一種基于rfid技術(shù)的大量物品集中監(jiān)控方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于RFID技術(shù)的大量物品集中監(jiān)控方法。本方法為：1)在物流管理服務(wù)器中建立一監(jiān)控物品數(shù)據(jù)庫，用于存儲待監(jiān)控物品的物品信息；2)RFID標(biāo)簽讀寫器在讀取周期內(nèi)對監(jiān)控場所內(nèi)物品上的標(biāo)簽進(jìn)行讀取，并將讀取的標(biāo)簽數(shù)據(jù)發(fā)送給物流管理服務(wù)器；3)服務(wù)器對顯示周期內(nèi)收到的標(biāo)簽數(shù)據(jù)進(jìn)行合并、去除重復(fù)標(biāo)簽處理，得到一標(biāo)簽集合A；4)在物流管理服務(wù)器內(nèi)存中建立一散列表；根據(jù)標(biāo)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(jié)果，如果不存在，則查詢監(jiān)控物品數(shù)據(jù)庫，輸出查詢結(jié)果并將其物品信息存儲到散列表中。本方法可實(shí)時監(jiān)控大量物品，有效提高大量物品監(jiān)控的準(zhǔn)確率、實(shí)時性。
【專利說明】—種基于RFID技術(shù)的大量物品集中監(jiān)控方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無線射頻識別(RFID:Rad1 Frequency Identificat1n)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種物品監(jiān)控方法，尤其涉及一種基于RFID技術(shù)的大量物品集中監(jiān)控方法。

【背景技術(shù)】
[0002]無線射頻識別(RFID)技術(shù)是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象，讀取其標(biāo)簽ID號、信號強(qiáng)度等相關(guān)數(shù)據(jù)。由于RFID標(biāo)簽相比于條形碼、二維碼等技術(shù)具有漏報率低、工作距離長、讀取數(shù)量大等特點(diǎn)，近年來已經(jīng)越來越多地應(yīng)用到各類物流管理、物品監(jiān)控等系統(tǒng)中。
[0003]已有文獻(xiàn)將RFID技術(shù)應(yīng)用到物流管理系統(tǒng)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(chǎn)線上基于 RFID技術(shù)的監(jiān)控與控制系統(tǒng)，以實(shí)時監(jiān)控物品的流轉(zhuǎn)并控制生產(chǎn)流程，提高生產(chǎn)效率。余雷于2005年在“基于RFID電子標(biāo)簽的物聯(lián)網(wǎng)物流管理系統(tǒng)” (((PLC技術(shù)應(yīng)用200例》文章編號*FGGHIGJ-GK，GGLMGFI，IG, NNIGN)分析RFID電子標(biāo)簽在物流管理系統(tǒng)中的優(yōu)勢和不足。大量研究表明，當(dāng)物品數(shù)量較大時，由于標(biāo)簽碰撞、讀寫器緩存不足等原因，導(dǎo)致物品監(jiān)控的漏報率增加，準(zhǔn)確率和實(shí)時性下降，是物品實(shí)時監(jiān)控的技術(shù)難點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于RFID技術(shù)的大量物品集中監(jiān)控方法。本方法通過合理布設(shè)硬件設(shè)備和并行的標(biāo)簽獲取，增加獲取標(biāo)簽的冗余以降低因碰撞造成的漏報；對前端數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理以提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，后臺數(shù)據(jù)使用散列表緩存，減少數(shù)據(jù)庫訪問提高效率。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0006]一種基于RFID技術(shù)的大量物品集中監(jiān)控方法，其步驟為:
[0007]I)在物流管理服務(wù)器中建立一監(jiān)控物品數(shù)據(jù)庫，用于存儲待監(jiān)控物品的物品信息；
[0008]2)通過在物品監(jiān)控場所布設(shè)RFID標(biāo)簽讀寫器在讀取周期tQ內(nèi)對監(jiān)控場所內(nèi)物品上的RFID標(biāo)簽進(jìn)行讀取，并將讀取的標(biāo)簽數(shù)據(jù)發(fā)送給物流管理服務(wù)器；
[0009]3)物流管理服務(wù)器對顯示周期內(nèi)收到的標(biāo)簽數(shù)據(jù)進(jìn)行合并、去除重復(fù)標(biāo)簽處理，得到一標(biāo)簽集合A ；
[0010]4)在物流管理服務(wù)器內(nèi)存中建立一散列表；根據(jù)標(biāo)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(jié)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(jiān)控物品數(shù)據(jù)庫，輸出查詢結(jié)果并將其物品信息存儲到散列表中。
[0011]進(jìn)一步的，得到所述標(biāo)簽集合A的方法為:每一 RFID標(biāo)簽讀寫器在讀取周期tQ內(nèi)對監(jiān)控場所內(nèi)物品上的RFID標(biāo)簽進(jìn)行多次讀取，然后物流管理服務(wù)器對每一 RFID標(biāo)簽讀寫器的讀取結(jié)果根據(jù)標(biāo)簽號進(jìn)行排序，然后對排序后的標(biāo)簽數(shù)據(jù)進(jìn)行合并、去除重復(fù)標(biāo)簽處理后得到一標(biāo)簽集合A’ ；然后物流管理服務(wù)器對一個顯示周期內(nèi)每次處理后的標(biāo)簽集合進(jìn)行多路合并，得到所述標(biāo)簽集合A。
[0012]進(jìn)一步的,所述物品信息包括:標(biāo)簽Id、物品名稱、物品責(zé)任人、所屬部門、物品類型和授權(quán)狀態(tài)。
[0013]進(jìn)一步的，根據(jù)標(biāo)簽集合A中的標(biāo)簽Id查詢所述監(jiān)控物品數(shù)據(jù)庫或所述散列表；所述散列表的表項(xiàng)中記錄的信息包括:標(biāo)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(jìn)一步的，將物品信息存儲到散列表中時，如果發(fā)生散列表沖突，即標(biāo)簽Id和存儲位置是多對一映射，則將當(dāng)前物品信息填入鏈表指針指向的鏈表中。
[0015]進(jìn)一步的，物流管理服務(wù)器根據(jù)監(jiān)控物品數(shù)據(jù)庫中的標(biāo)簽總數(shù)動態(tài)分配所述散列表的大小。
[0016]進(jìn)一步的，所述物流管理服務(wù)器中建立一歷史在位信息數(shù)據(jù)庫表，用于存儲每次讀取到的標(biāo)簽集合A ;所述歷史在位信息數(shù)據(jù)庫表記錄的信息包括:標(biāo)簽ID號、在位信息的開始時間、時間間隔、在位信息的次數(shù)和記錄在位信息的Bit流；其中Bit流的位數(shù):N =(當(dāng)前時間-開始時間)/時間間隔。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果為:
[0018]本方法可實(shí)時監(jiān)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(jiān)控的準(zhǔn)確率、實(shí)時性，誤報率、漏報率低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明方法流程圖；
[0020]圖2為標(biāo)簽數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理方法流程圖；
[0021]圖3為標(biāo)簽集合獲取方法流程圖；
[0022]圖4為數(shù)據(jù)庫I/O與物品顯示流程圖；
[0023]圖5為散列表結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0025]本發(fā)明方法流程如圖1所示，本方法對大量物品的集中監(jiān)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(shè)。
[0027]在物品監(jiān)控場所布設(shè)RFID標(biāo)簽讀寫器，硬件布設(shè)是物品監(jiān)控的物理基礎(chǔ)。RFID標(biāo)簽從標(biāo)簽供電方式分為有源標(biāo)簽和無源標(biāo)簽。根據(jù)RFID系統(tǒng)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(biāo)簽讀寫距離相差很多。研究證明，2.4GHz的RFID標(biāo)簽具有衰減較小，傳輸距離遠(yuǎn).傳輸數(shù)據(jù)快，數(shù)據(jù)吞吐量高，識別多目標(biāo)能力強(qiáng)的特點(diǎn)。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(shí)驗(yàn)中使用2.4GHz的超高頻標(biāo)簽。場所讀寫器的布設(shè)和場所大小、讀寫器對標(biāo)簽的讀寫距離、標(biāo)簽總個數(shù)等參數(shù)有關(guān)。一般來說，要布設(shè)多個讀寫器，以保證在實(shí)時顯示的刷新周期內(nèi)讀寫器能讀取到所有標(biāo)簽。且讀寫器和標(biāo)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(biāo)簽數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理
[0030]根據(jù)場所大小、讀寫器工作距離和標(biāo)簽數(shù)量，在場所內(nèi)布設(shè)m個讀寫器。讀寫器讀取標(biāo)簽數(shù)據(jù)的周期為h，在h時間內(nèi)m個讀寫器并行讀取標(biāo)簽，讀取結(jié)果分別為標(biāo)簽集合:A1, A2, , Am。由于標(biāo)簽數(shù)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(yīng)通過多次讀取結(jié)果取并集，降低漏報率。設(shè)系統(tǒng)實(shí)時顯示結(jié)果的周期為h。^時間內(nèi)讀寫器讀取次數(shù)k = I1Aci，標(biāo)簽數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理方法如圖2所示。
[0031]標(biāo)簽集合獲取方法流程如圖3所示，系統(tǒng)h時間內(nèi)m個讀寫器讀取結(jié)果為A1'=A1 U A2 U...U Am。讀寫器將讀取的標(biāo)簽數(shù)據(jù)發(fā)送給物流管理服務(wù)器，為提高求并集計算的效率，物流管理服務(wù)器先分別根據(jù)標(biāo)簽號對每一標(biāo)簽集合A1, A2,..., K中的標(biāo)簽進(jìn)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(fù)的標(biāo)簽。使用同樣的方法，對h時間內(nèi)k次結(jié)果求并集。根據(jù)標(biāo)簽信號強(qiáng)度等參數(shù)，設(shè)定過濾規(guī)則，過濾掉重復(fù)的標(biāo)簽和不符合過濾規(guī)則的標(biāo)簽。A = A/ UA2' U...UAk'。由于集合A/ ,K2' ,K'都是已排序的，直接進(jìn)行多路歸并即可。
[0032]3)數(shù)據(jù)庫I/O與物品顯示
[0033]數(shù)據(jù)庫I/O與物品顯示流程如圖4所示，首先獲取h時間內(nèi)讀取的標(biāo)簽ID集合A后，查詢物流管理服務(wù)器中的監(jiān)控物品數(shù)據(jù)庫，獲取粘貼RFID標(biāo)簽的待監(jiān)控物品集合B，B中物品與A中的標(biāo)簽ID—一對應(yīng)。監(jiān)控物品數(shù)據(jù)庫中記錄待監(jiān)控物品信息，包括:標(biāo)簽Id、物品名稱、物品責(zé)任人、所屬部門、物品類型、授權(quán)狀態(tài)等。B集合中的物品信息是系統(tǒng)顯示所需物品屬性數(shù)據(jù)，如物品名稱、責(zé)任人、所屬部門等。
[0034]由于查詢數(shù)據(jù)庫的時間開銷較大，且間隔&時間后讀取的標(biāo)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(shù)據(jù)庫訪問，避免因頻繁訪問數(shù)據(jù)庫導(dǎo)致的時間消耗。散列表運(yùn)行于服務(wù)器設(shè)備的內(nèi)存中，由監(jiān)控系統(tǒng)建立；開始散列表內(nèi)容為空，訪問數(shù)據(jù)庫獲取在位標(biāo)簽信息后，將此信息存入散列表中；之后再查詢相同標(biāo)簽的信息，就可以直接在散列表中找到，不需要再訪問數(shù)據(jù)庫。動態(tài)分配散列表的大小為η(與監(jiān)控場所內(nèi)標(biāo)簽總數(shù)為一個量級，不占用過多內(nèi)存且減少沖突)，如圖5所示。
[0035]散列表中每項(xiàng)內(nèi)容為標(biāo)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(xiàng)被更新的時間，是否在位表示在最近的h時間段中此標(biāo)簽是否在位。以標(biāo)簽ID為關(guān)鍵字，使用散列函數(shù)映射到散列表相應(yīng)位置。當(dāng)散列表中已有物品屬性信息時，直接獲取其信息；當(dāng)散列表中沒有該物品信息時，查詢數(shù)據(jù)庫獲取信息后填入散列表中；當(dāng)發(fā)生散列表沖突時(標(biāo)簽Id和存儲位置是多對一映射，即多個標(biāo)簽可能對應(yīng)同一個存儲位置，此時發(fā)生沖突)，將信息填入散列表項(xiàng)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(xì)記錄每個標(biāo)簽在每個單位時間內(nèi)是否在位，由于數(shù)據(jù)量會隨著時間推移大量增長，因此，必須合理地設(shè)計數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，節(jié)省存儲空間。本方法中的歷史在位信息數(shù)據(jù)庫表是一個單獨(dú)的數(shù)據(jù)庫表，讀到標(biāo)簽后，先更新上述散列表的相應(yīng)字段，再定期將集合A中的數(shù)據(jù)存入歷史在位數(shù)據(jù)庫表中。歷史在位信息數(shù)據(jù)庫表記錄的信息為:
[0038]EPC_Id, varchar (50) ；// 標(biāo)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(shù),次數(shù)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(nèi)，讀寫器會進(jìn)行多次讀取。只要標(biāo)簽被讀到，則認(rèn)為其在位，相應(yīng)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(biāo)簽集合后，訪問散列表時需在對應(yīng)的物品表項(xiàng)中，將其是否在位一項(xiàng)置I。時間間隔1\后，一次將散列表中的每一標(biāo)簽所有在位信息結(jié)果寫入歷史在位信息數(shù)據(jù)庫表中，即將表中Bit流相應(yīng)第N位更新。同時，在位信息的次數(shù)加I。Bit流的位數(shù):N=(當(dāng)前時間-開始時間)/時間間隔。時間間隔凡中會多次讀取標(biāo)簽，只要有一次讀取成功，則認(rèn)為在位(多次讀取成功的結(jié)果和一次的一樣)。Ti時間后，將本次結(jié)果存儲至數(shù)據(jù)庫表Bit流的第N位。
[0044]此數(shù)庫結(jié)構(gòu)根據(jù)在位信息的數(shù)據(jù)量動態(tài)增長，即信息量少時僅占用少量空間。通過幾個參數(shù)(開始時間、時間間隔、在位次數(shù))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(shè)一個時間段為I小時，則此數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可存儲一個標(biāo)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(jù)查詢的時間段計算Bit流的相應(yīng)位數(shù)，再讀取Bit流，即可計算獲取在位信息。
【權(quán)利要求】
1.一種基于RFID技術(shù)的大量物品集中監(jiān)控方法，其步驟為: 1)在物流管理服務(wù)器中建立一監(jiān)控物品數(shù)據(jù)庫，用于存儲待監(jiān)控物品的物品信息； 2)通過在物品監(jiān)控場所布設(shè)RFID標(biāo)簽讀寫器在讀取周期tQ內(nèi)對監(jiān)控場所內(nèi)物品上的RFID標(biāo)簽進(jìn)行讀取，并將讀取的標(biāo)簽數(shù)據(jù)發(fā)送給物流管理服務(wù)器； 3)物流管理服務(wù)器對顯示周期內(nèi)收到的標(biāo)簽數(shù)據(jù)進(jìn)行合并、去除重復(fù)標(biāo)簽處理，得到一標(biāo)簽集合A ； 4)在物流管理服務(wù)器內(nèi)存中建立一散列表；根據(jù)標(biāo)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(jié)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(jiān)控物品數(shù)據(jù)庫，輸出查詢結(jié)果并將其物品信息存儲到散列表中。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于得到所述標(biāo)簽集合A的方法為:每一RFID標(biāo)簽讀寫器在讀取周期tQ內(nèi)對監(jiān)控場所內(nèi)物品上的RFID標(biāo)簽進(jìn)行多次讀取，然后物流管理服務(wù)器對每一 RFID標(biāo)簽讀寫器的讀取結(jié)果根據(jù)標(biāo)簽號進(jìn)行排序，然后對排序后的標(biāo)簽數(shù)據(jù)進(jìn)行合并、去除重復(fù)標(biāo)簽處理后得到一標(biāo)簽集合A’ ；然后物流管理服務(wù)器對一個顯示周期內(nèi)每次處理后的標(biāo)簽集合進(jìn)行多路合并，得到所述標(biāo)簽集合A。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述物品信息包括:標(biāo)簽Id、物品名稱、物品責(zé)任人、所屬部門、物品類型和授權(quán)狀態(tài)。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的方法，其特征在于根據(jù)標(biāo)簽集合A中的標(biāo)簽Id查詢所述監(jiān)控物品數(shù)據(jù)庫或所述散列表；所述散列表的表項(xiàng)中記錄的信息包括:標(biāo)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(quán)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(fā)生散列表沖突，即標(biāo)簽Id和存儲位置是多對一映射，則將當(dāng)前物品信息填入鏈表指針指向的鏈表中。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于物流管理服務(wù)器根據(jù)監(jiān)控物品數(shù)據(jù)庫中的標(biāo)簽總數(shù)動態(tài)分配所述散列表的大小。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在所述物流管理服務(wù)器中建立一歷史在位信息數(shù)據(jù)庫表，用于存儲每次讀取到的標(biāo)簽集合A ;所述歷史在位信息數(shù)據(jù)庫表記錄的信息包括:標(biāo)簽ID號、在位信息的開始時間、時間間隔、在位信息的次數(shù)和記錄在位信息的Bit流；其中Bit流的位數(shù):N =(當(dāng)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(yōu)先權(quán)日:2013年3月28日
【發(fā)明者】馮維淼, 王思葉, 祁峰, 張艷芳, 苗春衛(wèi), 劉超 申請人:中國科學(xué)院信息工程研究所