一种射频识别标签总数的估算方法和系统.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103544459 A (43)申请公布日 2014.01.29 CN 103544459 A (21)申请号 201310513642.7 (22)申请日 2013.10.25 G06K 7/00(2006.01) (71)申请人 上海交通大学 地址 200240 上海市闵行区东川路 800 号 (72)发明人 蒋文超 朱燕民 (74)专利代理机构 上海思微知识产权代理事务 所 ( 普通合伙 ) 31237 代理人 郑玮 (54) 发明名称 一种射频识别标签总数的估算方法和系统 (57) 摘要 本发明公开了一种射频识别标签总数的估算 方法， 包括如下步骤 ： 步骤一。

2、， 建立回复向量与标 签总数的关系 ； 步骤二， 执行 RFID 阅读协议， 记录 回复向量 ； 步骤三， 根据回复向量， 对建立的回复 向量与标签总数的关系， 利用最优化的方法获得 产生给定的回复向量最有可能的标签总数， 本发 明通过建立 RFID 标签数目估算的统一框架， 将 r 个回复向量一起作为输入考虑， 实现了快速准确 地估算 RFID 标签的总数的目的， 并进一步提高了 射频识别标签总数估算的准确性。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图4页 (10)申。

3、请公布号 CN 103544459 A CN 103544459 A 1/1 页 2 1. 一种射频识别标签总数的估算方法， 包括如下步骤 ： 步骤一， 建立回复向量与标签总数的关系 ； 步骤二， 执行 RFID 阅读协议， 记录回复向量 ； 步骤三， 根据回复向量， 对建立的回复向量与标签总数的关系， 利用最优化的方法获得 产生给定的回复向量最有可能的标签总数。 2. 如权利要求 1 所述的一种射频识别标签总数的估算方法， 其特征在于， 于步骤三后， 还包括如下步骤 ： 重复步骤一至步骤三多次， 取各次所得估算的标签总数的平均值作为最 终的估算值。 3. 如权利要求 2 所述的一种射频识别标。

4、签总数的估算方法， 其特征在于， 于步骤一中， 建立回复向量与标签总数的关系如下 ： 其中， f1,f2,.,fr为 r 个输入的回复向量， n 为真实的标签数目， Pr(A|B) 表示已知 B 发生后 A 的条件概率， PrA 表示 A 的先验概率。 4. 如权利要求 3 所述的一种射频识别标签总数的估算方法， 其特征在于 ： 于步骤三中， 根据回复向量利用二分搜索找到使 Prn|f1f2.fr 最大化的 n 作为估算值。 5. 如权利要求 2 所述的一种射频识别标签总数的估算方法， 其特征在于 ： 于步骤一之 后， 还包括根据给定的精度要求， 计算出重复步骤一至步骤三次数的上限。 权 利 。

5、要 求 书 CN 103544459 A 2 1/4 页 3 一种射频识别标签总数的估算方法和系统 技术领域 0001 本发明涉及一种射频识别标签总数估算方法和系统， 特别是涉及一种能够统一 的、 具有一般性的快速估算射频识别标签 （RFID标签） 数目的射频识别标签总数的估算方法 和系统方法和系统。 背景技术 0002 射频识别 (RFID) 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。

6、。一些最近的研究包括在利用压缩感知的方法在物理层上寻找丢失的 RFID 标 签， 快速的 RFID 标签组分类等。RFID 标签相比传统的条形码有着功能更强大， 不需要机械 或光学接触等优点。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。 0003 在最近的 RFID 系统研究中， 一个基本而热门的问题是得到 RFID 标签的总数。在 这个问题上， 传统的 RFID 防冲突识别算法可以在小规模范围时解决此问题。但是其在大规 模 RFID 系统中表现出性能上的缺陷。 0004 于是研究者们提出了 RFID 标签数目的。

7、估算问题。RFID 标签数目的估算算法能够 达到相对于 RFID 标签识别算法高得多的时间效率， 同时能够达到一定的估算精度要求。这 个精度要求可以用含参数 (,) 的概率来表示。其中 n 是真实的 标签数目， 是估算的标签总数。(,) 由用户根据需要自己设定。 0005 大多数现有的 RFID 估算方法是根据 RFID 回复向量 (response vector) 中的模 式 (pattern) 来估算标签总数。这些算法所应用的 RFID 系统大都基于 EPC C1G2 协议。依 照此协议， 在每个帧开始前， RFID 阅读器向标签广播一个询问信号 （Request） ， 并包含帧长 度 （。

8、一个帧中时隙 (slot) 个数） 。收到信号的标签随机 （可以是各种分布的随机数） 选择一 个时隙 r， 在该时隙回复阅读器。标签的回复构成一个回复向量， 这个向量是一个空白时 隙和非空白时隙构成的序列。这个向量有一些模式， 如空白时隙个数， 第一个非空时隙位 置， 非空时隙的平均长度等。这些模式和 RFID 标签总数之间有一定的概率联系。于是根 据观察到的模式就可以反推出 RFID 标签总数。如， 发表于 2006 年 MOBICOM 的 Fast and reliable estimation schemes in RFID systems 提出基于空白时隙总数， 通过概率的方 式进行R。

9、FID标签总数的估算 （Probabilistic Zero Estimator,PZE) ； 发表于INFOCOM2010 的 Counting RFID tags efficiently and anonymously 是通过首个非空时隙的位置 (First Non-Empty Based,FNEB) 估算标签总数的 ； 发表于 PERCOM2008 的 Cardinality estimation for large-scale rfid systems 提出 LoF 算法， 它利用了几何分布的回复 向量中第一个空时隙的位置估算标签总数 ； 发表于 ICASSP2012 的 Energy。

10、 efficient algorithms for the rfid estimation problem 根据回复向量中非空时隙的个数， 利用 最大化后验概率 (Maximum Likelihood Estimation Algorithm,MLEA) 的方法寻找标签 说 明 书 CN 103544459 A 3 2/4 页 4 总数的估算值 ； 最近的研究是发表于 2012 年 MOBICOM 的 Every bit counts:fast and scalable RFID estiamtion ， 他们利用非空时隙的平均长度达到了比之前的估算算法更 高的精度。 同时， 通过给出估算算法。

11、执行的轮数和估算精度的关系来保证估算的可靠性， 图 1 显示了 RFID 标签估算问题本质上是从标签回复向量到正整数估算值的映射， 不同的估算 方法有不同的映射方式。 0006 但是， 寻找某个特定的模式的方法有时并不能达到很好的效果。比如寻找首个非 空时隙的位置就忽略了回复向量中后面的那些时隙。 回复向量中空白时隙的个数这个模式 就不能拓展到以几何分布的回复向量。因此， 本发明希望能为 RFID 标签估算找到一个统一 的框架， 将整个回复向量 （而不是其上的某个模式） 作为输入， 试图找到最有可能的标签总 数， 作为估算结果， 同时， 本发明不依赖于对回复向量概率分布的任何假设， 使之能够扩。

12、展 到以几何分布的回复向量中， 最后本发明将若干个回复向量 （而非一个） 一起作为输入， 达 到了更好的效果。 发明内容 0007 为克服上述现有技术存在的不足， 本发明之目的在于提供一种射频识别标签总数 的估算方法及系统， 其通过建立 RFID 标签数目估算的统一框架， 并能够扩展到任意分布的 标签回复向量， 通过将 r （r1） 个回复向量一起作为输入考虑， 实现了快速准确地估算 RFID 标签的总数的目的， 并进一步提高了射频识别标签总数估算的准确性。 0008 为达上述及其它目的， 本发明提出一种射频识别标签总数的估算方法， 包括如下 步骤 ： 0009 步骤一， 建立回复向量与标签总。

13、数的关系 ； 0010 步骤二， 执行 RFID 阅读协议， 记录回复向量 ； 0011 步骤三， 根据回复向量， 对建立的回复向量与标签总数的关系， 利用最优化的方法 获得产生给定的回复向量最有可能的标签总数。 0012 进一步地， 于步骤三后， 还包括如下步骤 ： 重复步骤一至步骤三多次， 取各次所得 估算的标签总数的平均值作为最终的估算值。 0013 进一步地， 于步骤一中， 建立回复向量与标签总数的关系如下 ： 0014 0015 其中， f1,f2,.,fr为 r 个输入的回复向量， n 为真实的标签数目， Pr(A|B) 表示已 知 B 发生后 A 的条件概率， PrA 表示 A 。

14、的先验概率。 0016 进一步地， 于步骤三中， 根据回复向量利用二分搜索找到使 Prn|f1f2.fr 最大 化的 n 作为估算值。 0017 进一步地， 于步骤一之后， 还包括根据给定的精度要求， 计算出重复步骤一至步骤 三次数的上限。 0018 与现有技术相比， 本发明一种射频识别标签总数的估算方法通过建立 RFID 标签 数目估算的统一框架， 并扩展到任意分布的标签回复向量， 将 r（r1） 个回复向量一起作为 输入考虑， 实现了快速准确地估算 RFID 标签的总数的目的， 并进一步提高了射频识别标签 总数估算的准确性。 说 明 书 CN 103544459 A 4 3/4 页 5 附。

15、图说明 0019 图 1 显示了 RFID 标签估算问题本质上是从标签回复向量到正整数估算值的映 射 ； 0020 图 2 为本发明一种射频识别标签 （RFID） 总数的估算方法的步骤流程图 ； 0021 图 3 为本发明一种射频识别标签总数的估算方法之较佳实施例的细部流程图 ； 0022 图 4 为当回复向量为均匀分布时， 本发明 （Unified） 与之前的算法的比较示意图 ； 0023 图 5 为 当 分 布 为 非 均 匀 的， 特 别 的， 当 回 复 向 量 为 几 何 分 布 时， 本 发 明 (GeoUnified， r=1 ； EgeoUnified， r1) 与前人的 Lo。

16、F 算法比较示意图。 具体实施方式 0024 以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式， 本领域技术人员可 由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。 本发明亦可通过其它不同 的具体实例加以施行或应用， 本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用， 在不背离 本发明的精神下进行各种修饰与变更。 0025 图 2 为本发明一种射频识别标签 （RFID） 总数的估算方法的步骤流程图。如图 2 所 示， 本发明一种射频识别标签总数的估算方法， 包括如下步骤 ： 0026 步骤 201， 对于 r 个输入的 RFID 标签回复向量， 建立这些向量与 RFID 标签总数的 关系。

17、 Prn|f1f2.fr， 即找出 Prn|f1f2.fr 的具体形式。 0027 假 设 r 个 输 入 的 回 复 向 量 为 f1,f2,.,fr， 对 于 每 一 个 回 复 向 量 f， 有 输入多个回复向量则是其中 n 是真 实的标签数目， 是估算的标签总数。根据 Bayes（贝叶斯） 公式， 则有 0028 0029 其中， Pr(A|B) 是已知 B 发生后 A 的条件概率， Prn 是标签数目的先验概率。 0030 由于每次试验在 n 已知的情况下是独立的， 即同时 Prf1f2.fr 与标签数目 n 无关， 可以视为常数， Prn 是标签数目的先验概率， 对任意的 n 都相。

18、同。所以， 最大化 Prn|f1f2.fr 就等价于最大化 Prf1f2.fr|n。 0031 对于不同分布的回复向量， Prf|n 是不同的。例如 ： 0032 在回复向量均匀分布时， 有 ：其中 k 为回复向量 上非空时隙的个数 ； 0033 当回复向量为其他分布时， Prf|n 的形式和非空时隙的位置也有关系， 但仍然是 标签数目 n 的函数。将整个回复向量作为输入， 这样就为不同分布的回复向量建立了统一 的标签总数估算模型。 0034 步骤 202， 执行 RFID 阅读协议， 记录回复向量。 说 明 书 CN 103544459 A 5 4/4 页 6 0035 步骤 203， 根据。

19、回复向量， 对建立的回复向量与标签总数的关系利用最优化的方法 找到产生给定的回复向量最有可能的标签总数， 即找到 Prn|f1f2.fr 的最值。 0036 较佳的， 为获得更高的精度， 重复步骤 201 至步骤 203 多次， 取各次所得标签总数 的平均值作为最终的估算值。 0037 图 3 为本发明一种射频识别标签总数的估算方法之较佳实施例的细部流程图。以 下将通过一具体实施例来进一步说明本发明。如图 3 所示， 本发明之射频识别标签总数的 估算方法， 包括如下步骤 ： 0038 （1） 建立回复向量与标签总数的关系 Prn|f1f2.fr。 0039 （2） 根据给定的精度要求 (,)，。

20、 计算出算法执行轮数的上限 R。 0040 （3） 执行 RFID 阅读协议 R 次， 每次记录下回复向量。 0041 （4） 根据回复向量利用二分搜索找到使 Prn|f1f2.fr 最大化的 n 作为估算值。 0042 （5） 对 R 次的估算值取平均作为最终的估算值。 0043 图 4 及图 5 为本发明之仿真实验结果图。图 4 显示了当回复向量为均匀分布时， 本发明 （Unified） 与之前的算法的比较。图中越接近真实标签数目越好。可以看到， 相比 于其他的方法， 本发明能达到更好的效果。图 5 显示了当分布为非均匀的， 特别的， 当回复 向量为几何分布时， 本发明 (GeoUnifi。

21、ed， r=1 ； EgeoUnified， r1) 与前人的 LoF 算法比较。 不难发现， 本发明更接近真实值， 且误差波动也小。进一步， 本发明将多个回复向量一起作 为输入(r=20)， 找出同时满足这多个回复向量的最可能标签数目。 实验证明， 本发明优于之 前的方法， 说明将多个回复向量一起考虑能提高估算精度。 0044 综上所述， 本发明一种射频识别标签总数的估算方法通过建立 RFID 标签数目估 算的统一框架， 并扩展到任意分布的标签回复向量， 将 r（r1） 个回复向量一起作为输入考 虑， 实现了快速准确地估算 RFID 标签的总数的目的， 并进一步提高了射频识别标签总数估 算的。

22、准确性。 0045 与现有技术相比， 本发明具有如下优点 ： 0046 （1） 本发明是基于整个回复向量而非特定的模式， 故能比现有的基于特定模式的 估算方法达到更好的效果。 0047 （2） 本发明能够拓展到回复向量为各种分布 （比如几何分布） 的情形， 现有的方法 大多基于回复向量为均匀分布的假设。 0048 （3） 本发明可以将多个回复向量一起考虑， 比单独考虑每个回复向量再取均值的 方法有更好的效果。 0049 本发明适用于任意一个静态的射频标签网， 通过仿真实验的实验结果证明了本发 明的可靠性和优越性。 0050 上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效， 而非用于限制本发明。任何本 领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下， 对上述实施例进行修饰与改变。 因此， 本发明的权利保护范围， 应如权利要求书所列。 说 明 书 CN 103544459 A 6 1/4 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103544459 A 7 2/4 页 8 图 3 说 明 书 附 图 CN 103544459 A 8 3/4 页 9 图 4 说 明 书 附 图 CN 103544459 A 9 4/4 页 10 图 5 说 明 书 附 图 CN 103544459 A 10 。