CN103279724A - 射频识别标签数目的获取方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种射频识别标签数目的获取方法及系统，本发明利用RFID标签回复中首个非空时隙的位置即首个非空时隙前的空白时隙个数来估算RFID标签总数，只需读取每一轮的帧中的前几位比特即一帧中的前几个时隙，避免每次读取整个帧长度的比特数即一帧中的所有时隙。本发明纠正之前研究中对于时隙独立性的错误假设，能够更准确地得到首个非空时隙前的空白时隙个数与RFID标签总数的关系，因此能够更快更准确地估算射频识别标签数目。

Description

射频识别标签数目的获取方法及系统

技术领域

本发明涉及一种射频识别标签(RFID)数目的获取方法及系统。

背景技术

射频识别是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。目前，RFID系统被广泛的应用于多种场合，物流方面有图书馆藏书管理，零售超市里的商品管理等。定位方面有室内定位，3D定位。RFID标签相比传统的条形码有着功能更强大，不需要接触等优点。相比于无线传感器网络(Wireless Sensor Network)，RFID标签又有着协议简单，造价低廉的优势。

目前在RFID系统的研究中，一个基本而热门的问题是RFID标签数目的估算。对RFID标签数目的估算不仅能够以相对RFID标签识别方法高得多的效率获取RFID标签总数的信息，并且能够改善一类基于动态帧长度的时隙Aloha方法（Dynamic Frame Slotted Aloha DFSA）。因为在DFSA方法中，每一轮最优帧长度是RFID标签总数的函数。准确的估算RFID标签总数会改善DFSA方法的性能。

为了估算RFID标签总数，之前的研究提出了很多基于概率的方法。目前广泛使用的RFID标签识别协议是EPC C1G2协议。在此协议下，每个帧开始前，RFID阅读器向标签广播一个询问信号（Request），并包含帧长度及一个随机数种子。收到信号的标签根据种子产生一个随机数r，并在r个时隙后回复阅读器。根据RFID标签数目的不同，阅读器接收到的标签回复会呈现出不同的特征，如空白时隙的总数，第一个非空时隙的位置，非空时隙的平均长度等。调研发现，之前的研究通过这些特征及特征和标签总数之间的概率联系来估算标签总数。例如，发表于2006年MOBICOM的《Fast and reliable estimationschemes in RFID systems》是基于空白时隙总数进行估算的，发表于INFOCOM2010的《Counting RFID tags efficiently and anonymously》是通过首个非空时隙的位置估算标签总数的。最近的研究是发表于2012年MOBICOM的《Every bitcounts:fast and scalable RFID estiamtion》。之前的研究利用非空时隙的平均长度达到了比之前的估算方法更高的精度，同时，通过给出估算方法执行的轮数和估算精度的关系来保证估算的可靠性。

如图1所示，回复中的每个时隙是非独立的，但是，之前大部分的研究在建立标签回复的特征和标签总数之间的概率联系时都存在着严重的错误，如图2所示，之前的研究大都错误的假设了回复中的每个时隙是独立的，由此得到每个时隙为空（或者非空）的概率与其他时隙无关的错误结论。纠正此错误假设就能更准确的估算RFID标签总数。

发明内容

本发明的目的在于提供一种射频识别标签数目的获取方法及系统，能够准确快速估算RFID标签数目。

为解决上述问题，本发明提供一种射频识别标签数目的获取方法，包括：

建立射频识别标签回复中首个非空时隙前的空白时隙个数与射频识别标签数目的概率关系；

根据给定的精度要求，获取阅读器与所有射频识别标签需要执行EPC C1G2协议的轮数；

阅读器与所有射频识别标签执行所述轮数的EPC C1G2协议，并记录每一轮的射频识别标签回复中首个非空时隙前的空白时隙个数；

根据所有轮的射频识别标签回复中首个非空时隙前的空白时隙个数获取所有轮的首个非空时隙前的平均空白时隙个数；

根据所述射频识别标签回复中首个非空时隙前的空白时隙个数与射频识别标签数目的概率关系及所述平均空白时隙个数获取射频识别标签数目。

进一步的，在上述方法中，建立射频识别标签回复中首个非空时隙前的空白时隙个数与射频识别标签数目的概率关系的步骤中，所述概率关系以公式

表示，其中，E(X)为期望的射频识别标签回复中首个非空时隙前的空白时隙个数，L为阅读器与所有射频识别标签执行一轮EPC C1G2协议的帧长，射频识别标签回复中首个非空时隙前的空白时隙个数是随机变量X，将E(X)命名为F(·)，F(·)是单调函数，n为射频识别标签数目。

进一步的，在上述方法中，根据给定的精度要求，获取阅读器与所有射频识别标签需要执行EPC C1G2协议的轮数的步骤中，给定精度要求(ε,δ)，即

其中

为射频识别标签的预估数目，推导得到公式R≥c²Var(n_max)/(F(n_max)-F(n_max+εn_max))²，，R为所述需要执行EPC C1G2协议的轮数，c满足Φ(c)-Φ(-c)=1-δ，Φ(·)为标准正态分布的累积概率分布函数，n_max为射频识别标签的上界数目，Var(n)根据E(X)得出。

进一步的，在上述方法中，根据所述射频识别标签回复中首个非空时隙前的空白时隙个数与射频识别标签数目的概率关系及所述平均空白时隙个数获取射频识别标签数目的步骤中，根据所述公式

得到公式

其中，为所有轮的首个非空时隙前的平均空白时隙个数，F^-1(·)是F(·)的反函数，通过二分搜索快速求解F^-1(·)得到射频识别标签数目n。

根据本发明的另一面，提供一种射频识别标签数目的获取系统，包括：

概率关系模块，用于建立射频识别标签回复中首个非空时隙前的空白时隙个数与射频识别标签数目的概率关系；

轮数确定模块，用于根据给定的精度要求，获取阅读器与所有射频识别标签需要执行EPC C1G2协议的轮数；

个数获取模块，用于阅读器与所有射频识别标签执行所述轮数的EPC C1G2协议，并记录每一轮的射频识别标签回复中首个非空时隙前的空白时隙个数；

平均个数获取模块，用于根据所有轮的射频识别标签回复中首个非空时隙前的空白时隙个数获取所有轮的首个非空时隙前的平均空白时隙个数；

标签数目获取模块，用于根据所述射频识别标签回复中首个非空时隙前的空白时隙个数与射频识别标签数目的概率关系及所述平均空白时隙个数获取射频识别标签数目。

进一步的，在上述系统中，所述概率关系模块，用于以公式

表示所述概率关系，其中，E(X)为期望的射频识别标签回复中首个非空时隙前的空白时隙个数，L为阅读器与所有射频识别标签执行一轮EPC C1G2协议的帧长，射频识别标签回复中首个非空时隙前的空白时隙个数是随机变量X，将E(X)命名为F(·)，F(·)是单调函数，n为射频识别标签数目。

进一步的，在上述系统中，所述轮数确定模块，用于给定精度要求(ε,δ)，即

其中

为射频识别标签的预估数目，推导得到公式R≥c²Var(n_max)/(F(n_max)-F(n_max+εn_max))²，R为所述需要执行EPC C1G2协议的轮数，c满足Φ(c)-Φ(-c)=1-δ，Φ(·)为标准正态分布的累积概率分布函数，n_max为射频识别标签的上界数目，Var(n)根据E(X)得出。

进一步的，在上述系统中，所述标签数目获取模块，用于根据所述射频识别标签回复中首个非空时隙前的空白时隙个数与射频识别标签数目的概率关系及所述平均空白时隙个数获取射频识别标签数目的步骤中，根据所述公式 $E\left(X\right)=F\left(n\right)=\underset{i=1}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left(\frac{i}{L}\right)}^n$ 得到公式 $n=F^{-1}\left(\stackrel{\‾}{X}\right),$ 其中，

为所有轮的首个非空时隙前的平均空白时隙个数，F^-1(·)是F(·)的反函数，通过二分搜索快速求解F^-1(·)得到射频识别标签数目n。

与现有技术相比，本发明利用RFID标签回复中首个非空时隙的位置即首个非空时隙前的空白时隙个数来估算RFID标签总数，只需读取每一轮的帧中的前几位比特即一帧中的前几个时隙，避免每次读取整个帧长度的比特数即一帧中的所有时隙。本发明纠正之前研究中对于时隙独立性的错误假设，能够更准确地得到首个非空时隙前的空白时隙个数与RFID标签总数的关系，因此能够更快更准确地估算射频识别标签数目。

附图说明

图1是正确的回复中每个时隙非独立的标准EPC C1G2协议示意图；

图2是拥有错误的时隙相互独立假设的EPC C1G2协议示意图；

图3本发明一实施例的射频识别标签数目的获取方法的流程图；

图4是本发明在估算第一个非空时隙位置时与现有的FNEB方法比较图；

图5是本发明与现有的FNEB方法在达到相同精度时估算时间上的比较图；

图6是本发明一实施例的射频识别标签数目的获取系统的模块示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图3所示，本发明提供一种射频识别标签数目的获取方法，包括步骤S1～步骤S5：

步骤S1，建立射频识别标签回复中首个非空时隙前的空白时隙个数与射频识别标签数目的概率关系；

本发明一实施例中，步骤S1中的所述概率关系以公式

表示，其中，E(X)为期望的射频识别标签回复中首个非空时隙前的空白时隙个数，L为阅读器与所有射频识别标签执行一轮EPC C1G2协议的帧长，射频识别标签回复中首个非空时隙前的空白时隙个数是随机变量X，将E(X)命名为F(·)，F(·)是单调函数，n为射频识别标签数目。

步骤S2，根据给定的精度要求，获取阅读器与所有射频识别标签需要执行EPC C1G2协议的轮数；

本发明一实施例中，步骤S2中根据给定的精度要求(ε,δ)，即

其中

为射频识别标签的预估数目，推导得到公式R≥c²Var(n_max)/(F(n_max)-F(n_max+εn_max))²，R为所述需要执行EPC C1G2协议的轮数，c满足Φ(c)-Φ(-c)=1-δ，Φ(·)为标准正态分布的累积概率分布函数，n_max为射频识别标签的上界数目，Var(n)根据E(X)得出，具体的，R的取值越大，越能提高得到射频识别标签数目的精确性。

步骤S3，阅读器与所有射频识别标签执行所述轮数的EPC C1G2协议，并记录每一轮的射频识别标签回复中首个非空时隙前的空白时隙个数，即记录每一轮的射频识别标签回复中第一个非空时隙的位置，具体的，本实施例中所述的射频标签网络有以下设定：网络中所有的射频识别标签都是静止不动的；

步骤S4，根据所有轮的射频识别标签回复中首个非空时隙前的空白时隙个数获取所有轮的首个非空时隙前的平均空白时隙个数，即求出所有轮中非空时隙出现的平均位置；

步骤S5，根据所述射频识别标签回复中首个非空时隙前的空白时隙个数与射频识别标签数目的概率关系及所述平均空白时隙个数获取射频识别标签数目。

本发明一实施例中，步骤S5中根据所述公式得到公式

其中，

为所有轮的首个非空时隙前的平均空白时隙个数，F^-1(·)是F(·)的反函数，通过二分搜索快速求解F^-1(·)得到射频识别标签数目n。

本实施例适用于任意一个静态的射频标签网，如图4所示，本发明所建立起标签回复中首个非空时隙前的空白时隙个数和射频识别标签数目之间的概率联系更符合仿真仿真实验结果，尤其当标签数目较少时，此时首个非空时隙前的空白时隙更多，本发明与现有的基于首个非空时隙（First Non-Empty slotBased FNEB）方法相比更显示出优势。另外，由如图5中本发明与现有的FNEB方法在达到相同精度时估算时间上的比较，可以看到，当标签数目较少时，本发明能比现有的FNEB方法减少7%的时间消耗。这是由于本性纠正了时隙独立这个错误假设。

实施例二

如图6所示，本发明还提供另一种射频识别标签数目的获取系统，包括概率关系模块1、轮数确定模块2、个数获取模块3、平均个数获取模块4和标签数目获取模块5。

概率关系模块1，用于建立射频识别标签回复中首个非空时隙前的空白时隙个数与射频识别标签数目的概率关系。

本发明一实施例中，所述概率关系模块1，用于以公式表示所述概率关系，其中，E(X)为期望的射频识别标签回复中首个非空时隙前的空白时隙个数，L为阅读器与所有射频识别标签执行一轮EPC C1G2协议的帧长，射频识别标签回复中首个非空时隙前的空白时隙个数是随机变量X，将E(X)命名为F(·)，F(·)是单调函数，n为射频识别标签数目。

轮数确定模块2，用于根据给定的精度要求，获取阅读器与所有射频识别标签需要执行EPC C1G2协议的轮数。

本发明一实施例中，所述轮数确定模块，用于根据给定的精度要求(ε,δ)，即其中

为射频识别标签的预估数目，推导得到公式R≥c²Var(n_max)/(F(n_max)-F(n_max+εn_max))²R为所述需要执行EPC C1G2协议的轮数，c满足Φ(c)-Φ(-c)=1-δ，Φ(·)为标准正态分布的累积概率分布函数，n_max为射频识别标签的上界数目，Var(n)根据E(X)得出。

个数获取模块3，用于阅读器与所有射频识别标签执行所述轮数的EPCC1G2协议，并记录每一轮的射频识别标签回复中首个非空时隙前的空白时隙个数。

平均个数获取模块4，用于根据所有轮的射频识别标签回复中首个非空时隙前的空白时隙个数获取所有轮的首个非空时隙前的平均空白时隙个数。

标签数目获取模块5，用于根据所述射频识别标签回复中首个非空时隙前的空白时隙个数与射频识别标签数目的概率关系及所述平均空白时隙个数获取射频识别标签数目。

本发明一实施例中，所述标签数目获取模块5，用于根据所述公式 $E\left(X\right)=F\left(n\right)=\underset{i=1}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left(\frac{i}{L}\right)}^n$ 得到公式 $n=F^{-1}\left(\stackrel{\‾}{X}\right),$ 其中，

为所有轮的首个非空时隙前的平均空白时隙个数，F^-1(·)是F(·)的反函数，通过二分搜索快速求解F^-1(·)得到射频识别标签数目n。

实施例二的其它详细内容可具体参见实施例一的相应部分，在此不再赘述。

本发明利用RFID标签回复中首个非空时隙的位置即首个非空时隙前的空白时隙个数来估算RFID标签总数，只需读取每一轮的帧中的前几位比特即一帧中的前几个时隙，避免每次读取整个帧长度的比特数即一帧中的所有时隙，纠正之前研究中对于时隙独立性的错误假设，能够更准确地得到首个非空时隙前的空白时隙个数与RFID标签总数的关系。

综上所述，本发明利用RFID标签回复中首个非空时隙的位置即首个非空时隙前的空白时隙个数来估算RFID标签总数，只需读取每一轮的帧中的前几位比特即一帧中的前几个时隙，避免每次读取整个帧长度的比特数即一帧中的所有时隙，纠正之前研究中对于时隙独立性的错误假设，能够更准确地得到首个非空时隙前的空白时隙个数与RFID标签总数的关系，因此能够更快更准确地估算射频识别标签数目。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种射频识别标签数目的获取方法，其特征在于，包括：

建立射频识别标签回复中首个非空时隙前的空白时隙个数与射频识别标签数目的概率关系；

根据给定的精度要求，获取阅读器与所有射频识别标签需要执行EPC C1G2协议的轮数；

阅读器与所有射频识别标签执行所述轮数的EPC C1G2协议，并记录每一轮的射频识别标签回复中首个非空时隙前的空白时隙个数；

根据所有轮的射频识别标签回复中首个非空时隙前的空白时隙个数获取所有轮的首个非空时隙前的平均空白时隙个数；

根据所述射频识别标签回复中首个非空时隙前的空白时隙个数与射频识别标签数目的概率关系及所述平均空白时隙个数获取射频识别标签数目。

2.权利要求1所述的射频识别标签数目的获取方法，其特征在于，建立射频识别标签回复中首个非空时隙前的空白时隙个数与射频识别标签数目的概率关系的步骤中，所述概率关系以公式

表示，其中，E(X)为期望的射频识别标签回复中首个非空时隙前的空白时隙个数，L为阅读器与所有射频识别标签执行一轮EPC C1G2协议的帧长，射频识别标签回复中首个非空时隙前的空白时隙个数是随机变量X，将E(X)命名为F(·)，F(·)是单调函数，n为射频识别标签数目。

3.如权利要求2所述的射频识别标签数目的获取方法，其特征在于，根据给定的精度要求，获取阅读器与所有射频识别标签需要执行EPC C1G2协议的轮数的步骤中，给定精度要求(ε,δ)，即

其中为射频识别标签的预估数目，推导得到公式R≥c²Var(n_max)/(F(n_max)-F(n_max+εn_max))²，R为所述需要执行EPC C1G2协议的轮数，c满足Φ(c)-Φ(-c)=1-δ，Φ(·)为标准正态分布的累积概率分布函数，n_max为射频识别标签的上界数目，Var(n)根据E(X)得出。

4.如权利要求3所述的射频识别标签数目的获取方法，其特征在于，根据所述射频识别标签回复中首个非空时隙前的空白时隙个数与射频识别标签数目的概率关系及所述平均空白时隙个数获取射频识别标签数目的步骤中，根据所述公式 $E\left(X\right)=F\left(n\right)=\underset{i=1}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left(\frac{i}{L}\right)}^n$ 得到公式 $n=F^{-1}\left(\stackrel{\‾}{X}\right),$ 其中，为所有轮的首个非空时隙前的平均空白时隙个数，F^-1(·)是F(·)的反函数，通过二分搜索快速求解F^-1(·)得到射频识别标签数目n。

5.一种射频识别标签数目的获取系统，其特征在于，包括：

概率关系模块，用于建立射频识别标签回复中首个非空时隙前的空白时隙个数与射频识别标签数目的概率关系；

轮数确定模块，用于根据给定的精度要求，获取阅读器与所有射频识别标签需要执行EPC C1G2协议的轮数；

个数获取模块，用于阅读器与所有射频识别标签执行所述轮数的EPC C1G2协议，并记录每一轮的射频识别标签回复中首个非空时隙前的空白时隙个数；

平均个数获取模块，用于根据所有轮的射频识别标签回复中首个非空时隙前的空白时隙个数获取所有轮的首个非空时隙前的平均空白时隙个数；

标签数目获取模块，用于根据所述射频识别标签回复中首个非空时隙前的空白时隙个数与射频识别标签数目的概率关系及所述平均空白时隙个数获取射频识别标签数目。

6.如权利要求5所述的射频识别标签数目的获取系统，其特征在于，所述概率关系模块，用于以公式

表示所述概率关系，其中，E(X)为期望的射频识别标签回复中首个非空时隙前的空白时隙个数，L为阅读器与所有射频识别标签执行一轮EPC C1G2协议的帧长，射频识别标签回复中首个非空时隙前的空白时隙个数是随机变量X，将E(X)命名为F(·)，F(·)是单调函数，n为射频识别标签数目。

7.如权利要求6所述的射频识别标签数目的获取系统，其特征在于，所述轮数确定模块，给定精度要求(ε,δ)，即其中

为射频识别标签的预估数目，推导得到公式R≥c²Var(n_max)/(F(n_max)-F(n_max+εn_max))²，R为所述需要执行EPC C1G2协议的轮数，c满足Φ(c)-Φ(-c)=1-δ，Φ(·)为标准正态分布的累积概率分布函数，n_max为射频识别标签的上界数目，Var(n)根据E(X)得出。

8.如权利要求7所述的射频识别标签数目的获取系统，其特征在于，所述标签数目获取模块，用于根据所述射频识别标签回复中首个非空时隙前的空白时隙个数与射频识别标签数目的概率关系及所述平均空白时隙个数获取射频识别标签数目的步骤中，根据所述公式得到公式

其中，

为所有轮的首个非空时隙前的平均空白时隙个数，F^-1(·)是F(·)的反函数，通过二分搜索快速求解F^-1(·)得到射频识别标签数目n。

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