CN103246860B - 一种基于空闲时隙数目的射频标签数目估计方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明适用于射频识别技术领域，尤其涉及一种基于空闲时隙数目的射频标签数目估计方法与装置，包括：射频识别阅读器获取对射频标签集合的相对误差容忍度、置信水平、标签数量上下界，并计算得到问询轮次、最优概率以及最优帧长度；射频识别阅读器产生n个不同随机种子并向射频标签集合的射频标签发送携带最优概率、最优帧长度和第i个随机种子的问询指令；射频标签集合的射频标签根据自己唯一标志符、最优概率、最优帧长度、第i个随机种子计算随机数RNG，在第RNG个时隙进行回复；射频识别阅读器识别第i次问询前f个时隙得到的空闲时隙的数目；轮询n次；计算出射频标签集合的数目估计值。本发明可以避免隐私数据的泄露。

Description

一种基于空闲时隙数目的射频标签数目估计方法与装置

技术领域

本发明涉及射频识别技术领域，尤其涉及一种基于空闲时隙数目的射频标签数目估计方法与装置。

背景技术

射频识别（Radio Frequency Identification）技术被广泛用于身份识别与追踪，例如供应链管理，会议签到，信用卡身份识别等。在享受射频识别技术带来的批量扫描和个体识别等优势的同时，射频识别的信息隐私问题越来越受到人们的关注。例如带有射频标签（Tag）的个人电脑或是手机等，非常容易被射频识别阅读器读取其中的物品识别信息，这在带来便利的同时也给信息保护带来了挑战。

获取潜在兴趣区域的射频标签的统计信息是一个受到人们广泛关注的问题。例如人们有时候希望统计仓库中货品的数量来进行库存管理。在统计的过程中，有时候人们希望不通过统计射频标签中含有的唯一身份识别信息，以此来达到保护物品隐私信息的目的，这就给传统的射频识别信息搜集（Identification information collection）带来了挑战。因此，一种匿名的用于保护射频标签信息隐私的标签数目估计方法是非常需要的。

而且在实际情况中，兴趣区域的标签数目常常是变化的，而且变化得非常快和非常大。而且有时候并不是所有的标签都能被一个射频标签阅读器所覆盖，这样还需要多个射频标签阅读器联合起来共同工作来达到覆盖所有标签的目的。

发明内容

本发明实施例提供了一种基于空闲时隙数目的射频标签数目估计方法与装置，旨在解决现有技术中在射频标签识别过程中需要通过射频标签中含有的标签标识符信息进行数目统计，给隐私数据带来隐患的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种基于空闲时隙数目的射频标签数目估计方法，包括：

A．参数计算过程

A1.射频识别阅读器获取对射频标签集合的相对误差容忍度ε、置信水平δ、标签数量下界t₁以及标签数量上界t_u,并记r=t₁/t_u;

A2.根据所述对标签集合的相对误差容忍度ε、置信水平δ、标签数量下界t₁以及标签数量上界t_u,计算得到问询轮次n、最优概率p、以及最优帧长度f；

B．问询过程

B1.射频识别阅读器产生n个不同随机种子s；

B2.射频识别阅读器设置循环参数i=1；

B3.射频识别阅读器向射频标签集合的射频标签发送携带所述最优概率p、最优帧长度f、第i个随机种子s的问询指令；

B4.射频标签集合的射频标签根据自己唯一标志符、最优概率p、最优帧长度f、第i个随机种子s计算随机数RNG，在第RNG个时隙进行回复；

B5.射频识别阅读器根据射频标签集合的射频标签的回复识别第i次问询前f个时隙得到的空闲时隙的数目

B6.判断i是否等于n，如果是，继续步骤C数目估计值计算过程，否则，i=i+1，继续步骤B3；

C、数目估计值计算过程

射频识别阅读器根据n次问询得到的空闲时隙的数目计算出射频标签集合的数目估计值

本发明实施例还提供一种基于空闲时隙数目的射频标签数目估计装置，包括：

参数获取单元，用于射频识别阅读器获取对射频标签集合的相对误差容忍度ε、置信水平δ、标签数量下界t₁以及标签数量上界t_u,并记r=t₁/t_u;

参数计算单元，用于根据所述对标签集合的相对误差容忍度ε、置信水平δ、标签数量下界t₁以及标签数量上界t_u,计算得到问询轮次n、最优概率p、以及最优帧长度f；

随机种子s产生单元，用于射频识别阅读器产生n个不同随机种子s；

初始化单元，用于射频识别阅读器设置循环参数i=1；

参数发送单元，用于射频识别阅读器向射频标签集合的射频标签发送携带所述最优概率p、最优帧长度f、第i个随机种子s的问询指令；

标签回复单元，用于射频标签集合的射频标签根据自己唯一标志符、最优概率p、最优帧长度f、第i个随机种子s计算随机数RNG，在第RNG个时隙进行回复；

空闲时隙数目计算单元，用于射频识别阅读器根据射频标签集合的射频标签的回复识别第i次问询前f个时隙得到的空闲时隙的数目

轮询单元，用于判断i是否等于n，如果是，发送执行命令给估计值计算单元，否则，i=i+1，发送执行命令给参数发送单元；

估计值计算单元，用于射频识别阅读器根据n次问询得到的空闲时隙的数目计算出射频标签集合的数目估计值

本发明实施例还提供一种基于空闲时隙数目的射频标签数目估计方法，包括：

A．参数计算过程

A1.射频识别阅读器获取对射频标签集合A的相对误差容忍度ε、置信水平δ、标签数量下界t₁以及标签数量上界t_u,并记r=t₁/t_u;

A2.根据所述对标签集合的相对误差容忍度ε、置信水平δ、标签数量下界t₁以及标签数量上界t_u,计算得到问询轮次n、最优概率p、以及最优帧长度f；

B．问询过程

B1.射频识别阅读器产生n个不同随机种子s；

B2.射频识别阅读器设置循环参数i=1；

B3.射频识别阅读器向射频标签集合A的射频标签发送携带所述最优概率p、最优帧长度f、第i个随机种子s的问询指令；射频标签集合A的射频标签根据自己唯一标志符、最优概率p、最优帧长度f、第i个随机种子s计算随机数RNG，在第RNG个时隙进行回复；射频识别阅读器根据射频标签集合A的射频标签的回复识别第i次问询前f个时隙得到的空闲时隙的数目

B4.判断i是否等于n，如果是，经过预设时间t，继续步骤B5，否则，i=i+1，继续步骤B3；

B5.射频识别阅读器设置循环参数i=1；

B6.射频识别阅读器向射频标签集合B的射频标签发送携带所述最优概率p、最优帧长度f、第i个随机种子s的问询指令；射频标签集合B的射频标签根据自己唯一标志符、最优概率p、最优帧长度f、第i个随机种子s计算随机数RNG，在第RNG个时隙进行回复；射频识别阅读器根据射频标签集合B的射频标签的回复识别第i次问询前f个时隙得到的空闲时隙的数目

B7.判断i是否等于n，如果是，继续步骤B8，否则，i=i+1，继续步骤B6；

B8.对每轮问询中射频标签集合A的射频标签回复和射频标签集合B的射频标签的回复按时隙进行按位并操作，得到空闲时隙数目

C．数目估计值计算过程

C1.射频识别阅读器根据n次问询得到的空闲时隙的数目分别计算出射频标签集合A的数目估计值射频标签集合B的数目估计值

C2.根据空闲时隙数目计算出射频标签集合A并射频标签集合B的数目估计值

C3.根据所述射频标签集合A的数目估计值射频标签集合B的数目估计值以及射频标签集合A并射频标签集合B的数目估计值计算射频标签集合A交射频标签集合B的数目估计值

本发明实施例还提供一种基于空闲时隙数目的射频标签数目估计装置，包括：

参数获取单元一，用于射频识别阅读器获取对射频标签集合A的相对误差容忍度ε、置信水平δ、标签数量下界t₁以及标签数量上界t_u,并记r=t₁/t_u;

参数计算单元一，用于根据所述对标签集合的相对误差容忍度ε、置信水平δ、标签数量下界t₁以及标签数量上界t_u,计算得到问询轮次n、最优概率p、以及最优帧长度f；

随机种子s产生单元一，用于射频识别阅读器产生n个不同随机种子s；

初始化单元一，用于射频识别阅读器设置循环参数i=1；

空闲时隙数目获取单元一，用于射频识别阅读器向射频标签集合A的射频标签发送携带所述最优概率p、最优帧长度f、第i个随机种子s的问询指令；射频标签集合的射频标签根据自己唯一标志符、最优概率p、最优帧长度f、第i个随机种子s计算随机数RNG，在第RNG个时隙进行回复；射频识别阅读器根据射频标签集合的射频标签的回复识别第i次问询前f个时隙得到的空闲时隙的数目

轮询单元一，用于判断i是否等于n，如果是，经过预设时间t，发送执行命令至初始化单元二，否则，i=i+1，发送执行命令至空闲时隙数目获取单元一；

初始化单元二，用于射频识别阅读器设置循环参数i=1；

空闲时隙数目获取单元二，用于射频识别阅读器向射频标签集合B的射频标签发送携带所述最优概率p、最优帧长度f、第i个随机种子s的问询指令；射频标签集合的射频标签根据自己唯一标志符、最优概率p、最优帧长度f、第i个随机种子s计算随机数RNG，在第RNG个时隙进行回复；射频识别阅读器根据射频标签集合的射频标签的回复识别第i次问询前f个时隙得到的空闲时隙的数目

轮询单元二，用于判断i是否等于n，如果是，发送执行命令至空闲时隙数目获取单元三，否则，i=i+1，发送执行命令至空闲时隙数目获取单元二；

空闲时隙数目获取单元三，用于对每轮问询中射频标签集合A的射频标签回复和射频标签集合B的射频标签回复按时隙进行按位并操作，得到空闲时隙数目

估计值计算单元一，用于射频识别阅读器根据n次问询得到的空闲时隙的数目分别计算出射频标签集合A的数目估计值射频标签集合B的数目估计值

估计值计算单元二，用于根据空闲时隙数目计算出射频标签集合A并射频标签集合B的数目估计值

估计值计算单元三，用于根据所述射频标签集合A的数目估计值射频标签集合B的数目估计值以及射频标签集合A并射频标签集合B的数目估计值计算射频标签集合A交射频标签集合B的数目估计值

本发明通过获取对射频标签集合的相对误差容忍度和置信水平，以及标签数量上下界，对射频标签集合进行多次问答，并统计每帧中前f个时隙中射频标签空闲时隙的数目，估算出射频标签集合的数目，从而避免隐私数据的泄露。

附图说明

图1表示本发明实施例提供一种基于空闲时隙数目的射频标签数目估计方法流程图；

图2表示本发明实施例提供的概率持续型时隙模型示意图；

图3表示本发明实施例提供的一种基于空闲时隙数目的射频标签数目估计方法流程图；

图4表示本发明实施例提供的集合A∪B虚拟帧生成示意图；

图5表示本发明实施例提供的一种基于空闲时隙数目的射频标签数目估计装置结构图；

图6表示本发明实施例提供的一种基于空闲时隙数目的射频标签数目估计装置结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明实施例提供一种基于空闲时隙数目的射频标签数目估计方法流程图，详述如下：

在发明实施中，包含了一系列的射频识别阅读器和大量射频标签，射频识别阅读器之间能够进行同步控制，从而实现同时发送和接受信息，并覆盖所有标签，整个过程采用概率持续型时隙模型。

在步骤S101中，射频识别阅读器获取对射频标签集合的相对误差容忍度ε、置信水平δ、标签数量下界t₁以及标签数量上界t_u,并记r=t₁/t_u;

在本发明实施例中，用户指定一个相对误差容忍度0＜ε＜1和置信水平0＜δ＜1，一般说来，ε越接近于0，δ越接近于1，表示结果越精确。

在步骤S102中，根据对标签集合的相对误差容忍度ε、置信水平δ、标签数量下界t₁以及标签数量上界t_u,计算得到问询轮次n、最优概率p、以及最优帧长度f；

在本发明实施例中，根据公式计算出最优帧长度f，其中，λ₀＝[-log(1-δ)]；

根据公式计算出问询轮次n，其中，erf为高斯误差函数 $\mathrm{erf}\left(x\right)=\frac{2}{\sqrt{\mathrm{\π}}}{\∫}_0^x{e}^{{-t}^2}\mathrm{dt};$

根据公式计算出最优概率p。

在步骤S103中，射频识别阅读器产生n个不同随机种子s；

在本发明实施例中，射频识别阅读器产生n个不同的随机种子s，在接下来的轮询过程中，每一轮采用一个随机数，每一轮问询的随机数都不相同。

在步骤S104中，射频识别阅读器设置循环参数i=1；

在本发明实施例中，通过初始化i=1，之后每问询一次增加1，从而完成n轮问询，并且每轮问询采用不同的随机数。

在步骤S105中，射频识别阅读器向射频标签集合的射频标签发送携带最优概率p、最优帧长度f、第i个随机种子s的问询指令；

在本发明实施例中，通过发送携带第i个随机数的问询指令达到每轮问询采用不同随机数的目的。

在步骤S106中，射频标签集合的射频标签根据自己唯一标志符、最优概率p、最优帧长度f、第i个随机种子s计算随机数RNG，在第RNG个时隙进行回复；

在步骤S107中，射频识别阅读器根据射频标签集合的射频标签的回复识别第i次问询前f个时隙得到的空闲时隙的数目

在本发明实施例中，射频识别阅读器发送问询指令到射频标签集合，每个射频标签根据自己的唯一标志符（identifier）和接收到的最优概率p，最优帧长度f和随机种子s，在[1,f/p]之间生成一个随机数RNG，标签的回复过程是一个时隙（Slot）的长为[f/p]的帧，每个标签在自己的生成的第RNG个时隙进行回复。

本发明实施例采用概率持续型时隙模型，如图2所示，射频识别阅读器从第一个时隙开始识别时隙的类型，如果该时隙没有标签回复，标记为0，称之为空闲时隙，如果该时隙有1个或多个标签回复，标记为X，称之为非空闲时隙。阅读器在扫描到第f个时隙停止探测，这里不是整个帧都扫描完毕。标签集合的总数目记为t，那么装载指数为（t_i表示第i次问答期间在前f个时隙回复的标签数目）。

在步骤S108中，判断i是否等于n，如果是，继续步骤S109，否则，i=i+1，继续步骤S105；

在步骤S109中，射频识别阅读器根据n次问询得到的空闲时隙的数目计算出射频标签集合的数目估计值

在本发明实施例中，根据计算出来的问询轮次n,进行n轮问询，并且每轮的随机种子s都是不一样的随机数。经过n轮问询，获得n个值。通过公式 $Y_A=\left({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{n}_{0^{\left(A\right)}}^i\right)/n;$ ${\hat{t}}_A=-f\log (Y_A/f)$ 计算出射频标签集合的数目估计值。

射频标签的回复过程采用概率持续型时隙模型，下面分析一下整个概率持续型时隙模型。假设1次问答后，阅读器得到空闲时隙的数目记为n₀，可以知道n₀这个随机变量服从均值为μ₀，方差为σ₀的正态分布。其中

μ₀＝fe^-pρ,σ₀ ²＝fe^-pρ(1-(1+p²ρ)e^-pρ);

假设整个问答过程重复n次，那么将产生n个n₀值以及对于目标值t的估计值设可以知道Y服从均值为μ₀，方差为σ₀ ²/n的正态分布。又可以知道μ₀是自变量为t函数，这个函数是一个单调函数，所以它必然存在一个反函数g(μ₀(t))＝t。因此我们得到

g(Y)＝-flog(Y/f);

$E\left[g\left(Y\right)\right]=t+\frac{(e^{\mathrm{p\ρ}}-(1+p^2\mathrm{\ρ}))}{{2\mathrm{np}}^2};$

$\mathrm{Var}\left[g\left(Y\right)\right]=\frac{f(e^{\mathrm{p\ρ}}-(1+p^2\mathrm{\ρ}))}{{\mathrm{np}}^2}={\mathrm{\σ}}_0\≅\frac{t^2}{\mathrm{nf}}\left(\frac{e^{\mathrm{p\ρ}}-1}{p^2{\mathrm{\ρ}}^2}\right);$

从上面可以看出，当n趋向于无穷时，g(Y)的期望趋近于真实值t，即g(Y)是t的渐近无偏估计(asymptotically unbiased estimate)。

本发明的基本思想为，用户指定一个相对误差容忍度0＜ε＜1和置信水平0＜δ＜1,一般说来，ε越接近于0，δ越接近于1，表示结果越精确，阅读器根据用户的输入对标签集合进行多次问答过程，然后通过统计每帧中前f个时隙中空闲时隙的数目，完成标签数量的匿名估计过程，估计结果记为且满足

$\mathrm{Prob}\left(\right|\hat{t}-t|\≤\mathrm{\ϵt})\≥\mathrm{\δ};$

那么满足δ置信水平情况下的得到的置信区间为注意这个并不能表明区间以至少δ概率包含真实值t。举例说来，δ＝95%，如果做100次估计，那么大概有95次找到的区间包含真实值，有5次不包括。这是因为这个置信水平不是用来描述某个特定的区间包含真值的可能性，因为一个特定的区间总是绝对包含或是绝对不包含真值的。

图3示出了本发明实施例提供一种基于空闲时隙数目的射频标签数目估计方法流程图，详述如下：

本发明可以针对标签集合随着时空动态变化的情况，估计出两个标签集合之间的变化数目。

在步骤S301中，射频识别阅读器获取对射频标签集合A的相对误差容忍度ε、置信水平δ、标签数量下界t₁以及标签数量上界t_u,并记r=t₁/t_u;

在本发明实施例中，用户指定一个相对误差容忍度0＜ε＜1和置信水平0＜δ＜1，一般说来，ε越接近于0，δ越接近于1，表示结果越精确。

在步骤S302中，根据对标签集合的相对误差容忍度ε、置信水平δ、标签数量下界t₁以及标签数量上界t_u,计算得到问询轮次n、最优概率p、以及最优帧长度f；

在本发明实施例中，根据公式计算出最优帧长度f，其中，λ₀＝[-log(1-δ)]；

根据公式计算出问询轮次n，其中，erf为高斯误差函数 $\mathrm{erf}\left(x\right)=\frac{2}{\sqrt{\mathrm{\π}}}{\∫}_0^x{e}^{{-t}^2}\mathrm{dt};$

根据公式计算出最优概率p。

在步骤S303中，射频识别阅读器产生n个不同随机种子s；

在步骤S304中，射频识别阅读器设置循环参数i=1；

在本发明实施例中，初始化i=1，以后没问询完一次加1，从而完成n次问询。

在步骤S305中，射频识别阅读器向射频标签集合A的射频标签发送携带最优概率p、最优帧长度f、第i个随机种子s的问询指令；

在步骤S306中，射频标签集合的射频标签根据自己唯一标志符、最优概率p、最优帧长度f、第i个随机种子s计算随机数RNG，在第RNG个时隙进行回复；

在本发明实施例中，通过第i个随机种子s实现每轮问询中采用不同的随机数。

在步骤S307中，射频识别阅读器根据射频标签集合A的射频标签的回复识别第i次问询前f个时隙得到的空闲时隙的数目

在本发明实施例中，射频识别阅读器发送问询指令到射频标签集合，每个射频标签根据自己的唯一标志符和接收到的最优概率p，最优帧长度f和随机种子s，在[1,f/p]之间生成一个随机数RNG，标签的回复过程是一个时隙的长为[f/p]的帧，每个标签在自己的生成的第RNG个时隙进行回复。

在步骤S308中，判断i是否等于n，如果是，经过预设时间t，继续步骤S305，否则，i=i+1，继续步骤S309；

在本发明实施例中，通过预设时间t后对标签集合B进行轮询统计来实现针对标签集合随着时空动态变化的情况，估计出两个标签集合之间的变化数目。其中，预设时间t可以根据需要设定成10分钟，1小时等，同时，本发明不局限于两个标签集合之间的变化数目，可以是根据需要估计多个标签集合之间的变化数目，为统计每两个标签集合数目变化而预设的时间t也可以不相同。

在步骤S309中，射频识别阅读器设置循环参数i=1；

在本发明实施例中，再次初始化i=1，以对射频标签集合B进行轮询。

在步骤S310中，射频识别阅读器向射频标签集合B的射频标签发送携带最优概率p、最优帧长度f、第i个随机种子s的问询指令；

在本发明实施例中，通过第i个随机种子实现每轮问询中射频标签集合B采用的随机种子与射频标签集合A采用的随机种子相同。

在步骤S311中，射频标签集合B的射频标签根据自己唯一标志符、最优概率p、最优帧长度f、第i个随机种子s计算随机数RNG，在第RNG个时隙进行回复；

在本发明实施例中，根据公式计算出最优帧长度f，其中，λ₀＝[-log(1-δ)]；

根据公式计算出问询轮次n，其中，erf为高斯误差函数 $\mathrm{erf}\left(x\right)=\frac{2}{\sqrt{\mathrm{\π}}}{\∫}_0^x{e}^{{-t}^2}\mathrm{dt};$

根据公式计算出最优概率p；

根据自己唯一标志符、最优概率p、最优帧长度f、第i个随机种子s计算随机数RNG，在[1,f/p]之间生成一个随机数RNG，标签的回复过程是一个时隙的长为[f/p]的帧，每个标签在自己的生成的第RNG个时隙进行回复。

在步骤S312中，射频识别阅读器根据射频标签集合B的射频标签的回复识别第i次问询前f个时隙得到的空闲时隙的数目

在步骤S313中，判断i是否等于n，如果是，继续步骤S314，否则，i=i+1，继续步骤S310；

在步骤S314中，对每轮问询中射频标签集合A的射频标签回复和射频标签集合B的射频标签的回复按时隙进行按位并操作，得到空闲时隙数目

在本发明实施例中，如图4所示，将标签集合A和B回复对齐，按时隙进行按位并操作，得到A∪B集合的虚拟帧，在虚拟帧中，集合A的时隙与集合B的时隙同时空闲时，虚拟帧中的相应位置才为空闲，记为0，否则记为X。

射频识别阅读器从第一个时隙开始识别时隙的类型，如果该时隙没有标签回复，标记为0，称之为空闲时隙，如果该时隙有1个或多个标签回复，标记为X，称之为非空闲时隙。阅读器在扫描到第f个时隙停止探测，注意，这里不是整个帧都扫描完毕。标签集合的总数目记为t，那么装载指数为（t_i表示第i次问答期间在前f个时隙回复的标签数目）。

在步骤S315中，射频识别阅读器根据n次问询得到的空闲时隙的数目分别计算出射频标签集合A的数目估计值射频标签集合B的数目估计值

在步骤S316中，根据空闲时隙数目计算出射频标签集合A并射频标签集合B的数目估计值

在步骤S317中，根据射频标签集合A的数目估计值射频标签集合B的数目估计值以及射频标签集合A并射频标签集合B的数目估计值计算射频标签集合A交射频标签集合B的数目估计值

在本发明实施例中，根据公式 计算出射频标签集合A的数目估计值

根据公式 计算出射频标签集合B的数目估计值

根据公式 $Y_{A\∪B}=\left({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{n}_{0^{(A\∪B)}}^i\right)/n,$ ${\hat{t}}_{A\∪B}=-f\log (Y_{A\∪B}/f)$ 计算出射频标签集合A并射频标签集合B的数目估计值

根据公式计算出射频标签集合A交射频标签集合B的数目估计值

在本发明实施例中，针对标签集合随着时空动态变化的情况，估计出两个标签集合之间的变化数目。例如用于统计体育场的人流情况，假设每个人手持一张带有射频标签的门票，本方法能够估计出两个时间间隔之间的，进入了多少观众，离开了多少观众以及多少观众一直都在。

通过公式 $Y_{A\∪B}=\left({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{n}_{0^{(A\∪B)}}^i\right)/n;$ ${\hat{t}}_{A\∪B}=-f\log (Y_{A\∪B}/f)$ 计算出射频标签集合A并射频标签集合B的数目估计值即在这个时间间隔内一共进入了多少观众。

在本发明实施例中，利用集合公式|A∪B|＝|A|+|B|-|A∩B|可以得到集合A∩B的数目，即时间间隔内一直都在的观众人数。类似地，还可以得到集合A-|A∩B|,即时间间隔内离开的观众人数和集合B-|A∩B|的数目，即时间间隔内进入的观众人数，以及其他符合集合操作的数目估计。

图5示出了本发明实施例提供的一种基于空闲时隙数目的射频标签数目估计装置结构图，详述如下：

参数获取单元51，射频识别阅读器获取对射频标签集合的相对误差容忍度ε、置信水平δ、标签数量下界t₁以及标签数量上界t_u,并记r=t₁/t_u。

参数计算单元52，根据对标签集合的相对误差容忍度ε、置信水平δ、标签数量下界t₁以及标签数量上界t_u,计算得到问询轮次n、最优概率p、以及最优帧长度f。

随机种子s产生单元53，射频识别阅读器产生n个不同随机种子s。

初始化单元54，射频识别阅读器设置循环参数i=1。

参数发送单元55，射频识别阅读器向射频标签集合的射频标签发送携带最优概率p、最优帧长度f、第i个随机种子s的问询指令。

标签回复单元56，射频标签集合的射频标签根据自己唯一标志符、最优概率p、最优帧长度f、第i个随机种子s计算随机数RNG，在第RNG个时隙进行回复。

在本发明实施例中，根据公式计算出最优帧长度f，其中，λ₀＝[-log(1-δ)]；

根据公式计算出问询轮次n，其中，erf为高斯误差函数 $\mathrm{erf}\left(x\right)=\frac{2}{\sqrt{\mathrm{\π}}}{\∫}_0^x{e}^{{-t}^2}\mathrm{dt};$

根据公式计算出最优概率p。

空闲时隙数目计算单元57，射频识别阅读器根据射频标签集合的射频标签的回复识别第i次问询前f个时隙得到的空闲时隙的数目

其中，射频识别阅读器从第一个时隙开始识别时隙的类型，如果该时隙没有标签回复，标记为0，称之为空闲时隙，如果该时隙有1个或多个标签回复，标记为X，称之为非空闲时隙。

轮询单元58，判断i是否等于n，如果是，发送执行命令给估计值计算单元，否则，i=i+1，发送执行命令给参数发送单元。

估计值计算单元59，射频识别阅读器根据n次问询得到的空闲时隙的数目计算出射频标签集合的数目估计值

根据公式 计算出射频标签集合的数目估计值

图6示出了本发明实施例提供的一种基于空闲时隙数目的射频标签数目估计装置结构图，详述如下：

参数获取单元一61，射频识别阅读器获取对射频标签集合A的相对误差容忍度ε、置信水平δ、标签数量下界t₁以及标签数量上界t_u,并记r=t₁/t_u。

参数计算单元一62，根据对标签集合的相对误差容忍度ε、置信水平δ、标签数量下界t₁以及标签数量上界t_u,计算得到问询轮次n、最优概率p、以及最优帧长度f。

随机种子s产生单元一63，射频识别阅读器产生n个不同随机种子s。

初始化单元一64，用于射频识别阅读器设置循环参数i=1。

空闲时隙数目获取单元一65，射频识别阅读器向射频标签集合A的射频标签发送携带，最优概率p、最优帧长度f、第i个随机种子s的问询指令；射频标签集合的射频标签根据自己唯一标志符、最优概率p、最优帧长度f、第i个随机种子s计算随机数RNG，在第RNG个时隙进行回复；射频识别阅读器根据射频标签集合的射频标签的回复识别第i次问询前f个时隙得到的空闲时隙的数目

其中，其中，射频识别阅读器从第一个时隙开始识别时隙的类型，如果该时隙没有标签回复，标记为0，称之为空闲时隙，如果该时隙有1个或多个标签回复，标记为X，称之为非空闲时隙。

轮询单元一66，判断i是否等于n，如果是，经过预设时间t，发送执行命令至初始化单元二，否则，i=i+1，发送执行命令至空闲时隙数目获取单元一。

初始化单元二67，射频识别阅读器设置循环参数i=1。

空闲时隙数目获取单元二68，射频识别阅读器向射频标签集合B的射频标签发送携带，最优概率p、最优帧长度f、第i个随机种子s的问询指令；射频标签集合的射频标签根据自己唯一标志符、最优概率p、最优帧长度f、第i个随机种子s计算随机数RNG，在第RNG个时隙进行回复；射频识别阅读器根据射频标签集合的射频标签的回复识别第i次问询前f个时隙得到的空闲时隙的数目

轮询单元二69，判断i是否等于n，如果是，发送执行命令至空闲时隙数目获取单元三，否则，i=i+1，发送执行命令至空闲时隙数目获取单元二。

空闲时隙数目获取单元三610，对每轮问询中射频标签集合A的射频标签回复和射频标签集合B的射频标签回复按时隙进行按位并操作，得到空闲时隙数目

估计值计算单元一611，射频识别阅读器根据n次问询得到的空闲时隙的数目分别计算出射频标签集合A的数目估计值射频标签集合B的数目估计值

估计值计算单元二612，根据空闲时隙数目计算出射频标签集合A并射频标签集合B的数目估计值

估计值计算单元三613，根据射频标签集合A的数目估计值射频标签集合B的数目估计值以及射频标签集合A并射频标签集合B的数目估计值计算射频标签集合A交射频标签集合B的数目估计值

在本发明实施例中，根据公式计算出最优帧长度f，其中，λ₀＝[-log(1-δ)]；

根据公式计算出问询轮次n，其中，erf为高斯误差函数 $\mathrm{erf}\left(x\right)=\frac{2}{\sqrt{\mathrm{\π}}}{\∫}_0^x{e}^{{-t}^2}\mathrm{dt};$

根据公式计算出最优概率p；

根据公式 计算出射频标签集合A的数目估计值

根据公式 计算出射频标签集合B的数目估计值

根据公式 $Y_{A\∪B}=\left({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{n}_{0^{(A\∪B)}}^i\right)/n,$ ${\hat{t}}_{A\∪B}=-f\log (Y_{A\∪B}/f)$ 计算出射频标签集合A并射频标签集合B的数目估计值

根据公式计算出射频标签集合A交射频标签集合B的数目估计值

利用集合公式|A∪B|＝|A|+|B|-|A∩B|可以得到集合A∩B的数目，类似地，还可以得到集合A-|A∩B|,集合B-|A∩B|的数目，以及其他符合集合操作的数目估计。

本发明通过获取对射频标签集合的相对误差容忍度和置信水平，以及标签数量上下界，对射频标签集合进行多次问答，并统计每帧中前f个时隙中射频标签空闲时隙的数目，估算出射频标签集合的数目，从而避免隐私数据的泄露。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于空闲时隙数目的射频标签数目估计方法，其特征在于，包括：

A.参数计算过程

A1.射频识别阅读器获取对射频标签集合的相对误差容忍度ε、置信水平δ、标签数量下界t₁以及标签数量上界t_u,并记r＝t₁/t_u；

A2.根据所述对标签集合的相对误差容忍度ε、置信水平δ、标签数量下界t₁以及标签数量上界t_u,计算得到问询轮次n、最优概率p、以及最优帧长度f；

B.问询过程

B1.射频识别阅读器产生n个不同随机种子s；

B2.射频识别阅读器设置循环参数i＝1；

B3.射频识别阅读器向射频标签集合的射频标签发送携带所述最优概率p、最优帧长度f、第i个随机种子s的问询指令；

B4.射频标签集合的射频标签根据自己唯一标志符、最优概率p、最优帧长度f、第i个随机种子s计算随机数RNG，在第RNG个时隙进行回复；

B5.射频识别阅读器根据射频标签集合的射频标签的回复识别第i次问询前f个时隙得到的空闲时隙的数目

B6.判断i是否等于n，如果是，继续步骤C数目估计值计算过程，否则，i＝i+1，继续步骤B3；

C、数目估计值计算过程

射频识别阅读器根据n次问询得到的空闲时隙的数目计算出射频标签集合的数目估计值

所述问询轮次n,最优概率p,最优帧长度f，随机数RNG，射频标签集合的数目估计值是通过以下公式计算得出：

根据公式计算出最优帧长度f，其中，λ₀＝[-log(1-δ)]；

根据公式计算出问询轮次n，其中，erf为高斯误差函数

根据公式计算出最优概率p；

根据公式计算出射频标签集合的数目估计值

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述空闲时隙具体指射频识别阅读器在该时隙没有收到射频标签集合的射频标签的回复。

3.一种基于空闲时隙数目的射频标签数目估计装置，其特征在于，包括：

参数获取单元，用于射频识别阅读器获取对射频标签集合的相对误差容忍度ε、置信水平δ、标签数量下界t₁以及标签数量上界t_u,并记r＝t₁/t_u；

参数计算单元，用于根据所述对标签集合的相对误差容忍度ε、置信水平δ、标签数量下界t₁以及标签数量上界t_u,计算得到问询轮次n、最优概率p、以及最优帧长度f；

随机种子s产生单元，用于射频识别阅读器产生n个不同随机种子s；

初始化单元，用于射频识别阅读器设置循环参数i＝1；

参数发送单元，用于射频识别阅读器向射频标签集合的射频标签发送携带所述最优概率p、最优帧长度f、第i个随机种子s的问询指令；

标签回复单元，用于射频标签集合的射频标签根据自己唯一标志符、最优概率p、最优帧长度f、第i个随机种子s计算随机数RNG，在第RNG个时隙进行回复；

空闲时隙数目计算单元，用于射频识别阅读器根据射频标签集合的射频标签的回复识别第i次问询前f个时隙得到的空闲时隙的数目

轮询单元，用于判断i是否等于n，如果是，发送执行命令给估计值计算单元，否则，i＝i+1，发送执行命令给参数发送单元；

估计值计算单元，用于射频识别阅读器根据n次问询得到的空闲时隙的数目计算出射频标签集合的数目估计值

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述问询轮次n,最优概率p,最优帧长度f，随机数RNG，射频标签集合的数目估计值是通过以下公式计算得出：

根据公式计算出最优帧长度f，其中，λ₀＝[-log(1-δ)]；

根据公式计算出问询轮次n，其中，erf为高斯误差函数

根据公式计算出最优概率p；

根据公式计算出射频标签集合的数目估计值

所述空闲时隙具体指射频识别阅读器在该时隙没有收到射频标签集合的射频标签的回复。

5.一种基于空闲时隙数目的射频标签数目估计方法，其特征在于，包括：

A.参数计算过程

A1.射频识别阅读器获取对射频标签集合A的相对误差容忍度ε、置信水平δ、标签数量下界t₁以及标签数量上界t_u,并记r＝t₁/t_u；

A2.根据所述对标签集合的相对误差容忍度ε、置信水平δ、标签数量下界t₁以及标签数量上界t_u,计算得到问询轮次n、最优概率p、以及最优帧长度f；

B.问询过程

B1.射频识别阅读器产生n个不同随机种子s；

B2.射频识别阅读器设置循环参数i＝1；

B3.射频识别阅读器向射频标签集合A的射频标签发送携带所述最优概率p、最优帧长度f、第i个随机种子s的问询指令；射频标签集合A的射频标签根据自己唯一标志符、最优概率p、最优帧长度f、第i个随机种子s计算随机数RNG，在第RNG个时隙进行回复；射频识别阅读器根据射频标签集合A的射频标签的回复识别第i次问询前f个时隙得到的空闲时隙的数目

B4.判断i是否等于n，如果是，经过预设时间t，继续步骤B5，否则，i＝i+1，继续步骤B3；

B5.射频识别阅读器设置循环参数i＝1；

B6.射频识别阅读器向射频标签集合B的射频标签发送携带所述最优概率p、最优帧长度f、第i个随机种子s的问询指令；射频标签集合B的射频标签根据自己唯一标志符、最优概率p、最优帧长度f、第i个随机种子s计算随机数RNG，在第RNG个时隙进行回复；射频识别阅读器根据射频标签集合B的射频标签的回复识别第i次问询前f个时隙得到的空闲时隙的数目

B7.判断i是否等于n，如果是，继续步骤B8，否则，i＝i+1，继续步骤B6；

B8.对每轮问询中射频标签集合A的射频标签回复和射频标签集合B的射频标签的回复按时隙进行按位并操作，得到空闲时隙数目

C.数目估计值计算过程

C1.射频识别阅读器根据n次问询得到的空闲时隙的数目分别计算出射频标签集合A的数目估计值射频标签集合B的数目估计值

C2.根据空闲时隙数目计算出射频标签集合A并射频标签集合B的数目估计值

C3.根据所述射频标签集合A的数目估计值射频标签集合B的数目估计值以及射频标签集合A并射频标签集合B的数目估计值计算射频标签集合A交射频标签集合B的数目估计值

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述问询轮次n,最优概率p,最优帧长度f，随机数RNG，射频标签集合A的数目估计值射频标签集合B的数目估计值射频标签集合A并射频标签集合B的数目估计值射频标签集合A交射频标签集合B的数目估计值是通过以下公式计算得出：

根据公式计算出最优帧长度f，其中，λ₀＝[-log(1-δ)]；

根据公式计算出问询轮次n，其中，erf为高斯误差函数

根据公式计算出最优概率p；

根据公式计算出射频标签集合A的数目估计值

根据公式计算出射频标签集合B的数目估计值

根据公式计算出射频标签集合A并射频标签集合B的数目估计值

根据公式计算出射频标签集合A交射频标签集合B的数目估计值

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述空闲时隙具体指射频识别阅读器在该时隙没有收到射频标签集合的射频标签的回复。

8.一种基于空闲时隙数目的射频标签数目估计装置，其特征在于，包括：

参数获取单元一，用于射频识别阅读器获取对射频标签集合A的相对误差容忍度ε、置信水平δ、标签数量下界t₁以及标签数量上界t_u,并记r＝t₁/t_u；

参数计算单元一，用于根据所述对标签集合的相对误差容忍度ε、置信水平δ、标签数量下界t₁以及标签数量上界t_u,计算得到问询轮次n、最优概率p、以及最优帧长度f；

随机种子s产生单元一，用于射频识别阅读器产生n个不同随机种子s；

初始化单元一，用于射频识别阅读器设置循环参数i＝1；

空闲时隙数目获取单元一，用于射频识别阅读器向射频标签集合A的射频标签发送携带所述最优概率p、最优帧长度f、第i个随机种子s的问询指令；射频标签集合A的射频标签根据自己唯一标志符、最优概率p、最优帧长度f、第i个随机种子s计算随机数RNG，在第RNG个时隙进行回复；射频识别阅读器根据射频标签集合A的射频标签的回复识别第i次问询前f个时隙得到的空闲时隙的数目

轮询单元一，用于判断i是否等于n，如果是，经过预设时间t，发送执行命令至初始化单元二，否则，i＝i+1，发送执行命令至空闲时隙数目获取单元一；

初始化单元二，用于射频识别阅读器设置循环参数i＝1；

空闲时隙数目获取单元二，用于射频识别阅读器向射频标签集合B的射频标签发送携带所述最优概率p、最优帧长度f、第i个随机种子s的问询指令；B的射频标签根据自己唯一标志符、最优概率p、最优帧长度f、第i个随机种子s计算随机数RNG，在第RNG个时隙进行回复；射频识别阅读器根据射频标签集合B的射频标签的回复识别第i次问询前f个时隙得到的空闲时隙的数目

轮询单元二，用于判断i是否等于n，如果是，发送执行命令至空闲时隙数目获取单元三，否则，i＝i+1，发送执行命令至空闲时隙数目获取单元二；

空闲时隙数目获取单元三，用于对每轮问询中射频标签集合A的射频标签回复和射频标签集合B的射频标签回复按时隙进行按位并操作，得到空闲时隙数目

估计值计算单元一，用于射频识别阅读器根据n次问询得到的空闲时隙的数目分别计算出射频标签集合A的数目估计值射频标签集合B的数目估计值

估计值计算单元二，用于根据空闲时隙数目计算出射频标签集合A并射频标签集合B的数目估计值

估计值计算单元三，用于根据所述射频标签集合A的数目估计值射频标签集合B的数目估计值以及射频标签集合A并射频标签集合B的数目估计值计算射频标签集合A交射频标签集合B的数目估计值

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述问询轮次n,最优概率p,最优帧长度f，随机数RNG，射频标签集合A的数目估计值射频标签集合B的数目估计值射频标签集合A并射频标签集合B的数目估计值射频标签集合A交射频标签集合B的数目估计值是通过以下公式计算得出：

根据公式计算出最优帧长度f，其中，λ₀＝[-log(1-δ)]；

根据公式计算出问询轮次n，其中，erf为高斯误差函数

根据公式计算出最优概率p；

根据公式计算出射频标签集合A的数目估计值

根据公式计算出射频标签集合B的数目估计值

根据公式计算出射频标签集合A并射频标签集合B的数目估计值

根据公式计算出射频标签集合A交射频标签集合B的数目估计值

所述空闲时隙具体指射频识别阅读器在该时隙没有收到射频标签集合的射频标签的回复。