
[w]＝c时表明出现以下两种情况：
[0011]E1:有未知的标签和未被克隆的标签同时选择同一个时间槽响应，并且未发生捕获效应；
[0012]E2:被克隆的标签和原标签在同一个时间槽响应，并且未发生捕获效应；
[0013]令集合得为集合中的元素数量，多轮的平均值为N
1c
，可得
[0014][0015][0016]Pr[F
i
[w]＝1∩G
i
[w]＝c]＝Pr[E1]+Pr[E2][0017][0018][0019]由此可得
[0020]再给出的估计器其中对于估计u的(ε2,δ2)估计器需计算并满足
[0021]最终根据以上公式和两个估计器来估计捕获效应下被克隆标签的数量对于(ε1,ε2,δ1,δ2)需满足(δ1+δ2)＝δ，
△
max
((1+ε2)ε1+ε2)＝ε，而所需执行的轮数K取其中c
00
为满足Pr[
‑
c
00
≤Z
00
≤c
00
]＝1
‑
δ1的常量。
[0022]进一步的，RFID系统中已知标签数量为a，被克隆的标签数量为b，未知标签数量为d。
[0023]进一步的，在响应帧R
i
中索引为w的时间槽传输10比特的响应。
[0024]进一步的，在阅读器检测过程中，由于存在捕获效应，某个冲突槽会被误解为单槽，概率为q
c
。
[0025]另外，本专利技术提供了一种RFID系统中捕获效应下被克隆的标签数量估计系统，包括：预处理模块，阅读器选择一个随机数r
i
和帧长f构造得到虚拟帧，通过哈希函数将标签id和随机数r
i
映射到值域[0,f
‑
1]中，得到索引为w＝H(t
id
,r
i
)，t
id
为标签的id，H(
·
)为哈希函数；虚拟帧的指示向量初始化模块，用以通过阅读器设置一个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种RFID系统中捕获效应下被克隆的标签数量估计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，阅读器选择一个随机数r
i
和帧长f构造得到虚拟帧，通过哈希函数将标签id和所述随机数r
i
映射到值域[0,f
‑
1]中，得到索引为w＝H(t
id
,r
i
)，t
id
为标签的id，H(
·
)为哈希函数；步骤S2，所述阅读器设置一个虚拟帧的指示向量F
i
，并初始化该虚拟帧的指示向量F
i
中向量的所有分量为
‘0’
；步骤S3，F
i
[w]为F
i
中第w个索引的值，当所述虚拟帧中所述索引为w的时间槽是单槽时，即只有一个标签在该槽响应，将F
i
[w]的值设为
‘1’
，当所述虚拟帧中所述索引为w的时间槽是空槽时，即没有标签在该槽响应，将F
i
[w]的值设为
‘0’
；步骤S4，所述阅读器广播所述随机数r
i
以及所述帧长f，同时设响应帧为R
i
；步骤S5，所述阅读器接收到所述响应帧R
i
后，设置一个响应帧的指示向量G
i
，并初始化该响应帧的指示向量G
i
中向量的所有分量为
‘0’
；步骤S6，所述阅读器依次扫描所述响应帧R
i
中所述索引为w的时间槽R
i
[w]，当检测到所述响应帧R
i
中所述索引为w的时间槽是单槽时，将R
i
[w]设为
‘1’
；当检测到所述响应帧R
i
中所述索引为w的时间槽是冲突槽时，将G
i
[w]设为
‘
c
’
；当检测到所述响应帧R
i
中所述索引为w的时间槽是空槽时，将G
i
[w]设为
‘0’
；步骤S7，所述阅读器记录实际所述响应帧得到的结果，进一步估计在捕获效应下被克隆的标签数量，重复执行步骤S1到步骤S7到需要的轮数K。2.根据权利要求1所述的RFID系统中捕获效应下被克隆的标签数量估计方法，其特征在于：被克隆标签数量的估计器为(ε,δ)且需要计算以及满足条件：当F
i
[w]＝0，G
i
[w]＝0时，表明没有任何标签在所述索引为w的时间槽响应；令集合[w]＝0时，表明没有任何标签在所述索引为w的时间槽响应；令集合为集合中的元素数量，多轮的平均值为N
00
，得到那么进而得到的估计器为其中对于估计的(ε1,δ1)估计器需计算并满足考虑未知标签和捕获效应的存在，当F
i
[w]＝1，G
i
[w]＝c时表明出现以下两种情况：E1:有未知的标签和未被克隆的标签同时选择同一个时间槽响应，并且未发生捕获效应；E2:被克隆的标签和原标签在同一个时间槽响应，并且未发生捕获效应；
令集合得为集合中的元素数量，多轮的平均值为N
1c
，可得，可得Pr[F
i
[w]＝1∩G
i
[w]＝c]＝Pr[E1]+Pr[E2]]由此可得再给出的估计器其中对于估计u的(ε2,δ2)估计器需计算并满足最终根据以上公式和两个估计器来估计捕获效应下被克隆标签的数量对于(ε1,ε2,δ1,δ2)需满足(δ1+δ2)＝δ，
△
max
((1+ε2)ε1+ε2)＝ε，而所需执行的轮数K取其中c
00
为满足Pr[
‑
c
00
≤Z
00
≤c
00
]＝1
‑
δ1的常量。3.根据权利要求1所述的RFID系统中捕获效应下被克隆的标签数量估计方法，其特征在于：所述RFID系统中已知标签数量为a，被克隆的标签数量为b，未知标签数量为d。4.根据权利要求1所述的RFID系统中捕获效应下被克隆的标签数量估计方法，其特征在于：步骤S4中，在所述响应帧R
i
中所述索引为w的时间槽传输10比特的响应。5.根据权利要求1所述的RFID系统中捕获效应下被克隆的标签数量估计方法，其特征在于：在所述阅读器检测过程中，由于存在捕获效应，某个冲突槽会被误解为单槽，概率为...

【专利技术属性】
技术研发人员：王斌，王天聪，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：