一種基于rfid技術的大量物品集中監控方法

一種基于rfid技術的大量物品集中監控方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于RFID技術的大量物品集中監控方法。本方法為：1)在物流管理服務器中建立一監控物品數據庫，用于存儲待監控物品的物品信息；2)RFID標簽讀寫器在讀取周期內對監控場所內物品上的標簽進行讀取，并將讀取的標簽數據發送給物流管理服務器；3)服務器對顯示周期內收到的標簽數據進行合并、去除重復標簽處理，得到一標簽集合A；4)在物流管理服務器內存中建立一散列表；根據標簽集合A查詢散列表，如果散列表中存在集合A中的某條查詢信息，則輸出該查詢結果，如果不存在，則查詢監控物品數據庫，輸出查詢結果并將其物品信息存儲到散列表中。本方法可實時監控大量物品，有效提高大量物品監控的準確率、實時性。
【專利說明】—種基于RFID技術的大量物品集中監控方法

【技術領域】
[0001]本發明屬于無線射頻識別(RFID:Rad1 Frequency Identificat1n)【技術領域】，涉及一種物品監控方法，尤其涉及一種基于RFID技術的大量物品集中監控方法。

【背景技術】
[0002]無線射頻識別(RFID)技術是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象，讀取其標簽ID號、信號強度等相關數據。由于RFID標簽相比于條形碼、二維碼等技術具有漏報率低、工作距離長、讀取數量大等特點，近年來已經越來越多地應用到各類物流管理、物品監控等系統中。
[0003]已有文獻將RFID技術應用到物流管理系統中。如Li Na等于2010年在“Monitor and Control System with RFID Technology in Discrete ManufacturingLine，， (Proceeding of the IEEE Internat1nal Conference on RFID-Technology andApplicat1ns, Guangzhou, China, 17_19June2010)提出一種在分離生產線上基于 RFID技術的監控與控制系統，以實時監控物品的流轉并控制生產流程，提高生產效率。余雷于2005年在“基于RFID電子標簽的物聯網物流管理系統” (((PLC技術應用200例》文章編號*FGGHIGJ-GK，GGLMGFI，IG, NNIGN)分析RFID電子標簽在物流管理系統中的優勢和不足。大量研究表明，當物品數量較大時，由于標簽碰撞、讀寫器緩存不足等原因，導致物品監控的漏報率增加，準確率和實時性下降，是物品實時監控的技術難點。


【發明內容】

[0004]針對現有技術中存在的技術問題，本發明的目的在于提供一種基于RFID技術的大量物品集中監控方法。本方法通過合理布設硬件設備和并行的標簽獲取，增加獲取標簽的冗余以降低因碰撞造成的漏報；對前端數據進行預處理以提高系統運行效率，后臺數據使用散列表緩存，減少數據庫訪問提高效率。
[0005]本發明的技術方案為:
[0006]一種基于RFID技術的大量物品集中監控方法，其步驟為:
[0007]I)在物流管理服務器中建立一監控物品數據庫，用于存儲待監控物品的物品信息；
[0008]2)通過在物品監控場所布設RFID標簽讀寫器在讀取周期tQ內對監控場所內物品上的RFID標簽進行讀取，并將讀取的標簽數據發送給物流管理服務器；
[0009]3)物流管理服務器對顯示周期內收到的標簽數據進行合并、去除重復標簽處理，得到一標簽集合A ；
[0010]4)在物流管理服務器內存中建立一散列表；根據標簽集合A查詢散列表，如果散列表中存在集合A中的某條查詢信息，則輸出該查詢結果，如果散列表中不存在集合A中的某條查詢信息，則查詢監控物品數據庫，輸出查詢結果并將其物品信息存儲到散列表中。
[0011]進一步的，得到所述標簽集合A的方法為:每一 RFID標簽讀寫器在讀取周期tQ內對監控場所內物品上的RFID標簽進行多次讀取，然后物流管理服務器對每一 RFID標簽讀寫器的讀取結果根據標簽號進行排序，然后對排序后的標簽數據進行合并、去除重復標簽處理后得到一標簽集合A’ ；然后物流管理服務器對一個顯示周期內每次處理后的標簽集合進行多路合并，得到所述標簽集合A。
[0012]進一步的,所述物品信息包括:標簽Id、物品名稱、物品責任人、所屬部門、物品類型和授權狀態。
[0013]進一步的，根據標簽集合A中的標簽Id查詢所述監控物品數據庫或所述散列表；所述散列表的表項中記錄的信息包括:標簽ID、物品屬性、最近訪問時間、是否在位和一個鏈表指針。
[0014]進一步的，將物品信息存儲到散列表中時，如果發生散列表沖突，即標簽Id和存儲位置是多對一映射，則將當前物品信息填入鏈表指針指向的鏈表中。
[0015]進一步的，物流管理服務器根據監控物品數據庫中的標簽總數動態分配所述散列表的大小。
[0016]進一步的，所述物流管理服務器中建立一歷史在位信息數據庫表，用于存儲每次讀取到的標簽集合A ;所述歷史在位信息數據庫表記錄的信息包括:標簽ID號、在位信息的開始時間、時間間隔、在位信息的次數和記錄在位信息的Bit流；其中Bit流的位數:N =(當前時間-開始時間)/時間間隔。
[0017]與現有技術相比，本發明的積極效果為:
[0018]本方法可實時監控大量物品和追溯物品歷史在位信息，能有效提高大量物品監控的準確率、實時性，誤報率、漏報率低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發明方法流程圖；
[0020]圖2為標簽數據采集與預處理方法流程圖；
[0021]圖3為標簽集合獲取方法流程圖；
[0022]圖4為數據庫I/O與物品顯示流程圖；
[0023]圖5為散列表結構示意圖。

【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖對本發明進行詳細描述。
[0025]本發明方法流程如圖1所示，本方法對大量物品的集中監控和在位信息追溯主要分為以下5個流程模塊。
[0026]I)硬件布設。
[0027]在物品監控場所布設RFID標簽讀寫器，硬件布設是物品監控的物理基礎。RFID標簽從標簽供電方式分為有源標簽和無源標簽。根據RFID系統使用的工作頻率可分為4類:低頻(LF, 30 ?300kHz)、高頻(HF，3 ?30MHz)、超高頻(UHF, 300 ?968MHz)和微波(UffF,
2.4?5.8GHz)。不同頻率、型號的標簽讀寫距離相差很多。研究證明，2.4GHz的RFID標簽具有衰減較小，傳輸距離遠.傳輸數據快，數據吞吐量高，識別多目標能力強的特點。同時，
2.4GHz的ISM頻段寬度超過83MHz，具有125個頻道，能滿足多頻及跳頻的需要，增加無線通信的抗干擾能力。
[0028]本方法在實驗中使用2.4GHz的超高頻標簽。場所讀寫器的布設和場所大小、讀寫器對標簽的讀寫距離、標簽總個數等參數有關。一般來說，要布設多個讀寫器，以保證在實時顯示的刷新周期內讀寫器能讀取到所有標簽。且讀寫器和標簽之間，要盡量避免隔擋，尤其是金屬隔擋，否則會大幅增加漏報率，影響性能。
[0029]2)標簽數據采集與預處理
[0030]根據場所大小、讀寫器工作距離和標簽數量，在場所內布設m個讀寫器。讀寫器讀取標簽數據的周期為h，在h時間內m個讀寫器并行讀取標簽，讀取結果分別為標簽集合:A1, A2, , Am。由于標簽數量較大時，會因碰撞、無線干擾等問題增加讀寫器漏報率，因此，應通過多次讀取結果取并集，降低漏報率。設系統實時顯示結果的周期為h。^時間內讀寫器讀取次數k = I1Aci，標簽數據采集與預處理方法如圖2所示。
[0031]標簽集合獲取方法流程如圖3所示，系統h時間內m個讀寫器讀取結果為A1'=A1 U A2 U...U Am。讀寫器將讀取的標簽數據發送給物流管理服務器，為提高求并集計算的效率，物流管理服務器先分別根據標簽號對每一標簽集合A1, A2,..., K中的標簽進行排序,再通過多路歸并算法對m個集合求并集，同時去除集合中重復的標簽。使用同樣的方法，對h時間內k次結果求并集。根據標簽信號強度等參數，設定過濾規則，過濾掉重復的標簽和不符合過濾規則的標簽。A = A/ UA2' U...UAk'。由于集合A/ ,K2' ,K'都是已排序的，直接進行多路歸并即可。
[0032]3)數據庫I/O與物品顯示
[0033]數據庫I/O與物品顯示流程如圖4所示，首先獲取h時間內讀取的標簽ID集合A后，查詢物流管理服務器中的監控物品數據庫，獲取粘貼RFID標簽的待監控物品集合B，B中物品與A中的標簽ID—一對應。監控物品數據庫中記錄待監控物品信息，包括:標簽Id、物品名稱、物品責任人、所屬部門、物品類型、授權狀態等。B集合中的物品信息是系統顯示所需物品屬性數據，如物品名稱、責任人、所屬部門等。
[0034]由于查詢數據庫的時間開銷較大，且間隔&時間后讀取的標簽ID集合A'與集合A的差別一般較小，因此使用散列表緩存物品信息，減少數據庫訪問，避免因頻繁訪問數據庫導致的時間消耗。散列表運行于服務器設備的內存中，由監控系統建立；開始散列表內容為空，訪問數據庫獲取在位標簽信息后，將此信息存入散列表中；之后再查詢相同標簽的信息，就可以直接在散列表中找到，不需要再訪問數據庫。動態分配散列表的大小為η(與監控場所內標簽總數為一個量級，不占用過多內存且減少沖突)，如圖5所示。
[0035]散列表中每項內容為標簽ID、物品屬性、最近訪問時間、是否在位和一個鏈表指針。其中最近訪問時間為散列表此項被更新的時間，是否在位表示在最近的h時間段中此標簽是否在位。以標簽ID為關鍵字，使用散列函數映射到散列表相應位置。當散列表中已有物品屬性信息時，直接獲取其信息；當散列表中沒有該物品信息時，查詢數據庫獲取信息后填入散列表中；當發生散列表沖突時(標簽Id和存儲位置是多對一映射，即多個標簽可能對應同一個存儲位置，此時發生沖突)，將信息填入散列表項指針指向的鏈表(沖突桶)中。
[0036]4)存儲、查詢在位信息
[0037]在位歷史信息的查詢是一個歷史回溯問題。需要詳細記錄每個標簽在每個單位時間內是否在位，由于數據量會隨著時間推移大量增長，因此，必須合理地設計數據庫結構，節省存儲空間。本方法中的歷史在位信息數據庫表是一個單獨的數據庫表，讀到標簽后，先更新上述散列表的相應字段，再定期將集合A中的數據存入歷史在位數據庫表中。歷史在位信息數據庫表記錄的信息為:
[0038]EPC_Id, varchar (50) ；// 標簽 ID 號
[0039]Start_Time, smalldatetime ；//記錄在位信息的開始時間
[0040]Interval, smalldatetime ；//時間間隔，最小單位為分鐘
[0041]Count, int ；//記錄在位信息的次數,次數的意思是Bit流有多少有效位，即記錄了多少個時間段的在位信息
[0042]InfoStream, varchar (MAX) ；// 記錄在位信息的 Bit 流，一般 MAX 最大為 8000//即64000次在位信息記錄
[0043]在隔Ti內，讀寫器會進行多次讀取。只要標簽被讀到，則認為其在位，相應Bit流中位置1，否則置O。在上一步驟的物品顯示中，每次讀取標簽集合后，訪問散列表時需在對應的物品表項中，將其是否在位一項置I。時間間隔1\后，一次將散列表中的每一標簽所有在位信息結果寫入歷史在位信息數據庫表中，即將表中Bit流相應第N位更新。同時，在位信息的次數加I。Bit流的位數:N=(當前時間-開始時間)/時間間隔。時間間隔凡中會多次讀取標簽，只要有一次讀取成功，則認為在位(多次讀取成功的結果和一次的一樣)。Ti時間后，將本次結果存儲至數據庫表Bit流的第N位。
[0044]此數庫結構根據在位信息的數據量動態增長，即信息量少時僅占用少量空間。通過幾個參數(開始時間、時間間隔、在位次數)和一個Bit流存儲信息，空間占用效率高。使用I個bit代表一個時間段的在位信息，一個Bit流即可存儲約8000*8 = 64000個時間段的信息。設一個時間段為I小時，則此數據結構可存儲一個標簽的在位信息約7年，僅占用空間不至IJ 9k。
[0045]查詢在位記錄的過程與存儲過程相反，根據查詢的時間段計算Bit流的相應位數，再讀取Bit流，即可計算獲取在位信息。
【權利要求】
1.一種基于RFID技術的大量物品集中監控方法，其步驟為: 1)在物流管理服務器中建立一監控物品數據庫，用于存儲待監控物品的物品信息； 2)通過在物品監控場所布設RFID標簽讀寫器在讀取周期tQ內對監控場所內物品上的RFID標簽進行讀取，并將讀取的標簽數據發送給物流管理服務器； 3)物流管理服務器對顯示周期內收到的標簽數據進行合并、去除重復標簽處理，得到一標簽集合A ； 4)在物流管理服務器內存中建立一散列表；根據標簽集合A查詢散列表，如果散列表中存在集合A中的某條查詢信息，則輸出該查詢結果，如果散列表中不存在集合A中的某條查詢信息，則查詢監控物品數據庫，輸出查詢結果并將其物品信息存儲到散列表中。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于得到所述標簽集合A的方法為:每一RFID標簽讀寫器在讀取周期tQ內對監控場所內物品上的RFID標簽進行多次讀取，然后物流管理服務器對每一 RFID標簽讀寫器的讀取結果根據標簽號進行排序，然后對排序后的標簽數據進行合并、去除重復標簽處理后得到一標簽集合A’ ；然后物流管理服務器對一個顯示周期內每次處理后的標簽集合進行多路合并，得到所述標簽集合A。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述物品信息包括:標簽Id、物品名稱、物品責任人、所屬部門、物品類型和授權狀態。
4.如權利要求1或2或3所述的方法，其特征在于根據標簽集合A中的標簽Id查詢所述監控物品數據庫或所述散列表；所述散列表的表項中記錄的信息包括:標簽ID、物品屬性、最近訪問時間、是否在位和一個鏈表指針。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于將物品信息存儲到散列表中時，如果發生散列表沖突，即標簽Id和存儲位置是多對一映射，則將當前物品信息填入鏈表指針指向的鏈表中。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于物流管理服務器根據監控物品數據庫中的標簽總數動態分配所述散列表的大小。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在所述物流管理服務器中建立一歷史在位信息數據庫表，用于存儲每次讀取到的標簽集合A ;所述歷史在位信息數據庫表記錄的信息包括:標簽ID號、在位信息的開始時間、時間間隔、在位信息的次數和記錄在位信息的Bit流；其中Bit流的位數:N =(當前時間-開始時間)/時間間隔。
【文檔編號】G06K7/00GK104077673SQ201310104901
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2013年3月28日 優先權日:2013年3月28日
【發明者】馮維淼, 王思葉, 祁峰, 張艷芳, 苗春衛, 劉超 申請人:中國科學院信息工程研究所