一种基于无比特率码的反向散射标签分布式速率自适应算法制造技术

本发明专利技术一种基于无比特率码的反向散射标签分布式速率自适应算法，属于反向散射标签分布式速率自适应算法技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种基于无比特率码的反向散射标签分布式速率自适应算法；解决该技术问题采用的技术方案为：包括如下步骤：步骤一：确定协议：控制阅读器向所有反向散射标签发送命令，安排时隙，启动数据传输阶段；每个反向散射标签利用一个随机二进制数发生器返回一个随机位，在每个时隙中，若生成的随机位是“1”，则标签将传输其消息，否则标签保持沉默；重复步骤1.2，直到阅读器发出停止命令；阅读器通过不发送信号来表示时隙的开始或结束，标签自动移动到下一时隙；本发明专利技术应用于反向散射标签。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无比特率码的反向散射标签分布式速率自适应算法
本专利技术一种基于无比特率码的反向散射标签分布式速率自适应算法，属于反向散射标签分布式速率自适应算法

技术介绍
新一代的反向散射标签具有各种传感和计算功能，这些功能使其被广泛应用和研究，而将RFID等反向散射标签嵌入日常物体进行信号传输成为研究超低功率网络的关键，而在部署可靠有效的反向散射网络时面临两个主要问题：一方面，由于反向散射标签不能彼此感知，多标签同时传输信号时易受碰撞冲突的影响，另一方面，传统的反向散射系统中，标签通过顺序传输的方式进行通信，传输比特率没有适配于信道条件，错过了增加吞吐量的机会，或传输超过信道容量导致数据传输出错；因此，设计一种应用于反向散射标签通信的速率适配方案对于反向散射系统的使用至关重要。
技术实现思路
本专利技术为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于无比特率码的反向散射标签分布式速率自适应算法；为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种基于无比特率码的反向散射标签分布式速率自适应算法，包括如下步骤：步骤一：确定协议：1.1：控制阅读器向所有反向散射标签发送命令，安排时隙，启动数据传输阶段；1.2：每个反向散射标签利用一个随机二进制数发生器返回一个随机位，在每个时隙中，若生成的随机位是“1”，则标签将传输其消息，否则标签保持沉默；1.3：重复步骤1.2，直到阅读器发出停止命令；阅读器通过不发送信号来表示时隙的开始或结束，标签自动移动到下一时隙；1.4：控制阅读器接收冲突消息，使用步骤三置信传播算法进行解码；一旦解码完所有标签的消息并且解码后的消息通过CRC校验，则停止发送射频信号，标签停止传输转移到下一时隙；步骤二：进行编码：2.1：对阅读器接收消息的向量值进行计算：所述步骤1.4得到的消息是无比率的，进行传输时，各传输信息将在信道上随机碰撞，阅读器的接收消息的向量值y可表示为：yL×1＝DL×KHK×KbK×1；其中：需要传输信息的标签个数为K，每个标签传输1位消息，向量b表示K个标签传输的K位消息，其中bi∈(0，1)是标签i所对应的传输位；H是对角线矩阵，其对角线元素hi,i表示反向散射标签i所对应的信道，D是二元矩阵，元素dj,i是标签i的第j个随机数，L为总时隙数；若每个标签传输P位消息，则阅读器端接收到的向量Y可表示为：YL×P＝DL×KHK×KBK×P；步骤三：进行置信传播解码：3.1：将K个独立标签随机位初始化为一个随机二进制向量，找到中的一位使其误差最小；为中的每个位i保持一个变量Gi，找到最大Gi所对应的位i，使误差减小；所述增益变量Gi的计算公式如下：3.2：开始第一次迭代，基于随机初始化的值对Gi进行计算；3.3：找到i使得Gi满足Gi＝maxG1,G2,…,GK；3.4：找到i之后，计算3.5：更新Gi以及与位i发生冲突的所有标签的增益，如D的第i列和第l列在至少一个相同行中传输数据都为“1”，则更新Gi；3.6：一旦所有增益都为负值，该算法就会完成对消息中第j位的解码，然后移动到j+1位置解码下一位；3.7：在解码所有位置之后，算法检测所得消息是否通过了CRC校验；如果此位消息通过了CRC校验，则该位值将被固定，以便后续解码，且阅读器不断收集冲突，直到所有消息被正确解码。本专利技术相对于现有技术具备的有益效果为：本专利技术涉及反向散射通信系统中多标签传输时出现的碰撞冲突问题以及信道利用率问题，引入一种新的信道编码方式进行数据传输并处理冲突，属于一种无源感知网络物理层优化方案，可以最大化信道利用率，有效提高吞吐量。附图说明下面结合附图对本专利技术做进一步说明：图1为本专利技术置信传播解码的示意图；图2为本专利技术的实验效果图。具体实施方式如图1和图2所示，本专利技术一种基于无比特率码的反向散射标签分布式速率自适应算法，包括如下步骤：步骤一：确定协议：1.1：控制阅读器向所有反向散射标签发送命令，安排时隙，启动数据传输阶段；1.2：每个反向散射标签利用一个随机二进制数发生器返回一个随机位，在每个时隙中，若生成的随机位是“1”，则标签将传输其消息，否则标签保持沉默；1.3：重复步骤1.2，直到阅读器发出停止命令；阅读器通过不发送信号来表示时隙的开始或结束，标签自动移动到下一时隙；1.4：控制阅读器接收冲突消息，使用步骤三置信传播算法进行解码；一旦解码完所有标签的消息并且解码后的消息通过CRC校验，则停止发送射频信号，标签停止传输转移到下一时隙；步骤二：进行编码：2.1：对阅读器接收消息的向量值进行计算：所述步骤1.4得到的消息是无比率的，进行传输时，各传输信息将在信道上随机碰撞，阅读器的接收消息的向量值y可表示为：yL×1＝DL×KHK×KbK×1；其中：需要传输信息的标签个数为K，每个标签传输1位消息，向量b表示K个标签传输的K位消息，其中bi∈(0，1)是标签i所对应的传输位；H是对角线矩阵，其对角线元素hi,i表示反向散射标签i所对应的信道，D是二元矩阵，元素dj,i是标签i的第j个随机数，L为总时隙数；若每个标签传输P位消息，则阅读器端接收到的向量Y可表示为：YL×P＝DL×KHK×KBK×P；步骤三：进行置信传播解码：3.1：将K个独立标签随机位初始化为一个随机二进制向量，找到中的一位使其误差最小；为中的每个位i保持一个变量Gi，找到最大Gi所对应的位i，使误差减小；所述增益变量Gi的计算公式如下：3.2：开始第一次迭代，基于随机初始化的值对Gi进行计算；3.3：找到i使得Gi满足Gi＝maxG1,G2,…,GK；3.4：找到i之后，计算3.5：更新Gi以及与位i发生冲突的所有标签的增益，如D的第i列和第l列在至少一个相同行中传输数据都为“1”，则更新Gi；3.6：一旦所有增益都为负值，该算法就会完成对消息中第j位的解码，然后移动到j+1位置解码下一位；3.7：在解码所有位置之后，算法检测所得消息是否通过了CRC校验；如果此位消息通过了CRC校验，则该位值将被固定，以便后续解码，且阅读器不断收集冲突，直到所有消息被正确解码。本专利技术提出的信号传输优化方案，是将多个反向散射标签碰撞产生的信号看作单个标签信号的线性组合，即将碰撞视为多标签同时传输时的总比特码，而简单地让标签重复冲突会导致多个相同冲突并产生相同的码，不利于之后的解码；本专利技术提出的优化方法可以使每个标签只在冲突的一个小随机子集中进行传输，并且在标签端不会产生其他开销，这样所得到的码是稀疏的码，即低密度码，且无比特率，使标签可以进行冲突传输，直到阅读器收集到足够的冲突来解码，并利用这种无比特率特性来实现标签的分布式速率适配，并使用置信传播算法(beliefpropagation，BP算法)对这种低密度码进行解码。由于能量问题，反向散射标签通常使用简单的调制方式，如OOK或BPSK，每个符号只传输一个比特信息，然而碰撞可以使总比特率加倍，某种程度上增加了吞吐量，但仅仅允许标签相互冲突，如果信道噪声较大或者星座间隔较不理想，则接收到的信息可能会混淆，导致解码错误；所以在解码过程中，反向散射标签需要首先知道信道的信噪比(SNR)，以决定它是否可以支持2位/符号，并使用无码率来进行速率适配。进行置信传播解码时，对标签本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于无比特率码的反向散射标签分布式速率自适应算法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：确定协议：1.1：控制阅读器向所有反向散射标签发送命令，安排时隙，启动数据传输阶段；1.2：每个反向散射标签利用一个随机二进制数发生器返回一个随机位，在每个时隙中，若生成的随机位是“1”，则标签将传输其消息，否则标签保持沉默；1.3：重复步骤1.2，直到阅读器发出停止命令；阅读器通过不发送信号来表示时隙的开始或结束，标签自动移动到下一时隙；1.4：控制阅读器接收冲突消息，使用步骤三置信传播算法进行解码；一旦解码完所有标签的消息并且解码后的消息通过CRC校验，则停止发送射频信号，标签停止传输转移到下一时隙；步骤二：进行编码：2.1：对阅读器接收消息的向量值进行计算：所述步骤1.4得到的消息是无比率的，进行传输时，各传输信息将在信道上随机碰撞，阅读器的接收消息的向量值y可表示为：yL×1＝DL×KHK×KbK×1；其中：需要传输信息的标签个数为K，每个标签传输1位消息，向量b表示K个标签传输的K位消息，其中bi∈(0，1)是标签i所对应的传输位；H是对角线矩阵，其对角线元素hi,i表示反向散射标签i所对应的信道，，D是二元矩阵，元素dj,i是标签i的第j个随机数，L为总时隙数；若每个标签传输P位消息，则阅读器端接收到的向量Y可表示为：YL×P＝DL×KHK×KBK×P；步骤三：进行置信传播解码：3.1：将K个独立标签随机位...

【技术特征摘要】
1.一种基于无比特率码的反向散射标签分布式速率自适应算法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：确定协议：1.1：控制阅读器向所有反向散射标签发送命令，安排时隙，启动数据传输阶段；1.2：每个反向散射标签利用一个随机二进制数发生器返回一个随机位，在每个时隙中，若生成的随机位是“1”，则标签将传输其消息，否则标签保持沉默；1.3：重复步骤1.2，直到阅读器发出停止命令；阅读器通过不发送信号来表示时隙的开始或结束，标签自动移动到下一时隙；1.4：控制阅读器接收冲突消息，使用步骤三置信传播算法进行解码；一旦解码完所有标签的消息并且解码后的消息通过CRC校验，则停止发送射频信号，标签停止传输转移到下一时隙；步骤二：进行编码：2.1：对阅读器接收消息的向量值进行计算：所述步骤1.4得到的消息是无比率的，进行传输时，各传输信息将在信道上随机碰撞，阅读器的接收消息的向量值y可表示为：yL×1＝DL×KHK×KbK×1；其中：需要传输信息的标签个数为K，每个标签传输1位消息，向量b表示K个标签传输的K位消息，其中bi∈(0，1)是标签i所对应的传输位；H是对角线矩阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵菊敏，李灯熬，刘晓娟，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14