基于线性插值的射频识别防碰撞标签数估计方法技术

一种基于线性插值的射频识别防碰撞标签数估计方法，包括利用一个固定的帧长度Q的查询命令Query(Q)开启第一帧识别；利用第一帧成功识别的标签数估计初始标签数；从第二帧开始，利用估计的原始标签数减去本帧之前已被成功识别的标签数作为本帧帧长度，如此循环开启新的识别帧，直至完成所有标签的识别；本发明专利技术具有最佳的识别效率，实现全局吞吐量最大化的优点。

Anti collision tag number estimation method for radio frequency identification based on linear interpolation

A radio frequency identification based on linear interpolation anti-collision number estimation method, including the use of a fixed frame length Q query command Query (Q) opened the first frame identification; estimate the initial number of labels using the number of labels the first frame of the successful identification; from the beginning of the second frames, using the estimation of the original label minus the number of the frame before the number of labels has been successfully identified as the frame length, so the cycle to open the new frame until the completion of the identification, identify all tags; the invention has the best recognition efficiency, realize the advantage of global throughput maximization.

【技术实现步骤摘要】
基于线性插值的射频识别防碰撞标签数估计方法
本专利技术属于无线射频识别
，具体涉及一种基于线性插值的射频识别防碰撞标签数估计方法。
技术介绍
动态帧时隙Aloha(DFSA,DynamicFrameSlotAloha)算法在RFID领域得到了广泛的应用,该算法根据剩余标签数动态调整帧长度，与固定帧时隙Aloha算法相比显著提高了识别效率。理论研究和实验均证实，当帧长度与待识别标签数大致相等时，识别效率最高。为了将下一帧的帧长度调整为与剩余标签数大致相等，以获得最佳识别效率，需要对剩余标签进行估计，其缺点在于，初始标签数估计会严重影响标签识别效率，如果估计标签数远大于实际标签数，则后续每帧调整的Q参数将大于实际待识别标签数，导致空闲时隙增加，浪费时隙资源，进而降低识别效率。反之，如果估计标签数远小于实际标签数，则后续帧长调整时Q参数将会小于待识别标签数，导致碰撞概率增加，同样会降低识别效率。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足,本专利技术提供一种基于线性插值的射频识别防碰撞标签数估计方法，根据第一帧有效识别标签数，利用线性插值的方法估计初始标签数，进而获得剩余待识别的标签数，并按照帧长度等于待识别标签数的最优帧识别效率原则自适应动态调整后续识别帧的长度，以达到最佳的识别效率，实现全局吞吐量最大化。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于线性插值的射频识别防碰撞标签数估计方法，其步骤如下：步骤一：利用一个固定的帧长度Q的查询命令Query(Q)开启第一帧识别；步骤二：利用第一帧成功识别的标签数估计初始标签数；步骤三：从第二帧开始，利用估计的原始标签数减去本帧之前已被成功识别的标签数作为本帧帧长度，如此循环开启新的识别帧，直至完成所有标签的识别。所述的步骤一包括：接收到Query(Q)命令后，标签生成随机数ri，假设标签选择时隙的概率服从均匀分布，则标签选择Q个时隙中任意一个时隙的概率为：p＝1/Q(1)有且仅有一个标签选择某个特定时隙ri(i＝1,2,....Q)的概率(即成功识别时隙的概率)为：那么，对于全部n个标签，Q个时隙中有Qe个成功识别时隙的期望值为：所述的步骤二包括：包括基于TPELI的初始标签数估计和“伪解去除”；所述的基于TPELI的初始标签数估计包括如下步骤：1：利用统计得到的有效识别标签数IdN代替Qe，并解方程(3)可以求出初始标签数n的估值设2：利用线性插值法求解式(4)得到x的近似解，并对x取整得到初始标签数的估计值Q>1时式(4)对x连续，如果在大于0的区间存在xl和xu，使得[f(xl)-IdN][f(xu)-IdN]＜0，则必然存在x∈[xl,xu]，使f(x)＝IdN，除最大值以外，每个IdN对应两个解，小于最优值的解定义为nS，大于最优值的定义为nB。所述的“伪解去除”包括：3：利用相似三角形公式，可以得到直线与f(x)＝IdN的交点的估计值经过变形得到4：确定下界xS,l和上界xS,u，对于小于最优值的解xS，f(1)<f(xS)<f(Q)，所以选择xS,l＝1，xS,u＝Q；5：计算估计值，令6：计算并比较函数值，如果[f(xS,l)-IdN]·[f(xS)-IdN]<0，则xS,u＝xS；7:反之，如果[f(xS,u)-IdN]·[f(xS)-IdN]<0，则xS,l＝xS，转第5步；8：终止条件，如果[f(xS,u)-IdN]·[f(xS,l)-IdN]＝0，或者|xS,l-xs,u|<εTh，则迭代终止，其中εTh为迭代终止判断门限，由所需的精度确定；结束迭代后，令得到初始标签数的估计。本专利技术的有益效果：1、根据第一帧有效识别标签数，利用线性插值的方法估计初始标签数，进而获得剩余待识别的标签数，并按照帧长度等于待识别标签数的最优帧识别效率原则，自适应动态调整后续识别帧的长度，以达到最佳的识别效率，实现全局吞吐量最大化，本专利技术提供的方法标签数估计误差小于4％，迭代次数小于10次，优于现有标签估计方法。与目前射频识别领域广泛采用的经典动态帧时隙Aloha算法相比，标签识别全局吞吐量性能提高到了1.5倍以上，最高达3倍，显著提高了批量识别的识别效率，缩短了识别时间，降低了动态环境下标签漏读概率。2、本专利技术提供的标签估计算法具有标签估计精度高、算法迭代次数少、适用于大规模批量识别标签应用环境等优点。3、本专利技术提供的TPELI标签防碰撞方法全局吞吐量性能远高于目前国际标准广泛采用的经典动态帧时隙ALOHA防碰撞方法。附图说明图1为本专利技术所述基于线性插值的射频识别防碰撞标签数估计方法处理流程。图2为本专利技术所述实验和理论计算的识别效率曲线。图3为按照本专利技术所述线性插值方法所实施例的实验结果。图4为按照本专利技术所述基于TPELI算法的初始标签数估计所实施例的实验结果。图5为按照本专利技术所述基于TPELI算法的标签数估计方法所实施例的估计精度实验结果。图6为按照本专利技术所述基于TPELI算法的标签数估计方法所实施例的估计迭代次数实验结果。图7为按照本专利技术所述基于线性插值的射频识别防碰撞标签数估计方法全局吞吐量性能对比实验结果。具体实施方式以下结合附图对本专利技术进一步说明。参照图1所示，一种基于线性插值的射频识别防碰撞标签数估计方法，其步骤如下：步骤一：利用一个固定的帧长度Q的查询命令Query(Q)开启第一帧识别；步骤二：利用第一帧成功识别的标签数估计初始标签数；步骤三：从第二帧开始，利用估计的原始标签数减去本帧之前已被成功识别的标签数作为本帧帧长度，如此循环开启新的识别帧，直至完成所有标签的识别。所述的步骤一包括：接收到Query(Q)命令后，标签生成随机数ri，假设标签选择时隙的概率服从均匀分布，则标签选择Q个时隙中任意一个时隙的概率为：p＝1/Q(1)有且仅有一个标签选择某个特定时隙ri(i＝1,2,....Q)的概率(即成功识别时隙的概率)为：那么，对于全部n个标签，Q个时隙中有Qe个成功识别时隙的期望值为：参照图2给出实验和理论计算的识别效率曲线，标签数从10到3000变化，间隔为10，Q＝1000。实验采用蒙特卡罗方法模拟标签识别过程得到的成功识别标签数IdN与待识别标签数n之间的关系，理论曲线为利用式(3)计算的结果；由图2看出，实验结果与理论值变化趋势是一致的，所以，第一帧识别结束后，利用统计得到的有效识别标签数IdN代替Qe，并解方程(3)可以求出初始标签数n的估值所述的步骤二包括：包括基于TPELI的初始标签数估计和“伪解去除”；所述的基于TPELI的初始标签数估计包括如下步骤：1：由图2看出，实验结果与理论值变化趋势是一致的，所以，第一帧识别结束后，利用统计得到的有效识别标签数IdN代替Qe，并解方程(3)可以求出初始标签数n的估值设2：利用线性插值法求解式(4)得到x的近似解，并对x取整，得到初始标签数的估计值Q>1时式(4)对x连续，如果在大于0的区间存在xl和xu，使得[f(xl)-IdN][f(xu)-IdN]＜0，则必然存在x∈[xl,xu]，使f(x)＝IdN，除最大值以外，每个IdN对应两个解，小于最优值的解定义为nS，大于最优值的定义为nB。所述的“伪解去除”包括：3：利用相似三角形公式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于线性插值的射频识别防碰撞标签数估计方法，其特征在于，步骤如下：步骤一：利用一个固定的帧长度Q的查询命令Query(Q)开启第一帧识别；步骤二：利用第一帧成功识别的标签数估计初始标签数；步骤三：从第二帧开始，利用估计的原始标签数减去本帧之前已被成功识别的标签数作为本帧帧长度，如此循环开启新的识别帧，直至完成所有标签的识别。

【技术特征摘要】
1.一种基于线性插值的射频识别防碰撞标签数估计方法，其特征在于，步骤如下：步骤一：利用一个固定的帧长度Q的查询命令Query(Q)开启第一帧识别；步骤二：利用第一帧成功识别的标签数估计初始标签数；步骤三：从第二帧开始，利用估计的原始标签数减去本帧之前已被成功识别的标签数作为本帧帧长度，如此循环开启新的识别帧，直至完成所有标签的识别。2.根据权利要求1所述的一种基于线性插值的射频识别防碰撞标签数估计方法，其特征在于，所述的步骤一包括：接收到Query(Q)命令后，标签生成随机数ri，假设标签选择时隙的概率服从均匀分布，则标签选择Q个时隙中任意一个时隙的概率为：p＝1/Q(1)有且仅有一个标签选择某个特定时隙ri(i＝1,2,....Q)的概率(即成功识别时隙的概率)为：那么对于全部n个标签，Q个时隙中有Qe个成功识别时隙的期望值为：3.根据权利要求1所述一种基于线性插值的射频识别防碰撞标签数估计方法，其特征在于，所述的步骤二包括：包括基于TPELI的初始标签数估计和“伪解去除”；所述的基于TPELI的初始标签数估计包括如下步骤：1：利用统计得到的有效识别标签数IdN代替Qe，并解方程(3)可以求出初始标签数n的估值设

【专利技术属性】
技术研发人员：王祖良，黄文准，张婷，
申请(专利权)人：西京学院，
类型：发明
国别省市：陕西,61