多閱讀器環(huán)境下的射頻標(biāo)簽批量認(rèn)證與移動(dòng)察覺技術(shù)研究.pdf

1、隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起，射頻識(shí)別技術(shù)（Radio Frequency IDentification，R F ID)越來越受到人們的重視，被視為本世紀(jì)最為潛力的技術(shù)之一。盡管R F ID的發(fā)展如火如荼，甚至被預(yù)見為條碼技術(shù)最有力的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手和替代技術(shù)，但它現(xiàn)今還未能改變條碼一統(tǒng)天下的局面，其原因在于還有很多基礎(chǔ)的科學(xué)與技術(shù)問題尚未得到很好的解決。本文針對(duì)標(biāo)簽與閱讀器的信號(hào)沖突，基于射頻識(shí)別技術(shù)的防偽認(rèn)證，以及標(biāo)簽移動(dòng)察覺三個(gè)重要問題展開了深入

2、的研究和分析。本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)包括：
　　第一、提出一組多閱讀器環(huán)境下的沖突擱置與協(xié)同識(shí)別協(xié)議。信號(hào)沖突問題在R F ID技術(shù)的誕生之日起就成為科研工作者竭力想解決的基礎(chǔ)問題之一。當(dāng)多于一個(gè)R F ID終端（標(biāo)簽或閱讀器）發(fā)射信號(hào)時(shí)，它們的信號(hào)在空中相互疊加，導(dǎo)致接收端無法將信號(hào)正確解析出來。根據(jù)發(fā)送端和接收端的不同，這些沖突又可細(xì)分為：標(biāo)簽沖突，閱讀器沖突，和標(biāo)簽-閱讀器沖突。由于R F ID設(shè)備硬件計(jì)算能力有限，一般只能采用分

3、時(shí)調(diào)度的策略規(guī)避這些沖突，所以相應(yīng)的算法又被稱為防沖突算法。本文針對(duì)上述三種信號(hào)沖突，提出了一組兩階段的協(xié)議棧。這些協(xié)議不僅能夠有效避免閱讀器沖突，還能協(xié)同相鄰閱讀器對(duì)公共覆蓋的標(biāo)簽進(jìn)行識(shí)別。其主要思想是根據(jù)是否發(fā)生閱讀器沖突將目標(biāo)標(biāo)簽劃分為兩類，一類是能夠成功解析閱讀器命令的“非爭(zhēng)議性標(biāo)簽”，一類則因?yàn)殚喿x器沖突而不能解析命令的“爭(zhēng)議性標(biāo)簽”。本文發(fā)現(xiàn)80％的識(shí)別延遲主要來源于只占總標(biāo)簽數(shù)目20%的爭(zhēng)議性標(biāo)簽，爭(zhēng)議性標(biāo)簽是系統(tǒng)性能瓶頸

4、的關(guān)鍵。本文首次提出擱置爭(zhēng)議性標(biāo)簽的信號(hào)干擾，協(xié)同鄰居閱讀器識(shí)別的思想，區(qū)分對(duì)待上述兩類標(biāo)簽。實(shí)驗(yàn)表明，與已有的工作相比，本文的方法能夠提高6倍以上的識(shí)別吞吐量。
　　第二、提出渾水問題及一種無識(shí)別批量標(biāo)簽認(rèn)證方法。R F ID標(biāo)簽因制造難度高、具有簡(jiǎn)單計(jì)算能力等特點(diǎn)，使其開始逐漸受到防偽領(lǐng)域的青睞，尤其是高端產(chǎn)品防偽，如藥品、紅酒和珠寶等。工業(yè)界采用序列號(hào)驗(yàn)證的方式進(jìn)行防偽認(rèn)證，這種方法雖然簡(jiǎn)單，但其安全性一直受到挑戰(zhàn)。為了解決

5、這個(gè)問題，相關(guān)的科研工作引入哈希函數(shù)，驗(yàn)證標(biāo)簽對(duì)序列號(hào)進(jìn)行哈希操作后的簽名。這種做法大大提高了標(biāo)簽的安全性，降低了標(biāo)簽被復(fù)制的風(fēng)險(xiǎn)。與傳統(tǒng)方法一樣，引入哈希機(jī)制后的算法仍然需要對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行逐個(gè)認(rèn)證。當(dāng)面對(duì)大批量標(biāo)簽時(shí)，這種逐個(gè)驗(yàn)證方式效率低下、不具擴(kuò)展性、適用場(chǎng)景受限。本文提出了一種無識(shí)別的批量認(rèn)證方法。該方法無需為每個(gè)標(biāo)簽建立獨(dú)立會(huì)話時(shí)間片，即使發(fā)生信號(hào)沖突也能正確檢測(cè)偽造標(biāo)簽的存在。該方法能夠快速判斷目標(biāo)批次是否有效，即是否包含偽標(biāo)簽

6、。在無效的情況下，能夠結(jié)合組合分組測(cè)試方法和基于強(qiáng)度大小的空間劃分，精確定位出這些假標(biāo)簽，填補(bǔ)機(jī)器與人類認(rèn)知的溝壑。與以前的工作相比，可擴(kuò)展性方面，M RBA的算法能夠以高概率保證假標(biāo)簽在0(n?log(N))輪被檢測(cè)出來；安全性方面，當(dāng)探測(cè)的幀長達(dá)到最優(yōu)化時(shí)，香農(nóng)熵達(dá)到最大，系統(tǒng)被破解的概率趨近于零；精度方面，實(shí)驗(yàn)表明系統(tǒng)探測(cè)偽標(biāo)簽精度可達(dá)到99%以上，平均定位精度約為80%;效率方面，系統(tǒng)批量認(rèn)證的時(shí)間僅僅占逐個(gè)認(rèn)證方法所消耗時(shí)間的

7、4%。
　　第三、提出一種強(qiáng)渡流驅(qū)動(dòng)的標(biāo)簽移動(dòng)察覺方法。R F ID技術(shù)作為自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的急先鋒，最初目的為方便快速識(shí)別物體，取代手工錄入，實(shí)現(xiàn)工業(yè)處理的自動(dòng)化。但近年來，除了識(shí)別之外R F ID的各種潛在應(yīng)用也被逐步挖掘出來。例如，利用RFID技術(shù)對(duì)貴重物品進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，精確記錄用戶行為方式等?，F(xiàn)有的基于R F ID的監(jiān)控技術(shù)只能給出“存在-或-不存在”的結(jié)果，這種粗放式的監(jiān)控完全不能滿足實(shí)時(shí)性和安全性要求較高的場(chǎng)景。本文通過理