[发明专利]一种射频识别标签总数的估算方法和系统

说明书

技术领域

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

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。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。

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。

于是研究者们提出了RFID标签数目的估算问题。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(ε,δ)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。(ε,δ)由用户根据需要自己设定。

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（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RFID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 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。

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