面向密集移动标签的RFID敏感信息交互机制研究

Radio Frequency Identification (RFID) is a perception processing technology in the Internet of things, which is widely used in several trades, such as traffic, logistics, security, etc. The problems of information collision and security in the procedure of information interaction restrict the development of RFID, because readers and tags utilize the same communication channel through wireless radio frequency. The previous interaction mechanisms could not effectively solve the problems of increasing tag identification difficulty by dense tags, decreasing tag identification efficiency by mobile tags, and increasing resource consumption to strengthen security. Our item will study the principle and technology of RFID information interaction, using tag position information, to build a disposal model for information anti-collision. It performs better at providing effective communication links. By studying a variable q-ary query tree model, we will propose a method of combination query tree to identify tags within a single collision slot. It can improve system performance. Based on the generation method of pair-wise keys, a security mechanism will be proposed to provide protection for sensitive information, which achieves better safety and lower cost. We hope the research results can provide new theoretical principles and technical support to the Internet of things in dense mobile RFID tags.

RFID是物联网中的感知处理技术，广泛应用于交通、物流、安全等行业。由于阅读器与标签采用无线射频方式共享通信信道，使得信息交互过程中的信息碰撞及安全问题制约着RFID的进一步发展。针对密集标签导致标签识别难度上升，标签移动性引起标签识别效率下降，以及安全性增强造成资源过度消耗等问题，已有信息交互机制存在研究缺陷，尚不能有效解决，本项目将深入研究RFID信息交互原理和技术，引入标签的位置信息，构建性能更优的防碰撞信息处理模型，为信息交互提供有效通信链路；建立可变进制查询树的关系模型，构造混合查询树方法，解决单个碰撞时隙中标签的识别问题，提高系统性能；研究共享密钥对的生成方式，设计安全性能更高且开销更小的信息安全机制，为敏感信息的交互提供更有效的保护。其成果可望对密集移动标签环境下物联网的研究提供新的理论基础和技术支撑。

随着物联网广泛在交通、物流、安全等行业的应用，RFID作为物联网中的感知处理技术，将对提升社会信息化水平、增强公共安全等方面产生深远影响。随着需要电子标签物品数量的急剧上升，并伴随可移动特性，将会出现需要在短时间内识别大规模可移动标签的应用场景，设计相应的信息交互机制，解决信息交互过程中的信息碰撞及安全问题，制约着RFID技术的进一步发展。本项目针对密集标签导致标签识别难度上升，标签移动性引起标签识别效率下降，以及安全性增强造成资源过度消耗等问题，展开了深入的研究，主要研究内容及研究进展如下。1）构建密集移动标签环境下的标签防碰撞模型：根据标签的位置信息，建立标签分组结构，提出基于标签分布距离的RFID碰撞避免算法（DBCA）；解决单个时隙的碰撞问题，提出自适应混合查询树标签防碰撞算法（ACQT）；针对标签的移动性和对特定目标跟踪及定位场景的需求，提出自适应三进制查询分裂的标签防碰撞算法(ATQS)。以上研究成果可有效提高系统识别效率，缩减识别时间，为信息交互提供有效通信链路。2）基于多信道的阅读器防碰撞建模：利用多个数据信道，采用控制信道分离技术，提出新型的多信道阅读器防碰撞算法（MRAP），降低在相同信道中的阅读器数量，避免多阅读器的信息碰撞问题；分析位置关系，划分碰撞类型，设计控制信道消息格式，提出有效的多信道阅读器碰撞避免算法（EMRCA），进一步提高系统吞吐量和系统效率。3）设计敏感信息交互过程中的安全认证机制：提出一种通过密钥矩阵为对应标签和阅读器生成认证密钥的方法，解决内部攻击问题；设计新型的安全认证过程（GKAAP），完成阅读器与标签的双向身份认证，解决关于内部和外部多种类型的攻击问题，为敏感信息的交互提供更有效的保护。本项目的研究将拓展RFID系统的应用，提高系统的运行效率和可靠性，为未来复杂物联网感知处理技术提供信息传输与处理方面的新理论基础和技术支撑。