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无线射频通信系统中防碰撞方法的研究

作　者: 李飞
导　师: 傅明
学　校: 长沙理工大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 物联网无线射频识别装置防碰撞算法平衡不完全区组设计跳频机制通信地址加密技术
分类号: TP391.44
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 99次
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内容摘要

随着物联网技术（The Internet of things）的高速发展，无线射频识别装置(Wireless Radio Frequency Identification Devices)得到越来越多的应用，其相应的射频识别(Radio frequency identification，RFID)技术也得到了越来越深入的研究，因而作为RFID技术典型应用的无线射频通信系统，也得到了越来越广泛的应用。无线射频通信系统的基本原理是利用射频信号与电磁耦合的传输特性自动识别目标物体，然而在其实际的射频识别过程中，当同时有多个射频标签进入读写器的读写范围时，它们就可能会同步向读写器发起通信请求命令，这样就会引起通信信道上信息的碰撞，造成读写器无法对ID进行高效的识读，严重时甚至会造成电子标签无法被识别。因此如何合理的安排信道资源，防止标签的碰撞冲突(Anti-Collision Algorithm)是RFID系统研究的重要方面。本文通过建立无线射频通信系统抽象模型，理清系统各成员之间信息的交互方式和信息流向，在现有的一些RFID防碰撞算法的基础上，加入多状态、扰码以及加密信道地址、跳频机制等方式来解决读写器与卡或标签在通信识别过程中产生的碰撞冲突问题。本文的主要内容及其工作如下：(1)在分析RFID系统的发展历史、趋势及其应用领域的基础上，完成无线射频通信系统抽象模型的构建，明确系统中读写器与卡或标签发生碰撞冲突的各种情形；(2)归纳系统中读写器与卡或标签在通信识别过程中发生碰撞冲突的一般解决方案，以及其相应的优缺点；(3)针对当前RFID防碰撞算法中存在标签“饿死”和查询过程比较繁复，对标签的性能要求比较高等问题，提出了一种改进的BIBD(平衡不完全区组设计)编码的RFID防碰撞算法，同时介绍了其算法的提出背景、详细的流程以及对算法进行了相关的仿真实验，并用与典型算法进行对比的实验结果证明了该改进算法的有效性；(4)针对目前RFID系统安全性不足的问题，提出了运用以通信地址加密技术为基础的跳频机制来解决RFID碰撞问题的解决方案，并且搭建相应的测试环境来证明其跳频机制防碰撞冲突功能的有效性。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-18
  1.1 物联网的概述  11
  1.2 RFID 技术概述  11-12
  1.3 RFID 防碰撞算法  12-16
    1.3.1 防碰撞算法研究的背景和意义  12-13
    1.3.2 防碰撞算法在国内外的研究现状  13-16
  1.4 本文的研究内容  16-17
  1.5 论文组织结构  17-18
第二章 RFID 碰撞问题的一般解决方案  18-34
  2.1 多读写器冲突问题的解决方案  18
  2.2 多标签冲突问题的解决方案  18-22
    2.2.1 空分多路法（SDMA）  18-19
    2.2.2 频分多路法（FDMA）  19-20
    2.2.3 码分多路法（CDMA）  20
    2.2.4 时分多路法（TDMA）  20-22
  2.3 常见的 RFID 防碰撞算法  22-34
    2.3.1 概率性防碰撞算法  22-25
      2.3.1.1 ALOHA 防碰撞算法  22-24
      2.3.1.2 时隙 ALOHA 防碰撞算法  24-25
      2.3.1.3 动态时隙 ALOHA 防碰撞算法  25
    2.3.2 确定性防碰撞算法  25-34
      2.3.2.1 二进制搜索算法  27-30
      2.3.2.2 动态二进制搜索算法  30-31
      2.3.2.3 多状态的二进制搜索算法  31-32
      2.3.2.4 基于 BIBD 编码的 RFID 防碰撞算法  32-34
第三章 RFID 系统建模及碰撞情形分析  34-41
  3.1 RFID 系统的组成  34-37
    3.1.1 RFID 标签  34-35
    3.1.2 读写器  35-37
    3.1.3 中间件  37
    3.1.4 后台处理系统  37
  3.2 RFID 系统模型的建立及其数据流向  37-39
  3.3 RFID 系统中读写器和标签发生碰撞冲突的各种情形  39-41
    3.3.1 多标签冲突  39
    3.3.2 多读写器冲突  39-41
第四章一种改进的 BIBD 编码的 RFID 防碰撞算法  41-52
  4.1 改进方案的提出  41-42
    4.1.1 方案提出的背景  41
    4.1.2 改进方案的优点  41-42
  4.2 改进方案的原理和设计  42-46
    4.2.1 BIBD 代码的介绍和前缀设计  42-44
    4.2.2 算法指令  44
    4.2.3 算法的描述  44-46
  4.3 改进方案的实例  46-49
    4.3.1 假定标签 ID  46
    4.3.2 识别的步骤  46-49
  4.4 算法的分析及其仿真  49-52
    4.4.1 算法的分析  49
    4.4.2 算法的仿真  49-52
第五章基于信道跳频机制的 RFID 防碰撞算法  52-64
  5.1 算法的提出背景  52
  5.2 算法的相关约定  52-54
    5.2.1 信号编码方式  52-53
    5.2.2 相关指令  53-54
    5.2.3 相应的 2.4G RF 通道频点和地址计算算法  54
  5.3 算法的描述  54-61
    5.3.1 冲突检测的处理  54-59
      5.3.1.1 冲突定义  54-56
      5.3.1.2 冲突检测过程  56-57
      5.3.1.3 冲突检测流程详细描述  57-59
    5.3.2 接入过程  59-61
  5.4 算法有效性的验证  61-64
    5.4.1 多卡片冲突测试  61-62
    5.4.2 读卡器接入标识冲突测试  62
    5.4.3 卡片接入标识冲突测试  62-64
第六章总结与展望  64-66
  6.1 总结  64
  6.2 展望  64-66
参考文献  66-71
致谢  71-72
附录(攻读硕士学位期间发表的论文)  72-73
摘要  73-76
ABSTRACT  76-81

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