面向动态复杂环境的RFID高效监测技术研究

As a key technology in Internet of Things (IoT), Radio-Frequency Identification (RFID) has been widely used in many fields including logistics and retailing industries. One of the challenging problems in RFID applications is to efficiently monitor dynamic tags in the system, including unknown tags and missing tags. Existing tag monitoring solutions, however, cannot work well in dynamic RFID systems deployed in real sophisticated environments, in which different tags (e.g., missing tags and unknown tags) may interfere with each other in the monitoring, collisions among multiple readers may degrade the monitoring efficiency, and the mobility of readers may cause problems in the monitoring. ..In this project, we study efficient tag monitoring for dynamic RFID systems deployed in real sophisticated environments. We consider dynamic behaviors of both readers and tags in different scenarios, build new models for dynamic RFID systems, and focus on monitoring issues including monitoring of con-existing tags, tag search, cooperative tag monitoring of multiple readers, and on-demand tag monitoring using mobile readers. We will first model these problems and give theoretical analyses, then develop efficient algorithms and protocols to solve them. We will also validate and evaluate the effectiveness and performance of the proposed algorithms/protocols in terms of efficiency and accuracy by using both small scale experiments and large scale simulations. The novelty of this project lies in that we develop novel techniques to achieve fine-grained tag classification, based on which we can perform efficient RFID monitoring, and design novel reader collision mitigation techniques based on splitting and re-adjusting of interaction sequences between tags and readers. These techniques can help us effectively solve tag monitoring problems for RFID systems deployed in dynamic and real sophisticated environments. The principle investigator has been in this field for many years, and the previous research output can be a good starting point of this project. The expected output can provide highly efficient and practical solutions for tag monitoring in dynamic RFID systems, and put the application of RFID in IoT forward.

无线射频识别（RFID）是物联网的核心技术，在物流、零售、仓储等领域有广泛应用。RFID应用中的挑战性难题是如何对动态标签进行高效监测。已有监测方法难以解决动态复杂环境带来的难题，如不同类型标签的相互干扰、多阅读器冲突及阅读器移动性等。本项目考虑不同场景下的阅读器动态性和标签动态性，建立新的系统动态模型，对多标签并存监测、标签搜索、多阅读器协同监测、移动阅读器按需监测等问题给出理论分析，设计高效协议和算法，并通过模拟和实验的方式验证其高效性和准确性。项目创新之处在于提出了细粒度的标签甄别技术来实现高效标签监测，并设计了基于交互时序划分的阅读器冲突消除和优化调度算法，能有效解决动态复杂环境下的RFID监测问题。申请人在RFID领域有较好的研究基础，有助于本项目的顺利完成。项目的研究成果能为RFID系统提供高效监测的新方法，促进RFID在物联网多个领域的应用，有很好的研究意义和应用价值。

物联网被称为继计算机、互联网之后信息产业发展的第三次浪潮，是我国目前着重培养的新兴经济增长点。无线射频识别（Radio Frequency Identification, RFID）是物联网最重要的核心技术之一，因此，对基于RFID的物联网相关关键技术进行研究，有着重要的研究意义与经济价值。在该项目中，申请人基本完成了申请书中的四个研究目标。具体描述如下：（1）我们设计并实现了未知/丢失标签并存情况下的高效丢失标签识别算法以及未知/丢失标签并存情况下的时间高效的目标标签搜索算法。我们通过严格的数学建模分析算法的时间复杂度，并对所提出方法进行广泛的仿真评估。我们已经实现了安全的多组标签并行搜索算法。我们通过利用Bloom Filter技术来快速划分独立组，避免标签信息共享实现安全和时间高效。（2）我们已经实现了安全高效的确定性标签搜索算法。我们通过使用单向哈希算法防止敏感信息传输实现安全可靠，通过使用基于历史信息推理的方式来提高算法时间效率。我们实施了广泛的仿真评估了我们的算法。（3）我们设计并实现了多阅读器系统中相邻阅读器并行工作的交互次序优化算法，它通过对时隙进行划分使得相邻阅读器可以同时工作而不存在干扰。我们设计并实现了大规模多阅读器下的新型高效阅读器调度协调算法，它解决相同调度轮的阅读器下负载不均衡问题。我们对所提出的方法进行了小规模的系统测试和广泛的仿真评估。（4）我们已经实现了边缘增强型移动RFID系统的能量感知卸载算法，我们分析了移动RFID系统中不同组件的能耗特征，实现了自适应的能量卸载框架。我们设计实现了基于RFID技术的非侵入式的生命体征监测算法，我们使用商用RFID设备实现了一种呼吸监测原型系统。我们设计并实现了移动阅读器系统中时间高效的信息收集算法来对目标标签实现灵活的按需检测。我们通过广泛的仿真对所提出的方法进行可行性验证。.到目前为此，申请人受本项目资助产生的已接收或是发表的论文 14 篇，获得专利一项。该项目过程中，已毕业博士生 2 人以及硕士生4 人。