Comptage et surveillance d'étiquettes dans des systèmes RFID à grande échelle : base théorique et conception d'algorithmes

par Jihong Yu

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Lin Chen.

Soutenue le 06-12-2016

à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Orsay, Essonne) , en partenariat avec Université Paris-Sud (établissement opérateur d'inscription) et de Laboratoire de recherche en informatique (Orsay, Essonne) (laboratoire) .

Le président du jury était Fabio Martignon.

Le jury était composé de Lin Chen, Fabio Martignon, Bartlomiej Blaszczyszyn, Ken Chen, Jocelyne Elias.

Les rapporteurs étaient Bartlomiej Blaszczyszyn, Ken Chen.


  • Résumé

    La technologie « Radio Frequency Identification (RFID) » est devenue de plus en plus répandue dans le déploiement de diverses applications, telles que le contrôle des stocks et la gestion de la chaîne d'approvisionnement. Dans cette thèse, nous présentons une recherche systématique sur les problèmes de recherche liés au comptage et à la surveillance d’étiquettes RFID, deux composants fondamentaux dans les systèmes RFID, en particulier dans des systèmes à grande échelle. Ces problèmes sont simples à formuler et intuitivement compréhensible, tandis que tous les deux présentent des défis importants à la fois fondamentaux et pratiques, et exigent des efforts non négligeables à résoudre. Plus précisément, nous abordons les problèmes suivants allant de la modélisation et de l'analyse théorique, à la conception et l’optimisation de l'algorithme pratique. Pour poser les bases théoriques pour la conception et l'optimisation des algorithmes de comptage et la surveillance d'étiquette, nous commençons par étudier la stabilité de FSA. Techniquement, nous modélisons le “backlog’’ du système comme une chaîne de Markov, dont ses états sont la taille du “backlog’’ au début de chaque trame. Nous établissons ensuite un cadre générique d'estimation du nombre d’étiquettes RFID basée sur le filtre de Kalman pour des systèmes RFID statiques et dynamiques. Nous procédons en suite à résoudre le problème de détection des étiquettes manquantes, l'une des applications les plus importantes dans les systèmes RFID. Différent des travaux existants dans ce domaine, nous nous concentrons sur deux scénarios inexplorés mais fondamentalement importants, celui en présence d'étiquettes inattendues et celui des systèmes RFID multiple-région multi-groupe. Dans le premier scénario, nous développons un protocole à deux phases à base de filtre de Bloom. Dans le deuxième scénario, nous développons trois protocoles de détection d'étiquette manquante en intégrant une version améliorée de la conception du filtre Bloom.

  • Titre traduit

    Tag Counting and Monitoring in Large-scale RFID systems : Theoretical Foundation and Algorithm design


  • Résumé

    Radio Frequency Identification (RFID) technology has been deployed in various applications, such as inventory control and supply chain management. In this thesis, we present a systematic research on a number of research problems related to tag counting and monitoring, one of the most fundamental component in RFID systems, particularly when the system scales. These problems are simple to state and intuitively understandable, while of both fundamental and practical importance, and require non-trivial efforts to solve. Specifically, we address the following problems ranging from theoretical modeling and analysis, to practical algorithm design and optimization. To lay the theoretical foundations for the algorithm design and optimization, we start by studying the stability of frame slotted Aloha. We model system backlog as a Markov chain. The main objective is translated to analyze the ergodicity of the Markov chain. We then establish a framework of stable and accurate tag population estimation schemes based on Kalman filter for both static and dynamic RFID systems. We further proceed to addressing the problem of missing tag detection, one of the most important RFID applications. Different from existing works in this field, we focus on two unexplored while fundamentally important scenarios, missing tag detection in the presence of unexpected tags and in multiple-group multiple-region RFID systems. In the first scenario, we develop a Bloom filter-based protocol. In the second scenario, we develop three protocols by incorporating an improved version of the Bloom filter design.


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