CN113453181A - 需传输数据的反向散射节点识别的方法、装置及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种需要传输数据的反向散射节点识别的方法、装置及存储介质，所述方法包括：当空时隙的占比超过阈值时，计算出所述需要传输数据的反向散射节点的第一估计值，第一估计值是所述需要传输数据的反向散射节点的总数的第一整数倍，其中所述阈值接近于1；将第一估计值的临时标识散列到第二估计值的桶中，每个桶对应于一个时隙，其中第二估计值是所述需要传输数据的反向散射节点的总数的第二整数倍，并且第一整数是第二整数的倍数；如果第一临时标识被散列到第一编号的桶中，则与第一标识对应的反相散射节点在第一编号的时隙中传输数据；在每个时隙中检测能量；如果在时隙中没有检测到能量，则清除被散列到与所述时隙对应的桶的所有临时标识；以及对于剩余的所有临时标识，通过接收若干符号并进行解码，以确定与所述需要传输数据的反向散射节点对应的所有临时标识。

Description

需传输数据的反向散射节点识别的方法、装置及存储介质

技术领域

本发明涉及通信领域，更具体地，涉及一种反向散射节点识别的方法、装置及存储介质。

背景技术

随着物联网的蓬勃发展，许多新兴的应用领域，例如运动分析、交互式游戏和移动医疗保健等，其中都嵌入了各种物联网传感器。传统的无线传感技术需要消耗较高的功率，然而，对于新型的超低功率传感器设备而言，其中存在的一个严重问题是能量预算非常低，尽管设计者已经将各种功耗设计的非常高效，但执行很多任务时会产生巨大的能耗。

反向散射是指将波、粒子、信号等从来的方向散射回去，它是一种超低功耗可替代有源无线电的通信方式。反向散射网络有望为那些互连的移动节点提供高吞吐量和稳定的通信平台。

然而，反向散射面临的主要问题是反向散射通信既不可靠也不有效。由于后端节点无法相互感知，因此往往会受到碰撞传输的影响。通常，主要依靠阅读器来进行媒介访问。然而，阅读器事先并不知道哪些节点需要传输数据。因此，在现有的反向散射协议中，在传输数据前需要经过一个由阅读器进行识别的阶段，这消耗了大部分的通信时间。例如，阅读器可以将时间划分为多个时隙，想要传输的节点选择一个随机的临时ID并把它放在一个随机的时隙里。由于节点无法相互感知，其中一些节点可能会选择相同的时隙，从而导致发生碰撞。为了提高可靠性，需要消除碰撞。但是，要消除碰撞就必须有相当大的时隙总数，这无疑产生了许多空时隙，使得效率降低。

发明内容

本申请的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别是提供了一种需要传输数据的反向散射节点识别的方法，所述方法包括：当空时隙的占比超过阈值时，计算出所述需要传输数据的反向散射节点的第一估计值，第一估计值是所述需要传输数据的反向散射节点的总数的第一整数倍，其中所述阈值接近于1；将第一估计值的临时标识散列到第二估计值的桶中，每个桶对应于一个时隙，其中第二估计值是所述需要传输数据的反向散射节点的总数的第二整数倍，并且第一整数是第二整数的倍数；如果第一临时标识被散列到第一编号的桶中，则与第一标识对应的反相散射节点在第一编号的时隙中传输数据；在每个时隙中检测能量；如果在时隙中没有检测到能量，则清除被散列到与所述时隙对应的桶的所有临时标识；以及对于剩余的所有临时标识，通过接收若干符号并进行解码，以确定与所述需要传输数据的反向散射节点对应的所有临时标识。

进一步地，通过构建矩阵进行计算来对接收到的符号进行解码；并且其中所述矩阵的行表示每个时隙，所述矩阵的列表示每个反向散射节点，当反向散射节点需要在某个时隙中需要传输数据时，所述矩阵中的对应元素是1，否则是0

进一步地，当清除被散列到与所述时隙对应的桶的所有临时标识时，与所述临时标识对应的反向散射节点在所述矩阵中对应的列被删除。

根据本公开的另一方面，提供了一种需要传输数据的反向散射节点识别的装置，所述装置包括：存储器；以及处理器，所述处理器被配置为：当空时隙的占比超过阈值时，计算出所述需要传输数据的反向散射节点的第一估计值，第一估计值是所述需要传输数据的反向散射节点的总数的第一整数倍，其中所述阈值接近于1；将第一估计值的临时标识散列到第二估计值的桶中，每个桶对应于一个时隙，其中第二估计值是所述需要传输数据的反向散射节点的总数的第二整数倍，并且第一整数是第二整数的倍数；如果第一临时标识被散列到第一编号的桶中，则与第一标识对应的反相散射节点在第一编号的时隙中传输数据；在每个时隙中检测能量；如果在时隙中没有检测到能量，则清除被散列到与所述时隙对应的桶的所有临时标识；以及对于剩余的所有临时标识，通过接收若干符号并进行解码，以确定与所述需要传输数据的反向散射节点对应的所有临时标识。

进一步地，所述处理器还被配置为：通过构建矩阵进行计算来对接收到的符号进行解码；并且其中所述矩阵的行表示每个时隙，所述矩阵的列表示每个反向散射节点，当反向散射节点需要在某个时隙中需要传输数据时，所述矩阵中的对应元素是1，否则是0。

进一步地，所述处理器还被配置为：当清除被散列到与所述时隙对应的桶的所有临时标识时，与所述临时标识对应的反向散射节点在所述矩阵中对应的列被删除。

根据本公开的另一方面，提供了一种非暂时性存储介质，其上存储有指令，所述指令被计算装置的处理器执行时，使所述处理器执行如下所述的操作：当空时隙的占比超过阈值时，计算出所述需要传输数据的反向散射节点的第一估计值，第一估计值是所述需要传输数据的反向散射节点的总数的第一整数倍，其中所述阈值接近于1；将第一估计值的临时标识散列到第二估计值的桶中，每个桶对应于一个时隙，其中第二估计值是所述需要传输数据的反向散射节点的总数的第二整数倍，并且第一整数是第二整数的倍数；如果第一临时标识被散列到第一编号的桶中，则与第一标识对应的反相散射节点在第一编号的时隙中传输数据；在每个时隙中检测能量；如果在时隙中没有检测到能量，则清除被散列到与所述时隙对应的桶的所有临时标识；以及对于剩余的所有临时标识，通过接收若干符号并进行解码，以确定与所述需要传输数据的反向散射节点对应的所有临时标识。

进一步地，所述指令被所述计算装置的处理器执行时，进一步使所述处理器执行如下所述的操作：通过构建矩阵进行计算来对接收到的符号进行解码；并且其中所述矩阵的行表示每个时隙，所述矩阵的列表示每个反向散射节点，当反向散射节点需要在某个时隙中需要传输数据时，所述矩阵中的对应元素是1，否则是0。

进一步地，所述指令被所述计算装置的处理器执行时，进一步使所述处理器执行如下所述的操作：当清除被散列到与所述时隙对应的桶的所有临时标识时，与所述临时标识对应的反向散射节点在所述矩阵中对应的列被删除。

通过采用上述需要传输数据的反向散射节点识别的方法、装置及存储介质，可以有效地确定需要传输数据的反向散射节点，从而有效地消除碰撞，提高反向散射通信的效率。

附图说明

图1示出了根据本公开的实施例的将多个临时标识散射到多个桶的示意图。

具体实施方式

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

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如前所述，本申请所要解决的技术问题是，对于包含N个节点的反向散射网络，如果其中只有K个节点需要传输数据(K<<N)，如何将这K个节点识别出来。

本申请中的技术方案的原理如下：

构建一个二进制向量X_N×1，其中每个元素X_i与具有ID为i的反向散射节点相对应，如果节点i需要传输数据，则X_i＝1。我们需要估计X的值。假设M是每个节点在阅读器终止读取进程之前所传输的二进制字符串的长度，则可以构建M×N的随机二元矩阵A，其中A的每一列对应于某个节点发送的字符串，并且A的每一行对应于某个时隙。

因此，如果反向散射节点i在时隙j中传输，则A_j,i＝1，并且读取器接收到M符号的向量y可以写成：y＝A_M×NX_N×1(公式1)。由于X是稀疏的，由压缩感知理论可知，只需要给出几个符号，就可以高效地以较高的精度来估计x的值。

但上述过程忽略了反向散射节点的信道。由于反向散射节点在一个窄带(≤640KHz)内传输，因此信道可以建模为单个复数(即单个抽头信道)，将所有信道合并，公式1可以写成：

其中，H_N×N是对角线信道矩阵，H_i,i＝h_i是第i个节点的复信道系数。由于向量Z＝HX是稀疏的，并且其中只有K个非零项，这同样是一个压缩感知问题。因此，可以采用压缩感知算法来估计稀疏向量Z＝HX，其中z_i＝h_i。如果节点i有数据，则z_i＝1，否则z_i＝0。

然而，利用压缩感知算法来对上述公式进行计算的复杂度仍然过高，本申请中将通过如下的方法，将上述压缩感知问题转化为另一等效的压缩感知问题，同时计算的复杂度将大为降低。

具体地，本申请中的技术方案可以基于以下方法步骤来实现：

在第一步骤中，估计K的值。

在本申请中，采用如下方式来快速估计需要传输数据的反向散射节点的数目。将某个时间段划分为与某个比特的传输相对应的时隙，即一个无线符号。假设每s个时隙构成一个单独的步骤。到步骤j为止，对于步骤1到步骤j中的时隙，每个具有数据的节点持续发送“1”位的概率是P_j＝2^-j。阅读器只区分两种状态的时隙，“占用”和“空”。在每个步骤中，空时隙的预计数量是s×(1-p_j)^K，并且空时隙的百分比是E_j＝(1-p_j)^K。假定当E_j超过预定阈值时算法终止，此时可以计算出K的估计值

与K的该估计值

对应的j的值是j*。

如果概率p_j很低，时隙就会几乎为空。通过将空时隙的比E_j设置成接近于1的阈值，我们可以得到如下所示的K的相当紧密的估计值

这里，可以根据所需的

与K接近的程度，来设定上述阈值接近于1的程度。

在第二步骤中，缩小压缩传感的规模。

在得到K的估计值

后，问题的规模从节点总数N的值减少到临时ID空间的大小

并且

是K的函数。假设

即，只有a×c×K个临时ID有可能对应于要传输的节点。为了进一步降低对这种稀疏矩阵进行恢复的问题的规模，将这些a×c×K个临时ID散列到c×K个桶中。每个桶将包含a个ID。如图1所示，其中示出了根据本公开的实施例的将多个临时标识散射到多个桶的示意图。通过分配c×K个时隙来表示这些c×K个桶，每个时隙的持续时间是一比特长度。如果临时ID散列到桶j，则与该临时ID对应的需要传输数据的反向散射节点将在时隙j中发送“1”。然后阅读器检查每个时隙中的能量。如果在某个时隙中没有检测到能量，我们将相应的桶表示为空，并且可以清除散列到空桶的临时ID。考虑到只有K个发送节点，最多K个桶是非空的，由于每个桶包含a个ID，在此阶段结束时，最多a×K个临时ID仍然作为候选节点ID。

在第三步骤中，利用压缩感知算法进行解码。

在通过上述缩小压缩传感问题规模的步骤之后，只需要从a×K个临时ID中确定K个临时ID。设A'是M×N随机二元矩阵A的简化版本，它只保留与其中a×K可能的临时ID对应的列。同时，x'和H'是矩阵x和H的类似的简化形式。阅读器只需要再生A'，而不是A，来解决系统y＝A'H'x＝A'z'：

为了解码，阅读器使用压缩传感算法来估计向量z'的元素。在该压缩传感算法中，估计z'是如下所示的优化问题:

Subject to A′z′＝y。

由于问题的空间现在是a×K，而不是N，通过压缩感知理论可知，对于稀疏级别a＝ω(1)，如果A'中的元素是随机生成的二进制数，我们只需要接收大约K log(aK/K)＝K log(a)个符号来对z'进行解码。

由上述描述可见，通过将原来的压缩感知问题转化为另一等效的压缩感知问题，显著地降低了计算的复杂度，从而提高了识别需要传输数据的反向散射节点的效率，并可以进一步地有效消除碰撞，提高反向散射通信的效率。

本申请的实施例还涉及用于识别需要传输数据的反向散射节点的硬件设备。该硬件设备可以是被配置为执行处理流程和/或计算操作的任何类型的机器，其中包含用于控制该硬件设备的处理组件以及存储设备，该存储设备被配置为存储各种类型的数据以支持计算设备的操作。这些数据的示例包括用于在计算设备上操作的任何应用程序或方法的指令、消息、图片、视频等。

本领域普通技术人员还可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其8它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种需要传输数据的反向散射节点识别的方法，所述方法包括：

当空时隙的占比超过阈值时，计算出所述需要传输数据的反向散射节点的第一估计值，第一估计值是所述需要传输数据的反向散射节点的总数的第一整数倍，其中所述阈值接近于1；

将第一估计值的临时标识散列到第二估计值的桶中，每个桶对应于一个时隙，其中第二估计值是所述需要传输数据的反向散射节点的总数的第二整数倍，并且第一整数是第二整数的倍数；

如果第一临时标识被散列到第一编号的桶中，则与第一标识对应的反相散射节点在第一编号的时隙中传输数据；

在每个时隙中检测能量；

如果在时隙中没有检测到能量，则清除被散列到与所述时隙对应的桶的所有临时标识；以及

对于剩余的所有临时标识，通过接收若干符号并进行解码，以确定与所述需要传输数据的反向散射节点对应的所有临时标识。

2.根据权利要求1所述的方法，

其中通过构建矩阵进行计算来对接收到的符号进行解码；并且

其中所述矩阵的行表示每个时隙，所述矩阵的列表示每个反向散射节点，当反向散射节点需要在某个时隙中需要传输数据时，所述矩阵中的对应元素是1，否则是0。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，

当清除被散列到与所述时隙对应的桶的所有临时标识时，与所述临时标识对应的反向散射节点在所述矩阵中对应的列被删除。

4.一种需要传输数据的反向散射节点识别的装置，所述装置包括：

存储器；以及

处理器，所述处理器被配置为：

当空时隙的占比超过阈值时，计算出所述需要传输数据的反向散射节点的第一估计值，第一估计值是所述需要传输数据的反向散射节点的总数的第一整数倍，其中所述阈值接近于1；

将第一估计值的临时标识散列到第二估计值的桶中，每个桶对应于一个时隙，其中第二估计值是所述需要传输数据的反向散射节点的总数的第二整数倍，并且第一整数是第二整数的倍数；

如果第一临时标识被散列到第一编号的桶中，则与第一标识对应的反相散射节点在第一编号的时隙中传输数据；

在每个时隙中检测能量；

如果在时隙中没有检测到能量，则清除被散列到与所述时隙对应的桶的所有临时标识；以及

对于剩余的所有临时标识，通过接收若干符号并进行解码，以确定与所述需要传输数据的反向散射节点对应的所有临时标识。

5.根据权利要求4所述的装置，其中所述处理器还被配置为：

通过构建矩阵进行计算来对接收到的符号进行解码；并且

其中所述矩阵的行表示每个时隙，所述矩阵的列表示每个反向散射节点，当反向散射节点需要在某个时隙中需要传输数据时，所述矩阵中的对应元素是1，否则是0。

6.根据权利要求5所述的装置，其中所述处理器还被配置为：

当清除被散列到与所述时隙对应的桶的所有临时标识时，与所述临时标识对应的反向散射节点在所述矩阵中对应的列被删除。

7.一种非暂时性存储介质，其上存储有指令，所述指令被计算装置的处理器执行时，使所述处理器执行如下所述的操作：

当空时隙的占比超过阈值时，计算出所述需要传输数据的反向散射节点的第一估计值，第一估计值是所述需要传输数据的反向散射节点的总数的第一整数倍，其中所述阈值接近于1；

将第一估计值的临时标识散列到第二估计值的桶中，每个桶对应于一个时隙，其中第二估计值是所述需要传输数据的反向散射节点的总数的第二整数倍，并且第一整数是第二整数的倍数；

如果第一临时标识被散列到第一编号的桶中，则与第一标识对应的反相散射节点在第一编号的时隙中传输数据；

在每个时隙中检测能量；

如果在时隙中没有检测到能量，则清除被散列到与所述时隙对应的桶的所有临时标识；以及

对于剩余的所有临时标识，通过接收若干符号并进行解码，以确定与所述需要传输数据的反向散射节点对应的所有临时标识。

8.根据权利要求7所述的存储介质，其中所述指令被所述计算装置的处理器执行时，进一步使所述处理器执行如下所述的操作：

通过构建矩阵进行计算来对接收到的符号进行解码；并且

其中所述矩阵的行表示每个时隙，所述矩阵的列表示每个反向散射节点，当反向散射节点需要在某个时隙中需要传输数据时，所述矩阵中的对应元素是1，否则是0。

9.根据权利要求8所述的存储介质，其中所述指令被所述计算装置的处理器执行时，进一步使所述处理器执行如下所述的操作：

当清除被散列到与所述时隙对应的桶的所有临时标识时，与所述临时标识对应的反向散射节点在所述矩阵中对应的列被删除。

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