專利名稱：一種基于位并行自動機的rfid事件過濾方法
技術領域：
本發明屬于RFID中間件技術領域，特別是提供一種位并行自動的RFID事件過濾方法。
背景技術：
RFID 中間件(Radio FrequencyIdentification Middleware)由于它自身的商業 價值競爭力，而頗受關注。隨著全球信息化進程的推進，RFID中間件在各個領域得到廣泛 的應用，如供應鏈的檢測、資產跟蹤和設施的監視等行業。RFID中間件屏蔽設備的差異性， 從而增強應用系統的擴展性；并且保障采集數據的高效性及準確性，提高系統的性能及可靠性。由于RFID數據具有實時性、語義豐富、海量性和不確定性等特點，如何在RFID中 間件中實現高效的RFID標簽收集和過濾，直接影響著RFID中間件系統的工作效率和性能， 所以，RFID數據處理一直是該領域的重要研究方向。EPCGlobal的ALE標準中提到RFID事件過濾機制。ECSpec,作為ALE的輸入，保存 著用戶定義RFID標簽的過濾模式，它標明用戶對感興趣的標簽進行過濾的格式。在ALE返 回給中間件用戶的ECIteports中，ECReportSpec指出了過濾的規則，即那些用戶感興趣的 標簽集合。從ECSpec的輸入到ECIteportSpec封裝在ECIteport中返回給用戶，整個流程都 遵循ALE應用編程接口(API)的狀態工作型模中運行的。ALE 定義了 EPC 模式urn:epc:pat TagFormat Company. Item. Serial。它是 分多段表示的其中TagFormat表示RFID標簽的類型，冒號后邊分別表示廠商、產品系 列、產品序列號。他們共同可以惟一表示一個RFID標簽。例如“urn:印c:pat:gid-96 10. [200-219].*”表示廠商號為10，產品系列號在200到219之后的所有產品。EPCGloble在定義ALE的RFID EPC模式時，給予RFID EPC模式具有分段表示的特 點，在一個EPC模式中，每個數據域可以表示為(a) —個確切的十進制數，如“10”; (b) —個 星號(*)，表示該數據段可以匹配任何值。(c) 一個[lo-hi]的范圍，表示數據段中的數必 須在Io值和hi值之間，如[200-219]。目前現有的關于RFID事件的過濾和匹配方法均不完善。有的將多維索引 KDB-tree應用到RFID中間件中，將RFID閱讀器范圍、過濾條件和ECSpec模式通過數據聚 合轉換的方法，構成三維空間儲存RFID數據，該方法一定程序上減少查詢索引的存儲空間 和數據插入時間，但該方法僅僅是一個RFID數據處理在內存空間占用和運行時間消耗的 折衷方案。有的提出采用類似與電路設計中Manchester編碼思想，用0/1表示RFID事件 (1代表發現、O代表消失)，通過表述標簽存在狀態變化從而大大見少事件隊列的信息冗 余，利用模式識別樹，實現對RFID事件的高速匹配。該方法也只是解決的RFID標簽數據冗 余的問題，但并沒有解決EPC模式匹配問題。
發明內容
本發明的目的在于解決現有方法的不足，提出一種基于位并行自動的RFID事件 過濾方法，用位并行技術，表示非確定Glushkov自動機的工作模式，對EPC模式進行分段匹 配，并且該能夠在較小的內存消耗中，實現RFID事件的快速過濾，具備良好的性能。為了實現上述發明目的，采用的技術方案如下一種基于位并行自動機的RFID事件過濾方法的實現，包括如下步驟1、基于位并行自動機的RFID事件過濾方法接收來自RFID中間件應用層事件 (ALE)定義的 RFID EPC 模式，它的格式規范是urn:印c:pat:TagFormat =Company. Item. Serial，它是分多段表示，其中TagFormat表示RFID標簽的類型，冒號后邊分別表示 廠商、產品系列、產品序列號。他們共同可以惟一表示一個可用于匹配的RFID標簽集；2、生成EPC模式的正則表達式RE。將EPC模式中的每一段數據域，利用第三方正 則表達式生成器，生成各自的正則表達式字符串REi,構成RE = RE1. RE2. RE3 ；3、構造非確定自動機NFA。將RE中的各子正則表達式REi看作是由一個語法生成 的字符串，利用典型的Unix工具Lex或Yacc，從語法產生能夠識別正則表達式的自動機， 將它轉化為表達式樹，然后將表達式樹，通過Glushkov構造法轉換為非確定有限自動機 (NFAi)。首先，通過對正則表達式的字符計數，可以標記出字母表中每個字符在正則表達式REi 中的位置。然后令云瓦為正則表達式RE進行標記的標記表達式，令表示互i,對應的語言， 我們對互色求它的目動機，最后，通過消除有字符的下標計數，可以從中抽取出子Glushkov自動 機(Sub Glushkov NFAi)。三個Sub NFAi用“·，，號連接，構成匹配RE的非確定自動機；4、構造位并行自動機。對于識別RE的NFA，其中，各個識別REi的NFAi,可以計算 出=REi的所有狀態位集Qi ；初始狀態Ii ；終止狀態位集Fi ；從第η個狀態通過字符Ψ所到 達的狀態&[11，Ψ]；利用上述結果，計算得到兩個位并行表達式a)通過字符Ψ可以到達 的所有狀態的位集Bjv] ；b)從狀態集S通過任意字符可以到達的狀態Trani [S]；5、位并行自動機匹配。位并行自動機接收RFID中間件設備管理采集的RFID事件， 格式為urn:印c:pat:TagFormat Company. Item. Serial,每一數據域是具體的數字。首先
令當前狀態為初始狀態Si = Ii,然后對于每個數據域的數據Ti =、t2......tn,pos從1到
η進行循環若Si = O,表示當前狀態時未定義狀態，匹配失敗；若Si&Fi ！ = 0則表示當前 狀態屬于終止狀態，匹配成功；否則計算下一個可達的狀態Si = Trani [Si]&Bi[tp。s]，pos++ 進行下一個循環。上述技術方案中，所述位并行自動機的構造和匹配可以通過位運算實現。本發明所述的非確定自動構造法，能有效控制非確定自動的狀態數量是固定的， 為m+1個(m為模式的長度)，有效減小內存消耗量。EPC模式被分成三個子模式進行分段 匹配，所以也針對每段子模式進行非確定自動機的構造。首先，通過只對字符計數，可以標 記出字母表Σ中每個字符在正則表達式中RE中的位置，如=REi= (AB CA) ((AA | C)*)標 記為@ = |C3^4)((為為IC7)*)；然后，我們對瓦色求它的自動機，最后，通過消除有字 符的下標計數，可以從中抽取出Glushkov自動機，從而識別語言L(REi)。對于每個子非確 定自動機(Sub NFA)，都是EPC模式對應數據域的Glushkov自動機狀態轉移圖。子終止狀 態是多個終止狀態的集合，這樣可以通過減少空轉移，減少狀態數，在實現中更加節省內存 資源。
5
本發明所述的位并行自動機構造方法，依據所述的NFA構造結構，為了構造位并 行表達式，將進行一系列自動機參數的位表示計算。NFAi, i = 1，2，3狀態的可以使用(Kki) 位的二進制位碼Gci表示第i個子模式的長度)。其中，二進制位碼的第i位為1，表示NFAi 中的第i個狀態。定義非確定自動機NFA,(ρ, = ·κ。,^i ……^iehl}, Σ,,/,= 。，F,,Δ,)，
其中0, ={\。，％……Liehl }表示REi狀態集合；Ii = 0lQhll表示REi的初始狀態； F, 二表示REi所有子終止狀態位的或運算值；Ai表示REi轉移集合由兩
個表Bi和Trani表示，其中0切+"'10 "‘表示從第η個狀態通過字 符Ψ所到達的狀態，Β,[ψ] = |neo...Α[η, Ψ]表示通過字符Ψ可以到達的所有狀態的 位集，[引=|㈣)，s&『 iD、eZ代[ ，V]表示從狀態集S通過任意字符可以到達的狀 態。可以發現，用位表示自動機的運作，需要0(力)的空間，而在數據域中，&是個較小的常 數，所以空間的占用量是可以接受了。本發明所述的位并行自動機匹配方法，是利用上述計算出的BJ V]和Trani[S]
兩個重要位并行表達式。對于匹配串T =、t2......tn，對應的位并行自動機是
NFA = (β,Σ，/,。,巧，，首先令Si = Ii,然后對于pos從ι到η進行循環若Si = 0， 表示匹配失敗；若Si&Fi ！ = O則表示匹配成功；否則Si = TranJSj&BjtpJ，pos++進行 下一個循環。
圖1基于位并行自動機的RFID事件過濾方法分段匹配模型示意圖；圖2基于位并行自動機的RFID事件過濾方法流程示意圖；圖3基于位并行自動機的RFID事件過濾方法的位并行自動構造流程示意圖；圖4基于位并行自動機的RFID事件過濾方法的EPC匹配流程具體實施例方式下面結合附圖，按上面的結構，對本發明的具體實施做進一步的詳細描述。圖1展示了基于位并行自動機的RFID事件過濾方法分段匹配模型示意圖。該模 型是由EPC模式生成，并對EPC進行匹配。從整體上，該模型是一個非確定位并行自動機 (NFA)，它分為初始狀態，終止狀態和三個子非確定自動機(SubNFA)，Sub NFA之間由“.”連 接。Sub NFA是由EPC模式的各個數據域，利用Glushkov構造法生成的非確定自動機，Sub NFA包含自己的子初始狀態和子終止狀態。圖2展示了基于位并行自動機的RFID事件過濾方法流程示意圖。過濾方法先接 收EPC模式，生成非確定自動機，然后計算生成位并行自動機，并利用生成的位并行表達式 對輸入的EPC進行匹配。具體如下步驟1 :EPC模式根據廠商、產品系列、產品序列號分為三段。利用正則表達式轉換 工具對每段數據進行轉換，生成子正則表達式REi，三個子正則表達式再用“.”連接，構造RE =RE1. RE2. RE3 ；
6
步驟2 利用Glushkov法生成非確定自動機(NFA)。首先，將RE中的各子正則表 達式REi看作是由一個語法生成的字符串，利用典型的Unix工具Lex或Yacc，從語法產生能 夠識別正則表達式的自動機，將它轉化為表達式樹；然后，通過對正則表達式的字符計數， 可以標記出字母表中每個字符在正則表達式REi中的位置。令互云,為正則表達式RE進行標 記的標記表達式，令表示云云,對應的語言；接著，我們對]^云,求它的自動機；最后，通 過消除有字符的下標計數，可以從中抽取出子Glushkov自動機(Sub Glushkov NFAi)。三 個Sub NFAi用“.”號連接，構成匹配RE的非確定自動機；步驟3 構造位并行自動機表達式。對于識別RE的NFA，其中，各個識別 REi的NFAi,可以計算出=REi的所有狀態位集Qi ；初始狀態Ii ；終止狀態位集Fi ；從 第η個狀態通過字符Ψ所到達的狀態BJN，Ψ]；利用上述結果，計算得到兩個位 并行表達式a)通過字符Ψ可以到達的所有狀態的位集Bjur] ；b)從狀態集S通 過任意字符可以到達的狀態TranJS]，這樣就完成了位并行自動機的構造，生成 NFA XQ1= {s la, sh ......SlmJ^iJi=Sla,F1^X步驟4 位并行自動機匹配。對于匹配串Ti =、t2......tn和對應的
NFA = ·κ。，吖……、_,}， ,,/, 二 \。，^,Δ,)，首先令Si = ι”然后對匹配串Ti
=、t2......tn的每個字符，POS從1到η進行循環若Si = 0，表示匹配失敗；若Si&Fi ！
=O則表示匹配成功；否則Si = TranJSj&BjtpJ，pos++進行下一個循環。圖3展示了基于位并行自動機的RFID事件過濾方法的位并行自動構造流程示意 圖。對非確定NFA，進行位并行化表示，通常位集運算，得到位并行表達式。具體如下步驟1 計算表示NFAi狀態集合β ‘ = P ,。’八……5 |δΜ > .步驟2 計算NFAi的初始狀態Ii = Olehl ；步驟3 計算NFAi的終止狀態集弋=Lm^ Ole卜卜"'10 “‘，它是所有子終止狀態位 的或運算值；步驟4計算代[η,ψ ]Olehl-mIO m，它表示從第n個狀態通過字符 Ψ所到達的狀；步驟5 計算位并行表達式DBi [Ψ] = |ηεο...Α[η，Ψ]它表示表示通過字符Ψ 可以到達的所有狀態的位集，2)代[ F]它表示從狀態集 S通過任意字符可以到達的狀態。附圖4展示了基于位并行自動機的RFID事件過濾方法的EPC匹配流程圖。 由于已經得到位并行表達式BJ V]和Trani [S]。就可以將非確定自動機位并行化
NFA ,[Q1= Isi^sli ……i}, Σ ,, /, = \ ,巧，Δ , )。Δ i 表示 REi 轉移集合由兩個表
Bi和Trani表示。對于匹配串Ti =、t2......tn，匹配的步驟具體如下步驟1 令當前狀態為初始狀態，匹配串文本標記為O =Si = Ii, pos = O ；步驟2 判斷當前狀態是否屬于終止狀態！ =O0若當前狀態與終止狀態集 合的并運算不為空，則表明已經到達終止狀態；否則表示當前狀態不屬于終止狀態；
7
步驟3 判斷當前狀態是否為未定義狀態，SSi = 0，則表示當前狀態屬未定義狀 態，則匹配失敗；步驟4:如果pos <n，則計算下一個狀態，用當前字符可以到達的所有狀態 集合與當前狀態可以到達的下一步狀態集合進行并運算，可以得到下一個狀態=Si = Trani [SiJfettp J，并且另外pos遞增1，轉至步驟2繼續匹配。如果pos超出范圍，則匹配失 敗。
權利要求
一種基于位并行自動機的RFID事件過濾方法，其特征在于包括如下步驟1)接收來自RFID中間件應用層事件定義的RFID EPC模式，其格式規范是urn:epc:pat:TagFormatCompany.Item.Serial，其中TagFormat表示RFID標簽的類型，Company、Item、Serial分別表示廠商、產品系列、產品序列號；2)生成EPC模式的正則表達式RE，將EPC模式中的每一段數據域，利用第三方正則表達式生成器，生成各子正則表達式REi，構成RE＝RE1.RE2.RE3；3)構造非確定自動機NFA，將正則表達式RE中的各子正則表達式REi看作是由一個語法生成的字符串，利用Unix工具Lex或Yacc，從語法產生能夠識別正則表達式的自動機，將它轉化為表達式樹，然后將表達式樹通過Glushkov構造法轉換為非確定有限自動機NFAi，最后連接各個非確定有限自動機NFAi以構成匹配正則表達式RE的非確定自動機NFA；4)構造位并行自動機，對于識別正則表達式RE的非確定自動機NFA，其中，各個識別子正則表達式REi的非確定有限自動機NFAi，計算出子正則表達式REi的所有狀態位集Qi；初始狀態Ii；終止狀態位集Fi；從第n個狀態通過字符ψ所到達的狀態Bi[n，ψ]；利用上述結果，計算得到兩個位并行表達式a)通過字符ψ到達的所有狀態的位集Bi[ψ]；b)從狀態集S通過任意字符到達的狀態Trani[S]；5)位并行自動機匹配，位并行自動機接收RFID中間件設備管理采集的RFID事件，格式為urn:epc:pat:TagFormatCompany.Item.Serial，每一數據域是具體的數字，首先令當前狀態為初始狀態Si＝Ii，然后對于每個數據域的數據Ti＝t1t2......tn，pos從1到n進行循環若Si＝0，表示當前狀態時未定義狀態，匹配失敗；若Si&Fi！＝0則表示當前狀態屬于終止狀態，匹配成功；否則計算下一個可達的狀態Si＝Trani[Si]&Bi[tpos]，pos++進行下一個循環。
2.根據權利要求1所述的基于位并行自動機的RFID事件過濾方法，其特征在于所述步 驟3)的具體操作為首先，通過對正則表達式的字符計數，標記出字母表中每個字符在子 正則表達式REi中的位置，然后令冠,為正則表達式RE進行標記的標記表達式，令ZC^；)表 示云瓦對應的語言，對互色求它的自動機，最后，通過消除有字符的下標計數，從中抽取出子 Glushkov自動機Sub NFAi,三個SubNFAi用“.”號連接，構成匹配RE的非確定自動機。
3.根據權利要求1或2所述的基于位并行自動機的RFID事件過濾方法，其特征在于 所述步驟4)為了構造位并行表達式，進行一系列自動機參數的位表示計算，NFAi, i = 1,2, 3狀態使用OGO位的二進制位碼㈨表示第i個子模式的長度)，其中，二進制位碼的第i 位為1，表示NFAi中的第i個狀態；定義非確定自動機 ,(Q1 = {s,o,Sli ……Σ,,/, =、，^,Δ,)，其 中β, = P,。……Liehl }表示REi狀態集合，Ii = 0lQhll表示REi的初始狀態， F, =|.s, eF Olehl-mIOm表示REi所有子終止狀態位的或運算值，Ai表示REi轉移集合由兩 個表Bi和Trani表示，其中β, [η,ψ ] =|( ， δ Olehl^lO "'表示從第η個狀態通過字 符Ψ所到達的狀態，Bjv] = Ineo..Ψ]表示通過字符Ψ到達的所有狀態的位集， Tran ,[Sj=Iin ^sscnl1vfez錢[ ，表示從狀態集S通過任意字符到達的狀態。
4.根據權利要求3所述的基于位并行自動機的RFID事件過濾方法，其特征在于所述步驟5)利用步驟4)計算出的&[11/]和Trani [S]兩個重要位并行表達式，對于匹配串T =、t2......1對應的位并行自動機是^/^4 = (2,五/,。，巧,5,[>7耿])，首先令Si = Ii,然后對于pos從1到η進行循環若Si = 0，表示匹配失敗；若Si&Fi ！ = O則表示匹配成功；否則 Si = Tran^Sj&B.ttpJ，pos++ 進行下一個循環。
全文摘要
本發明提供一種基于位并行自動機的RFID事件過濾方法，包括如下步驟1)接收來自RFID中間件應用層事件定義的RFID EPC模式；2)生成EPC模式的正則表達式RE；3)構造非確定自動機NFA；4)構造位并行自動機；5)位并行自動機匹配。本發明采用位并行技術，表示非確定Glushkov自動機的工作模式，對EPC模式進行分段匹配，并且該能夠在較小的內存消耗中，實現RFID事件的快速過濾，具備良好的性能。
文檔編號G06K7/00GK101916352SQ201010239659
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月27日 優先權日2010年7月27日
發明者劉發貴, 揭育柱, 林躍東, 阮永雄 申請人:華南理工大學