CN103793670A - 一种射频标签的数目估计方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种射频标签的数目估计方法和系统，包括：根据当前信道情况，设置最差信道传输成功率；指定估计值处于误差区间的误差阈值，结合所述最差信道传输成功率，计算得到同种子探测轮次数目；发送随机种子给所有射频标签，接收每个射频标签在其哈希值对应时隙中的回复结果，所述哈希值根据随机种子计算得出；根据所述同种子探测轮次数目，进行同种子多轮次探测，合并探测结果；根据所述探测结果中的空时隙数目，得到射频标签的数目估计结果。本发明考虑了通讯信道的时变特性，能够在不稳定的时变信道条件下，利用最小的信道质量信息，来对目标区域的射频标签数目进行估计，本发明实施例构造了一种健壮的、能够准确估计射频标签数目的方法。

Description

一种射频标签的数目估计方法和系统

技术领域

本发明涉及射频识别领域，尤其涉及一种射频标签的数目估计方法和系统。

背景技术

射频识别（Radio Frequency Identification）技术作为现代物流和供应链管理中的核心技术已经得到了非常多的关注。在诸多需要频繁检查与追踪物品流入与流出的应用中，使用射频标签对物品进行管理是非常好的一个选择。

射频标签的数目估计是射频标签管理的基本功能之一。射频标签数目的估计一般是指统计出目标区域内标签的个数。这个数目统计功能不仅是标签大规模认证/识别等高级功能的前提要求之一，而且可以直接应用于诸多实际场景，例如会场出入人员数目的统计，货物区域流动管理等。而且在很多具体应用中，往往不需要知道精确数目，而知道误差容忍范围内估计值已经足够满足应用需求，在很多情况下，得到误差容忍范围内的估计值往往比获得精确值要更快。因此快速的标签数目估计广泛应用于诸多领域。

传统的射频识别方法往往通过搜集目标区域中的所有标签的信息来进行操作，并且往往假设阅读器与标签之间的通讯是稳定的，但是这个假设与实际应用场景的通讯不太符合。根据诸多实际应用中的测量表示，阅读器与标签之间的通讯信道是不稳定的时变信道，通讯质量受到阅读器发射功率、射频标签天线、天线位置、阅读距离、环境干扰和电磁干扰等诸多因素的影响，而现有技术并未将通讯信道的时变特性考虑在内，导致射频标签的数目估计结果不够精确。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明提供一种射频标签的数目估计方法和系统，以解决现有技术中未考虑通讯信道的时变特性，导致频标签的数目估计结果不够精确的技术问题。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种射频标签的数目估计方法，包括：

根据当前信道情况，设置最差信道传输成功率；

指定估计值处于误差区间的误差阈值，结合所述最差信道传输成功率，计算得到同种子探测轮次数目；

发送随机种子给所有射频标签，接收每个射频标签在其哈希值对应时隙中的回复结果，所述哈希值根据随机种子计算得出；

根据所述同种子探测轮次数目，进行同种子多轮次探测，合并探测结果；

根据所述探测结果中的空时隙数目，得到射频标签的数目估计结果。

进一步地，在所述利用随机种子进行同种子多轮次探测之后，所述合并探测结果之前，还包括：

进行多轮随机种子探测。

进一步地，所述合并探测结果包括：

利用逻辑或合并探测结果。

进一步地，

所述根据当前信道情况，设置最差信道传输成功率包括：令p_min=min{p_i|1≤i≤t}，其中p_min为最差信道传输成功率，p_i为第i个射频标签信道传输成功率，t为射频标签个数；

所述指定估计值处于误差区间的误差阈值，结合所述最差信道传输成功率，计算得到同种子探测轮次数目包括：

指定估计值处于误差区间的误差阈值β(β>0)，结合所述最差信道传输成功率p_min，计算得到同种子探测轮次数目c，满足：

$c>\frac{\log \mathrm{\β}}{\log (1-p_{\min })}\≈\frac{\log \mathrm{\β}}{p_{\min }};$

所述发送随机种子给所有射频标签，接收每个射频标签在其哈希值对应时隙中的回复结果包括：

发送帧长f和随机种子r给所有射频标签，令每个射频标签计算自己的哈希值h=Hash(f,r,id)，并在第h个时隙进行回复，接收所有射频标签的回复结果，其中id为该射频标签自身的唯一标识符；

所述根据所述探测结果中的空时隙数目，得到射频标签的数目估计结果包括：

令某一次探测结果中的空时隙数目为X_j，其期望是

$E\left[X_j\right]=f\underset{i=1}{\overset{t}{\mathrm{\Π}}}(1-\frac{{\mathrm{\φ}}_i}{f})\≈{\mathrm{fe}}^{-\mathrm{\ρ}},$

其中φ_i=1-(1-p_i)^c≥1-(1-p_min)^c，

经过同种子多轮次探测，和m轮随机种子探测，得到每轮随机种子经同种子多轮次探测的平均值：

其均值为μ_b=fe^-ρ，方差为 ${\mathrm{\σ}}_b^2={\mathrm{fe}}^{-\mathrm{\σ}}(1-(1+\mathrm{\ρ})e^{-\mathrm{\ρ}})/m,$

据此得到射频标签的数目估计结果：

$\hat{t}=g\left(Y\right)=-f\log \frac{Y}{f},$

其中g(·)为μ_b的反函数， $E\left[g\left(Y\right)\right]=t+\frac{e^{\mathrm{\ρ}}-1-\mathrm{\ρ}}{2m},$ $\mathrm{Var}\left[g\left(Y\right)\right]=\frac{f(e^{\mathrm{\ρ}}-1-\mathrm{\ρ})}{m}={\mathrm{\σ}}_0.$

进一步地，所述方法还包括：

判断是否满足条件：

其中α为指定估计值处于误差区间的概率，0<α<1， $Z_{\mathrm{\&alpha;}}=\sqrt{2}\mathrm{er}{f}^{-1}(2\mathrm{\&alpha;}-1),$ erf为高斯误差函数： $\mathrm{erf}\left(x\right)=\frac{2}{\sqrt{\mathrm{\&pi;}}}{\&Integral;}_0^x{e}^{-t^2\mathrm{dt}};$

当满足上述条件时，输出所述射频标签的数目估计结果

当不满足时，重新发送随机种子，进行射频标签的数目估计。

另一方面，本发明还提供一种射频标签的数目估计系统，包括：顺序相连的信道设置单元、轮次计算单元、收发单元、探测合并单元和数目估计单元，其中：

信道设置单元，用于根据当前信道情况，设置最差信道传输成功率；

轮次计算单元，用于指定估计值处于误差区间的误差阈值，结合所述最差信道传输成功率，计算得到同种子探测轮次数目；

收发单元，用于发送随机种子给所有射频标签，接收每个射频标签在其哈希值对应时隙中的回复结果，所述哈希值根据随机种子计算得出；

探测合并单元，用于根据所述同种子探测轮次数目，进行同种子多轮次探测，合并探测结果；

数目估计单元，用于根据所述探测结果中的空时隙数目，得到射频标签的数目估计结果。

进一步地，

所述探测合并单元还包括：多轮探测子单元，用于进行多轮随机种子探测。

进一步地，

所述探测合并单元还包括：逻辑合并子单元，用于利用逻辑或合并探测结果。

进一步地，

所述信道设置单元还用于：设置最差信道传输成功率p_min为：p_min=min{p_i|1≤i≤t}，其中p_i为第i个射频标签信道传输成功率，t为射频标签个数；

所述轮次计算单元还用于：指定估计值处于误差区间的误差阈值β(β>0)，结合所述最差信道传输成功率p_min，计算得到同种子探测轮次数目c，公式为：

$c>\frac{\log \mathrm{\&beta;}}{\log (1-p_{\min })}\&ap;\frac{\log \mathrm{\&beta;}}{p_{\min }};$

所述收发单元还用于：发送帧长f和随机种子r给所有射频标签，令每个射频标签计算自己的哈希值h=Hash(f,r,id)，并在第h个时隙进行回复，接收所有射频标签的回复结果，其中id为该射频标签自身的唯一标识符；

所述数目估计单元包括：

空时隙子单元，用于令某一次探测结果中的空时隙数目为X_j，其期望是

$E\left[X_j\right]=f\underset{i=1}{\overset{t}{\mathrm{\&Pi;}}}(1-\frac{{\mathrm{\&phi;}}_i}{f})\&ap;{\mathrm{fe}}^{-\mathrm{\&rho;}},$

其中φ_i=1-(1-p_i)^c≥1-(1-p_min)^c，

平均值子单元，用于经过同种子多轮次探测，和m轮随机种子探测，得到每轮随机种子经同种子多轮次探测的平均值，公式为： $Y=\frac{\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{X}_j}{m},$ 其均值为μ_b=fe^-ρ，方差为 ${\mathrm{\&sigma;}}_b^2={\mathrm{fe}}^{-\mathrm{\&sigma;}}(1-(1+\mathrm{\&rho;})e^{-\mathrm{\&rho;}})/m,$

估计子单元，用于得到射频标签的数目估计结果，公式为：

$\hat{t}=g\left(Y\right)=-f\log \frac{Y}{f},$

其中g(·)为μ_b的反函数， $E\left[g\left(Y\right)\right]=t+\frac{e^{\mathrm{\&rho;}}-1-\mathrm{\&rho;}}{2m},$ $\mathrm{Var}\left[g\left(Y\right)\right]=\frac{f(e^{\mathrm{\&rho;}}-1-\mathrm{\&rho;})}{m}={\mathrm{\&sigma;}}_0.$

进一步地，所述系统还包括：

判断单元，与所述数目估计单元相连，用于判断是否满足公式： $Z_{\mathrm{\&alpha;}}\sqrt{{\mathrm{\&sigma;}}_0}\&le;\frac{\mathrm{\&beta;}\hat{t}}{2},$

其中α为指定估计值处于误差区间的概率，0<α<1， $Z_{\mathrm{\&alpha;}}=\sqrt{2}\mathrm{er}{f}^{-1}(2\mathrm{\&alpha;}-1),$ erf为高斯误差函数： $\mathrm{erf}\left(x\right)=\frac{2}{\sqrt{\mathrm{\&pi;}}}{\&Integral;}_0^x{e}^{-t^2\mathrm{dt}};$

当满足上述条件时，输出所述射频标签的数目估计结果

当不满足时，重新发送随机种子，进行射频标签的数目估计。

（三）有益效果

可见，在本发明提供的一种射频标签的数目估计方法和系统中，考虑了通讯信道的时变特性，能够在不稳定的时变信道条件下，利用最小的信道质量信息，来对目标区域的射频标签数目进行估计，本发明实施例构造了一种健壮的、能够准确估计射频标签数目的方法。

本发明无需知道信道的具体一阶和二阶响应，利用了最少的信道质量相关信息，得到了射频标签的数目估计结果，并能够使得该结果满足预先给定的容忍误差阈值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例射频标签的数目估计方法基本流程示意图；

图2是本发明一个优选实施例射频标签的数目估计方法流程示意图；

图3是本发明一个优选实施例射频标签的数目估计方法的阅读器-射频标签问答模型；

图4是本发明一个优选实施例射频标签的数目估计方法的同种子多次探测示意图；

图5是本发明实施例射频标签的数目估计系统的基本结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例首先提供一种射频标签的数目估计方法，参见图1，包括：

步骤101：根据当前信道情况，设置最差信道传输成功率。

步骤102：指定估计值处于误差区间的误差阈值，结合所述最差信道传输成功率，计算得到同种子探测轮次数目。

步骤103：发送随机种子给所有射频标签，接收每个射频标签在其哈希值对应时隙中的回复结果，所述哈希值根据随机种子计算得出。

步骤104：根据所述同种子探测轮次数目，进行同种子多轮次探测，合并探测结果。

步骤105：根据所述探测结果中的空时隙数目，得到射频标签的数目估计结果。

可见，在本发明实施例提供的一种射频标签的数目估计方法中，考虑了通讯信道的时变特性，能够在不稳定的时变信道条件下，利用最小的信道质量信息，来对目标区域的射频标签数目进行估计，本发明实施例构造了一种健壮的、能够准确估计射频标签数目的方法。

在本发明的一个实施例中，为了不断降低射频标签数目估计的方差，不仅采用同种子多轮次探测的方法来应对信道的不稳定性，优选地，还可以采用多轮次随机种子探测的方法，来综合合并得到探测结果。

在本发明的另一个实施例中，在将多次探测的结果进行合并的过程中，优选地，可以采用逻辑或的原则，也即只要任意一次某个时隙不为空，则合并结果中该时隙也不为空。

在本发明的一个实施例中，由于通讯信道是时变的，第i个射频标签的信道成功传输率记为p_i，则一般说来p_i依赖于诸多因素例如最小功率要求，天线增益等，假设p_i服从一个未知的概率分布。需要注意的是，虽然p_i是时变的，但是我们假设在进行一轮标签数目估计时，令p_i恒定，因为一轮的估计时间足够短。

设p_min=min{p_i|1≤i≤t}，也即p_min是信道传输成功率的最小值，t为射频标签总个数。那么，设经过c次的同种子多次探测后，第i个射频标签的回复被成功收到的概率为φ_i，则

φ_i=1-(1-p_i)^c≥1-(1-p_min)^c

相加可得： $t\&GreaterEqual;\underset{i=1}{\overset{t}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&phi;}}_i\&GreaterEqual;t(1-{(1-p_{\min })}^c).$

根据估计值处于误差区间的误差阈值β(β>0)的定义，可以得知需要满足以下不等式：t(1-p_min)^c<βt,

因此，可以得到同种子探测轮次数目c需要满足条件：

$c>\frac{\log \mathrm{\&beta;}}{\log (1-p_{\min })}\&ap;\frac{\log \mathrm{\&beta;}}{p_{\min }}.$

一般说来，存在若干阅读器和射频标签，阅读器能够覆盖所有的射频标签，所以逻辑上来说若干阅读器可以等同于一个虚拟阅读器，因此可假设只有一个阅读器和若干标签的情况。阅读器和标签之间的通讯采用问答形式，一般阅读器发送帧长f和随机种子r给所有标签，每个标签计算自己的哈希值h=Hash(f,r,id)，其中id为标签自身的唯一标志符。阅读器开始进行f个时隙的监听，每个标签根据其计算所得的哈希值，在对应的第h个时隙进行回复。如果一个时隙存在1个或者多个标签回复，记为非空时隙，否则记为空时隙。

在本发明的另一个实施例中，令某一次探测结果中的空时隙数目为X_j，其期望是

$E\left[X_j\right]=f\underset{i=1}{\overset{t}{\mathrm{\&Pi;}}}(1-\frac{{\mathrm{\&phi;}}_i}{f})\&ap;{\mathrm{fe}}^{-\mathrm{\&rho;}},$

其中 $\mathrm{\&rho;}=\frac{\underset{i=1}{\overset{t}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&phi;}}_i}{f};$

则经过同种子多轮次探测，服从X_j正态分布，其均值和方差为：

${\mathrm{\&mu;}}_a=f{e}^{-\mathrm{\&rho;}},{\mathrm{\&sigma;}}_a^2={\mathrm{fe}}^{-\mathrm{\&rho;}}(1-(1+\mathrm{\&rho;})e^{-\mathrm{\&rho;}}).$

经过m轮随机种子探测，设

则Y也服从正态分布，其均值为μ_b=μ_a=fe^-ρ，方差为 ${\mathrm{\&sigma;}}_b^2={\mathrm{\&sigma;}}_a^2/m={\mathrm{fe}}^{-\mathrm{\&rho;}}(1-(1+\mathrm{\&rho;})e^{-\mathrm{\&rho;}})/m.$

可见μ_b为一个连续单调函数，必然存在一个反函数，设为g(·)，也即g(μ_b(t))=t，据此得到射频标签的数目估计结果：

$\hat{t}=g\left(Y\right)=-f\log \frac{Y}{f},$

此估计结果满足： $E\left[g\left(Y\right)\right]=t+\frac{e^{\mathrm{\&rho;}}-1-\mathrm{\&rho;}}{2m},\mathrm{Var}\left[g\left(Y\right)\right]=\frac{f(e^{\mathrm{\&rho;}}-1-\mathrm{\&rho;})}{m}={\mathrm{\&sigma;}}_0.$

可见，当m趋近于无穷时，这个估计结果的期望趋近于t。

在本发明的一个实施例中，为了使射频标签数目估计方法的估计结果更加精确，优选地，可以判断估计结果是否满足预先给定的容忍误差阈值，如果满足，则输出估计结果，如果不满足，则需重新启动一轮估计过程，发送随机种子进行多轮次的同种子多次探测，重新进行数目估计。所判断的标准是：

判断是否满足条件：

其中α为指定估计值处于误差区间的概率，0<α<1，一般越接近于1越好，β越接近于0越好。并满足：

另外 $Z_{\mathrm{\&alpha;}}=\sqrt{2}\mathrm{er}{f}^{-1}(2\mathrm{\&alpha;}-1),$ erf为高斯误差函数： $\mathrm{erf}\left(x\right)=\frac{2}{\sqrt{\mathrm{\&pi;}}}{\&Integral;}_0^x{e}^{-t^2\mathrm{dt}}.$

下面以在时变信道下进行射频标签数目估计为例，来详细说明本发明实施例的具体实现过程，见图2：

步骤201：根据当前信道情况，设置最差信道传输成功率。

由于通讯信道是时变的，第i个射频标签的信道成功传输率记为p_i，则一般说来p_i依赖于诸多因素例如最小功率要求，天线增益等，假设p_i服从一个未知的概率分布。需要注意的是，虽然p_i是时变的，但是我们假设在进行一轮标签数目估计时，令p_i恒定，因为一轮的估计时间足够短。

本步骤中，设p_min=min{p_i|1≤i≤t}，也即p_min是信道传输成功率的最小值，t为射频标签总个数。

步骤202：指定估计值处于误差区间的概率和误差阈值。

本步骤中，令α为指定估计值处于误差区间的概率，0<α<1，一般越接近于1越好；β为估计值处于误差区间的误差阈值，β>0，一般越接近于0越好。

则对于估计值

需要满足以下式子：

步骤203：发送随机种子给所有射频标签，接收每个射频标签在其哈希值对应时隙中的回复结果。

一般说来，存在若干阅读器和射频标签，阅读器能够覆盖所有的射频标签，所以逻辑上来说若干阅读器可以等同于一个虚拟阅读器，因此本发明实施例可假设只有一个阅读器和若干标签的情况。阅读器和标签之间的通讯采用问答形式，由阅读器发送帧长f和随机种子r给所有标签，每个标签计算自己的哈希值h=Hash(f,r,id)，其中id为标签自身的唯一标志符。阅读器开始进行f个时隙的监听，每个标签根据其计算所得的哈希值，在对应的第h个时隙进行回复。如果一个时隙存在1个或者多个标签回复，记为非空时隙X，否则记为空时隙，见图3。

步骤204：进行多轮随机种子的同种子多轮次探测，合并探测结果。

为不断降低估计的方差，我们采用多轮随机种子估计的方法，轮次记为m。同时，为了应对信道的不稳定性，我们采用同种子多次探测策略，探测次数记为c，因此整个估计的延迟为f*c*m个时隙。

设经过c次的同种子多次探测后，第i个射频标签的回复被成功收到的概率为φ_i，则

φ_i=1-(1-p_i)^c≥1-(1-p_min)^c

相加可得： $t\&GreaterEqual;\underset{i=1}{\overset{t}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&phi;}}_i\&GreaterEqual;t(1-{(1-p_{\min })}^c).$

根据估计值处于误差区间的误差阈值β(β>0)的定义，可以得知需要满足以下不等式：t(1-p_min)^c<βt,

因此，可以得到同种子探测轮次数目c需要满足条件：

$c>\frac{\log \mathrm{\&beta;}}{\log (1-p_{\min })}\&ap;\frac{\log \mathrm{\&beta;}}{p_{\min }}.$

如图4所示为同种子多次探测示意图，经过一帧f个时隙后，可以得到一次探测结果。如果帧长f和随机种子r不变，进行c次探测，以此应对高度动态变化的信道，然后将多次的探测结果进行合并，合并的原则为按位或，也就是说只要任意一次某个时隙不为空，则合并的结果中该时隙也不为空。然后以同样的方法共进行m轮次的随机种子探测，并以逻辑或的原则合并探测结果。

步骤205：根据探测结果中的空时隙数目，得到射频标签的数目估计结果。

本步骤中，令某一次探测结果中的空时隙数目为X_j，其期望是

$E\left[X_j\right]=f\underset{i=1}{\overset{t}{\mathrm{\&Pi;}}}(1-\frac{{\mathrm{\&phi;}}_i}{f})\&ap;{\mathrm{fe}}^{-\mathrm{\&rho;}},$

其中 $\mathrm{\&rho;}=\frac{\underset{i=1}{\overset{t}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&phi;}}_i}{f};$

则经过同种子多轮次探测，服从X_j正态分布，其均值和方差为：

${\mathrm{\&mu;}}_a=f{e}^{-\mathrm{\&rho;}},{\mathrm{\&sigma;}}_a^2={\mathrm{fe}}^{-\mathrm{\&rho;}}(1-(1+\mathrm{\&rho;})e^{-\mathrm{\&rho;}}).$

经过m轮随机种子探测，设

则Y也服从正态分布，其均值为μ_b=μ_a=fe^-ρ，方差为 ${\mathrm{\&sigma;}}_b^2={\mathrm{\&sigma;}}_a^2/m={\mathrm{fe}}^{-\mathrm{\&rho;}}(1-(1+\mathrm{\&rho;})e^{-\mathrm{\&rho;}})/m.$

可见μ_b为一个连续单调函数，必然存在一个反函数，设为g(·)，也即g(μ_b(t))=t，据此得到射频标签的数目估计结果：

$\hat{t}=g\left(Y\right)=-f\log \frac{Y}{f},$

此估计结果满足： $E\left[g\left(Y\right)\right]=t+\frac{e^{\mathrm{\&rho;}}-1-\mathrm{\&rho;}}{2m},\mathrm{Var}\left[g\left(Y\right)\right]=\frac{f(e^{\mathrm{\&rho;}}-1-\mathrm{\&rho;})}{m}={\mathrm{\&sigma;}}_0.$

可见，当m趋近于无穷时，这个估计结果的期望趋近于t。

步骤206：进行容忍误差阈值判断，当满足容忍误差阈值时，进入步骤207；否则，回到步骤203。

本步骤中，为了使射频标签数目估计方法的估计结果更加精确，需要进行容忍误差阈值判断：判断是否成立。

其中 $Z_{\mathrm{\&alpha;}}=\sqrt{2}\mathrm{er}{f}^{-1}(2\mathrm{\&alpha;}-1),$ erf为高斯误差函数： $\mathrm{erf}\left(x\right)=\frac{2}{\sqrt{\mathrm{\&pi;}}}{\&Integral;}_0^x{e}^{-t^2\mathrm{dt}}.$

步骤207：输出射频标签的数目估计结果

至此，则完成了本发明实施例射频标签的数目估计方法的全过程。

本发明一个实施例还提供一种射频标签的数目估计系统，参见图5，包括：

信道设置单元501，用于根据当前信道情况，设置最差信道传输成功率；

轮次计算单元502，用于指定估计值处于误差区间的误差阈值，结合所述最差信道传输成功率，计算得到同种子探测轮次数目；

收发单元503，用于发送随机种子给所有射频标签，接收每个射频标签在其哈希值对应时隙中的回复结果，所述哈希值根据随机种子计算得出；

探测合并单元504，用于根据所述同种子探测轮次数目，进行同种子多轮次探测，合并探测结果；

数目估计单元505，用于根据所述探测结果中的空时隙数目，得到射频标签的数目估计结果。

在本发明的一个实施例中，为了不断降低射频标签数目估计的方差，不仅采用同种子多轮次探测的方法来应对信道的不稳定性，优选地，探测合并单元504还可以包括：多轮探测子单元，用于进行多轮随机种子探测。

在本发明的另一个实施例中，在将多次探测的结果进行合并的过程中，优选地，探测合并单元504还可以包括：逻辑合并子单元，用于利用逻辑或合并探测结果。也即只要任意一次某个时隙不为空，则合并结果中该时隙也不为空。

在本发明的一个实施例中，由于通讯信道是时变的，第i个射频标签的信道成功传输率记为p_i，则一般说来p_i依赖于诸多因素例如最小功率要求，天线增益等，假设p_i服从一个未知的概率分布。需要注意的是，虽然p_i是时变的，但是我们假设在进行一轮标签数目估计时，令p_i恒定，因为一轮的估计时间足够短。

优选地，信道设置单元501还用于：设置最差信道传输成功率p_min为：p_min=min{p_i|1≤i≤t}，其中p_i为第i个射频标签信道传输成功率，t为射频标签个数。

轮次计算单元502还用于：指定估计值处于误差区间的误差阈值β(β>0)，结合所述最差信道传输成功率p_min，计算得到同种子探测轮次数目c，公式为：

收发单元503还用于：发送帧长f和随机种子r给所有射频标签，令每个射频标签计算自己的哈希值h=Hash(f,r,id)，并在第h个时隙进行回复，接收所有射频标签的回复结果，其中id为该射频标签自身的唯一标识符。

在本发明的另一个实施例中，优选地，数目估计单元505可以包括：

空时隙子单元，用于令某一次探测结果中的空时隙数目为X_j，其期望是

$E\left[X_j\right]=f\underset{i=1}{\overset{t}{\mathrm{\&Pi;}}}(1-\frac{{\mathrm{\&phi;}}_i}{f})\&ap;{\mathrm{fe}}^{-\mathrm{\&rho;}},$

其中φ_i=1-(1-p_i)^c≥1-(1-p_min)^c，

平均值子单元，用于经过同种子多轮次探测，和m轮随机种子探测，得到每轮随机种子经同种子多轮次探测的平均值，公式为： $Y=\frac{\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{X}_j}{m},$ 其均值为μ_b=fe^-ρ，方差为 ${\mathrm{\&sigma;}}_b^2={\mathrm{fe}}^{-\mathrm{\&sigma;}}(1-(1+\mathrm{\&rho;})e^{-\mathrm{\&rho;}})/m,$

估计子单元，用于得到射频标签的数目估计结果，公式为：

$\hat{t}=g\left(Y\right)=-f\log \frac{Y}{f},$

其中g(·)为μ_b的反函数， $E\left[g\left(Y\right)\right]=t+\frac{e^{\mathrm{\&rho;}}-1-\mathrm{\&rho;}}{2m},$ $\mathrm{Var}\left[g\left(Y\right)\right]=\frac{f(e^{\mathrm{\&rho;}}-1-\mathrm{\&rho;})}{m}={\mathrm{\&sigma;}}_0.$

可见，当m趋近于无穷时，这个估计结果的期望趋近于t。

在本发明的一个实施例中，为了使射频标签数目估计方法的估计结果更加精确，优选地，系统还可以包括：

判断单元，与数目估计单元505相连，用于判断是否满足公式： $Z_{\mathrm{\&alpha;}}\sqrt{{\mathrm{\&sigma;}}_0}\&le;\frac{\mathrm{\&beta;}\hat{t}}{2},$

其中α为指定估计值处于误差区间的概率，0<α<1， $Z_{\mathrm{\&alpha;}}=\sqrt{2}\mathrm{er}{f}^{-1}(2\mathrm{\&alpha;}-1),$ erf为高斯误差函数： $\mathrm{erf}\left(x\right)=\frac{2}{\sqrt{\mathrm{\&pi;}}}{\&Integral;}_0^x{e}^{-t^2\mathrm{dt}};$

当满足上述条件时，输出所述射频标签的数目估计结果

当不满足时，重新发送随机种子，进行射频标签的数目估计。

可见，本发明实施例具有如下有益效果：

在本发明实施例提供的一种射频标签的数目估计方法和系统中，考虑了通讯信道的时变特性，能够在不稳定的时变信道条件下，利用最小的信道质量信息，来对目标区域的射频标签数目进行估计，本发明实施例构造了一种健壮的、能够准确估计射频标签数目的方法。

本发明实施例无需知道信道的具体一阶和二阶响应，利用了最少的信道质量相关信息，得到了射频标签的数目估计结果，并能够使得该结果满足预先给定的容忍误差阈值。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种射频标签的数目估计方法，其特征在于，包括：

根据当前信道情况，设置最差信道传输成功率；

指定估计值处于误差区间的误差阈值，结合所述最差信道传输成功率，计算得到同种子探测轮次数目；

发送随机种子给所有射频标签，接收每个射频标签在其哈希值对应时隙中的回复结果，所述哈希值根据随机种子计算得出；

根据所述同种子探测轮次数目，进行同种子多轮次探测，合并探测结果；

根据所述探测结果中的空时隙数目，得到射频标签的数目估计结果。

2.根据权利要求1所述的射频标签的数目估计方法，其特征在于，在所述利用随机种子进行同种子多轮次探测之后，所述合并探测结果之前，还包括：

进行多轮随机种子探测。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的射频标签的数目估计方法，其特征在于，所述合并探测结果包括：

利用逻辑或合并探测结果。

4.根据权利要求2所述的射频标签的数目估计方法，其特征在于：

所述根据当前信道情况，设置最差信道传输成功率包括：令p_min=min{p_i|1≤i≤t}，其中p_min为最差信道传输成功率，p_i为第i个射频标签信道传输成功率，t为射频标签个数；

所述指定估计值处于误差区间的误差阈值，结合所述最差信道传输成功率，计算得到同种子探测轮次数目包括：

指定估计值处于误差区间的误差阈值β(β>0)，结合所述最差信道传输成功率p_min，计算得到同种子探测轮次数目c，满足：

$c>\frac{\log \mathrm{\&beta;}}{\log (1-p_{\min })}\&ap;\frac{\log \mathrm{\&beta;}}{p_{\min }};$

所述发送随机种子给所有射频标签，接收每个射频标签在其哈希值对应时隙中的回复结果包括：

发送帧长f和随机种子r给所有射频标签，令每个射频标签计算自己的哈希值h=Hash(f,r,id)，并在第h个时隙进行回复，接收所有射频标签的回复结果，其中id为该射频标签自身的唯一标识符；

所述根据所述探测结果中的空时隙数目，得到射频标签的数目估计结果包括：

令某一次探测结果中的空时隙数目为X_j，其期望是

$E\left[X_j\right]=f\underset{i=1}{\overset{t}{\mathrm{\&Pi;}}}(1-\frac{{\mathrm{\&phi;}}_i}{f})\&ap;{\mathrm{fe}}^{-\mathrm{\&rho;}},$

其中φ_i=1-(1-p_i)^c≥1-(1-p_min)^c，

经过同种子多轮次探测，和m轮随机种子探测，得到每轮随机种子经同种子多轮次探测的平均值：

其均值为μ_b=fe^-ρ，方差为 ${\mathrm{\&sigma;}}_b^2={\mathrm{fe}}^{-\mathrm{\&sigma;}}(1-(1+\mathrm{\&rho;})e^{-\mathrm{\&rho;}})/m,$

据此得到射频标签的数目估计结果：

$\hat{t}=g\left(Y\right)=-f\log \frac{Y}{f},$

其中g(·)为μ_b的反函数， $E\left[g\left(Y\right)\right]=t+\frac{e^{\mathrm{\&rho;}}-1-\mathrm{\&rho;}}{2m},$ $\mathrm{Var}\left[g\left(Y\right)\right]=\frac{f(e^{\mathrm{\&rho;}}-1-\mathrm{\&rho;})}{m}={\mathrm{\&sigma;}}_0.$

5.根据权利要求4所述的射频标签的数目估计方法，其特征在于，所述方法还包括：

判断是否满足条件：

其中α为指定估计值处于误差区间的概率，0<α<1， $Z_{\mathrm{\&alpha;}}=\sqrt{2}\mathrm{er}{f}^{-1}(2\mathrm{\&alpha;}-1),$ erf为高斯误差函数： $\mathrm{erf}\left(x\right)=\frac{2}{\sqrt{\mathrm{\&pi;}}}{\&Integral;}_0^x{e}^{-t^2\mathrm{dt}};$

当满足上述条件时，输出所述射频标签的数目估计结果当不满足时，重新发送随机种子，进行射频标签的数目估计。

6.一种射频标签的数目估计系统，其特征在于，包括：顺序相连的信道设置单元、轮次计算单元、收发单元、探测合并单元和数目估计单元，其中：

信道设置单元，用于根据当前信道情况，设置最差信道传输成功率；

轮次计算单元，用于指定估计值处于误差区间的误差阈值，结合所述最差信道传输成功率，计算得到同种子探测轮次数目；

收发单元，用于发送随机种子给所有射频标签，接收每个射频标签在其哈希值对应时隙中的回复结果，所述哈希值根据随机种子计算得出；

探测合并单元，用于根据所述同种子探测轮次数目，进行同种子多轮次探测，合并探测结果；

数目估计单元，用于根据所述探测结果中的空时隙数目，得到射频标签的数目估计结果。

7.根据权利要求6所述的射频标签的数目估计系统，其特征在于：

所述探测合并单元还包括：多轮探测子单元，用于进行多轮随机种子探测。

8.根据权利要求6或7中任一项所述的射频标签的数目估计系统，其特征在于：

所述探测合并单元还包括：逻辑合并子单元，用于利用逻辑或合并探测结果。

9.根据权利要求7所述的射频标签的数目估计系统，其特征在于：

所述信道设置单元还用于：设置最差信道传输成功率p_min为：p_min=min{p_i|1≤i≤t}，其中p_i为第i个射频标签信道传输成功率，t为射频标签个数；

所述轮次计算单元还用于：指定估计值处于误差区间的误差阈值β(β>0)，结合所述最差信道传输成功率p_min，计算得到同种子探测轮次数目c，公式为：

$c>\frac{\log \mathrm{\&beta;}}{\log (1-p_{\min })}\&ap;\frac{\log \mathrm{\&beta;}}{p_{\min }};$

所述收发单元还用于：发送帧长f和随机种子r给所有射频标签，令每个射频标签计算自己的哈希值h=Hash(f,r,id)，并在第h个时隙进行回复，接收所有射频标签的回复结果，其中id为该射频标签自身的唯一标识符；

所述数目估计单元包括：

空时隙子单元，用于令某一次探测结果中的空时隙数目为X_j，其期望是

$E\left[X_j\right]=f\underset{i=1}{\overset{t}{\mathrm{\&Pi;}}}(1-\frac{{\mathrm{\&phi;}}_i}{f})\&ap;{\mathrm{fe}}^{-\mathrm{\&rho;}},$

其中φ_i=1-(1-p_i)^c≥1-(1-p_min)^c，

平均值子单元，用于经过同种子多轮次探测，和m轮随机种子探测，得到每轮随机种子经同种子多轮次探测的平均值，公式为： $Y=\frac{\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{X}_j}{m},$ 其均值为μ_b=fe^-ρ，方差为 ${\mathrm{\&sigma;}}_b^2={\mathrm{fe}}^{-\mathrm{\&sigma;}}(1-(1+\mathrm{\&rho;})e^{-\mathrm{\&rho;}})/m,$

估计子单元，用于得到射频标签的数目估计结果，公式为：

$\hat{t}=g\left(Y\right)=-f\log \frac{Y}{f},$

其中g(·)为μ_b的反函数， $E\left[g\left(Y\right)\right]=t+\frac{e^{\mathrm{\&rho;}}-1-\mathrm{\&rho;}}{2m},$ $\mathrm{Var}\left[g\left(Y\right)\right]=\frac{f(e^{\mathrm{\&rho;}}-1-\mathrm{\&rho;})}{m}={\mathrm{\&sigma;}}_0.$

10.根据权利要求9所述的射频标签的数目估计系统，其特征在于，所述系统还包括：

判断单元，与所述数目估计单元相连，用于判断是否满足公式： $Z_{\mathrm{\&alpha;}}\sqrt{{\mathrm{\&sigma;}}_0}\&le;\frac{\mathrm{\&beta;}\hat{t}}{2},$

其中α为指定估计值处于误差区间的概率，0<α<1， $Z_{\mathrm{\&alpha;}}=\sqrt{2}\mathrm{er}{f}^{-1}(2\mathrm{\&alpha;}-1),$ erf为高斯误差函数： $\mathrm{erf}\left(x\right)=\frac{2}{\sqrt{\mathrm{\&pi;}}}{\&Integral;}_0^x{e}^{-t^2\mathrm{dt}};$

当满足上述条件时，输出所述射频标签的数目估计结果

当不满足时，重新发送随机种子，进行射频标签的数目估计。

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